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1、2012届毕业生任务书一、任务：设计并制作一个高效率音频功率放大器及其参数的测量、显示装置。功率放大器的电源电压为+5V（电路其他部分的电源电压不限），负载为8电阻。二、指导老师：张文初、汤俊秀三、要求1基本要求（1）功率放大器a3dB通频带为300Hz3400Hz，输出正弦信号无明显失真。b最大不失真输出功率1W。c输入阻抗10k，电压放大倍数120连续可调。d低频噪声电压（20kHz以下）10mv，在电压放大倍数为10，输入端对地交流短路时测量。e在输出功率500mW时测量的功率放大器效率（输出功率/放大器总功耗）50%。（2）具有输出短路保护功能。（3）设计并制作一个测量放大器输出功率的
2、装置，要求具有3位数字显示，精度优于5%。2.设计内容与要求 绘制系统组成框图，确定设计方案； 了解电路所需集成芯片的功能，参数和工作原理； 绘制整机电路图； 制作实物并完成软、硬件调试； 提交毕业设计论文。四、设计参考书模拟电子技术、高频电子技术、电子设计自动化技术、数字电路设计方法、电子装置的设计、单片机原理及应用五、设计说明书要求1. 封面：包括设计题目，班级，姓名，指导老师，完成时间2. 目录：根据说明书的内容决定，一般采用2 至3级。3. 设计任务书：包括课题名称、目的、用途、主要技术性能指标(参照教材目录编排)。4. 中文题目、摘要、关键词；英文题目、摘要、关键词。5. 正文：设计
3、方案框图及电路工作原理：包括系统方框图，电气原理图，各单元电路的设计，简述主要部件（包括主要集成电路）的工作原理、工作条件、给定参数、理论公式及详细的计算步骤、计算结果。这是说明书的主要部分。6. 元件参数表：包括所选用的元器件名称、参数、型号。7. 调试方案：包括调试的条件、方法、使用仪器设备的型号，并对测试数据进行分析。8. 设计心得：包括对本课程设计的客观评价、设计特点、存在的问题以及改进意见等。9. 参考文献：包括作者、署名、出版地、出版年等六、设计进程安排第1周：资料准备与借阅，了解课题思路。第2-3周：设计要求说明及课题内容辅导，完成图纸初稿。第4-6周：进行毕业设计，完成说明书初
4、稿。第7周：第二次检查设计完成情况，并作好毕业答辩准备。第8周：毕业答辩与综合成绩评定。七、毕业设计答辩及论文要求1.毕业设计答辩要求答辩前三天，每个学生应按时将毕业设计说明书或毕业论文、专题报告等必要资料交指导教师审阅，由指导教师写出审阅意见。学生答辩时对自述部分应写出书面提纲，内容包括课题的任务、目的和意义，所采用的原始资料或参考文献、设计的基本内容和主要方法、成果结论和评价。答辩小组质询课题的关键问题，质询与课题密切相关的基本理论、知识、设计与计算方法实验方法、测试方法，鉴别学生独立工作能力、创新能力。2毕业设计论文要求文字要求：说明书要求打印(除图纸外)，不能手写。文字通顺，语言流畅，
5、排版合理，无错别字，不允许抄袭。图纸要求：按工程制图标准制图，图面整洁，布局合理，线条粗细均匀，圆弧连接光滑，尺寸标注规范，文字注释必须使用工程字书写。曲线图表要求：所有曲线、图表、线路图、程序框图、示意图等不准用徒手画，必须按国家规定的标准或工程要求绘制。湖南铁道职业技术学院学生毕业设计（论文）摘 要近几十年来在音频领域中，A类，B类，AB类音频功率放大器（额定输出功率）一直占据“统治”地位，其发展经历了这样几个过程：所用器件从电子管，晶体管到集成电路过程；电路组成从单管到推挽过程；电路形式从变压器到OTL，OCL，BTL形式过程。其最基本类型是模拟音频功率放大器，它的最大缺点是效率太低。A
6、类音频功率放大器的最高工作效率为50%，B 类音频功率放大器的最高工作效率为78.5%，AB类音频功率放大器的工作效率则介于两者之间。但是无论A类，B类还是AB类音频功率放大器，当它们的输出功率小于额定输出功率时，效率就会明显降低，播放动态的语言，音乐时平均工作效率只有30%左右。音频功率放大器的效率低就意味着工作时有相当多的电能转化成热能，也就是说，这些类型的音频功率放大器要有足够大的散热器。因此A类，B类，AB类音频功率放大器效率低，体积大，并不是人们理想中的音频功率放大器。本系统以高效率D类功率放大器为核心，输出开关管采用高速VMOSFET管，连接成互补对称H桥式结构，最大不失真功率大于
