三角波产生和三角波—正弦波转换电路和音频功率放大电路.doc

PAGE 8 组号：31号 一、问题重述 题目A:运算放大器的应用 1、任务 基础部分： 利用运算放大器，设计制作一个三角波发生电路。 将上述三角波经波形转换电路后输出正弦波。 扩展部分： 利用集成运算放大器，制作一个功率放大电路，驱动扩音器发声，输入信号为上述正弦波。 使用三极管自搭运算放大器实现3中功能。 2、要求 1、三角波和正弦波频率为6kHz，峰峰值分别为2V和4V，波形无明显失真，测试点分别为Uo1和Uo2。 2、正弦波经功率放大后驱动额定功率0.5W，阻抗8Ω的扩音器，测试扩音器输入端Uo3，波形无明显失真。 二、设计方案概述 由于本次题目的模块性非常强，所以本组采用模块化制作方法，对每一个小题分别进行仿真与实际焊接，各自设计单独模块，在每一个模块正常工作的情况下对电路进行整合调试。本组作品共设计制作了四个模块，如下所示： 三角波发生电路 三角波—正弦波转换电路 集成功率放大电路 三极管功率放大电路 实物焊接图如下： 图1 实物焊接图 三、单元模块详解 1、三角波发生电路 图2 三角波发生电路图 图2为三角波发生电路图，核心元件为一个LM324集成运算放大器。本电路可分为三部分，每部分又以LM324的一块电路为核心搭建而成。 第一部分为方波产生电路，利用施密特触发器，再增加少量电阻、电容原件，由于方波或矩形波的频率成分非常丰富，含有大量的谐波，该方波发生器常称为多谐振荡器。 第二部分为积分电路，由第一部分产生的方波经积分电路做积分运算即可得到三角波。 第三部分为负反馈电压放大器，由于题目要求三角波频率为6kHz，峰峰值为2V，第二部分输出的三角波频率满足条件，但峰峰值过小只有几百毫伏，因此额外增加了电压放大器。 图3 三角波仿真效果图 图4 三角波实际效果图 2、三角波—正弦波转换电路 图5 三角波—正弦波转换电路 图5为三角波—正弦波转换电路，由差分放大器和电压跟随器器组成，核心元件为LM324运算放大器。 第一部分为差分放大器，差分放大器具有工作点稳定，输入阻抗高，抗干扰能力较强等优点。特别是作为直流放大器，可以有效的抑制零点漂移，因此可将频率很低的三角波变换成正弦波。波形变换的原理是利用差分放大器传输特性曲线的非线性。 第二部分为电压跟随器。电压跟随器输出电压近似输入电压，并具有输入阻抗高和输出阻抗低的特点，因而对前后级电路起到“隔离”作用，减少后级负载对前级波形的影响。 图6 正弦波仿真效果图 图7 正弦波实际效果图 3、集成功率放大电路 图8 集成功放电路 图8为集成功率放大电路，核心元件为LM386集成运算放大器。功率放大电路的任务是将输入的电压信号进行功率放大，保证输出尽可能大的不失真功率，从而控制某种执行机构（在本题中为扩音器）。 用LM386组成的OTL功放电路如上图所示，信号从3脚同相输入端输入，从5脚经耦合电容(4.7μF)输出。1脚与8脚所接电容、电阻是用于调节电路的闭环电压增益，电容取值为10μF，电阻R在0～20kΩ范围内取值，改变电阻值，可使集成功放的电压放大倍数在20～200之间变化，R 值越小，电压增益越大。输出端5脚所接10Ω电阻和4.7μF电容组成容性校正网络，以抵消负载中的感抗分量，防止电路自激。 图9 集成功放仿真效果图 图10 集成功放实际效果图 4、三极管功率放大电路 图11 三极管功放电路 图11为自搭三极管功率放大电路，左侧两个三极管为小信号前置放大电路，右侧两个三极管为功率放大电路。由于multisim仿真软件中没有8050、8550三极管，故分别用2N5551和2N1132A三极管代替。 右侧功率放大电路输出波形存在大量的直流分量，通过电容C1滤去直流分量后存留的交流信号过小，不足以带动扩音器发声，因此增加左侧的小信号前置放大电路，放大交流信号。 图12 三极管功放仿真效果图 图13 三极管功放实际效果图