低噪声振荡器毕业论文

高效率音频功率放大器的研制白林景,邵光存,李岸然,常兴连,王振伟(山东省科学院激光研究所,山东济宁 272100) 摘 要:本设计以高效率D类功率放大器为中心,输出开关管采用高速场效应管,连接成互补对称H桥式结构,兼有输出1: 1双变单电路和输出短路保护功能,比较理想地实现了输出功率大于2w,平均效率可达到75%的高效音功率放大器。关键词:D类音频功率放大器; PWM调制器; H桥功率放大器中图分类号: TN722. 1 文献标识码:A引言全球音频领域数字化的浪潮以及人们对音频节能环保的要求,要求我们尽快研究开发高效、节能、数字化的音频功率放大器。传统的音频功率放大器工作于线性放大区,功率耗散较大,虽然采用推挽输出,仍然很难满足大功率输出;而且需要设计复杂的补偿电路和过流,过压,过热等保护电路。D类开关音频功率放大器的工作于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,经过驱动电路,加到MOS的栅极,控制功率器件的开关,实现放大,放大的PWM信号送入滤波器,还原为音频信号。从而实现大功率高效率的音频功率放大器。系统电路本文采用H型桥式D类功率放大电路,电路如图一所示。图一 音频功率放大器电路(1) 三角波产生电路利用NE555构成的多谐振荡器以恒流源的方式对电容线性冲、放电产生三角波。接通电源瞬间,NE555芯片的3脚输出高电平,二极管D2、D3 截止,D1、D4 导通, Vcc通过T1 , T2 , R1 ,D1 对电容C1 恒流充电,当C1 上电压达到2 /3Vcc时,NE555芯片的输出发生翻转,即3脚输出低电平,此时,D2、D3 导通, D1、D4 截止,电容C1 通过D2 , T3 ,T4 , R2 恒流放电,直到C1电压等于1 /3Vcc,电容又开始充电,如此循环,电容C1上可以得到线性度良好的三角波。为了提高带负载能力,输出通过由LM358A组成的电压跟随器。输出三角波频率的计算:电阻R1 上电压等于T1 的VVbe≈ 0. 7V,故流过R1 的电流I = 0. 7V /300Ω = 2. 33mA,忽略T1 的基极电流,则流过R1 的电流即为T2 的射级电流,约等于T2 的集电极电流,故C1 的充电电流约为2mA,同理, C1 的放电电流约为2mA。设充电时间为t1 ,放电时间为t2 ,则有:23Vcc =13Vcc +i ×t1C13Vcc =23Vcc -i ×t2C可得三角波的周期: T = t1 + t2 =2Vcc ×C3 ×i故三角波频率为: f =3 ×i2Vcc ×C(2)前置放大电路 前置放大电路采用低噪声、高速运放的NE5532运算放大器,组成增益可调的同相宽带放大电路。功放最大不失真输出时,负载上等效正弦波的电压峰峰值为VP - P ,载波调制的调制波(正弦波)最大峰峰— 27 —值为VP - Pm ax ,对应的调制放大增益为AV2 =VP - PVP - Pm ax,运算放大电路中反馈电阻为R8 ,反相端电阻R7 ,则前置放大器的增益AV1为:AV1 = 1 +R8R7,通过选取调制波的峰值电压VP - Pm ax和调整R8 的阻值,可实现整个功率放大单元的电压增益连续可调。(3)脉宽调制( PWM)电路 采用高速、精密的比较器芯片,以音频信号为调制波,频率为f的三角波为载波,两路信号均加上1 /2Vcc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。(4)驱动电路 驱动电路由施密特触发器芯片和三极管组成,两个三极管组成的互补对称式射极跟随器。PWM信号经过驱动电路后,形成两个前后沿更加陡峭的倒相脉冲,两脉冲之间有一定的死区时间,防止了桥式驱动电路出现直通现象。(5) H型桥式驱动电路 由场效应管组成的功率开关管和四阶巴特沃兹LC滤波电路组成。T9、T12导通, T10、T11截止时,负载上的电压降VM AB0 =Vcc; T10、T11导通,T9、T12截止时,负载上的电压降VAB = - Vcc,因此,负载上的电压降可达到2倍的电源电压。解调信号放大后经过LC滤波送到扬声器。(6)短路保护电路 短路(或过流)保护电路采用0. 1过流取样电阻与扬声器串联方式, 0. 1电阻上的取样电压经过由NE5532组成的减法放大器进行放大。电压放大倍数为:Av =R19R17经放大后的音频信号再通过由D9、C9、R20组成的峰值检波电路,检出幅度电平,送给电压比较器U7的“ + ”端,U7的“—”端电平设置为5. 1v,由R22和稳压管D12组成,比较器接成迟滞比较方式,一旦过载,即可锁定状态。正常工作时,通过0. 1上的最大电流幅度Im =Vcc /(R + 0. 1) , 0. 1上的最大压降为0. 1 ×Im ,经放大后输出的电压幅值为Vim ×AV = 0. 1 ×Im ×AV ,检波后的直流电压稍小于此值,此时比较器输出低电平, T13截止,继电器J1不吸合,处于常闭状态,电源Vcc通过常闭触点送给功放。