音频功率放大的毕业设计(5)

传递函数 A?Uo?UiAup?1?j0? (3-17)

在理想特性下通带电压放大倍数 Aup?A????1?通带截止角频率

R2 (3-18) R11 ?0??A?Aup?RC2 (3-19)

若设计一个放大倍数为3倍的高通滤波器，则设计中负反馈选择20kΩ电阻，为了达到3倍的放大倍数，电阻R1和R选择10kΩ电阻。

因为人可以听到的声音范围为20Hz～20kHz,则

f0??0?20Hz （3-20） 2?1?125.6rad/s (3-21) RC ?0?由于R选择10kΩ电阻，则C<0.8uF。设计中电容采用0.75uF的电容。 设计出电路图如图3-8

图3-8 高通滤波器

则图中电压放大倍数为 Aup?1?R6?3 (3-22) R516

?0?1≈133 rad/s (3-23) R4C23.3.3 二级放大电路电路设计

将低通滤波器和高通滤波器相连接，则形成如下二级电路：

图3-9 二级放大电路电路图

则图3-9中实际通带电压放大倍数为

Au=Au低通Au高通=9 (3-24)

?0 （3-25） 2?可知该二级电路的通带频率约为21.2Hz～19.4KHz。 由 f0?3.4功率放大器设计

功率放大器的作用是给音响放大器的负载提供所需要的输出功率。 功率放大器的主要性能指标有最大输出不失真功率、失真度、信噪比、频率响应和效率。目前常见的电路结构有OTL型、OCL型。有全部采用分立元件晶体管组成的功率放大器；也有采用集成运算放大器和大功率晶体管构成的功率放大器；随着集成电路的发展，全集成功率放大器应用越来越多。由于集成功率放大器使用和调试方便、体积小、重量轻、成本低、温度稳定性好，功耗低，电源利用率高，失真小，具有过流保护、过热保护、过压保护及自启动、消噪等功能，所以使用非常广泛。

本次设计将采用正向比例运算放大器连接OCL互补对称电路，使输入信号功率放大。正向比例运算放大器负反馈使用可调电阻，使放大功率可调。喇叭使用

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8Ω的喇叭，互补对称电路用±15直流电源供电。

可估算OCL电路输出功率为

1U2cc1152Pom??*?14w (3-26)

2RL28

图3-10 集成运放OCL电路

其中D1、D2用于消除交越失真。反相比例运算放大器放大倍数为1～5倍。

3.5 直流稳压电源设计

由于本次设计全部采用±15V直流电源，则必须设计一个直流稳压电源，将220V的交流电源经过降压和稳压之后成为稳定的±15V直流电源。

直流稳压电源设计思路如以下框图

降压 整流 稳压

图3-11 直流电源框图

因为本设计需要对称的双电源，因此必须选择次级有三端抽头的变压器，经全桥电路整流和电容滤波后，输出对称的正负电源。

要构成线性直流稳压电源，最简单的方法就是采用三端集成稳压器。这种集成电路块内部完整地集成了采样电路、比较放大、调整电路、保护电路和启动电路等功能，但是外部引脚只有三个端口，分别接输入电源、地，另一个端口输出，其使用十分简单，只要将三个端口按规定接入电路就可以使用。由于需要±15V直流电源，则集成三端稳压电源模采用7815 和 7915为负三端稳压，7815为正

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三端稳压。直流稳压电源的设计图如下

图3-12 直流稳压电源

图中可看出220V的交流电源经变压器（TR1）降压后，经过由D1、D2、D3和D4组成的全桥整流电路输出直流，再由稳压电路输出稳定的直流，提供给放大电路使用。图中C1、C2、C3和C4都为滤波电容。

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四、Proteus的仿真操作简介

设计中采用Proteus仿真软件对电路各部分进行仿真。Proteus不仅具有其它EDA工具软件的仿真功能，还能仿真单片机及外围器件。它是目前最好的仿真单片机及外围器件的工具。

Proteus ISIS是英国Labcenter公司开发的电路分析与实物仿真软件。它运行于Windows 操作系统上，可以仿真、分析(SPICE)各种模拟器件和集成电路，该软件的特点是：

(1)实现了单片机仿真和SPICE电路仿真相结合。具有模拟电路仿真、数字电路仿真、单片机及其外围电路组成的系统的仿真、RS232 动态仿真、I2C 调试器、SPI 调试器、键盘和 LCD 系统仿真的功能；有各种虚拟仪器，如示波器、逻辑分析仪、信号发生器等。

(2)支持主流单片机系统的仿真。目前支持的单片机类型有：68000系列、8051 系列、AVR 系列、PIC12 系列、PIC16 系列、PIC18 系列、Z80系列、HC11系列以及各种外围芯片。

(3)提供软件调试功能。在硬件仿真系统中具有全速、单步、设置断点等调试功能，同时可以观察各个变量、寄存器等的当前状态，因此在该软件仿真系统中，也必须具有这些功能；同时支持第三方的软件编译和调试环境。

(4)具有强大的原理图绘制功能。总之，该软件是一款集单片机和SPICE 分析于一身的仿真软件，功能极其强大。本章介绍 Proteus ISIS 软件的工作环境和一些基本操作。

4.1 Proteus的工作界面

Proteus ISIS的工作界面是一种标准的Windows界面，如图所示。 包括：标题栏、主菜单、标准工具栏、绘图工具栏、状态栏、对象选择按钮、预览对象方位控制按钮、仿真进程控制按钮、预览窗口、对象选择器窗口、图形编辑窗口。

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