蘇州科技大學天平學院電子與信息工程學院

通信電子線路課程設計報告

課設名稱      帶通功率放大器         

專業班級通信1421      

學生姓名       陳*慶               

學   號1430119132   

同組人員        吳*麗               

指導教師       潘欣裕   

• 設計任務及要求
  

• 了解最基本的帶通濾波器以及功率放大器的電路組成；
• 在基本的電路上能夠做一些變化，靈活設計電路；
  

1.2. 設計任務

    利用帶通濾波器和功率放大器設計一個語音的放大電路，使它的功率為0.5w。

1.3. 設計要求

• 電路采用不超過12V單（或雙）電源供電；
• 帶通濾波器：通帶為300Hz ̴3.4kHz，濾波器階數不限；增益為20dB；
• 最大輸出額定功率不小于0.5W，失真度小于10%（示波器觀察無明顯的失真）；負載額定阻抗為8 Ώ；
• 功率放大器增益為26dB；
• 功率放大器部分可以用集成功放電路；
  

1.4電路測試要求

• 測量濾波器的頻率響應特性，給出上、下限截止頻率，通帶的增益；
  

（2）在示波器觀察無明顯失真的情況下，測量最大輸出功率；

（3）測量功率放大器的電壓增益（負載：8 Ώ；信號頻率：1kHz）；

二、電路原理及各部分設計

2.1電路原理

    帶通功率放大器的原理圖如圖下（1）所示。電路有兩部分組成：分別是帶通濾波器和功率放大器。

    濾波器電路的設計選用LM358雙運放設計電路。LM358內部包括有兩個獨立的、高增益、內部頻率補償的雙運算放大器，適合于電壓范圍很寬的單電源使用，也適用于雙電源工作模式，在推薦的工作條件下，電源電流與電源電壓無關。它的使用范圍包括傳感放大器、直流增益模塊和其他所有可用單電源供電的使用運算放大器的場合。它有以下特性：內部頻率補償.直流電壓增益高（約100dB）. 單位增益頻帶寬（約1MHz）. 電源電壓范圍寬；單電源（3-30V）；雙電源. 低功耗電流，適合于電池供電. 低輸入偏流. 低輸入失調電壓和失調電流.共模輸入電壓范圍寬，包括接地. 差模輸入電壓范圍寬，等于電源電壓范圍. 輸出電壓擺幅大（0至VCC-1.5V）

在這里，我們利用了該小信號放大電路高輸入阻抗、高共模抑制比、以及低漂移等特點，高輸入阻抗使得運放的輸入電流比較小，有利于增大放大電路對前級電路的索取信號的能力。在信號的輸入的同時會不可避免的摻雜著噪聲和溫度的漂移而影響信號的放大，因此高共模抑制比，低溫漂的作用尤為重要。

    帶通濾波器的設計是由上線截止頻率為3400Hz的低通濾波器和下線截止頻率為300Hz的高通濾波器級聯而成，因此，設計該電路由低通濾波器和高通濾波器組合成而二階帶通通濾波器（巴特沃斯效應）

功率放大電路運用LM386功放，該功放是一種音頻集成功放，具有自身功耗低、電壓增益可調整、電源電壓范圍大、外接原件少和總諧波失真小等優點，廣泛運用于錄音機和收音機之中。

2.2電路的設計制作

2.2.1  帶通濾波電路設計

• 根據設計要求，通帶頻率為300Hz ̴2.4kHz，濾波器階數不限，增益為20dB, 所以采取二階高通和二階低通聯級的設計方案，選擇低通放大十倍，高通不放大。
  

電路形式（1）：  壓控電壓源電路

性能參數：     

     

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電路元件值:

說明：要求運放Ri大于10R2+R3，R4的選取要考慮對失調的影響，

      在Wc處，運放的開環增益Aw至少是濾波器增益的50倍

電路形式（2）：壓控電壓源電路

性能參數:       