7、1W，平均效率可达到70%左右，兼有输出1：1双变单电路，单片机实现功率测量显示电路。此外还有输出短路保护及指示和输出音量电平指示等辅助功能，比较理想的实现了设计指标的要求。关键词 ：脉宽调制器；信号变换；功率测量与显示AbstractIn the audio frequency field in near these decades, As, Bs,and the AB amplifier of power of audio frequency (specified output power ) has been occupying the position of ruling all th
8、e time，Several pieces of course such as its experience: The devices used are from the electron tube , the course of the integrated circuit that the transistor reaches; The circuit makes up from in charge of recommending the course onlying to; The form of the circuit is from voltage transformer to OT
9、L, OCL, BTL form course. Its most basic type is an analogue audio frequency power amplifier, its greatest shortcoming is that the efficiency is too low. The supreme working efficiency of the A amplifier of power of audio frequency is 50%, the supreme working efficiency of the B amplifier of power of
10、 audio frequency is 78. 5%, the working efficiency of the AB amplifier of power of audio frequency lies between the two. But no matter As, Bs or the AB amplifier of power of audio frequency, when their output power is smaller than amount output power, efficiency can reduce obviously, broadcast dynam
11、ic language , only 30% about working efficiency have on average at the music. Audio frequency power amplifier weak to is it there is quite a lot of electric energy that is transformed into heat energy when working to mean, that is to say , the amplifiers of power of audio frequency of these types sh
12、ould have enough big radiators. The system for high efficiency Class D power amplifier at the core, the output of the high-speed switch VMOSFET of linking complementary symmetry H-bridge structure, the largest non-distortion power greater than 1 W, the average efficiency of around 70 percent can be
13、achieved, both output 1: one pair of variable-circuit MCU power measurements show that the circuit. In addition, output short circuit protection and directives and instructions output volume level function as more ideal realization of the design specifications requirementKeywords: pulse-width modula
