沈 阳 工 程 学 院
课 程 设 计
设计题目：耳机功率放大电路
系 别 自控系 班级 测控本091班 学生姓名 于龙虎 学号 ********** 指导教师 黄硕 职称 讲师
起止日期：2011 年 5 月 9 日起——至 2010 年 5 月 13 日止
沈阳工程学院
课程设计任务书
课程设计题目： 耳机功率放大电路
系 别 自控系 班级 测控本091班 学生姓名 于龙虎 学号 2009308124 指导教师 黄硕 称 讲师
课程设计进行地点： 实训F102 任 务 下 达 时 间： 2011 年 5 月 6 日
起止日期： 2011年5月9日 起——至2011年5月13日 止
教研室主任 秦 宏 2011年 5 月 5 日批准
I
耳机功率放大电路
1 设计主要内容及要求
1.1 设计目的：
（1）掌握低频功放的构成、原理与设计方法； （2）熟悉模拟元件的选择、使用方法。
1.2 基本要求
（1）最大输出功率>50mW，能驱动32-200Ω的耳机
（2）在20-20000Hz频率范围内音质优秀，信号失真度THD<1%； （3）电压放大信号3-5。 1.3 发挥部分
（1）输出功率可调节； （2）220V交流电源供电。 （3）其他。
2 设计过程及论文的基本要求：
2.1 设计过程的基本要求
（1）基本部分必须完成，发挥部分可任选2个方向：
（2）符合设计要求的报告一份，其中包括逻辑电路图、实际接线图各一份 （3）设计过程的资料、草稿要求保留并随设计报告一起上交；报告的电子档需全班统一存盘上交。
2.2 课程设计论文的基本要求
（1）参照毕业设计论文规范打印，文字中的小图需打印。项目齐全、不许涂改，不少于3000字。图纸为A3，附录中的大图可以手绘，所有插图不允许复印。 （2）装订顺序：封面、任务书、成绩评审意见表、中文摘要、关键词、目录、正文（设计题目、设计任务、设计思路、设计框图、各部分电路及参数计算（重要）、工作过程分析、元器件清单、主要器件介绍）、小结、参考文献、附录（逻辑电路图与实际接线图）。
3 时间进度安排
顺序 1 2 3 4 5 阶段日期 2011.5.9 2011.5.10 2011.5.11 2011.5.12 2011.5.13 计 划 完 成 内 容 讲解主要设计内容，学生根据任务书做出原始框图 检查框图及初步原理图完成情况，讲解及纠正错误 继续修正逻辑图，指导接线图绘制方法，布置答辩 答辩、写报告 备注 打分 打分 打分 打分 2011.5.13
II
检查逻辑图并指出错误及纠正；讲解接线图绘制及报告书写 打分
沈 阳 工 程 学 院
模拟电子技术 课程设计成绩评定表
系（部）： 自控系 班级： 测控本091班 学生姓名： 于龙虎
指 导 教 师 评 审 意 见 评价 内容 具 体 要 求 权重 0.1 5 评 分 4 3 2 加权分 调研 能独立查阅文献,收集资料；能制定课程设计方案论证 和日程安排。 工作工作态度认真，遵守纪律，出勤情况是否良好，能能力 够独立完成设计工作， 态度 工作量 按期圆满完成规定的设计任务，工作量饱满，难度适宜。 0.2 5 4 3 2 0.2 5 4 3 2 说明说明书立论正确，论述充分，结论严谨合理，文字书的通顺，技术用语准确，符号统一，编号齐全，图表质量 完备，书写工整规范。 0.5 5 4 3 2 指导教师评审成绩 （加权分合计乘以12） 指 导 教 师 签 名： 分 加权分合计 年 月 日 评 阅 教 师 评 审 意 见 评价 内容 查阅 文献 工作量 具 体 要 求 查阅文献有一定广泛性；有综合归纳资料的能力 工作量饱满，难度适中。 权重 0.2 0.5 评 分 加权分 5 5 5 4 4 4 3 3 3 2 2 2 说明说明书立论正确，论述充分，结论严谨合理，文字书的通顺，技术用语准确，符号统一，编号齐全，图表质量 完备，书写工整规范。 0.3 评阅教师评审成绩 （加权分合计乘以8） 评 阅 教 师 签 名： 课 程 设 计 总 评 成 绩 分 加权分合计 年 月 日 分 III
摘 要
随着科技的发展，时代的进步，我们在生活中接触到的与功率放大有关科
技产品比比皆是，在一些耳机、音频功放中都能看到它的影子，而它们的原理功能却不像它们的名字一样让人耳熟能详。功率放大电路在人们生活中处处可见，它与人们日常生活密切相关。人们生活水平在不断提高，精神享受也有更高的要求，因此对耳机也提出了更高的要求，因此提供一个可靠﹑安全﹑便捷的耳机功率放大电路有着现实的必要性。
我设计的耳机功率放大电路采用自上而下的思路，首先是产生12V恒定的电压，通过变压器，整流，滤波，稳压把220V的交流电压转换成12V的恒定电压，再次是通过一个功率放大器把输入信号放大到三到五倍，最后是采用甲乙类单电源互补放大电路。
设计方案包括三个模块，分别是直流稳压电源，运算放大器，甲乙类单电源互补放大电路。
根据题目要求，所以采用甲乙类单电源互不放大电路，因为此电路效率高失真小，又因为输出功率要求大于50mW，所以直流电源采用12V的，在发挥部分为了产生12V的直流电源，采用了整流，滤波，稳压的电路，来达到要求。最后为了保证输出公路可调，所以加一个运算放大器，用一个滑动变阻器来满足放大倍数可调。
关键词 整流 滤波 稳压 运算放大器 甲乙类单电源互补放大电路。
IV
目 录
耳机功率放大电路 .......................................................................................................................... II 模拟电子技术 课程设计成绩评定表 ......................................................................................... III 摘 要 .............................................................................................................................................. IV 1 设计任务描述 ............................................................................................................................... 1
