承德市中考满分作文-实用音频功率放大器设计2
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实用音频功率放大器
A题 实用音频放大器（限11级同学选做）
一、任务
设计并制作低频功率放大器。其原理示意图如下：
、
二、要求
1．基本要求
（1）在放大通道的正弦信号输入电压幅度为（5～700）mVpp，采用双电源供电，不大于±20V；等效负载电阻RL为8Ω下，放大器应满足：（功率放大部分单独供电）
① 最大不失真输出功率POR≥15W；（失真度小于5%）
② 带宽BW≥（40～20000）Hz；（功放部分）
③ 在POR下的效率≥50%；
④在前置放大级输入端交流短接到地时，RL=8Ω上的交流声VPP≤400mV。
⑤前置放大器具有低音、中音、高音调节功能。
⑥具有音量调节功能。
（前置放大器只能用常规运放或三极管不得采用专用前置集成电路、功放部分只采用分立元件不得采用专用集成功放）
2．发挥部分
①制作数字音量控制电路（不可使用专用音响音量控制集成电路，可用通用数字电路及单片机控制电路实现），用两只轻触开关分别实现音量的加减，控制等级不小于8级。
②制作四路音源选择电路，用轻触开关（单只或四只）实现音源转换。
③功能显示：音源选择显示，音量等级显示。
④自制放大器所需的电源（电源变压器可购成品）。
⑤其它。
一 总体方案设计
系统的原理方案图如上图所示。它主要由音频功率放大、控制器、键盘、显示电路组成。该系统是一个具有低噪声、输出功率可调控的功放电路。
二 单元模块设计
2.1 功率放大模块
由于题目已经要求使用分立元件做功放后级，且也规定使用OCL结构的功放电路，因此，我们就此要求进行方案设计。
（1）方案一
整个电路由分立元件构成，后级采用大功率三极管做输出，例如2SC5200，B817，TIP35等，以获得足够的输出功率。但是大功率三极管在低压下难以发挥其作用，不仅系统不稳定，而且波形极易失真，带宽小。
（2）方案二
整个电路也由分立元件构成，前级使用差动放大电路，后级使用中功率管构成互补对称功率放大电路。由于要找到两只性能完全一致的NPN和PNP两种型号的大功率管是很困难的，但要找到两只性能完全相同的同型号的大功率管就容易多了。与此同时，采用复合管作为功率放大三极管，电路简单，易调试。
综上所述，方案二电路比较简洁，功率管容易配对，调整方便，可兼顾多方面的指标要求，所以选择此方案。
其电路原理图如图1所示
图1
电路输入部分，由1VT、2VT组成单端输入、单端输出的差动放大电路，它具有一致性好，容易配对，工作噪声低等优点。信号由的1VT基极输入，从1VT的集电极输出。3VT为推动级，它是由一只PNP管组成的共发射极放大电路，在这里，采用PNP管是为了和前置级的NPN管适配，易于中点电压的调零。4VT、5VT与6VT、7VT组成复合准互补甲乙类推挽功率输出级。2VD与6R组成推挽输出级的静态偏置电路，使输出级工作在甲乙类，调节6R可调整其工作点。
静态时，1VT、2VT的基极电流1bI≈2bI≈bI,其基极电位为-bI×12R。由于bI很小，所以基极电位可近似认为1bV≈2bV≈0V。而发射极电位1eV=2eV =eV≈-0.7V。所以2R中的电流2RI=[-0.7-(-V)]/ 6R=(15-0.7)/7.5×10=1.9mA。I为1VT、2VT两管静态电流之和，故cI=2RI/2=0.9mA。改变2R的阻值，就可以调整前置放大级的静态工作点。但2R的值不可过小，否则抑制零点漂移的效果就会减弱。
1R既是1VT的集电极负载，又是推动级3VT的偏置电阻。改变1R的阻值，可以调整3VT的静态工作电流3cI。当13R和14R选好后，只要调节1R，就可使中点电位为0V。6R为输出级复合管基极的静态工作点调整电阻，改变6R的阻值，就可调整输出级的静态工作电流，一般应调在10~20mA为
好。
2.2 音量控制模块
.
