低频功率放大器--电子设计竞赛G题[1]归纳.pdfVIP

低频功率放大器（ G题） 摘要： 本设计主要由低噪声放大电路、带阻滤波电路、信号放大电路、功率放大电路、峰值 检波、单片机控制、 AD转换、 LCD显示、稳压电源等组成。低噪声放大电路选取甚低噪声宽 带高精度运算放大器 OP37，并采用并联负反馈，具有良好的抗共模干扰能力。功率放大电路 采用双 MOS晶体管的甲乙类推挽放大电路。带阻滤波器在 50Hz 频率点输出功率衰减≥ 6dB， 阻带频率范围为 43～57Hz，有效滤除了工频噪声的干扰。设计的低频功率放大器的通带为 6Hz～140KHz，很好地完成了通频带的扩展。所有电路结构简单，所选器件价格便宜，并给出 了测试结果。测试结果表明，该低频功率放大器可以很好地实现对低频信号的放大作用，其 输出带宽、功率、效率等方面具有较好的指标、较高的实用性，为低频功率放大器的设计提 供了广阔的思路。 关键词： 功率放大器； OP37；MOS晶体管；输出功率 基本要求 （1）当输入正弦信号电压有效值为 5mV时，在 8 Ω电阻负载（一端接地） 上，输出功率≥ 5W， 输出波形无明显失真。 （2 ）通频带为 20Hz～20kHz。 （3 ）输入电阻为 600 Ω。 （4 ）输出噪声电压有效值 V0N≤5mV。 （5 ）尽可能提高功率放大器的整机效率。 （6 ）具有测量并显示低频功率放大器输出功率 ( 正弦信号输入时 ) 、直流电源的供给功率和整 机效率的功能，测量精度优于 5%。 发挥部分 （1）低频功率放大器通频带扩展为 10Hz～50kHz。 （2 ）在通频带内低频功率放大器失真度小于 1%。 （3 ）在满足输出功率≥ 5W、通频带为 20Hz～20kHz 的前提下 , 尽可能降低输入信号幅度。 （4 ）设计一个带阻滤波器，阻带频率范围为 40～60Hz。在 50Hz频率点输出功率衰减≥ 6dB。 （5 ）其他。 一、方案论证比较 1.1 低噪声问题 设计要求输出噪声电压有效值低于 5mv，因此前级放大电路要选用 OP37型低噪声运放。 并采用同相无对地电阻的反相放大电路，使电路中的噪声源—电阻的数量达到最少，以最大 限度地获得低噪声。 1.2 灵敏度问题 由于信号至少需要被放大一千多倍。考虑到运算放大器的放大倍数和通频带的关系，所 以放大电路采用两级放大。 ( 整机增益为 10020 倍) 1.3 高保真问题 功率放大电路采用了具有负反馈功能的甲乙类推挽放大电路，有效克服了普通甲乙类推 挽放大电路的交越失真问题。 1.4 提高效率的问题（亮点） 运算放大器的电源电压高于功率输出级的电源电压，最大限度地提高了电源电压的利用 率，也就是功率放大器的效率。 1.5 电源方案（创新点） 将稳压前的电压作为运算放大器的电源，稳压后的 12V提供给功率输出级，这样就在获 得两套对称电源输出的同时，最大限度地简化了电源结构。 1.6 陷波器功能的革新（创新点） 对陷波电路进行了革新，使经典陷波器尖锐的幅频特性曲线变得圆滑一些，使其更加适 合消除机械发电机产生的不够精确和稳定的 50Hz 工频干扰。 1.7 参数监控问题 低频功率放大器输出功率、直流电源的供给功率和整机效率的测量与显示电路，以单片 机为控制芯片，信号经 AD转换后送给 LCD显示，不仅成本低，并且很好的完成了要求。 1.8 整机系统方框图 我们设计的低频功率放大器主要由前级低噪声放大电路、中级信号放大电路、功率放大 电路、带阻滤波器、电源电路、峰值检波电路、 AD 转换电路、单片机控制电路、 LCD显示电 路等组成，系统框图如图 1 所示。 图 1 系统框图 二、主要电路设计与计算 2.1 输出功率及电源电压