1.1 设计题目：耳机功率放大电路 ........................................................................................ 1 1.2 设计要求............................................................................................................................ 1
1.2.1 设计目的 ................................................................................................................. 1 1.2.2 基本要求 ................................................................................................................. 1 1.2.3 发挥部分 ................................................................................................................. 1
2 设计思路....................................................................................................................................... 2 3 设计方框图 ................................................................................................................................... 3 4 各部分电路设计及参数计算 ................................................................................................... 4
4.1各部分电路设计 ................................................................................................................. 4
4.1.1直流稳压电源 ........................................................................................................ 4 4.1.2甲乙类互补单电源放大电路 ................................................................................ 5 4.1.3集成运算放大电路 ................................................................................................ 6 4.2各部分参数计算 ................................................................................................................. 6
4.1.1直流稳压源的参数计算 .......................................................................................... 6 4.1.2运算放大器的参数计算 .......................................................................................... 6
5 工作过程分析 ............................................................................................................................... 7
5.1直流稳压的产生 ................................................................................................................ 7 5.2功率放大电路 .................................................................................................................... 7 5.3集成运放电路 .................................................................................................................... 8 6 元器件清单 ................................................................................................................................. 10 7 主要元器件介绍 ......................................................................................................................... 10
7.1 集成运放LM324N .......................................................................................................... 10 7.2二极管1N4001GP ............................................................................................................. 11 7.3三极管介绍 ...................................................................................................................... 11 7.4稳压器介绍 ...................................................................................................................... 13 7.5桥式整流管 ...................................................................................................................... 14 小 结 .............................................................................................................................................. 15 致 谢 .............................................................................................................................................. 16 参考文献......................................................................................................................................... 17 附录A1逻辑电路图 ....................................................................................................................... 18
1 设计任务描述
1.1 设计题目：耳机功率放大电路
1.2 设计要求
1.2.1 设计目的
（1）掌握低频功放的构成、原理与设计方法； （2）熟悉模拟元件的选择、使用方法。
1.2.2 基本要求
（1）最大输出功率>50mW，能驱动32-200Ω的耳机
（2）在20-20000Hz频率范围内音质优秀，信号失真度THD<1%； （3）电压放大信号3-5。
1.2.3 发挥部分
（1）输出功率可调节； （2）220V交流电源供电。 （3）其他。
1
2 设计思路
根据此次课程设计的要求，通过自上而下的设计思路，我设计的功放基本电路由三个部分组成，分别是直流稳压电源、甲乙类单电源互补放大电路、功率放大器放大倍数可调。由不同型号的功率放大器、比较器、电容、电阻、滑动变阻器以及三极管组成。
根据基本要求内容，（1）首先为了最大输出功率>50mW能驱动32-200Ω的耳机，所以直流电压选择12V：（2）为了保证失真度小，所以设计了甲乙类放大电路，因为甲乙类放大电路效率高并且失真小，（3）因为放大倍数在三到五倍所以采用运算放大器来达到要求。
另外，发挥部分设计的两个内容。
（1）为了将220V交流电压转换成12V直流电压，设计了整流电路。首先采用变压器，把220V的电压降低，再次通过整流电路把交流电压变成直流电压，滤波电路把电压稳定，最后通过整流把电压稳定在12V（2）为了使输出功率可调，所以在运算放大器使其放大倍数可调，所以使用了一个滑动变阻气使其放大倍数可调。
2
3 设计方框图
220V交流输入端 信号输入端 直流稳压源 放大倍数可调的运算放大器 甲乙类单电源 互补放大电路 负载端
3
4 各部分电路设计及参数计算
4.1各部分电路设计
4.1.1直流稳压电源
1V123220 Vrms 50 Hz 0° D11V21 V/V U1LM7812CT443MDA990-3LINEVOLTAGEVREGCOMMON6C4100nFC510uFC14.7uF2120C3330nF
图4.1.1直流稳压电源电路 直流稳压电源电路设计方法
图中T1为电源变压器，它的作用是将交流电压变成整流电路要求的的交流电压，四只整流二极管接成电桥的形式，故有桥式整流电路之称。电容C1周而复始的进行充放电，达到滤波的作用。电路中C3，C4用来实现频率补偿，防止稳压器产生自激振荡和抑制电路引入的高频干扰，C5是电解电容，以减小稳压电源输出端由输入电源引入的低频干扰。
