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模电论文

模电课程设计

——小功率放大电路的设计

学院:物电学院

专业:0911电工

姓名:王亚芳

学号:2009128169

指导老师:李文联

小功率放大电路的设计

摘要:该系统全部采用硬件电路设计,整个系统由电压放大器、前置放大器、功率放大器组成。首先需要做出一个正负12V 的直流稳压电源,为后面用的芯片及整个系统供电。先由RC 振荡电路产生一个1KHZ 的正弦波,然后再利用功率放大电路对其进行放大,得到所需要的信号并通过小喇叭发出声音来验证系统正常工作。

关键词: RC 振荡电路;桥式整流;功率放大器;滤波电路

1 设计要求

首先将变压器接入220V 交流电,输出的12V 交流电在接入电源模块,经过整流,滤波,稳压后产生正负12V 直流电,为信号模块和功率放大模块提供电源。信号产生模块利用RC 振荡电路产生1000HZ 正弦波,在送入功率放大模块进行放大,使功率达到1W~10W 之间。

2 课程设计原理

2.1 直流电压源部分

本部分是为整个系统提供电力,将普通电源上的220V 交流电变为正负12V 直流电。首先需要一个变压器,将220交流电通过变压器转换为正负12V 的交流电,然后需要一个由四个二极管组成的桥式整流电路,通过整流电路将交流电转换为直流电,即将正弦波电压转换为单一方向的脉动电压。通过桥式整流,可以轻而易举的得到正负电源,这是其他类型的整流电路难于做到的。

桥式整流构成原则是保证在变压器副边电压的整个周期内,负载上的电压和电流方向始

终不变。设副边电压为sin u t ω,U 为有效值。

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输出电压的平均值

00

1

sin U td t π

ωωπ=

?

,解得00.9U U π

=

=

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输出电流的平均值为

0.9o o L L

U U

I R R =

=

其中二极管承受的最大反向电压是max R U 。

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整流电路的输出方向虽然是单一方向的,但含有较大的交流成分,所以还需要滤波电路,

将脉动的直流电压变为平滑的直流电压。在整流电路的输出端并联一个电容即构成电容滤波电路,理想情况下,可以滤去所以交流成分,而只保留直流成分。滤波电容一般比较大,所以采用电解电容,此次课设采用的是4700F μ的电解电容来滤波。为了获得较好的效果,一般要满足(3~5)/2L R C T =。

稳压电路:虽然整流滤波电路能将正弦交流电压转换成较为平滑的直流电压,但是,一方面,由于输出电压取决于变压器副边电压的有效值,所以当电网电压波动时,输出电压平均值也会产生波动,另一方面,由于整流滤波电路内阻存在,当负载变化时,内阻上的电压也会变化,于是输出电压平均值也将随之产生相反的变化。为了获得稳定性好的直流电压,

需要稳压芯片。本次课设需要12V ±电压,所以才用7812和7912两种稳压芯片,用来获得12V ±的直流电压。

直流电压源设计流程图如图1:

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图1 直流电压源设计流程图

2.2 信号产生部分

利用RC 文氏电桥正弦波振荡电路产生1000HZ 正弦波。振荡电路原理图如图2:

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图2 振荡电路原理图

如上图所示,其中集成运放A 作为放大电路,RC 串并联网络是选频网络。而且,当f=f0时,它是一个接成正反馈的反馈网络。另外,RF 和R ’支路引入一个负反馈。由图可见,RC 串并联网络中的串联支路和并联支路,以及负反馈支路中的RF 和R ’,正好组成一个电桥的四个臂,因此这种电路又称为文氏电桥振荡电路。

振荡频率:

012osc f f RC π==

起振条件: (1)幅度起振条件:1

()3f osc k ω=

,而

1v f T A k =?>,3

v A ∴>(开始时)

(2)相位起振条件:

()0

kf osc ?ω= ,而

T kf A

???=+ ,

0A ?∴=即A 应是同相放大器

R ,C 串并联选频网络中,设并联阻抗为Z1,串联阻抗为Z2,振荡角频率为1

o

RC

ω=则1211R Z Z R j RC j C ωω=

=++,正反馈系数为1

12

Z Fv Z Z =+。

采用的R 为16K ,电容为0.01μF ,计算得

1

945f HZ RC

π=

=。 2.3 功率放大电路:

采用集成音频功率放大器TDA2030。TDA2030具有电路简单,工作稳定,适应范围宽,使用灵活等特点。

最大输出功率:2

o om

L

V P R =

直流电源供给的平均功率:4

v om P P π

=

效率:om

v

P P η=

3 电路原理图设计

3.1 电源原理图设计

为了提高直流电源的稳定性,本实验的设计中专门增加线性稳压电路,由三端稳压器7912和7812构成,7912为负三端稳压,7812为正三端稳压。直流稳压电源的设计图如图

3

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图3 直流稳压电源的设计图

此电源电路为简易直流稳压电源,由7805、7905、7812、7912产生±5V 和±12V 的直流电压。

3.2 信号发生器原理图设计

此电路采用的是RC 振荡电路,用UA741做运放,产生稳定1KHZ 的正弦波。如图4所示:

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图4 信号发生器原理图

3.3 功率放大电路原理图设计

本电路采用的功放为TDA2030,具有比较好的放大效果。如图5所示:

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图5 功率放大电路原理图

4 仿真原理图及结果

4.1 信号发生器仿真电路图

信号发生器仿真电路图如图6所示:

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图6 信号发生器仿真电路图

仿真波形图如图7所示:

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图7 信号发生器仿真波形图

此次的仿真结果为,产生的正弦波的频率为988.55HZ,其输出端的直流电压与直流电

流分别约为3mV和22mA,所以其输出功率为66mW。

4.2 功率放大电路仿真图

功率放大电路仿真图如图8所示:

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图8 功率放大电路仿真图

功率放大电路仿真波形图如图9所示:

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图9 功率放大电路仿真波形图

此部分仿真结果为,输出端直流电压和直流电流分别约为140mV和10.5A,所以其放大或的输出功率为1.47W,其功率放大倍数为22倍,满足了设计要求。

五、总结

本次课设使我了解了音频放大电路的基本组成及工作原理,以及直流稳压电源的组成及工作原理。在本次课设中,从设计到仿真,到焊接电路,我收获了很多,加强了动手实践能力,尤其是对仿真软件Multisim和原理图绘制软件Altuim Designer有了更加熟练的操作,加强了专业技能学习。在设计电路的过程中,通过各种途径查阅资料,这个过程让我学会很多书本上没有的知识,也加深了对书本知识的理解。整个课设过程也锻炼了我的动手能力,也让我再次深刻理解知识积累的重要性。让我明白了理论与实际结合的重要性。

参考文献:

[1]罗杰.电子技术基础实验.北京.高等教育出版社.2008.

[2]童诗白.模拟电子技术基础.高等教育出版社.2006

[3]刘娟,梁卫文,程莉,廖银萍. Multisim仿真技能实训[M].北京:中国电力出版社,2002:151-178.