电赛低频功率放大器.doc

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1、低频功率放大器摘要：本系统采用MSP430系列单片机通过对真有效值转换电路输入的数据计算显示实用功率、整机功率、整机效率，NE5532构成前置放大与电压放大电路获得所需的增益，带阻滤波电路实现50Hz频率点的工频干扰，大功率MOSFET管IRF630与IRF9630组成的低功放电路。各模块紧密联系，达到了题目要求。通频带实现10Hz-50kHz，输入信号幅度降低到3.6mV，输出功率大于5W。单片机的显示精度很高。一．方案论证（一）总体方案根据题目要求，我们设计有五个基本电路：1.弱信号前置放大电路2.带阻滤

2、波电路3.功率放大电路4.直流稳压电源电路5.显示电路。其组成框图如下系统框图：Vo输入信号前置放大带阻滤波电压放大功率放大真有效值转换430单片机键盘显示电源功率取样低噪声处理负载功率驱动（二）方案论证1.弱信号前置放大电路方案一：采用分立元件设计困难,调试繁琐,可是却可以经过计算得到最合适的输入输出阻抗、放大倍数等参数,电阻电容可根据需要更换,在此时看来较集成电路灵活。方案二：采用集成芯片AD603程控放大，易实现步进，能放大更小的信号。由AD603的基本增益公式可以看出，以单位为dB为单位的对数增益和电

3、压之间是线性关系。单片机只要进行简单的线性计算就可以控制对数增益。增益步进也可以很准确地实现。但由于时间紧迫，未能采用此方案。方案三：采用集成运放NE5532多级放大，同众多的运放相比，它具有高精度、低噪声、高速、高阻抗、频带宽等优良性能，具体指标参数为：转换速率9V/μs，增益带宽积10MHz，直流增益为10倍，最高工作电压为±20V，这种运放的高速转换性能可大大改善电路的瞬态性能，较宽的宽带能保证信号在低、中、高频段均能不失真地输出，使电路的整体指标大大提高。7综上考虑：方案三为最优选择。2.功率放大电路

4、方案一：无输出耦合电容（OCL）的分立元件低功放。分立元件低功放可分为输入级、功率激励级和OCL输出级三部分组成。为保证低频响应电路中采用直接耦合，同时电路中采用互补复合管推挽输出电路，这对提高线性、降低波形失真都有作用。电路中还取消了自举电容，以保证电路的稳定和瞬态响应。方案二：MOSFET低功放电路。MOSFET功率管具有激励功率小，输出功率大，输出漏极电流具有负温度系数，安全可靠无需加保护措施，而且还有工作频率高、偏置简单等优点。因此用MOSFET功率管设计功放电路既简单又方便。方案三：LM1875构成

5、的集成功率放大电路。集成功放电路成熟，低频性能好，内部设计具有复合保护电路，可以增加其工作的可靠性，尤其集成厚膜器件参数稳定，无须调整，信噪比较小，而且电路布局合理，外围电路简单，保护功能齐全，还可外加散热片解决散热问题。根据题目要求及比较：方案二为最优选择。二．理论分析与设计1.前置信号放大电路前置放大级主要完成小信号电压放大的任务，其失真度和噪声对系统的影响是优先考虑的指标。对于前置放大级的设计，采用集成双运放NE5532。由于第一级前置级增益为：AU1=(R2/R1)=(150kΩ/10kΩ)=15≈2

6、4dB；第二级前置级增益为：AU2=(R5/R4)=(100kΩ/10kΩ)=10≈20dB。考虑到输入信号的变化范围很大，在两级间串一个滑动变阻器来改变整个系统的增益，同时也起到对信号的衰减作用。2.带阻滤波电路带阻滤波电路是用来抑制或衰减某一频段的信号，而让该频段以外的所有信号通过。题目要求在50Hz频率点输出功率衰减≥6dB。此处采用双T网络的压控电压源构成的二阶带阻滤波电路。7滤波电路的参数为：3.VMOS管高效率功率放大电路采取甲乙类VMOS管高效率功率放大电路，集成运放NE5532是一款低噪声优质

7、运放。我们最终选择NE5532和大功率MOSFET管IRF630和IRF9630组成的低功放电路。NE5532担任电压驱动激励级，大功率MOSFET管担任OCL功率放大。调整电位器使两管的静态电流为15mA~20Ma左右，即为正常工作状态。我们设计的功率放大电路是一个对称的电路，首先测静态工作点，使功率管的漏极电流在15~20mA范围内，即为正常的工作状态，这时我们才开始加交流信号，进行功率放大电路的调试。关于调试静态工作点，我们反复思考调换电阻R6，R7，R10，R11，最终使负载（8Ω的水泥电阻）的端电压

8、几乎为零。其中部分静态工作点如下：Ugsn=4.090V,Ugsp=-3.916V,Id=17.20mA使两管均处于微导通状态。15V稳压管，为的是让输出波形在不失真的前提下尽可能大，以便提高大功率。题目要求在Rl为8欧姆电阻负载条件下输出功率≥5W，所以可以算出负载上输出电压的峰值：Vom==×5×8)≈9V考虑一定功率的管压降，再考虑到电路，我们选择供电电压为15V。74.直流稳压电源电路本电路