電路元件值：

說明： （1）增益容易調整，輸出阻抗高、輸出阻抗低

       （2）要求運放Ri>10(R1+R2)，輸入接到地要有一直流通路

       （3）在Wc處，運放的開環增益至少應是濾波器增益的50倍

     高通濾波器的截止頻率為300Hz，根據上表可得兩個電容C=0.03nf，實際取值33nf。然后根據下面公式

                       一般取K值的范圍：   1≤K≤10

     求出了K值約為11.11，高通濾波器放大倍數為1，可以看到高通濾波器增益Av為1，K=11.11時，R1=12.499KΏ，R2=25.009KΏ，實際電阻取R1=12KΏ，R2=24KΏ

    低通濾波器的截止頻率為3400Hz，根據上表可得C=0.003uf，則C1=0.006uf，實際取值C=3.3nf，C1=6.8nf，然后根據下面那個公式

                    一般取K值的范圍：   1≤K≤10

     求出了K值約為9.8，低通濾波器放大倍數為10.可以看到高通濾波器增益Av為10，K=9.80時，R1=4.5276KΏ，R2=26.8716KΏ，R3=34.888KΏ，R4=313.9724KΏ，取實際電阻為R1=4KΏ，R2=24KΏ，R3=30KΏ，R4=270KΏ

• 帶通濾波電路在Multisim中仿真如下
  

2.2.2  功率放大器設計

該電路為LM386的基本用法，外接原件最少的一種用法，電容250μF為輸出電容，由于引腳1和8開路，集成功放的電壓增益為26dB，即電壓放大倍數為20，利用RW可以調節揚聲器的音量。電容0.05μF和電阻10Ώ串聯構成矯正網絡用來進行相位補償，靜態時，輸出電容上電壓為VCC/2，LM386的最大不失真輸出電壓的峰峰值約為電源電壓VCC，設負載電阻為RL，最大輸出功率表達式為：

2

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       在實驗室沒有250uf電解電容，所以改成220uf電解電容，如下圖：

2.3  電路仿真測試

    仿真電路圖中各電阻值和電容值是根據實驗室所有和理論設計個電阻值和電容值的相近值所確定，仿真如下

1Hz時幅頻特性曲線：

300Hz時幅頻特性曲線：

3.4KHz時幅頻特性曲線：

314.975Hz時最大幅頻特性曲線：

可以看出：在300Hz和3.4KHz處衰減正常，符合設計要求。

三、電路測試

輸入1KHz、峰峰值為20mV的正弦波，在示波器上波形干凈、無失真，且有效的放大。在接入喇叭后，可以進行語音放大，并且聲音干凈無雜音。

四、 電路測試數據及結果

    （1） 數據分析：帶通濾波器，通帶為300Hz ̴3.4kHz；（理論要求）允許誤差為10%，即通帶在270Hz-3.73kHz都符合要求，實際的帶通濾波器1.5kHz對應得Vpp=210mv；210×0.707=148mv，對應得頻率為：280Hz-3.50kHz；在誤差范圍內，達到理論的帶通濾波器的范圍。所以，濾波起的下限截止頻率為280Hz，上限截止頻率為3.5kHz，放大倍數 Av=210/20=10.5，帶通增益201g10.5=20.4dB，在允許誤差范圍內。

（2）在示波器觀察無明顯失真的情況下，測量最大輸出功率；

      調整濾波器頻率為1kHz，且波形無明顯失真，此時示波器顯示峰峰值幅值為6.2V，所以最大輸出功率

（3）測量功率放大器的電壓增益（負載 8Ώ喇叭；信號頻率：1kHz）;

      用示波器分別接在濾波器輸出端和功率放大器的輸出端，測得濾波輸出波形峰峰值為308mv，功放輸出波形的峰峰值為5.88V，則

      綜上， 在允許溫差范圍內滿足設計要求。

（4）波特圖

    在本實驗中，在研究放大電路的頻率響應時，由于信號的頻率范圍很寬（從幾赫茲到幾千赫茲甚至以上），放大電路的放大倍數也很大（可達百萬位以上），為壓縮坐標，擴大視野，在畫頻率特性曲線時，幅值（以dB為單位）或相角采用線性刻度。在這種半對數坐標中畫出的幅頻特性曲線和相頻特性曲線稱為對數頻率特性或波特圖。

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五、實驗總結

六、參考文獻

（1）模擬電子技術基礎（第四版）—— 童詩白

（2）電子課程設計與工藝實習指導書

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