4
4.1.2甲乙类互补单电源放大电路
VCC12VVCCR1R81kΩ500kΩ5Q21D31N4001GPD41N4001GP2R21.5kΩ2N33933C2100uFQ3RL100Ω2N40620
图4.1.2 甲乙类单电源互补电路设计方法
当有信号Vi时，在信号的负半周,Q2导电，有电流流过负载同时向电容C充电；在信号的正半周,Q3导电则已充电的电容C起着电源-Vcc的作用，通过负载放电。所以要选择电容C2足够大才能代替两个电源的作用。采用单电源的互补对称电路，每个管子的电压变成原来的一半。
5
4.1.3集成运算放大电路
431211U3A3LM324J2R42kΩ1R152kΩ50%Key=AR31kΩ0
图4.1.3
设计方法：
输入信号电压加到运放的同向输入端，输出电压通过R4，R15，R3的分压作用，作用于反相输入端“-”。由于要求放大倍数可调，所以在此加一个滑动变阻器，来满足题目的要求。
4.2各部分参数计算
4.1.1直流稳压源的参数计算
最大输出功率为：
Pom又因为
1Vcc28Rl
Pom50mW 所以选择VCC12V
4.1.2运算放大器的参数计算
运算放大器的放大增益为：
R4R153Af15 R3
6
5 工作过程分析
5.1直流稳压的产生
电路中采用的是理想变压器，桥式整流二极管，LM7812CT稳压器。变压器的作用是将交流电压变成整流电路要求的交流电压，通过LM7812CT稳压，到达实验所需的电压。
T为了使输出电压能到达要求，通过RlC(3~5) 来确定滤波电容的大小，
2电路中靠近引脚处接入电容C3,C4用来实现频率补偿，防止稳压器产生高频自激振荡和抑制电路引入的高频干扰，C5是电解电容，以减小稳压电源输出端由输入电源引入的低频干扰。
为了检验是否达到所需要的直流电压，利用Multism仿真软件进行测试，经反复测试调节，最终选取C3,C4,C5的电容值为330nF,100nF,10000nF。经万用表测量输出电压如图所示：
图5.1直流电源电压
5.2功率放大电路
该部分是由甲乙类单电源互补放大电路组成的，运用了两个二极管以及两个三极管，二极管D3，D4产生的压降为三极管Q2，Q3提供了一个适当的偏压，使之处于微导通状态，在动态工作事可以消除交越失真。
由于放大倍数的衰减，所以在输出与功率输入处加一个负反馈，以满足放大倍数的需要。
为了检验其功率放大是否能达到要求，利用Multism软件多次进行仿真，进行参数的调试，最终选择R1,R2的阻值为。用功率表和示波器测量如图所示：
7
图5.2输出与输入信号
图5.3输出功率
图5.4信号失真度
5.3集成运放电路
电路中选用的是LM324系列集成块， LM324是四运放集成电路，它采用14脚双列直插塑料封装。它的内部包含四组形式完全相同的运算放大器，除电源共用外，四组运放相互独立。由于LM324四运放电路具有电源电压范围宽，静态功耗小，也可单电源使用，价格低廉等优点，因此被广泛应用在各种电路中。
8
由于题目要求输出功率可调，所以在反馈环中除了一个阻值不变的固定电阻以外，有加了一个阻值可调的滑动变阻器，一满足输出功率可调。
根据题目要求，经过多次反复仿真，最终选择R3,R4阻值为1K,2K。滑动变阻器的最大阻值为2K,用示波器可测得图形如下
图5.4放大器输出信号与输入信号
9
6 元器件清单
序号 1 2 3 名称 R1 R2 R3 型号 1K 1.5K 1K 数量 1 1 1
4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23
7.1 集成运放LM324N
R4 2K R6 20K R7 20K R8 500K R15 2K RL 100 C1 。4.7uF C2 100uF C3 330nF C4 100nF C5 10uF C6 1uF V2 1V/V 稳压器 LM7812CT 运放 LM324J 二极管 1N4001GP 三极管 2N3393 三极管 2N4062 接地 / D1
MDA990-3
7 主要元器件介绍10
1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 2 1 1 2 1
每一组运算放大器可用图1所示的符号来表示，它有5个引出脚，其中“+”、“-”为两个信号输入端，“V+”、“V-”为正、负电源端，“Vo”为输出端。两个信号输入端中，Vi-（-）为反相输入端，表示运放输出端Vo的信号与该输入端的相位相反；Vi+（+）为同相输入端，表示运放输出端Vo的信号与该输入端的相位相同。LM324的引脚排列见图2。
图7.1 图7.2
LM324N集成块详细报告 热敏电阻连接：:
热敏电阻状况：: 功耗:
降值拐点：: 最低工作温度: 最高工作温度:
88.00 0.00 1.26 0.00 0.00 70.00
静电放电：: 250.00
7.2二极管1N4001GP
1N4001GP详细数据清单
描述： Vrrm=50 ： Irrm=5.0
： Vfm@if=1.10@1000 ： trr=2.0
： Package=DO-204AL
热敏电阻连接： 45.00 热敏电阻状况： 0.00 功耗： 0.00 降值拐点： 75.00 最低工作温度： -65.00 最高工作温度： 175.00 静电放电： 0.00
7.3三极管介绍
11
2N3393详细数据清单
描述： Vceo=25 : Vcbo=25 ： Ic[max]=0.5 ： HFE[min]=90 ： HFE[max]=180 ： Ft=200
： Pd=0.625 ： Package=TO-92 热敏电阻连接： 200.00 热敏电阻状况： 83.30 功耗： 0.62 降值拐点： 25.00 最低工作温度： -55.00 最高工作温度： 150.00 静电放电： 0.00
图7.3三极管封装图 引脚信息:
逻辑 物理的 单元 类型 B 1 GRP:A C 2 GRP:A E 3 GRP:A A:I/O
2N4062详细数据清单
描述： Vceo=30 : Vcbo=30 ： Ic[max]=0.2 ： HFE[min]=180 ： HFE[max]=660 ： Ft=
： Pd=0.6 ： Package=TO-92
ERC 状态 引脚交换组 A:I/O 包括 A:I/O 包括 包括 12
门交换组
热敏电阻连接： 0.00
热敏电阻状况： 0.00 功耗： 0.60 降值拐点： 25.00 最低工作温度： -55.00 最高工作温度： 150.00 静电放电： 0.00 引脚信息:
逻辑 物理的 单元 类型 ERC 状态 引脚交换组 B 1 GRP:A A:I/O 包括 C 2 GRP:A A:I/O 包括 E 3 GRP:A A:I/O 包括
7.4稳压器介绍
LM7812CT详细数据清单
描述： Iout=1.0 ： Vout=12.0 ： Pd=10
： Package=TO-220 热敏电阻连接： 50.00
热敏电阻状况： 4.00 功耗： 2.00 降值拐点： 0.00 最低工作温度： 0.00 最高工作温度： 125.00 静电放电： 0.00
门交换组
图7.4稳压器符号 引脚信息:
逻辑 物理的 单元 类型 ERC 状态 引脚交换组 门交换组 IN 1 GRP:A A:INPUT 包括 GND 2 GRP:A A:IGND 包括 OUT 3 GRP:A A:IPWR 包括
13
7.5桥式整流管
MDA990-3详细数据清单
描述： Vrrm=200.00
： Irrm=500.00
：Vfm@if=*************： trr=
： Package=CASE309A-03 热敏电阻连接： 6.05 热敏电阻状况： 0.00 功耗： 0.00 降值拐点： 55.00 最低工作温度： -65.00 最高工作温度： 175.00 静电放电： 0.00
图7.5整流管符号 图7.6整流管封装图
引脚信息:
逻辑 物理的 单元 类型 ERC 状态 引脚交换组 门交换组 V+ 1 GRP:A A:I/O 包括 AC1 2 GRP:A A:I/O 包括 AC2 3 GRP:A A:I/O 包括 V- 4 GRP:A A:I/O 包括
14
小 结
通过两周的设计，让我学习到了有关有功率放大电路方面的很多知识，使我在一周的课程学习后更加深刻地认识到了自己所学专业的重要性和趣味性。在这次课程设计中我以书中内容为基础，通过查阅课外的知识完成本设计要求的内容，达到了学习的目的。
通过这一个星期的学习与努力，在克服了许多学习困难后我深深认识到自己不论是在知识储备还是学习能力方面还存在很多不足，基础知识还很薄弱，实践经验比较缺乏，动手能力也有待提高，理论联系实际的能力仍急需提高。 在课程设计期间，我的自学能力以及搜集提取资料信息能力得到了切实的培养与锻炼……在这个过程中，我也曾在众多困难前挫败沮丧过，可尽管如此我并没有屈服过那些所谓的坎坷。因为我知道，只要我们付出努力、勤于向老师同学请教，就会有收获，就能克服各种各样的困难。美好的人生就是在不断的劳动后才得以进步。虽然课程设计对大学生而言是一种很好的锻炼，它让我们进一步将理论知识运用到实际当中，尤其是仿真软件的利用非常具有真实感！ 为期一周的课程设计，我们确实很辛苦，同学们的团结互助精神也借此充分体现了出来，这些是其他的东西无法弥补和找到的，对我们以后的成长很有帮助。
对我而言，在获得了宝贵知识的同时也获得了精神上的满足。让我体会了学无海无涯苦做舟的道理。我们每一个人永远不能满足于现有的成就，只有努力才有收获，只有谦虚才能进步，个人和整个社会才能得到进步。这次课程设计必将成为我大学生活中一个非常有意义的经历！
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致 谢
这一周的课程设计已经结束，之所以能短时高效的完成。首先要感谢黄硕老师的大力支持和指导。在设计过程遇到很多困难，每一次找到老师时，老师都会认真解答，并不断为我们引导设计思路，与此同时还未我们提供相关应用软件，这让我们不仅圆满的完成课程设计要求的内容，并且还对书中内容有了进一步认识，在此表示对黄老师诚挚的谢意。
在设计过程当中通过努力，互相帮助，大家在一起集思广益，在很短时间内完成设计要求。对帮助过我的同学表示感谢。
也感谢沈阳工程学院图书馆的支持，科技书刊借阅室和多媒体电子阅览室提供本设计要求所需资料。
还有对本设计有过帮助的人，在此一并表示感谢！
16
参考文献
[1] 赛尔吉欧弗朗哥Design Operational Amplifiers and Analog Integrated Circuits.西安：西安交通大学出版社，2004
[2] 康光华.电子技术基础（模拟部分）.北京：高等教育出版社，2009 [3] 谢自美.电子线路设计.武汉：华中科技大学出版社，2000 [4] 张畴先.模拟电子线路.西安：西北工业大学出版社，2003
[5] 聂典 丁伟. Multisim 10计算机仿真在电子电路设计中的应用.北京：电子
工业出版社，2009
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附录A1逻辑电路图
1V132220 Vrms 50 Hz 0° D11V21 V/V U1LM7812CT443MDA990-3LINEVOLTAGEVREGCOMMON6C4100nFC510uFC61uFC14.7uF212016XFG1R620kΩC3330nFR1R81kΩ500kΩ5R720kΩ43U3A121111R42kΩLM324JQ210R152kΩ50%Key=AD31N4001GP2N3393R31kΩ7D41N4001GP8C2100uF149R21.5kΩQ3RL100Ω2N40620
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