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实验
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高效率音频功率放大器TOC\o"1-5"\h\z设计目的1设计任务1设计要求1设计步骤1单元电路设计2实验测试方法和测试实验数据
分析
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7附件9高效率音频功率放大器作者：黄瑞铭1、设计目的（1）熟悉一些基本器件的应用；（2）熟悉多功能板的焊接工艺技术和电子线路系统的装调技术；（3）熟悉D类功率放大器的工作原理；（4）完成高效率音频功率放大器的设计。2、设计任务设计并制作一个高效率音频功率放大器。功率放大器的电源电压为+5V,负载为8Q电阻。原理框图如图1所示。♦3、设计要求（1）3dB通频带为300Hz〜3400Hz,输出正弦信号无明显失真。（2）最大不失真输出功率肌（3）输入阻抗＞10ko（4）低频噪声电压（20kHz以下）WlOmv,在电压放大倍数为10,输入端对地交流短路时测量。（5）在输出功率500mW时测量的功率放大器效率（输出功率/放大器总功耗）$50%。♦4、设计步骤（1）进行
方案
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论证，合理设计高效率音频功率放大器的电路原理图;（2）单元电路组装调试；（3）整机组装调试；写出设计报告。♦5.单元电反相端电阻R?取&=51/2=25・5M,反馈电阻釆用电位器R「取傀=20M,音频信号前置放大器设计如图7所示。设置前置放大器，可使整个功率的增益从1-20连续可调，而且也保证了比较器的比较精度。当功放输出的最大不失真功率为1W时，其8Q上的电压匕"二8V,此时送给比较器音频信号的卩一值应为2V,则功放的最大增益约为4(实际上，功放的最大不失真功率要略大于1肌其电压增益要略大于4)。因此必须对输入的音频信号进行前置放大，其增益应大于5。前放仍采用宽频带、低漂移、满幅运放TL062,组成增益可调的同相宽带放大器。选择同相放大器的LI的是容易实现输入电阻RihlOkQ的要求。同时，采用满幅运放可在降低电源电压时仍能正常放大，取K=V<-t./2=2.5V,要求输入电阻出大于10M,故取Rj=R?=51kQ,贝IJ2・4d则前置放大器的最大增益人为:A"*眷“+豊"3调整J使其增益约为8,则整个功放的电压增益从0、32可调。考虑到前置放大器的最大不失真输岀电压的幅值<2.5V,取Km=2.0V,则要求输岀的音频最大幅度Vim<(Voln/Av)=2/S=250mV。超过此幅度则输出会产生削波失真。三角波发生器设计该电路采用满幅运放TL062及高速精密电压比较器LM393来实现，电路如图8所示。TL062不仅具有较宽的频带，而且可以在较低的电压下满幅输出，既保证能产生线性良好的三角波，而且可以达到发挥部分对功放在低电压下正常工作的要求。图8载波频率的选定既要考虑抽样定理，乂要考虑电路的实现，选择150kHz的载波，使用四阶ButterworthLC滤波器，输出端对载频的衰减大于60dB,能满足题口的要求，所以我们选用载波频率为150kHzo电路参数的计算：在5V单电源供电下，我们将运放5脚和比较器3脚的电位用他调整为2.5V,同时设定输出的对称三角波幅度为IV(Vp_p=2V)。若选定心为lOOkQ,并忽略比较器高电平时心上的压降，则爲的求解过程如下:5-2.51„100100他丿2.5=40kQ取R°为39k£2o选定工作频率为f=150kHz，并设定/?7+&=2(UQ,则电容C3的计算过程如下：对电容的恒流充电或放电电流为：5-2.5_2.5/?7+仇R?+则电容两端最大电压值为:匕.=—[7,Idt=—————7；Jqhc4(/?7+/?6)1其中打为半周期，7；=772=1/2/。比的最大值为2V,则:2=2.5丄C4g+Q2/q208・3〃F2.52.5(/?7+/?6)4/"20x103x4x150x103取C4=220/7F,R7=\QkQ,&釆用20M可调电位器。使振荡频率/在150kQ左右有较大的调整范围。PWM波产生电路设计选用LM393精密高速比较器，电路如图9所示，因供电为5V单电源，为给V=V提供2.5V的静态电位，取尺2=尺5，R严4个电阻均取lOkQo由于三角波=2V,所以要求音频信号的匕不能大于2V,否则会使功放产生失真。音频信号输入LM393muP\VM牺出图9音频功率放大器设计1）驱动电路电路如图10所示。将PWM信号整形变换成互补对称的输出驱动信号，用LM393组成电压跟随器和1：1反向比例放大器以获得对称输出信号，送给山晶体三极管组成的互补对称式射极跟随器驱动的输出管，保证了快速驱动。驱动电路晶体三极管选用2SC8050和2SC8550对管。vccVO-：驱动信号输出LLTl^犯动信号就出2图102)H桥互补对称输出电路对VMOSFET的要求是导通电阻小，开关速度快，开启电压小。因输出功率稍大于1W,属小功率输出，可选用功率相对较小、输入电容较小、容易快速驱动的对管，IRF9540和IRF540VMOS对管的参数能够满足上述要求，故采用之。实际电路如图11所示。互补PWM开关驱动信号交替开启Q5和Q8或Q6和Q7,分别经两个4阶Butttterworth滤波器滤波后推动喇叭工作。图11附件：高效率音频功率放大器设讣参考电路图
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