图2
2.2.1 控制部分
单片机扫描键盘，当功率加减按键按下时，程序自动内部进行运算，当按下功率输出键时，LCD显示设置的输出功率，一方面，单片机控制DA转换芯片DAC0832输出控制电压，调整输入信号的强弱；另一方面，程序控制输出功率的强弱限制输出功率的大小符合事先的设置值，此时的输出信号的电压值由ADC0809取得并传送到单片机处理，由此得到的数据反馈到DAC0832中，实现对输出信号的实时监控，以设置的功率恒定输出。于是，功放的输出功率由程序控制，成为数字控制的功率输出。
2.2.2 显示部分
方案一：使用数码管LED显示。使用LED显示的好处是显示亮度高，元件的价格低，容易购买。
方案二：使用液晶LCD显示屏显示数据。LCD屏可以多行同时显示字符，并且能显示汉字或者任何的字母数字，占用面积小，响应速度快。
方案一有个很大的缺点就是当需要显示的字符很多的时候，PCB布线将变得很繁琐，占用单片机资源比较多，虽然串行显示可以解决这个问题，但是为了避免不必要的麻烦，把时间浪费在程序编写以及PCB 布线上，使用LCD显示是一个很好的选择。字符显示方面，一个方案是使用LED数码管显示，另一个方案是使用LCD液晶显示屏显示数据。而且现在的LCD自带字库，编程显示字符变得非常简单。
2.2.3 键盘部分
方案一：所有的数字字符采用4*4按键控制。
方案二：采用一个控制按键加一个设置按键来控制单片机的运行。
方案一明显不能体现简约的设计方法，因此如果使用方案二的话，只要在程序上稍微编写一下，将能省下很多接口资源，并且控制起来简单很多，布线也非常简单，因此键盘使用方案二。
2.2.4 输入信号控制部分
方案一：采用数字电位器控制输入信号。
方案二：采用DA控制输入信号。
方案一采用数字电位器，目前数字的数字电位器可控制的电压幅度有限，最大电压不超过5V，且课通过电流也很小，线性度差，单片机控制起来不方便。所以采用方案二，DA采用DAC0832，单片机控制起来极其方便，线性度也较好，但信号经过DA后，被掺入噪声，所以在输出端需加电容滤波。
2.2.5 整流电路部分
方案一：采用一般的桥堆整流滤波。
方案二：采用带反馈的运放整流电路。
方案一中，整流桥堆在整流时电压会有压降，将导致在计算功率时出现较大误差。方案二采用了反馈技术保证了在整流时不会产生压降，在计算功率时精度大大提高。
2.2.6 输出功率测量部分
方案直接确定为：功放的输出电压经过整流电路得有效值，有效值经过ADC0809将模拟电压值转换成数字量，在单片机内换算成功率值显示在LCD上。
2.2.7 滤波电路部分
方案一：采用普通电容滤波。
方案二：采用8阶有源滤波。
方案一中采用传统电容滤波方式，但是需使用大小不一的多种电容，占空间大，且效果不一定好。如采用有源滤波，电路简单，滤波效果好，最高只能让0.0001Hz的频率通过。
三 各器件的安放位置及布线规则
功放电路应遵循单点接地的原则，即以电源地为“点”，前后级各元件的接地端都一根一根的接到电源地去。前后级的电源也采取单点接地的布线规则，以避免后级的大电流影响到前级电路。并且电源地与输出地应尽可能的接近，输入端的地线也应引长线到电源地，这样可以进一步减少影响，减小噪声电压。走线应追求短，并且简洁。
功放电路的布局也很重要，应遵循简洁、对称、美观的原则。
四 测量仪器
TFG2050V型函数信号发生器；双踪示波器；失真度测试仪
五 测试报告
电源提供±20V电源，函数信号发生器输出0.35Vpp的正弦信号，接好负载和失真度测试仪，示波器探头测量输出端。
（1）失真度及功率测试
在失真度为 0% 时，输出功率为 15.0171 W。
（2）频率响应
输入0.35Vpp正弦波，调整输入信号频率，测得带宽为5Hz~100KHz，优于设计要求。
（3）将输入端交流短接到地，功率输出端接上8电阻负载，用双踪示波器测得输出噪声电压为ppV= 10mVpp。
（4）固定信号源的幅度和频率，设置输出功率
信号源幅度 信号源频率 设置的输出功率 显示的输出功率 测量的输出功率
1.5Vpp 1KHz 5W 5W 5W
1.5Vpp 1KHz 8W 8W 7.96W
六 设计总结
本设计的目的是设计一个可以控制输出功率的音频放大器，能够使用键盘控制输出任何有效范围内的功率，并且要求功率放大器具有低噪声高效率等。我们在制作的过程中遇到了很多的麻烦，不过由于我们在赛前做了充足的准备，经过仔细的论证试验都圆满的解决了。
参考文献
[1] 杨诠科 模拟电子技术基础 高等教育出版社 2003年1月
[2] 肖景和 赵健 高保真音响电路与家庭影院音响系统 人民邮电出版社 2000年11月
[3] 李雄杰 叶建波 家用音响原理与检修 电子工业出版社 2002年7月
附 录
单片机程序：
#include
#define uchar unsigned char
#define DAC0832 P3
sbit P11=P1^1;
sbit P12=P1^2;
unsigned int j;
void display(uchar dat);
uchar code dis_code[16]={0x3f,0x06,0x5b,0x4f,0x66,0x6d,0x7d,0x07,
0x7f,0x6f,0x77,0x7c,0x39,0x5e,0x79,0x71};//共阴代码
uchar code bitcode[8]={0x7f,0xbf,0xdf,0xef,0xf7,0xfb,0xfd,0xfe}; //数码管位选代码
void delay()
{
unsigned int t=250;
while(t--);
}
void main()
{
DAC0832=128;
P0=0XFF;
// delay1();
while(1)
{
display(DAC0832);
if(P12==0){
for(j=0;j<15000;j++);
if(P12==0){
DAC0832--;
}
}
if(P11==0){
