2023年全國碩士研究生考試考研英語一試題真題(含答案詳解+作文范文)_第1頁
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文檔簡介

1、<p>  1、設計題目:音頻功率放大電路</p><p>  2、設計任務目的與要求:</p><p>  要求:設計并制作用晶體管和集成運算放大器組成的音頻功率放大電路,負載為揚聲器,阻抗8。</p><p>  指標:頻帶寬50HZ~20kHZ,輸出波形基本不失真;電路輸出功率大于8W;輸入靈敏度為100mV,輸入阻抗不低于47K。</p>

2、;<p><b>  3、整體電路設計:</b></p><p><b> ?、欧桨副容^:</b></p><p> ?、倮眠\放芯片 LM1875和各元器件組成音頻功率放大電路,有保護電路,電源分別接+30v和-30v并且電源功率至少要50w,輸出功率30w。</p><p> ?、诶眠\放芯片TDA203

3、0和各元器件組成音頻功率放大電路,有保護電路,電源</p><p>  只需接+19v,另一端接地,負載是阻抗為8的揚聲器,輸出功率大于8w。</p><p>  通過比較,方案①的輸出功率有30w,但其輸入要求比較苛刻,添加了實驗難度。而方案②的要求不高,并能滿足設計要求,所以選取方案②來進行設計。</p><p><b>  ⑵整體電路框圖:</

4、b></p><p> ?、菃卧娐吩O計及元器件選擇:</p><p><b>  ①單元電路設計:</b></p><p>  功率放大器按輸出級靜態(tài)工作點的位置可分為甲類、乙類和甲乙類三種;若按照輸出級與負載的耦合方式,甲乙類又可分為電容耦合 (OTL 耦合)、直接耦合(OCL 電路)和變壓器耦合三種。變壓器耦合容易實現(xiàn)阻抗匹配,但體

5、積大, 較笨重。又OCL電路電源輸入要求較高,所以采用OTL電路。采用單電源的OTL電路不需要變壓器中間抽頭,但需要在輸出端接上大電容,且低頻特性不如OCL好。根據(jù)“虛短”、“虛斷”的原理,利用電阻的比值,可求得電路所需的放大倍數(shù),其中可加入一個電位器替代反饋電阻,這樣就能夠?qū)崿F(xiàn)電路放大倍數(shù)的調(diào)整。因為功率放大電路是追求在電源電壓確定的情況下,輸出盡可能大的功率,可以采取OTL電路來實現(xiàn)。為了提高轉(zhuǎn)換功率,我們要對電路進行改善,這主要圍

6、繞功率放大電路頻率響應的改善和消除非線性失真來改進電路,因此要用到若干個電阻電容來保護電路。OTL電路會產(chǎn)生交越失真,為了消除這種失真,應當設置合適的靜態(tài)工作點,使電路中的兩只放大管均工作在臨界導通或微導通的狀態(tài),這可以通過加入兩個二極管來實現(xiàn),因為二極管具有單向?qū)щ娦?。或者將兩個有一定對稱性的NPN和PNP三極管的基極分別和TDA2030的兩個電</p><p><b> ?、谠骷x擇:</b

7、></p><p>  如下面的系統(tǒng)原理圖所示,C2為輸入耦合電容,應選取較小的電解電容;R1、R2、R3和C7的作用是組成運放TDA2030的輸入偏置電路,取R1=R2=R3,可計算得TDA2030正向輸入端的電壓為0.5VCC,而電容C7的作用是可以穩(wěn)定這個電位。另外,R3是為了防止輸入信號被C7短接到地而設的。C6是高頻退耦電容,應選用較小的陶瓷電容或獨石電容;C3是濾波電容,應選用較大的電解電容。C

8、4、R4、和R11構(gòu)成交流負反饋,控制交流增益,對于音頻信號,可以近似地認為C4短路,所以功放的增益為1<<1+R11(有效部分)/R4<<1+100/3.3=31.3。對于直流信號,可認為C4斷路,所有輸出信號反饋到反向輸入端,所以直流增益為1。取R6=R8和C8可起著保證TIP31和TIP32的基極電壓相等,從而減少了推挽電路的交越失真。而R7和C5可以濾除TDA2030輸出的高頻信號。二極管D1、D2保護運

9、放免受揚聲器的感應電壓而造成損害。電容C1是輸出耦合電容,能夠改善電路的低頻特性,要用容值較大的電解電容。C9和R10能對揚聲器的相位進行補償,能夠較少電路的自激振蕩,確保高頻穩(wěn)定性。運放TDA20</p><p><b> ?、认到y(tǒng)的電路總圖:</b></p><p><b>  元件清單如下:</b></p><p>

