简易音频功率放大器

闽南师范大学《模拟电子技术》课程设计

设计题目:简易音频功率放大器

姓名:庄伟彬

学号:1205000425

系别:物理与信息工程学院

专业电气工程及其自动化

年级:12级

指导教师:周锦荣老师

2014年 5月 1 日

目录

一系统设计┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄ 2

1.设计任务┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄ 2

2.设计要求┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄ 2

二电路设计原理┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄ 3

1.系统原理┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄ 3

2.方案比较┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄ 3

3.芯片介绍┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄8

三PCB布板┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄ 10

四实物安装与调试┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄ 11

1.实物图┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄11

2.测试的波形┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄12

3.实验结果分析及与理论对比┄┄┄┄┄ 15

五附录┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄ 15

1.设计总结┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄15

2. 原件清单┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄15

3.参考文献┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄ 16

摘要:本方案采用LM358,LM386集成运放芯片,外加电阻、电容等元器件调整、滤波,滑动变阻器实现音量可调,构成简易音频功率放大器,音频功率放大器主要用于推动扬声器发声。

关键词:LM358;LM386;音频放大

一系统设计

1 设计任务

利用集成运算放大器LM358,LM386设计一个简易音频功率放大器。

2 设计要求

设计一个简易的音频功率放大器,要求如下:

(1)系统主要由前置放大电路和后级功率放大器电路构成,电路具有音量可调;

(2)前置放大电路主要有集成芯片LM358构成;后级功率放大器电路主要由集成芯片LM386音频功率放大芯片构成;

(3)要求输入音频信号在10mV/1kHz时,输出功率1

(负载:8Ω),输出音频信号无

Po W

明显失真,输出功率大小可调;

(4)系统测试可以由函数信号发生器产生音频信号,系统所需电源可由实验室现有学生电源提供;

(5)完成相应的电路原理图设计、硬件电路设计和调试及相关结果测试;

(6)完成课程设计报告撰写。

二电路设计原理

1系统原理

简易音频功率放大器

系统采用+9V单电源供电,主体部分由LM358前置放大器,LM386构成功率放大器。滑动变阻器实现音量可调。

2 方案比较

2.1 第一种设计方案:

2.1.1

前置放大电路

简易音频功率放大器

2.1.2参数选择及计算

前级采用同前级通过C1充电抬高LM358 3号脚电压,向比例运算放大电路, g=(1+R8/R7)=2 ,

前级LM358B 构成跟随器,增强后级电路带载能力。经过前级运放的放大,

由Av=i1o1

U U =mv 10Ui =2,

可以得到Uo1=Ui2=20mv 。

于是我们得到了下一级功率放大电路的输入电压, 即为U i2=20mv 满足U i2≤400mv

2.1.3后级功率放大器

2.1.4参数选择及计算

简易音频功率放大器

由 Av=

Ui

U =50 ; 所以 U0=1(v );

进而得出 P 0=L

2

0R U =1/8 满足P 0=0.125W<=1W

2.2 第二种设计方案: 2.2.1前置放大电路

简易音频功率放大器

2.2.2参数选择及计算

前级通过一个2K 电阻限流,从而保护电路,在利用偏置电路来抬高LM358 三脚的电压,U3=U*R3/(R2+R3)=3.71V

因为在此电路中,我们采用单电源供电,若不抬高3脚电压,用示波器检测LM358输出波形时负半轴的电压将检测不到,得到波形产生失真。C4,C5构成耦合电路 ,C5采用104滤高频分量,C4稳压,采用10uF 电解电容,均为经验值。前级采用同向比例运算放大电路, g=(1+R8/R7)=1.1 ,

前级放大两倍。前级放大倍数不易过高,后级LM386输入电压为0.4 v 电压过高,后级电路将无法驱动,前级LM358B 构成跟随器,增强后级电路带载能力。 经过前级运放的放大,由A v =

i1o1U U =mv

10Ui

=1.1,可以得到U o1=U i2=11mv 。于是我们得到了下一级功率放大电路的输入电压,即为U i2=11mv 满足U i2≤400mv

2.2.3后级功率放大器

简易音频功率放大器

2.2.4参数选择及计算

根据lm386的datasheet 给出的电路图(图三),在1,8脚之间加入可变电阻和电容使增益从20到200可调,如图四所示。根据典型电路,我们选择功率运放电路的增益为50,即把LM386的1号脚和8号脚通过1电阻和电容串联起来。