一旦扬声器两端短路或输入电流过大, 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, T13导通,继电器吸合,切断功放Vcc电源,功放电路得到保护。R21、C11、D10、D11组成开机延时电路,防止开机瞬间比较器自锁,关机后C11上的电压通过D10快速放掉,以保证再开机时C11的起始电压为零。讨论D类放大器工作于开关状态,无信号输入时无电流,而导通时,没有直流损耗。事实上由于关断时器件尚有微小漏电流,而导通时器件并没有完全短路,尚有一定的管压降,故存在较少直流损耗,实际效率在80% - 90% ,是实用放大器中效率最高的。参考文献:[ 1 ]Wing - Hong, Lau , IEEE Trans. Realization ofDigitalAudi2o Amp lifier Using Zero - Voltage - Switched PWM PowerConverter, Circuits Syst . Vol 47,NO. 3,March 2000.[ 2 ]Ashok Bindra. All - digital App roach HikesAudio Quality InConsumer Product.[ 3 ]李子升,吴锦铭,钟国新. 高效率音频功率放大器.[ 4 ]李振玉,姚光圻. 高效率放大及功率合成技术. 中国铁道出版社, 1985.[ 5 ]陈伟鑫. 新型实用电路精选指南. 电子工业出版社.[ 6 ]瞿安连. 应用电子技术. 北京科学出版社, 2003.[ 7 ]王金明等编著. 数字系统设计. 电子工业出版社出版.[ 8 ]全国大学生电子设计竞赛获奖作品精选. 1994 - 1999.[ 9 ]虎永存,现代音响技术, D类放大器的原理和电路, 1998年第5期.[ 10 ]无线电2004合订本第2、3期. 无线电杂志社,人民邮电出版社.这个是从付费论文网站上买的，真珍贵的

一种数字指示式发动机转速表的电路分析【摘要】首先，简要介绍了发动机转速表的分类；其次，对一种数字指示式发动机转速表的电路进行了分析。在简要介绍组成电路各主要元件的基础上对电路的组成部分：显示控制电路、脉冲信号计数电路、显示电路和电源电路的结构和工作原理进行了初步的分析。最后，给出了整个电路的电路图。1前言 发动机转速表的形式多样，其主要分类如表1所示[1]。图1是参考文献[2]中给出的一种数字指示式发动机转速表的电路简图。下面对这种电路的结构和工作原理进行简单的分析。 表1：发动机转速表的分类 图1：一种数字指示式转速表的电路简图2元器件简介MCT MOS控制晶闸管（MOS CONTROLLED THYRISTOR） MCT是一种功率器件由于其输入阻抗高、开关速度快、高电压和大电流的特性主要应用于功率开关[6]。MCT2是TEXAS公司生产，其等效电路由发光二极管和光控三极管组成（参见电路图），输入输出电压差可以达到，正向输入电流可以达到恒流60mA和峰值3A[12]。MCT2在数字电路中可以用来将高压脉冲信号转换为低压方波信号。4060 带振荡器的14位异步二进制串行计数器（14-STAGE ASYNCHRONOUS BINARY COUNTERS AND OSCILLATORS）4060由两部分电路构成：T触发器组成的14位二进制串行计数器/分频器，其分频系数为16~16348（Q4~Q14）；振荡器部分需外接RC或晶体振荡也可直接接外部时钟。用4060可以为数字电路提供标准时间信号等。[3][5][12]4518 双十进制（BCD码）同步计数器（DUAL DECADE COUTER） 4518是由两个独立的计数器单元构成。4518可以通过简单串接成多位计数器。用4518在数字电路中可以作为二进制至BCD码的转换器。[3][12]4511 BCD-七段锁存译码器/驱动器（BCD TO 7 SEGMENT LATCH/DECODER DRIVER） 4511可直接驱动LED。在数字电路中主要和显示器件一起构成计数器的终端显示。[3][4][12]7414 六反相施密特触发器7414是一种特殊的反向器，具有滞后的特性，所以抗干扰能力强。在数字电路中多用于信号整形、震荡电路中。[4]3电路总体思路分析通过对电路的初步分析可以看出电路的总体设计思路是：显示控制电路：由4060和7414等组成。用于控制4518的计数时间、4511对数据的锁存时间，及两者时间上的配合。脉冲信号计数电路：由MCT2、7414和4518组成。用于对点火脉冲信号进行隔离、整形和计数。数字显示电路：由4511、7414和LED组成。用于显示发动机转速，控制数码管的亮度。电源电路：由7805组成。用于为个各电子器件提供稳定电源。由总体设计思路中看出图1所示电路存在的问题：显示数据必须及时反映发动机转速的变化，其显示数据的刷新应在秒左右；在这段时间内仅仅通过对发动机点火脉冲计数是不能反映发动机的转速的，需要对输入脉冲进行倍频[11]。