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电子科技与技术专业课程设计 实用低频功率放大器设计报告 2016年09月12日 设计要求 任务 设计并制作具有弱信号放大功能的功率放大器，其原理图如下所示 弱信号前置放大级外供正弦信号源 弱信号前置放大级 外供正弦信号源 功率放大级变换电路 功率放大级 变换电路 正、负极性对称方波放大通道等效负载电阻8Ω 正、负极性对称方波 放大通道 等效负载电阻 8Ω 自制稳压电源(220V 50hz) 自制稳压电源(220V 50hz) 技术指标 基本要求 在放大通道的正弦信号输入电压幅度为50～700 mV , 等效负载电阻RL为8Ω下,放大通道应满足: 额定输出功率POR ≥10 W; 带宽BW ≥(50～10 000) Hz; 在POR下和BW内的非线性失真系数≤3 %; 在POR下的效率≥55 %.; 在前置放大级输入端交流短接到地时,RL = 8Ω上的交流声功率≤10 mW. 发挥部分 由外供正弦信号源经变换电路产生正、负极性的对称方波,频率为1 000 Hz ,上升时间≤1 μs ,峰2峰值电压为200mV. 用上述方波激励放大通道时,在RL = 8 Ω下,放大通道应满足. 额定输出功率POR ≥10 W; 在POR下输出波形上升时间和下降时间≤12μs ; 在POR下输出波形顶部斜降≤2 %; e.在POR下输出波形过冲量≤5 %. 方案设计与论证及理论分析计算 概述：该电路主要由波形变换电路、前置弱信号放大级、功率放大级以及稳压电源四个模块组成。 在实用电路中，要求多级放大器的末级输出一定功率，以能够向负载提供足够的信号功率，该电路往往由前置放大级和功率放大级组成，前置放大级往往由小信号放大电路组成前置，其主要任务是不失真的提高输入次那好电压或电流幅度以驱动后面的功放，前置放大级的噪声以及失真对整个系统影响非常大，所以要求其具有低噪声、高保真、高增益的特点。 而功放的任务是保证信号失真在允许范围内，输出足够的功率，以驱动负载。功率放大有两种方式，一种是用分力元件构成OCL电路，一种是采用专用的集成功放芯片，集成芯片具有工作可靠，外围电路简单保护功能较完善等特点。 波形变换的主要用途是将正弦信号转换为矩形波信号，因为方波含有极为丰富的谐波分量，是检验功率放大性能非线性失真的好选择。通常使用比较电路实现，单电平比较器抗干扰能力不及滞回比较器，又称施密特触发器，当两个阈值时，就可以输出占空比接近于50%的方波信号，可以达到题目要求。 直流稳压电源部分则为整个功放电路提供能量，需要稳压电源输出一种直流电压，而三端稳压器具有结构简单、外围元器件少、性能优良、调试方便等显著优点，本设计中采用三端稳压电路，电源经电解电容与0.1uF电容并联依次滤掉各种频率干扰后输出, 输出电压直流性能好, 实测其纹波电压很小。 变换电路线路 变换电路原理 由于方波中含有丰富的高次谐波分量，波形变换电路提供方波，可通过对方波信号的测试来检验功放的转换速率、非线性失真度、效率等指标，保护电路可以有效地保护负载不过载，对功率放大器也有一定的保护作用。所以需要设计方波信号发生器以对功放电路性能进行检验。 施密特触发器是通过引入正反馈形成具有迟滞特性的比较器，可以运用它对波形进行变换与整形。 该实验中采用运放做比较器电路，利用正反馈电路将小的交流信号放大为峰峰值较大的方波信号，再经过电阻分压，可以得到信号比较小的方波信号，若利用滑变分压，可以实现输出200mV的方波信号，在运放的输出端利用两个正负极性相反的稳压管用以控制输出电压的幅值，使输出信号稳定在一定范围内。 为满足输出方波的上升下降时间小于1us和双极性方波,要求使用的运放为压摆率较高且为双电源供电的运放。 指标要求：产生正、负级的对称方波；频率为1000hz;上升和下降时间≤1μs;峰-峰值电压为200mvp-p。 理论分析计算及元器件选择 由于电路对输出方波有限幅要求，采用运放构成波形变换电路，利用正反馈放大小信号交流信号，然后利用滑变分压，将输出方波的峰峰值调为200mv，在输出端加有两个正负极性相反的稳压器，使该整流电路的输出稳定在一定范围内，且峰峰值输出Vo=± 施密特触发器通过引入正反馈，加速输出状态的转换过程即缩短了转换器的响应时间，将上升和下降时间减小到以满足要求。施密特触发器抗干扰嫩能力较强，不易产生误动作，即转换精确度较高。 选用集成运放LF353设计施密特触发电路，因其属于FET管，具有良好的匹配性能，输入阻抗高、压摆率较高、低噪声、漂移小、频带宽、响应快等特点。 变换电路电路图 该电路图利用运放制作了一个滞回电压比较器，假设输入为100mv,则应该输出正电平，稳压器的输出电压为 假设输入信号为100mv，需要输出双极性方波信号，则应输出正