音頻放大器設計論文

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1、本科學年論文題目:音頻放大器設計19一、直流電源設計(一)、設計要求:(1)在放大通道的正弦信號輸入電壓幅度為(5~10)mV,等效負載電阻RL為8Ω下,放大通道應滿足:①額定輸出功率POR≥2W;②帶寬BW≥(50~10000)Hz;③在POR下和BW內(nèi)的非線性失真系數(shù)≤3%;④在POR下的效率≥55%;⑤在前置放大級輸入端交流短接到地時,RL=8Ω上的交流噪聲功率≤10mW。(2)自行設計并制作滿足本設計任務要求的穩(wěn)壓電源。(二)、設計分析:(1)由于220v電源有很多諧波存在,可能會干擾到電源的穩(wěn)定工作,故應在整流后加入電解電容,

2、以起到濾波作用。(2)為減小輸出端的電壓波紋,應該在濾波電路后加電解電容。(3)為了抑制瞬態(tài)響應,防止或消除高頻干擾,還應加入相應的電容。(4)輸出端放入電路前應加一個二極管,防止輸出電壓過高而燒毀電路,即起到保護作用。綜上所述,可設計電路如下所示:19對上述電路進行優(yōu)化,電路如下圖所示:分析得-15V~+15V的情況如下圖所示:二、濾波電路設計19(一)、設計要求1.基本要求(1)具有產(chǎn)生正弦波的功能。(4)輸出波形的頻率范圍為1kHz(非正弦波頻率按10次諧波計算)。(5)輸出波形幅度范圍0~5V(峰-峰值)。2.發(fā)揮部分(1)輸出

3、波形頻率范圍擴展至10Hz~200kHz。(2)增加穩(wěn)幅輸出功能,當負載變化時,輸出電壓幅度變化不大于±3%(負載電阻變化范圍:100Ω~∞)。(二)、關(guān)于濾波器類型的選擇一階濾波電路最簡單,但帶外傳輸系數(shù)衰減慢,一般在對帶外衰減特性要求不高的場合下選用。無限增益多環(huán)反饋型濾波器的特性對參數(shù)變化比較敏感,在這一點上它不如壓控電壓源型二階濾波器。當要求帶通濾波器的通帶較寬時,可用低通濾波器和高通濾波器合成,這比單純用帶通濾波器要好。級數(shù)選擇:濾波器的級數(shù)主要根據(jù)對帶外衰減特性的要求來確定。每一階低通或高通電路可獲得-6dB每倍頻程(-20

4、dB每十倍頻程)的衰減,每二階低通或高通電路可獲得-12dB每倍頻程(-40dB每十倍頻程)的衰減。多級濾波器串接時傳輸函數(shù)的總特性階數(shù)等于各級階數(shù)之和。當要求的帶外衰減特性為-mdB每十倍頻程(或mdB每十倍頻程)時,則所取級數(shù)n應滿足n≥m/6(或n≥m/20)。(三)、運放的要求在無特殊要求的情況下,可選用通用型運算放大器。為了獲得足夠的反饋以保證所需濾波特性,運放得開環(huán)增益應在80dB以上。對運放頻率特性的要求,由其工作頻率的上限確定,設工作頻率的上限為fH,則運放的單位增益帶寬應滿足下式:BWG≥(3~5)AFfH,式中AF為

5、濾波通帶的傳輸系數(shù)。如果濾波器的輸入信號較小,例如在10mV以下,則選低漂移運放。如果濾波器工作于超低頻,以至使R19C網(wǎng)絡中電阻元件的值超過100K,則應選低漂移高輸入阻抗的運放。元件的選擇:一般設計濾波器時都要給定截止頻率fc(或ωc)帶內(nèi)增益AV,以及品質(zhì)因數(shù)Q(二階低通或高通一般為0.707)。在設計時經(jīng)常出現(xiàn)待定其值的元件數(shù)目多于限制元件取值的參數(shù)之數(shù)目。因此有許多元件組均可滿足給定的要求,這就需要設計者自行選定元件值。一般從選定電容器入手,因為電容標稱值的分擋較少,電容難配,而電阻易配,可根據(jù)工作頻率范圍按照下表初選電容值:

6、濾波器工作頻與電容取值的對應關(guān)系表f(Hz)1~1010~102102~103103~104104~105105~106C(20~10)uF(10~0.1)uF(0.1~0.01)uF(104~103)pF(103~102)pF(102~10)pF注:表中所示的頻率,對低通濾波器是上限頻率,對高通濾波器是下限頻率,對帶通和帶阻濾波器是中心頻率。其電容值表示的數(shù)為數(shù)量級范圍。對于本設計的音頻放大器輸入為50Hz的信號,為了減小對電路的干擾,應設計一個能夠濾除干擾頻率的信號的濾波器。(四)、任務分析1.對低通濾波器進行分析對低通濾波器采用O

7、P1P進行放大,其中R4=R5,則知道增益為1.根據(jù)公式:傳遞函數(shù)G(w)=截止頻率:已知來求期截止頻率.若要求截止頻率為20k,R4=R5,只要設定一個變量,便可以知道另外一個變量,設C4=1nF.根據(jù)公式可求得R4=R5=8k。有理論分析,對理論圖分析。在數(shù)入有效值為1,頻率為1,如下圖所示。19由上圖可以清晰的看到:低通濾波器采用OP1P進行放大,因為最大值始終在0附近,則知道增益近似為1.且在20k附近,剛好達到截止頻率(即0.707)20k以內(nèi),所有的波形都能通過,波形較好。與理論值相符。2.對高通濾波器進行分析在高通濾波電路

8、中仍然采用OP1P對電路進行放大,若R6=R7,則其增益為1。根據(jù)公式:傳遞函數(shù):G(w)=截止頻率:。同上低通濾波器分析,設定C5=10u,便可以得到R6=R7=15.7k。在輸入有效值為1,頻率為1的正

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