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【原创】具有弱信号放大能力的低频功率放大器的放大部分的设计——2

本文章是接《具有弱信号放大能力的低频功率放大器的放大部分的设计——1》来详细说明课题是调试过程。希望大家置顶的哦！！

2. 电路的设计

2.1功率放大器的设计及参数的计算

功率放大器选用集成运放LM1875，采用典型应用电路，原理如图2所示。

图2 功率放大器的设计

此电路R22，R23组成反馈网络，C25为直流反馈电容，R21为输入接地电阻，防止输入开路时引入感应噪声，C21为信号耦合电容，D1、D2为保护二极管，R24和C25组成输出退耦电路，防止功放产生高频自激，C23、C24、C26、C27为电源去耦电容。

LM1875开环增益为26dB，即放大倍数A＝20。

因为要求输出到8Ω电阻上负载上的功率P0≥8W，而

Vom＝√2Rl·P0＝√2×10×8＝12.65V

加上功率管压降为2V，则

V=Vom＋2＝12.65+2＝14.65

取电源电压为±15V。

Icm＝√2Po／Rl＝√2×10／8＝1.581A

Pv＝2V·Icm／π＝2×15×1.581／π＝15.1W

所以计算效率为

η计＝（Po／Pv）×100％＝（10／15.1）×100％＝66.2％

输出最大不失真电压Vom＝12.65V，故

Vo.pp＝12.65×2＝25.3V

功放电压增益取Af＝10，则输入信号

Vi.pp＝Vo.pp／Af＝25.3／10＝2.53V。

2.2前置放大器的设计及参数的计算

前置放大器由两级NE5532典型应用电路组成，各级采用固定增益加输出衰减组成。要求当各级输出不衰减，输入Vp＝5mV时，输出Vo.pp≥2.53V。电路原理图如图3所示：

图3 前置放大电路的设计

对于第一级放大，要求在信号最强时，输出不失真，即Vp＝700mV时，输出Vom≤11V（低于电源电压1V）。所以

A1＝Vom／Vp＝11／0.7＝15.7

取A1＝15。

当输入信号最小时，即Vi.pp＝10mV而输出不衰减时

Vo1.pp＝A1·Vi.pp＝15×10＝150mV

第二级放大要求输出Vo2.pp≥2.53V，考虑到元件误差的影响，取Vo2.pp＝3V，而输入信号最小为150mV，则第二级放大倍数为

A2＝Vo2.pp／Vo1.pp＝3／0.15＝20

取A2＝22。因此取R12＝1KΩ，R13＝15kΩ，R16＝22kΩ，R15＝1kΩ。

2. PCB板的制作

3.1 Protle99SE简介

Protel99SE 是基于Windows环境的新一代电路原理图辅助设计与绘制软件，其功能模块包括电路原理图设计、印刷电路板设计、无网格布线器、可编程逻辑器件设计、电路图模拟仿真等，是一体化的电路设计与开发环境。在本课程设计中，我们制作PCB板主要分成三步：

电路原理图的设计：电路原理图的设计主要是Protel99SE的原理图设计系统（Advanced Schematic）来绘制一张电路原理图。在这一过程中，要充分利用Protel99SE所提供的各种原理图工具、各种编辑功能，来实现我们的目的，即得到一张正确、精美的电路原理图。

产生网络表：网络表是电路原理图设计（SCH）与印刷电路板设计（PCB）之间的一座桥梁，它是电路板自动的灵魂。网络表可以从电路原理图中得到，也可以从印刷电路板中提取出来。

印刷电路板的设计：印刷电路板的设计主要是针对Protel99SE的另外一个重要的部分PCB而言的，在这个过程中，我们借助Protel99SE提供的强大功能实现电路板的版面设计，完成高难度的等工作。

3.2 PCB板的制作

通过上面的电路设计和对Protel99SE的学习，我们利用Protel99SE制出电路的原理图、分装通过网络表（Create Netlist）、导入到PCB图中进行布线，生成PCB图。然后用热打印纸打印出电路图，烫熨在单面板上然后腐蚀，打孔，最后按照单元电路的先后顺序进行分级安装即可。电路的SCH图如下图4，附图1为详细的原理框图：

图4 电路SCH原理图

生成的PCB图如图－5所示，附图2为PCB板图的器件连接图：

图5 电路的PCB板图

电路3D图如图6所示：

图6 电路的3D图

3. 电路的调试和测量

实验仪器：示波器1台，直流电源1台，数字信号发生器1台，万用表1块，无感平头起子1把。

4.1 调试前的直观的检查

（1）检查连线是否正确，检查电源输出值是否符合实验标准；

（2）检查元器件的安装情况：元器件的管脚之间有没有短路，连接处有没有接触不良，集成电路NE5532的管脚是否接对及集成块的缺口是否与底座对位。

4.2 前置放大器的调试

调整直流电源输出为±12V，插上运放NE5532P芯片，接通直流电源，在输入端加上10mV的正弦信号，用示波器测得IC1B输出无直流分量且Vo.pp＝150mV，再将Rw1调到电阻值最大，测得IC1A输出为Vo.pp＝3.3V，再输入信号增大到Vi.pp＝700mV，测得Vo.pp＝21.1V，调节Rw1，IC1A随之改变，前置放大器调试通过。

4.3功率放大器的调试

将LM1875紧固在铝散热片上，芯片与散热片之间用云母片良好绝缘，再将散热片固定在电路板上，并焊好芯片引脚。将输入交流接地，输出不带负载，加上稳压电源，无异常现象发生，再带上10Ω的负载，用示波器测得Vo.pp＝2mV，即Vp＝0.001V。

计算功放静噪声功率为：

P＝（1／2）（Vp2／RL）＝0.5×0.0012／10＝0.05mW

将输入信号频率从1kHz由小变大调到150kHz，均未出现自激振荡和波形畸变，证明攻防性能良好。在输入信号频率低于600Hz时，输出波形会出现失真；输入信号高于200kHz时，功放性能有所下降。

4.4 整机测试

4.4.1效率

接上8Ω的负载电阻，因Po＝（1／2）×（Vp2／RL），所以

Vp＝√2Po·RL＝√2×10×8＝12.5V

配合调节Rw1、Rw2使功放输出Vo.p＝Vp，此时无波形畸变，用万用表电流档测得I+ ＝I-＝0.57A，所以电源功率为

Pv＝U·I＝30×0.57＝17.1W

效率为

η测＝（Po／Pv）×100％＝（10／17.1）100％＝58.5％

满足要求。

4.4.2 噪声功率

将前置输入端交流接地，功率输出端接上8Ω电阻负载，用万用表毫伏档测得输出噪声电压V＝0.14V，故输出噪声功率为

P＝V2／RL＝0.142／8＝2.45mW＜10mW

优于设计要求。

4.4.3 输出功率

功率放大输出端加上8Ω电阻负载，输入端加上正弦信号，调节两个衰减电位器Rw1和Rw2使输出波形刚好不失真，测得输出电压幅值为Vp＝12.8V，所以

Po＝（1／2）·（Vp2／RL）＝0.5×12.82／8＝10.24W＞10W

满足输出功率要求。

由测量的数据可以知道实测参数并没与计算的参数或仿真参数完全一致，原因可能是① 由于各个元器件并非是理想的，如电阻的实际值与标称值不尽相同；② 各计算公式为近似的公式；③ 测量仪器仪表的读数误差等等。

4 附录（器件管脚和元件清单）

E5532引脚排列：

LM1875引脚排列：

实验所用器件：