不同汽缸数的发动机单位时间内的点火脉冲数是不同的，即为正确显示发动机转速，脉冲计数时间、气缸数和倍频数应该有一定的折算关系。通过进一步分析我可以得到： （3-1）ne发动机转速，ne*仪表的读数，nc发动机气缸数，nf倍频数，tc脉冲计数时间因为计数时间为秒左右，所以选倍频数为100，则：4缸计数时间为秒；6缸计数时间为秒；8缸计数时间为秒。当然也可以选择固定计数时间改变倍频的方法[11]。图1电路中并没有给出倍频电路，所以是不完整的，不能正确显示发动机的转速。4 电路分析4 1 显示控制电路根据TEXAS公司4060元件手册给出的经验公式（4-1）[12]，和图1给出的电阻和电容参数，用Matlab计算得图2（脉冲计数时间和可调电阻值的关系）。由图2可以看出4缸机需要256分频，8缸机需要128分频，6缸机则两者皆可。由4060的分频系数得4缸应选择第14引脚（QH）,8缸应选择第6引脚（QG）,6缸则两引脚皆可。 （4-1） 图2：4060分频系数的选择对4518计数和4511数据锁存的协调控制。4511第5引脚（LE）用与数据的锁存，当引脚电位为1时锁存数据，当电位为0时刷新。4518第7、15引脚（RST）用于重新计数。设计思想：在上一周期结束时刻先用4511刷新并锁存4518计数数据，然后4518进行重新计数。锁存和计数的周期由4060脉冲周期决定。电路中由三个74C14反向器、电阻和电容组成的“控制脉冲生成和延时电路”实现了此功能。用Protel对电路的仿真见图3，为清楚表示表示信号之间的关系将脉冲时间缩短为3ms。 图3：数据计数和锁存的控制4 2 脉冲信号计数电路点火信号的隔离与整形：发动机点火次极电压约有200~400V，需要用电力器件MCT2进行隔离。图1中信号引入端管脚号为1，接地端管脚号应为2。隔离后的信号反向，所以用反向器校正并整形。MCT2输入和输出端接有电容和二极管，这主要用于对MCT2的保护。[6]100倍频电路的实现：参考文献[3]直接得100倍频电路如图3。4046是锁相环集成电路，常用于频率调制、频率合成等。 图3：100倍频电路的实现4518的多位级连（BE CASCADED IN THE RIPPLE MODE）：首级4518的ENABLE端子接高电平；上一级4518的Q4输出接下一级的ENABLE端子；下一级的CLOCK端子接地。[12]4 3 数字显示电路限流电阻的选择：LED为非线性器件其段电压约为2V，工作电流约为200mA。4511输出电压为电源电压（5V），所以限流电阻选150是合适的。数字显示亮度的控制：4511的/BI端电位为0时7段输出都是0（LED熄灭）。本电路采用7414构成多谐振荡器[9]，通过改变电阻和电容值获得不同频率的脉冲信号控制LED发光时间进而控制数字显示的亮度。4 4 电源电路电容的选择：三端稳压器的标准接法可以参考相关文献[10]，由于电源电路的输入取自发动机蓄电池，所以无需1000u的滤波电容（电解电容）。5 电路总图6 结束语 上面简要分析了电路的结构和工作原理。若要进一步分析和实现该电路，主要的工作有（初步设想）：对电路误差进行估算，最终确定元器件的选用和电路形式；局部电路的搭接试验；布线、制版、制作；电路的静态调试、动态调试、标定等。参考文献1. 汽车工程手册 设计篇 北京：人民交通出版社 20012. 李东江 宋良玉 现代汽车电子控制技术 北京：科学技术文献出版社 1998 3. 魏立群 韩华琦 CMOS 4000系列60种常用集成电路的应用 北京：人民邮电出版社 1993 4. 中国集成电路大全 高速CMOS集成电路 北京：国防工业出版社 1995 5. 标准集成电路数据手册 CMOS 4000系列电路 北京：电子工业出版社 1995 6. 中国集成电路大全 电力电子技术与运动控制系统 北京：国防工业出版社 1995 7. 梁延贵 现代集成电路实用手册 数字单元电路转换电路分册 北京：科学技术文献出版社 20028. 夏路易 石宗义 电路原理图与电路板设计教程 北京：北京希望电子出版社 20029. 康华光 邹寿彬 电子技术基础 数字部分（第四版） 北京：高等教育出版社 200010. 康华光 陈大钦 电子技术基础 模拟部分（第四版） 北京：高等教育出版社 199911. 金长星 汽油机专用转速表 测控技术 2000年19卷7期12. 各电子元器件手册 中国电子网 附录1．Matlab计算程序（4060分频系数的选择）C=*10^-6;R=*10^3;Rj=0:10:20*10^3;R2=10*10^3;t=(2*(R+Rj)*C).*(((*R2)./((R+Rj)+R2))+);t1=t.*64;t2=t.*128;t3=t.*256;t4=;t6=;t8=;plot(Rj,t1,':k',Rj,t2,'--k',Rj,t3,'-k',Rj,t4,Rj,t6,Rj,t8);2．Protel仿真电路（控制脉冲生成和延时电路）我没到2级发不了图片，嘿嘿，要图就给个邮箱！！