2009年全国大学生电子设计竞赛 G题低频功率放大器题解分享本主题由 soso 于 2009-10-30 16:47 解除置顶 xu_changhua 裸片初长成芯币4693 枚 个人空间 发短消息 加为好友 当前离线 xu_changhua的全部文章楼主 大 中 小 发表于 2009-9-8 01:06 只看该作者 2009年全国大学生电子设计竞赛 G题低频功率放大器题解分享2009年全国大学生电子设计竞赛 G题是一个设计功率放大器的题，主要考核学生模拟电子技术的基础技能，要求是一定要用场效应晶体管做末级放大，且电路增益要求很大，如 5mV的输入要达到5W（ 8欧负载）的输出，算下来要 1265倍，这么大倍数的放大器还要求噪声非常小，小到 5mV，失真度 1%，这题相对来说是比较难的。此外，还要检测放大器的输出功率、电源供给功率以及效率，这部分稍微容易些，但是也不是那么轻易就能解决的。先说说实现方案吧。功率放大器实现方法有几类，低频的有甲、乙、甲乙、丁等几种。甲类效率很低，约 20%左右，但是其失真度可以做的非常小，如0.1%，效率没做评分要点，只是适当考虑，所以可以采用；乙类的只能有半周输出，失真度太大所以不能采用。甲乙类是解决甲类的效率和乙类的失真度的综合途径，推荐采用；丙类肯定不用了，那是高频功率放大器专用的类型，这里是低频的（10Hz50KHz），所以不能采用；丁类的（就是所谓的 D类）采用 H桥的开关方式工作，输入的信号要进行 PWM（PWM 是脉冲宽度调制），H 桥输出后是一个开关量，要经过 LC滤波转变为模拟量，再传送给扬声器。这种方法效率极高，但是电路复杂，调试困难，且效率不做评分的主要依据，建议舍弃这种方案。经过综合权衡考虑，宜采用甲乙类比较合适。再说下电路组成结构该课题有三个主要部分构成，1：功率传输部分；2：电压放大部分（1265 倍以上）；3：信号测量部分功率传输部分没得选，课题已经规定了，一定得用场效应管，最好是 P沟道和 N沟道互补，这么大功率的场效应管要用 V-MOS的，需要查场效应管资料来选型，尤其注意其源极电阻要小，这样才能发挥出优秀的转换效率，此外就是电压和电流的选型。电压为双12V，几乎所有的 V-MOS管都能满足，电流要大于 2A，内阻选 8毫欧的便可。电压放大器选择很重要，频带要求是 50KHz，放大倍数是 1265倍，则增益带宽积要大于 1265*50=63.25M，选 100M以上的。测量部分由 MCU、AD 转换器、显示单元组成，注意，要两路 AD转换，一路负责对扬声器上的电压测量，另一路负责对电源电流的测量，显示器选择很多，LCD 点阵、LCD 字符、LED 数码管等均可以。很晚了，天亮之后还有其他任务要完成，今天就分享到这里。未完待续- 本帖最后由 xu_changhua 于 2009-9-8 01:42 编辑 推荐博客 【yulzhu】功率二极管的功耗计算 【tuozhongyu】 古董级 DIY对讲机 【老杳】 直播星收费应当面向高清电视 【张泽龙】 Proteus 元件名称对照TOP xu_changhua 裸片初长成芯币4693 枚 个人空间 发短消息 加为好友 当前离线 xu_changhua的全部文章沙发 大 中 小 发表于 2009-9-9 01:58 只看该作者 继续根据 OCL电路的电压和功率和负载三者之间的数据关系（P=V2/8RL电压的平方除以 8倍的负载电阻）计算得到V=17.88V，这是理想状况，由于管子的 UG与 US之间有一定的压降（2-4V，两只为 4-8V，比普通三极管的 UBE要大得多），实际上电压需要更大一些，我们先选 24V，即+12V 和-12V。电路如图，逐个元件分析。N沟和 P沟的 V-MOS 场效应管选择跨导、UGS、RD 相同的对管，10K电位器用于调节跟踪两个 UGS并略大些，以便消除交越失真，两个4148接在电位器上，4148 一定要接近场效应管的散热片，以感受热量，实现温度负反馈，以便调节管子温度过高而导致的电流加大，这是利用反向饱和电流随温度变高而变大，UGG 减小，导通能力变小，电流减小，温度降低从而保护场效应管。这里要隆重展现两个 1000uF电容的功劳，这里起到自举的作用，随着正弦输入信号的上升，上面的电容上方电压有超过电源正电位的可能，随着正弦输入信号的下降，下面的电容下端的电压低于电源负电位的可能，这样，随着信号的增大，场效应管的输出有完全跟踪输入信号的幅度的可能，使得输出功率达到极致，电源利用效率大大提高。待续 本帖最后由 xu_changhua 于 2009-9-9 15:39 编辑 TOP xu_changhua 裸片初长成芯币4693 枚 个人空间 发短消息 加为好友 当前离线 xu_changhua的全部文章板凳 大 中 小 发表于 2009-9-9 16:08 只看该作者 继续电压放大部分比较简单，选择的原则是要满足增益带宽积为 100MHz的要求，其次是开环增益要大，如 10的 9次方，如果兼顾考虑选择斩波稳零放大器，且温度漂移小的，则功率传输部分的输入电容可以改为直达的直接耦合方式，以进一步展宽频带。但这样的运放放大器很贵。该运放还可以分两级来完成，前一级和后一级的 AV的乘积为 1265倍也可，这样一方面对放大器的增益带宽积的要求可以降低，另一方面对运算放大器的开环增益要求也可降低。但是这样做对输出噪声的要求不利，且级数多了容易发生自激现象。