14、tion, signal conversion, power measurementII目 录摘 要IAbstractII第1章 绪 论11.1研究背景11.2论文研究目标和意义11.3 D类功率放大器的发展2第2章 方案论证与比较32.1高效功率放大器32.1.1脉宽调制器（PWM）32.1.2高速开关电路32.1.3滤波器的选择42.2信号变换电路52.3功率测量电路5第3章 硬件电路63.1 D类放大器的工作原理63.2 D类功放各部分电路分析与计算73.2.1脉宽调制器73.2.2前置放大器83.2.3驱动电路93.2.4 H桥互不对称输出电路103.2.5低通滤波器103.3信号变换
15、电路113.4功率测量及显示电路113.4.1真有效值转换器113.4.2单片机系统113.4.3软件设计局123.5短路保护电路13第4章 电路调试154.1使用的仪器154.2 使用方法154.3调试过程及数据分析154.3.1不通电检查154.3.2通电观察154.3.3分模块调试154.4 测试过程174.4.1脉宽调制电路测试174.4.2载波发生器调试174.4.3前置放大电路调试184.4.4 整机联调194.5测试分析194.6故障分析204.7进一步改进的措施20结 论22参考文献23致 谢24附 录25第1章 绪 论1.1研究背景全球音视频领域数字化的浪潮以及人们对音视频节
16、能环保的要求，迫使人们尽快研究开发高效，节能，数字化的音频功率放大器。它应该具有工作效率高，便于与其他数字设备相连接的特点。模拟功率放大器通过采用优质的元件，复杂的补偿电路，深负反馈，使失真变的很小，但大功率和高效率一直没有很好的解决。D类音频功率放大器是PWM型功率放大器，它工作于开关状态下，符合上述的要求。传统的音频功率放大器工作时，直接对模拟信号进行放大，工作期间必须工作于线性放大区，功率耗散较大，虽然采用推挽输出，减小了功率器件的承受功率，但在较大功率情况下，仍然对功率器件构成极大威胁，功率输出受到限制。此外，模拟功率放大器还存在以下的缺点：电路复杂，成本高。常常需要设计复杂的补偿电路
17、和过流，过压，过热等保护电路，体积较大，电路复杂。效率低，输出功率不可能做的很大。D类开关音频功率放大器的工作基于PWM模式：将音频信号与采样频率比较，经过自然采样，得到脉冲宽度与音频信号幅度成正比例变化的PWM波，然后经过驱动电路，加到功率MOS的栅极，控制功率器件的开关，实现放大，将放大的PWM信号送入滤波器，则还原为音频信号。D类功率放大器工作于开关状态，理论效率可达100%，实际的运用也可达80%以上。功率器件的耗散功率小，产生热量少，可以大大减小散热器的尺寸，连续输出功率很容易达到数百瓦。功率MOS有自我保护电路，可以大大简化保护电路，而且不会引入非线形失真。1.2论文研究目标和意义
18、功率放大器是机电一体化产品中不可缺少的部分，也是其最基本的部分。功率放大器发展至今，有许多种类和应用，在工业方面，有数控机床的电机驱动，有应用于新型磁轴承开关，也有在电力电子控制技术种的应用。在通讯方面，有几百毫瓦的蜂窝电话发射机、有基站几十瓦的功率放大器、也有上千瓦的电视信号发射机。但所有的功率放大器，其设计所遵循的基本规律几乎是相同的。而它的设计包含了电子电路技术、模拟控制理论、测试技术以及实现智能化的单片机控制技术等。因此以电子管音频功率放大器设计制作作为载体。实现兴趣与理论实践相结合，使整个设计过程不枯燥无味，通过实际设计与制作，进一步发挥和巩固四年来所学的知识，在实践中锻炼自己，在锻
19、炼中提高自己专业水平。1.3 D类功率放大器的发展音频放大器已经有快要一个世纪的历史了，最早的电子管放大器的第一个应用就是音频放大器。然而直到现在为止，它还在不断地更新、发展、前进。主要因为人类的听觉是各种感觉中的相当重要的一种，也是最基本的一种。为了满足它的需要，有关的音频放大器就要不断地加以改进。进入21世纪以后，各种便携式的电子设备成为了电子设备的一种重要的发展趋势。从作为通信工具的手机，到作为娱乐设备的MP3播放器，已经成为差不多人人具备的便携式电子设备。陆续将要普及的还有便携式电视机，便携式DVD等等。所有这些便携式的电子设备的一个共同点，就是都有音频输出，也就是都需要有一个音频放大
20、器；另一个特点就是它们都是电池供电的。都希望能够有较长的使用寿命。就是在这种需求的背景下，D类放大器被开发出来了。它的最大特点就是它能够在保持最低的失真情况下得到最高的效率。高效率的音频放大器不只是在便携式的设备中需要，在大功率的电子设备中也需要。因为，功率越大，效率也就越重要。而随着人们的居住条件的改善，高保真音响设备和更高档的家庭影院也逐渐开始兴起。在这些设备中，往往需要几十瓦甚至几百的音频功率。这时，低失真、高效率的音频放大器就成为其中的关键部件。第2章 方案论证与比较根据设计任务的要求，本系统的组成方框图如图3.1所示。下面对每个方框内电路的设计。方案分别进行论证与比较：2.1高效功率
