带通滤波器设计实验报告

电子系统设计实践

报告

实验项目带通功率放大器设计学校宁波大学科技学院

学院理工学院

班级12自动化2班

姓名woniudtk

学号12********

指导老师李宏

时间2014-12-4

一、设计课题

设计并制作能输出0.5W功率的语音放大电路。该电路由带通滤波器和功率放大器构成。

二、设计要求

（1）电路采用不超过12V单（或双）电源供电；

（2）带通滤波器：通带为300Hz～3.4kHz，滤波器阶数不限；增益为20dB；

（3）最大输出额定功率不小于0.5W，失真度<10%（示波器观察无明显失真）；负载（喇叭）额定阻抗为8Ω。

（4）功率放大器增益为26dB。

（5）功率放大部分允许采用集成功放电路。

三、电路测试要求

（1）测量滤波器的频率响应特性，给出上、下限截止频率、通带的增益；

（2）在示波器观察无明显失真情况下，测量最大输出功率

（3）测量功率放大器的电压增益（负载：8Ω喇叭；信号频率：1kHz）；

四、电路原理与设计制作过程

4.1 电路原理

带通功率放大器的原理图如下图1所示。电路有两部分构成，分别为带通滤波器和功率放大器。

图1

滤波器电路的设计选用LM358双运放设计电路。LM358是一个高输入阻抗、高共模抑制比、低漂移的小信号放大电路。高输入阻抗使得运放的输入电流比较小，有利于增大放大电路对前级电路的索取信号的能力。在信号的输入的同时会不可避免的掺杂着噪声和温漂而影响信号的放大，因此高共模抑制比、低温漂的作用尤为重要。

带通滤波器的设计是由上限截止频率为3400HZ的低通滤波器和下限截止频率为300HZ 的高通滤波器级联而成，因此，设计该电路由低通滤波器和高通滤波器组合成二阶带通滤波器（巴特沃斯响应）。

功率放大电路运用LM386功放，该功放是一种音频集成功放，具有自身功耗低、电压增益可调整、电源电压范围大、外接元件少和总谐波失真小等优点，广泛应用于录音机和收音机之中。

4.2电路设计制作

4.2.1带通滤波电路设计

（1）根据设计要求，通带频率为300HZ~2.4KHZ，滤波器阶数不限，增益为 20dB，所以采取二阶高通和二阶低通联级的设计方案，选择低通放大十倍。高通不放大。

高通滤波器的截止频率为300HZ ，根据上表可得两个电容C=0.03uf ，实际取值33nf 。然后根据下面公式

求出了K 值约为11.11，高通滤波器放大倍数为1，可以看到高通滤波器增益Av 为1， K=11.11

时，R1=12.499千欧，R2=25.009千欧，实际电阻取R1=12千欧，R2=24千欧。 低通滤波器的截止频率为3400HZ ，根据上表可得C=0.003uf ，，则C1=0.006uf ，实际取值C=3.3nf ，C1=6.8nf 。然后根据下面这个公式

求出了K 值约为9.8，低通滤波器放大倍数为10。可以看到高通滤波器增益Av 为10， K=9.80时，R1=4.5276千欧，R2=26.8716千欧，R3=34.888千欧，R4=313.9724千欧。取实际电阻R1=4千欧，R2=24千欧,R3=30千欧,R4=270千欧。 （2）带通滤波电路在Multisim 中仿真如下

4.2.2功率放大器设计

该电路为LM386的一种基本用法，外接元件最少的一种用法，电容250F μ为输出电容，由于引脚1和8开路，集成功放的电压增益为26dB ，即电压放大倍数为20，利用RW 可以调节扬声器的音量。电容0.05F μ和电阻10Ω串联构成矫正网络用来进行相位补偿。静态时输出电容上电压为/2CC V ，LM386的最大不失真输出电压的峰-峰值约为电源电压CC V 。设负载电阻为L R ,最大输出功率表达式为：

2

/8om cc L P V R =*

在实验室没有250uf电解电容，所以改成220uf电解电容。

4.3电路仿真测试

仿真电路中各电阻值和电容值是根据实验室所有和理论设计各电阻值和电容值的相近值所确定。仿真如下

幅频特性曲线如下

300Hz时幅频特性曲线

3.4kHz时幅频特性曲线

1.282kHz时最大幅频特性曲线

可以看出，在300Hz和3.4kHz处衰减正常，符合设计要求。

五、电路测试

输入1kHz、峰峰值为20mV的正弦波，在示波器上波形干净、无失真，且有效的放大。接

入喇叭后，可进行语音放大，且声音干净无杂音。

六、电路测试数据及结果

（1）测量滤波器的频率响应特性，给出上、下限截止频率、通带的增益

数据分析：带通滤波器：通带为300Hz ～3.4kHz ；（理论要求）允许误差为10%，即带通在

270HZ-3.73KHZ 都符合要求。实际的带通滤波器1.5KHZ 对应的210pp V mV =；

2100.707148mV ⨯=，对应的频率为：280HZ-3.50KHZ;在误差范围内，达到理

论的带通滤波器的范围。所以，滤波器的下限截止频率为280Hz,上限截止频率为

3.5kHz ，放大倍数

210/2010.5V A ==，通带增益20lg10.520.4dB =，在允许误差范围内。

（2）在示波器观察无明显失真情况下，测量最大输出功率

调整滤波器频率至1KHz ，且波形无明显失真，此时示波器显示波形峰峰值幅值为6.2V ，所以最大输出功率

()2

max 6.2/2 1.414/80.60o P W =*=⎡⎤⎣⎦

（3）测量功率放大器的电压增益（负载：8Ω喇叭；信号频率：1kHz ）；

用示波器分别接在滤波器输出端和功率放大器的输出端，测得滤波输出波形峰峰值

为308mV ，功放输出波形的峰峰值为5.88V ，则

5.88/0.30819.09V A == ，增益20lg19.0925.7dB =

在允许温差范围内，满足设计要求。 （4）波特图