综合考虑，采用一级 100MHz增益带宽积、高增益的运放，交流耦合，这样对输出噪声参数的要求（0 输入时 5mV）有利，对失调电压、零点漂移的要求可以降低，只要输出电容的容量足够大，满足频带要求是不成问题的。未完待续。 本帖最后由 xu_changhua 于 2009-9-9 22:11 编辑 本帖最近评分记录 open82977352 威望 +100 谢谢分享 2009-9-10 21:00 open82977352 芯币 +50 谢谢分享 2009-9-10 21:00 TOP 如何更快获得芯币？ EEWORLD积分制度xu_changhua 裸片初长成芯币4693 枚 个人空间 发短消息 加为好友 当前离线 xu_changhua的全部文章4楼 大 中 小 发表于 2009-9-11 00:26 只看该作者 。 本帖最后由 xu_changhua 于 2009-9-11 14:46 编辑 TOP 如何更快获得芯币？ EEWORLD积分制度yang_xian521 will五彩晶圆芯币250 枚5楼 大 中 小 发表于 2009-9-11 10:49 只看该作者 做 f题的应该不太爽，要是有你这方案也能做个好功放 个人空间 发短消息 加为好友 当前离线 yang_xian521的全部文章TOP 如何更快获得芯币？ EEWORLD积分制度xu_changhua 裸片初长成芯币4693 枚 个人空间 发短消息 6楼 大 中 小 发表于 2009-9-11 14:34 只看该作者 。 本帖最后由 xu_changhua 于 2009-9-11 14:48 编辑 附件EEWORLD提示：为减少服务器的压力，请尽量不要使用迅雷等下载软件。 精密整流滤波电路.JPG (18.02 KB) 2009-9-11 14:34 加为好友 当前离线 xu_changhua的全部文章TOP 如何更快获得芯币？ EEWORLD积分制度0500110118 纯净的硅芯币236 枚 个人空间 发短消息 加为好友 当前离线 0500110118的全部文章7楼 大 中 小 发表于 2009-9-12 09:50 只看该作者 学习了， TOP 如何更快获得芯币？ EEWORLD积分制度ni_qingqing 8楼 大 中 小 发表于 2009-9-13 12:04 只看该作者 一粒金砂芯币6 枚 个人空间 发短消息 加为好友 当前离线 ni_qingqing的全部文章老师，真强.顶 TOP 如何更快获得芯币？ EEWORLD积分制度nicle 纯净的硅玉芯币35 枚 个人空间 发短消息 加为好友 当前离线 nicle的全部9楼 大 中 小 发表于 2009-9-13 19:10 只看该作者 受教了 文章TOP 如何更快获得芯币？ EEWORLD积分制度zgang 一粒金砂芯币65 枚 个人空间 发短消息 加为好友 当前离线 zgang的全部文章10楼 大 中 小 发表于 2009-9-14 08:19 只看该作者 此题不易，某省测试没有一个理想的，省会元件中心卖的 2元 MOS管子质量不好。双电源 12伏很难出来. TOP 如何更快获得芯币？ EEWORLD积分制度 上一主题 | 下一主题 22 123社区最新活动 DO-254中的高设计可靠性 【2009 年度网友评选-投票】 【社区大讲堂】剖析 LPC1000 【全攻略】LPC3000 全套资料 专题 我们的示波器出生了 2010，你期待 EEWORLD做什么？ 搜集令：你是如何搜索资料的？ “建议删除”你用过了么？ 查看：DIY 示波器最新人员分工 芯币“心”用，好坏由你定！ 24小时排行榜风中雪24小时内发帖:47zhangkai021524小时内发帖:23 21帖 meiduo 20帖 zqzq501311 12帖 madokaaukawa 12帖 wangjiafu1985 12帖西门 8帖 gina 8帖 zcgzanne 7帖 sjl2001 新鲜出炉 五谷鱼鲜团购网 年货 2 2010年，你期待 EEWORLD可以做些 . stm资料四 STM32初学者教程 stm资料三 ST_MCU体验套件 DIY个浪漫花灯 j-link调试外部 norflash的程序 . 大家都去投票啊 QXD-DM6446开发板用户手册 V3.2 . QXD-DM6446开发板原理图 V3.2.r . RoHS指令禁令范围再次扩大 当前时区 GMT+8, 现在时间是 2009-12-23 20:46 京 ICP证 060456清除 Cookies - 联系我们 - 电子工程世界 - Archiver - WAP - TOP Powered by Discuz! 6.1.0 2001-2008 Comsenz Inc. Processed in 0.459068 second(s), 10 queries, Gzip enabled.裸片初长成芯币4693 枚 个人空间 发短消息 加为好友 当前离线 xu_changhua的全12楼 大 中 小 发表于 2009-9-15 02:27 只看该作者 引用:原帖由 zgang 于 2009-9-14 08:19 发表 此题不易，某省测试没有一个理想的，省会元件中心卖的 2元 MOS管子质量不好。双电源 12伏很难出来. 双电源 12V不采取双自举当然无法获得 5W，引入双自举后我的在交专家处测试为 6.3W如果我手头有增益带宽积为 80-100M