21、放大器图2.1 总方框图本题目的核心就是功率放大器部分，采用何种电路形式以达到题目要求的性能指标，是我们成功的关键。2.1.1脉宽调制器（PWM）方案一：可选用专用的脉宽调制集成块，但通常有电源电压的限制，不利于本题发挥部分的实现。方案二：采用图2.2所示方式来实现。三角波产生器及比较器分别采用通用集成电路，各部分的功能清晰，实现灵活，便于调试。若合理的选择器材参数，可使其能在较低的电压下工作，故选用此方案。2.1.2高速开关电路（1）输出方式：方案一：选用推挽单端输出方式（电路如图2.2所示）。电路输出载波峰峰值不可能超过5V电源电压，最大输出功率远远达不到题目的基本要求。图2.2 推挽单端
22、输出电路方案二：选用H桥式输出方式（电路如图2.3所示）。此方式可充分利用电源电压，浮动输出载波的峰峰值可达10V，有效的提高了输出功率，且能达到题目所有指标要求，故选用此输出电路形式。图2.3 H桥输出电路（2）开关管的选择为提高功率放大器的效率和输出功率，开关管的选择非常重要，对它的要求是高速 低导通电阻、低损耗。方案一：选用晶体三极管 IGBT管。晶体三极管需要较大的驱动电流，并储存时间，开关特性不够好，使整个功放的静态损耗及开关过程中的损耗较大；IGBT管的最大缺点是导通压降太大。方案二：选用VMOSFET管。VMOSFET管具有较小的驱动电流 低导通电阻及良好的开关特性，故选用高速V
23、MOSFET管。2.1.3滤波器的选择方案一：采用两个相同的二阶Butterworth 低通滤波器。缺点是负载上的高频载波电压得不到充分衰减。方案二： 采用两个相同的四阶 Butterworth 低通滤波器，在保证20kHz频带的前提下使负载上的高频载波电压进一步得到衰减。2.2信号变换电路由于采用浮动输出，要求信号变换电路具有双端变单端的功能，且增益为1。方案一：采用集成数据放大器，精度高，但价格较贵。方案二：由于功放输出具有很强的带负载能力，故对变换电路输入阻抗要求不高，所以可选用较简单的单运放组成的差动式减法电路来实现。2.3功率测量电路方案一：直接用/转换器采样音频输出的电压瞬时值，用
24、单片机计算有效值和平均功率，原理框架图（如图2.4所示），但算法复杂，软件工作量大。图2.4 功率测量方框图方案二：由于功放输出信号不是单一频率，而是20kHz频带内的任意波形，故必须采用真有效值变换电路。此方案采用真有效值转换专用芯片，先得到音频信号电压的真有效值。再用A/D转换器采样该有效值，直接用单片机计算平均功率（原理框图如图2.5所示），软件工作量小，精度高，速度快。图2.5 功率测量方框图第3章 硬件电路3.1 D类放大器的工作原理一般的脉宽调制D类功放的原理方框图如图3.1所示。图3.2为工作波形示意。其中（a）为输入信号；（b）为锯齿波与输入信号进行比较的波形；(c)为调制器输
25、出的脉冲（调宽脉冲）；（d）为功率放大器放大后的调宽脉冲；(e)为低通滤波后的放大信号。图3.1 高效音频功率放大图3.2 工作波形示意图3.2 D类功放各部分电路分析与计算3.2.1脉宽调制器三角波产生电路。该电路我们采用555集成电路来实现（电路如图3.3所示）。图3.3 三角波产生电路三角波产生电路。该电路我们用555芯片构成三角波产生电路，如图3.3所示。本设计利用555组成多谐振荡器的电容C4充放电特性加以改进，实现对电容C4的线性充放电获得三角波。利用T1、T2和R6构成恒流源对C4实现线性充电，利用T3、T4和R7构成的恒流源实现对C4的放电。 电容C4上的三角波经T5射极跟随器
26、输出。电路中电容C4选用漏电流很低的聚苯乙烯电容。该振荡器的振荡频率f=0.33/（R6+ R7）C4。我们要得到一个线性很好、频率约100KHZ、峰峰值为2.18V的三角波，将其输入到脉宽调制比较器的一个输入端。电路工作原理如下：接通电源瞬间，555芯片的3脚输出高电平，二极管D3截止，D4 导通，从而 D2 也截止，D1 导通，电源 Vcc 通过 T1，T2，R6，D1 对电容 C4 恒流充电，当 C4 上电压达到 2/3Vcc 时，555 芯片的输出发生翻转，即 3脚输出低电平，D3导通，D4截止，从而D1也截止，D2导通，电容C4通过D2，T3，T4，R2恒流放电，直到C4电压等于1/
