增益分配:
由于系统要求输出额定功率不小于10 w,同时,输出负载为8Ω,则
===8.95V.故>>12.6V
系统的最大增益为:
=20 lg(8.95/0.005)≈65dB.
系统的最小增益为:
=20 lg(8.95/0.7)≈22dB.
则需整个放大电路的增益应在22 dB~65 dB范围内可调.为保证放大器性能,单级放大器的增益不宜过高,通常在20-40 dB(放大倍数10~100倍)之间.故整个放大器增益需通过三级放大实现。为方便增益调整,可使功放级的增益固定,且必须小于65dB ,故其增益取为21 dB.则前置级需要两级放大,且其总增益应在1~45dB之间可调。
前置放大器的参数设计:
由于从信号源输出的小信号非常微弱, 只有经过放大之后, 这种信号才能激励功率放大器,且由上述分析可知前置放大级由两级组成。故在前置放大级中采用低噪 高保真度的双通道专用音响前置集成放大器NE5532。
为了提高前置放大器电路的输入电阻和共模抑制性能,减少输出噪声,采用集成运算放大器构成前置放大电路必须采用同相放大电路结构,为尽可能保证不失真放大,电路采用两级运算放大器电路A1和A2。
由上分析,两级前置放大器的增益安排在50dB左右,每级25dB左右,以保证充分发挥每级的线性放大性能并满足带宽要求。电路采用两级NE5532(A和B)构成,各级均采用固定增益加输出 组成,当输入Vin,p-p =5mV时,输出Vo,p-p ≥2.53V。
对于第一级放大器,要求在信号最强时,输出不失真,即在Vin,p-p =700mV时,输出Vom≤11V。所以
A1 = Vom / Vin,p = 11÷0.7 = 15.7
取A1=15。
当输入信号最小,即Vin,p-p = 10mV而输出不衰减时
Vo1,p-p = A1·Vin,p-p = 15×10 = 150 mV
第二级放大要求输出Vo2,p-p≥2.53V,输入信号最小为150mV,则第二级放大倍数为
A2 = Vo2,p-p / Vo1,p-p = 2.53÷0.15 = 17
取A2=20。因此取R4=1KΩ,R2=15KΩ,R6=20KΩ,R5=1KΩ。
电路如图所示:
功率放大级的参数设计:
在上述分析过程中,功放级的增益设为固定值21dB。因此在以LM1875为核心元件的电路中,R15取20K,R14取2k。使得功放级的放大倍数为:
Au=1+R15/R14=11
因此功放级的增益为20 lg11≈21dB。
考虑到前置放大第二级中如果RP1不是处在最大的衰减位置,而输入信号又比较大,则这时功率放大级的输出功率会远大于额定功率,很有可能烧坏功率放大器。因此前置放大第二级的输出端接47K电位器实现对输入功放信号的 ,以此来保护功放电路。
LM1875功放电路的特点:
①.开环增益可达90dB。②.极低的失真,1kHz,20W时失真仅为0.015%。③AC和DC短路保护电路。④.超温保护电路。⑤峰值电流高达4A。 ⑥.极宽的工作电压范围(16-60V)。⑦内置输出保护二极管。⑧外接元件非常少,TO-220封装。⑨.输出功率大,Po=20W(RL=4Ω)。
电路如图所示:
电路中,R3、R4组成反馈网络,C6为直流负反馈电容;R2为输入接地电阻,防止输入开路时引入感应噪 C1为信号耦合电容,R5和C7组成输出退耦电路,防止功放产生高频自激,C2、C3、C4、C5是电源退耦电容,电源电压采用±15V。
波形转换极电路参数:
波形转换电路采用施密特触发器电路,即迟滞电压比较器结构
集成运放采用转换速率SR>10V/us,增益带宽积GBW>10MHz得LF357。为保证输出方波幅度稳定输出,使用两个稳压二极管D1、D2,稳定电压值Vz=±3V,则迟滞比较器的门限电压
Vt = R2·Vz / (R1+R2) ≈ ±330mV
当输入电压Vin由零向正方向增加到接近Vp=330mV前,输出Vo一直保持Vo = 3V不变。当Vin增加到略大于Vp=330mV,则Vo由Vo = 3V下跳到Vo = -3V,同时使Vp下跳到Vp = -330mV,Vin再增加,Vo保持Vo = -3V不变;若减小Vin,只要Vin > Vp = -330mV,则Vo将始终保持Vo = -3V不变,只有当Vin < Vp = -330mV时,Vo才由-3V跳变到+3V,从而实现对称方波的输出。R4为稳压二极管的限流电阻,把流过D1、D2的电流限定在6mA左右。C1、C2为脉冲加速电容,可以进一步减少方波脉冲上升时间和下降时间。调节输出端电位器可将峰--峰值调为200 mV。
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低频功率放大器设计.doc - 组号:8B 组员:郑宜嘉 王菊菊 孙文强
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