10、  4、電路調(diào)試過程與結(jié)果:</p><p><b> ?、贉y試頻帶寬:</b></p><p>  調(diào)節(jié)電位器R11的阻值,經(jīng)過測試可得其中一個電路的下限截止頻率為fL=6.41Hz,上限截止頻率為fH=127.481kHz。當然在50HZ~20kHZ頻率范圍內(nèi)電路輸出不失真,這滿足條件“頻帶寬50HZ~20kHZ,輸出波形基本不失真”的要求。在實驗室里也經(jīng)過測量,

11、顯示可以在50HZ~20kHZ頻率范圍內(nèi)電路輸出不失真。</p><p> ?、跍y量輸出電壓放大倍數(shù):</p><p>  測試條件:直流電源電壓19v,輸入信號峰峰值為100mv,輸入頻率為1KHz,電位器R11的有效阻值為66k,負載電阻8。輸入和輸出的波形如下圖所示:</p><p>  輸出電壓峰峰值為:Uo=Ui*【1+R11(有效部分)/R4】

12、</p><p>  放大倍數(shù):Ao=1+R11(有效部分)/R4=1+66/3.3=21 </p><p>  仿真數(shù)據(jù)和實測數(shù)據(jù)比較:</p><p>  由上表可知,實際上輸出電壓放大倍數(shù):Au≠21</p><p>  誤差分析:因為元件的實際數(shù)據(jù)大小與理論的大小存在差異,譬如金屬膜電阻的阻值誤差為1%或5%,電容的容值誤差也有5%

13、~20%。實際上1n4001、TIP31、TIP32等元器件跟仿真軟件所表現(xiàn)出來的特性不是完全一樣的。同時,音頻集成放大芯片發(fā)熱量比較大,比較容易受到周圍環(huán)境溫度的影響,從而也導致了一定的誤差。另外,在實測中讀數(shù)時會產(chǎn)生誤差。</p><p> ?、蹨y量最大不失真功率:</p><p>  根據(jù)理論可得最大不失真功率為,Uo為輸出電壓峰峰值。經(jīng)過測試,在19V的直流電源,8負載作用下,調(diào)節(jié)

14、電位器R11,使其允許的最大不失真輸入信號為Ui=600mv,其最大不失真功率為:Po=8.4w>8w。也滿足“電路輸出功率大于8W”條件。</p><p> ?、軠y量輸入靈敏度為100mV時的輸入阻抗:</p><p>  在信號輸入端接上兩個萬用表,分別測量輸入端的電壓和電流,得Ui≈70 .71mV,Ii≈716.48nA,所以輸入阻抗為Ri=Ui/Ii=98.69K>&

15、gt;47K,明顯也滿足“輸入靈敏度為100mV,輸入阻抗不低于47K”的條件。</p><p><b>  5、總結(jié)和體會:</b></p><p>  方案和作品的優(yōu)點為:</p><p> ?、俸附影迮虐孑^為縝密,焊接沒有跳線;</p><p> ?、谧髌匪迷骷^少,電源輸入要求較低,頻帶寬6.41HZ~127

16、.481kHZ,輸出波形基本不失真,電路輸出功率大于8W,輸入靈敏度為100mV,輸入阻抗高于47K,能夠基本實現(xiàn)設計的任務要求;</p><p> ?、垭娐分杏蠺DA2030的保護電路,另外在輸出部分能對揚聲器的相位進行補償,從而能夠較少電路的自激振蕩,確保高頻穩(wěn)定性;</p><p> ?、茏髌酚昧薚IP31C和TIP32C組成的推挽放大電路,能夠較少TDA2030的功耗,使TDA20

17、30的發(fā)熱量減少;</p><p> ?、蓦娢黄鱎11能夠?qū)崿F(xiàn)電路增益的調(diào)整。</p><p><b>  缺點有:</b></p><p>  ①功率不是很高,最大輸出功率只有8.4W;</p><p> ?、赥IP31C和TIP32C的功耗都比較大,集電極電流輸出不是很大;</p><p> 

18、?、?.2mf的電解電容存在電感,電路的低頻特性不是很好;</p><p>  ④電路的電源輸入由于沒有保護電路,若在調(diào)試時正負電源接反可能會把芯片燒壞。</p><p>  針對4個缺點各自的改進方案:</p><p>  缺點1:采用雙電源供電的OCL電路或者用LM1875或TDA2050等運放和元器件搭建的電路;</p><p>  缺

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