27、3Vcc，电容又开始充电，如此循环，则 C4 上可以得到线性度良好的三角波，输出加一级电压跟随器，以提高带负载能力，其仿真波形如图3.4所示。图3.4 仿真波形图由于三角波Vp-p=2V,所以要求音频信号的Vp-p不能大于2V，否则会使功放产生失真。比较器常规PWM调制电路如图3.5所示，电路以音频信号为调制波，频率为150kHz的三角波为载波，两路信号均加上2.5V的直流偏置电压，通过比较器进行比较， 得到幅值相同， 占空比随音频幅度变化的脉冲信号。 比较电路采用高速、精密的比较器芯片LM311。由于比较器芯片LM311的输出级是集电极开路结构，输出端须加上拉电阻，上拉电阻的阻值采用芯片资料
28、上的推荐阻值1k。图3.5 比较器电路3.2.2前置放大器电路如图3.6所示。设置前置放大器，可使整个功放的增益从120连续可调，而且也保证了比较起的比较精度。当功放输出的最大失真功率为1W时，其8上的电压Vp-p=8V,此时送给比较器音频信号的Vp-p值应为2V，则功放的最大增益约为4。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。前放仍采用宽频带、低漂移、满幅运放NE5532，组成增益可调的同相宽带放大器。选择同相放大器的目的是容易实现输入电阻Ri10k的要求。同时，采用满幅运放可在降低电源电压时仍能正常放大，取V+Vcc/2=2.5V,要求输入电阻Ri大于10k，故取R1=R2=
29、51k，则Ri=51/2=25.5k，反馈电阻采用电位器R4，取R4=20k，反相端电阻取2.4k，则前置放大器的最大增益Av为A=1+=1+调整R4是其增益约为8，则整个功放的电压增益从032可调。图3.6 前置放大电路考虑到前置放大器的最大不失真输出电压的幅值Vom2.5V,取Vom等于2.0V,则要求输入的音频最大幅度Vim小于250mV。超过此幅度则输出会产生削波失真。3.2.3驱动电路电路如图3.7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，送给由晶体三级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
30、路晶体三级管选用2SC8050和2SA8550对管。图3.7 驱动电路3.2.4 H桥互不对称输出电路 对MOSFET 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，IRFD640和IRFD9640 VMOD 对管的参数能够满足上述要求，故采用之。实际电路如图所示。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 Butterworth 滤波器滤波后推动喇叭工作。如图3.8所示 图3.8 H桥电路3.2.5低通滤波器 本电路采用4阶Butterworth 低通滤波器。对滤波器的要求是上限
31、频率大于等于20kHz，在通频带内特性基本平坦。我们采用了电子工作台（EWB）软件仿真，从而得到了一组较佳的参数：L1=22Uh,L2=47Uh,C1=1.68uF,C2=1uF。19.95kHz处下降2.464Db,可保证20kHz的上限频率，且通带内曲线基本平坦；100kHz、150kHz处分别下降48dB、62dB，完全达到要求。3.3信号变换电路电路要求增益为1，将双端变为单端输出，运放选用宽带运放NE5532，电路如图3.9所示。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。由于功放的带负载能力很强，故对变换电路的输入阻抗要求不高，选R1=R2=R3=R4=20k
32、。其增益为Av=R3/R1=1，其上限频率远超过20kHz的指标要求。如图3.9所示图3.9 信号变换电路3.4功率测量及显示电路功率测量及显示电路真有效值转换电路和单片机系统组成。3.4.1真有效值转换器选用高精度的AD637芯片（如图3.10所示），其外围元件少、频带宽，精度高于0.5。3.4.2单片机系统 本系统主要由89C51 单片机、可编程逻辑器件EPM7128、A/D转换器A/D574和键盘显示接口电路等组成。经AD637进行有效值变换后的模拟电压信号送A/D转换器AD574,由89C51控制AD574进行模/数转换，并对转换结果进行运算处理，最后送显示电路完成功率显示。其中EMP
33、7128完成地址译码和各种控制信号的产生，62256用于存储数据的处理。键盘显示电路用于调试过程中的参数校准输入，主要由显示接口芯片8279，44键盘及8位数码管显示部分构成。如图3.10所示图3.10 真有效值转换电路3.4.3软件设计局本系统用软件设计了特殊功能键，通过对键盘的简单操作，便可实现功率放大器输出功率的直接显示，精确到小数点后4位，显示误差小于4.5。本系统软件采用结构化程序设计方法，公懵模块各自独立。软件主体流程图如图3.11所示。系统初始化：加电后完成系统硬件和系统变量的初始化。其中包括变量设置、标志位设定、置中断和定时器状态、设置控制口的状态、设置功能键等。等待功能键输入