简易音频功率放大器

图三 文档中给出的典型电路接法

简易音频功率放大器

图四 增益可调的lm386功放电路

由 Av=

Ui

U =200 ; 所以 U0=2.2(v );

进而得出 P 0=L

2

0R U =0.625 满足P 0

=0.625W<=1W

简易音频功率放大器

2.4最终终方案选案通过对两种方案的比较可以看出,第二种方案是比较好的方案,按照第二种方案不仅可以达到课程设计所要达到的要求,结果比较准确,受外界干扰较小

。第一种方案通过电容充电抬高LM358 3脚电压,3脚波形一直被抬升,所测波形不稳定,且第一种方案没有C4,C5构成的耦合电路稳定电压,滤除高频,使得放大后的音频噪声过大。所以这种方案在最终确定的时候是被舍弃了。

3 芯片介绍

3.1 LM358芯片简介

LM358 内部包括有两个独立的、高增益、内部频率补偿的双运算放大器,适合于电源电压范围很宽的单电源使用,也适用于双电源工作模式,在推荐的工作条件下,电源电流与电源电压无关。它的使用范围包括传感放大器、直流增益模块和其他所有可用单电源供电的使用运算放大器的场合L。LM358芯片的引脚排列如下图所示:

简易音频功率放大器

相关参数及描述

LM358

内部频率补偿

直流电压增益高(约100dB)

单位增益频带宽(约1MHz)

电源电压范围宽:单电源(3—30V)

输出电压摆幅大(0 至Vcc-1.5V)

3.2 LM386芯片简介

专为低损耗电源所设计的功率放大器集成电路。它的内建增益为20,透过pin 1 和pin8脚位间电容的搭配,增益最高可达200。LM386可使用电池为供应电源,输入电压范围可由4V~12V,无作动时仅消耗4mA电流,且失真低.LM386芯片的引脚排列如下图所示:

简易音频功率放大器

相关参数及描述

静态功耗低,约为4mA, 可用于电池供电。

工作电压范围宽,

4-12V or 5-18V

外围元件少。

电压增益可调,

20-200。

低失真度。

输入电压±0.4V

四 PCB布板

简易音频功率放大器

五实物安装与调试

1实物图

简易音频功率放大器

2测试的波形

2.1测试的正弦波波形V0=10mV f0=100Hz

简易音频功率放大器

简易音频功率放大器

放大倍数 Vo/Vi=9

2.2 V0=10mV f0=1KHz

简易音频功率放大器

简易音频功率放大器

简易音频功率放大器

放大倍数=V0/Vi=14

2.3 V0=10mV f0=10KHz

简易音频功率放大器

简易音频功率放大器

放大倍数:V0/Vi=12

3实验结果分析及与理论对比

理论值与实际值有所偏差,理论上整个电路应该放大200倍,第一级放大 1.1倍,g=(1+R5/R4)=1.1 ,第二级放大200倍。但是由于电路中各级电阻均要产生压降。故理想放大倍数与实际放大倍数有偏差。实际电路符合设计要求,音量可调,输出功率≤1W

五附录

5.1 设计总结

在这次课程设计中,经过反反复复的设计电路图,在课本上找原理,运用仿真软件画图,仿真,验证电路是否正确,焊接实物电路,拆了重做,再验证再调试。我学会了怎样去根据课题的要求去设计电路和调试电路。动手能力得到很大的提高。在制作电路的过程中更是学到了许多实践经验,如电路板的布线、元器件的识别和整机的调试等各方面的经验。从中我发现自己并不能很好的熟练去使用我所学到的模电知识。在以后学习中我要加强对使用电路的设计和选用能力。通过这种综合训练,我可以掌握电路设计的基本方法,提高动手组织实验的基本技

能,培养分析解决电路问题的实际本领,为以后毕业设计和从事电子实验实际工作打下基础。

5.2参考文献

[1]模拟电子技术基础[第四版],童诗白华成英,北京:高等教育出版社

[2]数字电子技术基础[第五版],阎石,北京:高等教育出版社

5.3 原件清单

简易音频功率放大器

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