湖南文理学院电信学院课程设计（论文）
图3-4脉宽调制波形
输入 输出
三角波信号 PWM信号 三角波 输入
PWM信号 输入信号 3.1.2前置放大电路
前置放大电路如图3-5所示。设计要求整个功率放大电路的增益从1～20连续可调，考虑到设计要求功率放大单元的电源为单电源+5V，故取载波（三角波）的峰峰值为2.18V。当功放输出的最大不失真功率为1W时，其8?负载上等效正弦波的电压峰峰值为V′p-p=8V，此时送给比较器音频信号的最大峰峰值为Vp-pmax=2V ，则对应的调制放大增益为4（实际上，功放的最大不失真功率要略大于1W，其电压增益要略大于4），由于设计要求电压放大倍数1～20连续可调，因此必须对输入的音频信号进行前置放大，其增益应大于5。
电路中运算放大器通过低噪声、高速运放OP-37为核心，加上相关元件构成反相比例放大器。选择反相放大器是为了容易实现输入电阻Ri≥10kΩ的要求，取V+=VPP/2=2.5V要求输入阻抗Ri大于10K?,反馈电阻采用R3=51K?,反相端电阻R1=10K?,则前置放大器的最大增益Av为
Av=R3/R1=51/10=5.1
调整R3使其Av增益约为8，则整个功放的电压增益从1～20可调。
图3-5 前置放大电路
11
湖南文理学院电信学院课程设计（论文）
3.1.3驱动电路
如图3-6所示。将PWM 信号整形变换成互补对称的输出驱动信号，用 CD40106 施密特触发器并联运用以获得较大的电流输出，送给由晶体三极管组成的互补对称式射极跟随器驱动的输出管，保证了快速驱动。驱动电路晶体三极管选用8050和8550对管。
图3-6驱动电路
3.1.4 H桥互补对称输出及低通滤波电路
H桥互补对称输出电路对VMOSFET的要求是导通电阻小，开关速度快，开启电压小。因输出功率稍大于1W，属小功率输出，可选用功率相对较小、输入电容较小、容易快速驱动的对管，IRF120和IRF9120 VMOS对管的参数能够满足上述要求，故采用之。实际电路如图3-7所示。互补PWM开关驱动信号交替开启Q5和Q8或Q6和Q7，分别经两个4阶巴特沃兹滤波器滤波后推动喇叭工作。
图3-7 H桥互补对称输出及低通滤波电路
12
湖南文理学院电信学院课程设计（论文）
低通滤波器采用四阶巴特沃兹LC滤波电路，如图3-7所示。对滤波器的要求是上限频率≥20 kHz，在通频带内特性基本平坦。通过实验，从而得到了一组较佳的参数：L1=22μH，L2＝47μH，L3=22μH，L4=47H。19.95 kHz处下降2.464 dB，可保证20 kHz的上限频率，且通带内曲线基本平坦；100 kHz、150 kHz处分别下降48 dB、62 dB，完全达到要求。 3.1.5信号变换电路
由于负载两端的电压是浮动的，须将此双极性信号变为单极性信号，然后才能通过 A/D 和单片机作采样处理。由于对这部分电路的电源电压不加限制，可不必采用价格较贵的满幅运放,故信号变换电路采用低噪声、高速运算放大器芯片NE5532。题目要求电路增益为1，选取R1＝R2＝R3＝R4＝20 k? ，电路如图3-8所示。
图3-8信号变换电路
3.1.6功率测量
信号分压后先经过真有效值转换芯片 AD637，AD637 输出信号的有效值模拟电平，然后通过A/D采集送到单片机，直接计算功率放大器的输出功率、效率，然后把计算结果送显示单元显示即可。
真有效值变换电路如图3-9所示， 采用美国模拟器件公司(Analog Devices)髙精度真有效值变换芯片AD637，所需外围元件少，频带宽，测量误差≤±(0.2读数＋0.5mV)，能计算任何复杂波形的真有效值、平均值、均方根值、绝对值，当输入信号大于1V时测量信号的频率上限高达8MHz。
13
湖南文理学院电信学院课程设计（论文）
图3-9真有效值变换电路
3.1.7保护电路
保护电路的原理如图 3-10所示, 0.1Ω过流取样电阻与 8Ω负载串联连接，对 0.1Ω电阻上的取样电压进行放大(并完成双变单变换)。电路由U1B组成的减法放大器完成，选用的运放是NE5532。R6与R7调整为 11 kΩ，则该放大器的电压放大倍数为Av=R0/R7≈51。经放大后的音频信号再通过由D1、C2、R10组成的峰值检波电路，检出幅度电平，送给由LM393 组成的电压比较器“+”端 ,比较器的“-”端设置为 5.1V，由R12和稳压管D6 组成，比较器接成迟滞比较方式，一旦过载，即可锁定状态。 正常工作时，通过0.1Ω上的最大电流幅度Im=5/(8+0.1)=0.62A，0.1Ω上的最大压降为62mV。经放大后输出的电压幅值为Vim×Av=62×51≈3.2V，检波后的直流电压稍小于此值，此时比较器输出低电平，Q1截止，继电器不吸合，处于常闭状态，5V电源通过常闭触点送给功放。一旦 8Ω负载端短路或输出过流，0.1Ω上电流、电压增大，经过电压放大、峰值检波后，大于比较器反相端电压(5.1V)，则比较器翻转为高电平并自锁，Q1导通，继电器吸合，切断功放 5V电源，使功放得到保护。要解除保护状态，需关断保护电路电源。
为了防止开机瞬间比较器自锁，增加了开机延时电路，由R11、C3、D2、D3组成。D2的作用是保证关机后C3上的电压能快速放掉，以保证再开机时C3的起始电压为零。
图3-10短路保护电路
14
湖南文理学院电信学院课程设计（论文）
第4章 电路调试
正确的调试系统才能使各模块电路正常工作，实现高稳定性的显示。
4.1调试的设备
为了方便调试，找出电路相关电路故障及测量相关数据，我们使用了很多专业调试设备，如表4-1所示。
表4-1 调试设备
DC电源 示波器 电烙铁 信号发生器 万用表 XG17232L DS5022M 30W SFG-1003 UT39B 一台 一台 一套 一台 一块 4.2调试步骤
(1) 通频带的测量：在放大器电压放大倍数为 10，输出电压幅值最大值为1V，实测 3dB 通带的上、下边界频率值。通频带测试时应去掉测试用的 RC 滤波器。
(2) 最大不失真输出功率：放大倍数为 10，输入 1000Hz 正弦信号，用毫伏表测量放大器输出电压有效值，计算最大输出功率 Po-max。
(3) 输入阻抗：在输入回路中串入 10K? 电阻，放大器输入端电压下降应小于50％。
(4) 噪声电压：在测试用 RC 滤波器输出端，用毫伏表替代测试噪声电压，记录实测值。
(5) 效率测量：输入 1000Hz 正弦波，放大倍数为 10 时，使输出功率达到 500mW，测量功率放大器的电源电流I （不包括测试用变换电路和显示部分的电流）。要求电源电压V 的范围为5×(1+1%)V。效率为：500mW% V×I。
15