34、：由键盘输入命令和校准参数。控制测量：由单片机读取所设定的数值，进行数据的处理。显示测量结果：AT89C51控制8279显示接口芯片，使用8位数码管显示测量的输出功率。图3.11 软件流程图3.5短路保护电路短路（或过流）保护电路的原理电路如图3.12所示。0.1过流取样电阻与8的负载串联连接，对0.1电阻上的取样电压进行放大。电路由UIB组成的减法放大器完成，选用运放是NE5532。R6与R7调整为11k，则该放大器的电压放大倍数为经放大后音频信号再通过由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“-”端电平设置为5.1V，由R12
35、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。图3.12 保护电路正常工作时，通过0.1的最大电流幅度为0.62A,0.1上的最大压降为62mV，经放大后输出的电压幅值为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8负载端短路或输出过流，0.1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，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。要接触保护状态，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
36、、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。第4章 电路调试4.1使用的仪器DC电源WD990一台示波器V-1065A100MHZ一台电烙铁30W一套信号发生器一台万用表数字式一块4.2 使用方法接入电源5V,给放大电路一个音频信号，把三角波发生器的输出信号和放大的音频信号送入比较放大电路进行比较。将得到的信号送入驱动电路来驱动高速开关，再经滤波将信号提供给喇叭。再把声音信号送到A/D转换电路将双端输出变为单输出。4.3调试过程及数据分析4.3.1不通电检查检查连线电路安装完毕后，不急于通电，先认真检查接线是否正确，包括错线（连线一端正确，
37、另一端错误）、少线（安装时漏掉的线）和多线（连线的两端在电路图上都是不存在的）。多线一般是因接线时看错引脚，或者改接线时忘记去掉原来的旧线造成的，在实验中时常发生，而查线时又不易发现，调试时往往会给人造成错觉，以为问题是由元器件造成的。 4.3.2通电观察把经过准确测量的电源电压加入电路，电源接通之后不要急于测量数据和观察结果，首先要观察有无异常现象，包括有无冒烟，是否闻到异常气味，手摸元件是否发烫，电源是否有短路现象（保险管断路等）。如果出现异常，应立即关断电源，待排除故障后方可重新通电。然后再测量各元件引脚的电压，而不是只测量各路总电源电压，以保证元器件正常工作。4.3.3分模块调试1.前
38、置放大电路由于输入信号为毫伏级，在前置放大电路的放大倍数较低时，如果电路设计的不合理，则前置放大电路的输出波形中“毛刺”较多，这必将影响到后级电路，可以通过电源去耦滤波减少毛刺。静态调试；1）只接上+5V电源，不加音频输入信号，同相端、反相端、输出端的直流电位应该近似相等，且约为2.5V；2）调节R4电位器，测量各极的直流电位应该无变化；3）调节R5电位器，R5滑动端的电位应该在02.5之间变化；动态调试：1）只接上+5V电源，接入1KHz正弦波信号，调试输入信号幅度，使输出波形无失真；调节电位器R2，使放大电路的放大倍数为10倍2.脉宽调制比较部分原理较简单，关键之处在于比较的正弦波和三角波
39、的直流电平应严格相等，故在两路信号的比较点，应该使两路波形中的一路直流电平可微调，以保证两者严格相等，等于 Vcc1/2。如此，可最大限度的提高输出功率，否则若两者的直流电平不相等，在输入信号较大的时候，失真度大，不利于功率的提高。静态调试：1）三角波和音频信号都不加，只接上+5V电源，调节两个电位器，使运放同相端和反相端的直流电压为2.5V左右；2）使同相端的电压稍微大于反相端的电压，输出端应该为5V左右；3）使同相端的电压稍微小于反相端的电压，输出端应该为0V左右；如此则该电路的静态应该是正确的。4）下一步调节两个电位器，是两个输入端的电压相等并等于2.5V。动态调试：1）只接上+5V电源
