带通功率放大器课程设计报告(通信电子线路)

ID:161768 · 发表于 2017-7-29 02:47

苏州科技大学天平学院电子与信息工程学院

通信电子线路课程设计报告

课设名称 带通功率放大器

专业班级通信1421

学生姓名 陈*庆

学号1430119132

同组人员 吴*丽

指导教师 潘欣裕

设计任务及要求

1.1. 设计目的

了解最基本的带通滤波器以及功率放大器的电路组成；
在基本的电路上能够做一些变化，灵活设计电路；

1.2. 设计任务

利用带通滤波器和功率放大器设计一个语音的放大电路，使它的功率为0.5w。

1.3. 设计要求

电路采用不超过12V单（或双）电源供电；
带通滤波器：通带为300Hz ̴3.4kHz，滤波器阶数不限；增益为20dB；
最大输出额定功率不小于0.5W，失真度小于10%（示波器观察无明显的失真）；负载额定阻抗为8 Ώ；
功率放大器增益为26dB；
功率放大器部分可以用集成功放电路；

1.4电路测试要求

测量滤波器的频率响应特性，给出上、下限截止频率，通带的增益；

（2）在示波器观察无明显失真的情况下，测量最大输出功率；

（3）测量功率放大器的电压增益（负载：8 Ώ；信号频率：1kHz）；

二、电路原理及各部分设计

2.1电路原理

带通功率放大器的原理图如图下（1）所示。电路有两部分组成：分别是带通滤波器和功率放大器。

滤波器电路的设计选用LM358双运放设计电路。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。它有以下特性：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）；双电源. 低功耗电流，适合于电池供电. 低输入偏流. 低输入失调电压和失调电流.共模输入电压范围宽，包括接地. 差模输入电压范围宽，等于电源电压范围. 输出电压摆幅大（0至VCC-1.5V）

在这里，我们利用了该小信号放大电路高输入阻抗、高共模抑制比、以及低漂移等特点，高输入阻抗使得运放的输入电流比较小，有利于增大放大电路对前级电路的索取信号的能力。在信号的输入的同时会不可避免的掺杂着噪声和温度的漂移而影响信号的放大，因此高共模抑制比，低温漂的作用尤为重要。

带通滤波器的设计是由上线截止频率为3400Hz的低通滤波器和下线截止频率为300Hz的高通滤波器级联而成，因此，设计该电路由低通滤波器和高通滤波器组合成而二阶带通通滤波器（巴特沃斯效应）

功率放大电路运用LM386功放，该功放是一种音频集成功放，具有自身功耗低、电压增益可调整、电源电压范围大、外接原件少和总谐波失真小等优点，广泛运用于录音机和收音机之中。

2.2电路的设计制作

2.2.1 带通滤波电路设计

根据设计要求，通带频率为300Hz ̴2.4kHz，滤波器阶数不限，增益为20dB, 所以采取二阶高通和二阶低通联级的设计方案，选择低通放大十倍，高通不放大。

电路形式（1）：压控电压源电路

性能参数：

电路元件值:

说明：要求运放Ri大于10R2+R3，R4的选取要考虑对失调的影响，

在Wc处，运放的开环增益Aw至少是滤波器增益的50倍

电路形式（2）：压控电压源电路

性能参数:

电路元件值：

说明：（1）增益容易调整，输出阻抗高、输出阻抗低

（2）要求运放Ri>10(R1+R2)，输入接到地要有一直流通路

（3）在Wc处，运放的开环增益至少应是滤波器增益的50倍

高通滤波器的截止频率为300Hz，根据上表可得两个电容C=0.03nf，实际取值33nf。然后根据下面公式

一般取K值的范围： 1≤K≤10

求出了K值约为11.11，高通滤波器放大倍数为1，可以看到高通滤波器增益Av为1，K=11.11时，R1=12.499KΏ，R2=25.009KΏ，实际电阻取R1=12KΏ，R2=24KΏ

低通滤波器的截止频率为3400Hz，根据上表可得C=0.003uf，则C1=0.006uf，实际取值C=3.3nf，C1=6.8nf，然后根据下面那个公式

一般取K值的范围： 1≤K≤10

求出了K值约为9.8，低通滤波器放大倍数为10.可以看到高通滤波器增益Av为10，K=9.80时，R1=4.5276KΏ，R2=26.8716KΏ，R3=34.888KΏ，R4=313.9724KΏ，取实际电阻为R1=4KΏ，R2=24KΏ，R3=30KΏ，R4=270KΏ

带通滤波电路在Multisim中仿真如下

2.2.2 功率放大器设计

该电路为LM386的基本用法，外接原件最少的一种用法，电容250μF为输出电容，由于引脚1和8开路，集成功放的电压增益为26dB，即电压放大倍数为20，利用RW可以调节扬声器的音量。电容0.05μF和电阻10Ώ串联构成矫正网络用来进行相位补偿，静态时，输出电容上电压为VCC/2，LM386的最大不失真输出电压的峰峰值约为电源电压VCC，设负载电阻为RL，最大输出功率表达式为：

2

在实验室没有250uf电解电容，所以改成220uf电解电容，如下图：

2.3 电路仿真测试

仿真电路图中各电阻值和电容值是根据实验室所有和理论设计个电阻值和电容值的相近值所确定，仿真如下

1Hz时幅频特性曲线：

300Hz时幅频特性曲线：

3.4KHz时幅频特性曲线：

314.975Hz时最大幅频特性曲线：

可以看出：在300Hz和3.4KHz处衰减正常，符合设计要求。

三、电路测试

输入1KHz、峰峰值为20mV的正弦波，在示波器上波形干净、无失真，且有效的放大。在接入喇叭后，可以进行语音放大，并且声音干净无杂音。

四、电路测试数据及结果

（1）数据分析：带通滤波器，通带为300Hz ̴3.4kHz；（理论要求）允许误差为10%，即通带在270Hz-3.73kHz都符合要求，实际的带通滤波器1.5kHz对应得Vpp=210mv；210×0.707=148mv，对应得频率为：280Hz-3.50kHz；在误差范围内，达到理论的带通滤波器的范围。所以，滤波起的下限截止频率为280Hz，上限截止频率为3.5kHz，放大倍数 Av=210/20=10.5，带通增益201g10.5=20.4dB，在允许误差范围内。

（2）在示波器观察无明显失真的情况下，测量最大输出功率；

调整滤波器频率为1kHz，且波形无明显失真，此时示波器显示峰峰值幅值为6.2V，所以最大输出功率