40、，反相端加上200KHz三角波，用示波器观察输出波形，应该是一个与三角波同频的方波；2）同相端接入1KHz正弦波，用示波器观察输出波形，应该是一个占空比变化的矩形波，（不能得到稳定波形）；3.驱动部分主要是TTL系列和 CMOS 系列的比较与选择，经验表明在该电路中选用COMS系列的比较合适。第一，COMS管的功耗低，有利于效率的提高。第二，COMS 系列虽然驱动能力不如 TTL，但由于驱动部分的电压跟随不可少，实验中发现，CMOS输出高电平几乎等于Vcc，而TTL却只有4.6V左右，经过射随器后只有3.96V，不利于功率开关器件的开通和关断。第三，TTL对电源要求较严格， 而COMS电源却可
41、以低至3V，有利于发挥部分尽量降低电源电压的要求。4.开关部分要求是 VMOS 管的功耗尽可能低，两边管子必须对称匹配，以减小静态损耗。5.滤波部分最好选用参数特性基本一致的电感电容，其中，电感可适当取小些，电容相应匹配电感，以降低滤波电路产生的压降，但 H 桥两边参数必须严格对称，否则，对输出功率的提高极为不利。实验中发现：因为缺一个22uH的电感，就用了两个47uH的并联，理论上觉得相差无几，但实际结果是根本无法实现输出功率的要求，后来换上22uH的电感，功率就有了较大的提高。4.4 测试过程4.4.1脉宽调制电路测试表4.1 静态调试测试点电源端（8）接地端（4）同相端（3）反相端（2）
42、输出端（1）测试值5V0V2.49V2.49V2.49V理论值5V0V2.5V2.5V2.5V测试点输出波形输出频率输出幅度测试值受调制的矩形方波131KHZ5.02V表 4.2 动态调试4.4.2载波发生器调试1）只接上+5V电源，调节R2电位器，使运放A1反相端的直流电压为2.5V；表 4.3 静态调试测试点电源端（8）接地（4）A1反相端（2）A2同相端（5）测试值5V0V2.48V2.48V理论值5V0V2.5V2.5V1）只接上+5V电源，调节R3、 R3电位器，使电路起振，并能输出对称最大不失真三角波；2）利用数字示波器测量输出波形的幅度和频率；表4.4 动态调试测试点输出三角波率
43、输出三角波幅度测试值131.5kHz2.89V4.4.3前置放大电路调试表4.5 静态调试测试点电源（8）接地端（4）同相端（3）反相端（2）输出端（1）测试值5V0V2.48V2.48V2.48V理论值5V0V2.5V2.5V2.49V表 4.6 动态调试输入频率输入幅度输出幅度放大倍数测试值50Hz0.24V1.36V6.5测试值100Hz0.24V1.32V6.4测试值1kHz0.24V1.31V6.3测试值5kHz0.24V1.30V6.434.4.4 整机联调分块调试之后就进行统调，并记录主要数据：最大不失真输出功率测试数据如下：表4.7 功率测量F20Hz100Hz300Hz1.6
44、kHz3.4kHz10kHz20kHz25kHzVop-p/V8.208.208.238.158.118.067.015.80Pmax/W1.041.051.061.051.041.010.760.54效率的测试数据如下：表4.8 效率测量Po200mW500mW1000mWVop-p3.58V5.67V8.01VIcc6mA147mA277mA58%68%73%4.5测试分析功放的效率和最大不失真输出功率与理论值还有一定差别，其原因有以下几个方面：1.功放部分电路存在的静态损耗，包括PWM调制器，音频前置放大电路，输出驱动电路及H桥输出电路。这些电路在静态是具有一定的功率损耗，实测结果其5V
45、电源的静态总电流约为30MA，即静态功耗P损耗=5*30=150MW。那么这部分的损耗对总的效率影响很大，特别对小功率输出时影响更大，实施影响效率提高的一个很重要的方面。2.功放输出电路的损耗，这部分的损耗对效率和最大不失真输出功率均由影响。此外，H桥的互补激励脉冲达不到理想同步，也会产生功率损耗。3.滤波器的功率损耗，这部分损耗主要是由电感的直流电阻引起的。功率测量电路的误差。尽管以上电路精度已很高，但每一部分的误差均不可避免，此外，还有测量仪器本身带来的测量误差。4.造成干扰的原因分析：(1)运放零点漂移由于运算放大器的零点漂移，温度漂移等带来的误差，可以通过温度补偿措施来解决此误差。(2)采样电阻自热效应引起的误差由于电阻在温度上升时阻值会发生变化，因此会引起温度漂移，给系统带来测量的误差。(3)A/D转换误差受AD转换器精度及基准源稳定程度的限制，不可避免地带来一定的误差，为了更精确的输出恒流电源，必须选用更多位数的AD、DA芯片。(4)因外界突发干扰或仪表显示值等引起的随机误差或粗大误差。纹波对电流输出的影响。4.6故障分析1.波形失真频率达不到要求原因：电容C4选择不合适。2.误差放大不能放大原因：4脚没有接地。3.输出音频失真原因：电感和电容未匹配,三角波的平均电