三角波产生及三角波—正弦波转换电路及音频功率放大电路

组号：31号

一、问题重述

题目A:运算放大器的应用

1、任务

基础部分：

1、利用运算放大器，设计制作一个三角波发生电路。

2、将上述三角波经波形转换电路后输出正弦波。

扩展部分：

3、利用集成运算放大器，制作一个功率放大电路，驱动扩音器发声，输入信号为上述正弦

波。

4、使用三极管自搭运算放大器实现3中功能。

2、要求

1、三角波和正弦波频率为6kHz，峰峰值分别为2V和4V，波形无明显失真，测试点分别为U o1和U o2。

2、正弦波经功率放大后驱动额定功率0.5W，阻抗8Ω的扩音器，测试扩音器输入端U o3，波形无明显失真。

二、设计案概述

由于本次题目的模块性非常强，所以本组采用模块化制作法，对每一个小题分别进行仿真与实际焊接，各自设计单独模块，在每一个模块正常工作的情况下对电路进行整合调试。本组作品共设计制作了四个模块，如下所示：

1.三角波发生电路

2.三角波—正弦波转换电路

3.集成功率放大电路

4.三极管功率放大电路

实物焊接图如下：

图1 实物焊接图

三、单元模块详解

1、三角波发生电路

图2 三角波发生电路图

图2为三角波发生电路图，核心元件为一个LM324集成运算放大器。本电路可分为三部分，每部分又以LM324的一块电路为核心搭建而成。

第一部分为波产生电路，利用施密特触发器，再增加少量电阻、电容原件，由于波或矩形波的频率成分非常丰富，含有大量的谐波，该波发生器常称为多谐振荡器。

第二部分为积分电路，由第一部分产生的波经积分电路做积分运算即可得到三角波。

第三部分为负反馈电压放大器，由于题目要求三角波频率为6kHz，峰峰值为2V，第二部分输出的三角波频率满足条件，但峰峰值过小只有几百毫伏，因此额外增加了电压放大器。

图3 三角波仿真效果图

图4 三角波实际效果图

2、三角波—正弦波转换电路

图5 三角波—正弦波转换电路

图5为三角波—正弦波转换电路，由差分放大器和电压跟随器器组成，核心元件为LM324运算放大器。

第一部分为差分放大器，差分放大器具有工作点稳定，输入阻抗高，抗干扰能力较强等优点。特别是作为直流放大器，可以有效的抑制零点漂移，因此可将频率很低的三角波变换成正弦波。波形变换的原理是利用差分放大器传输特性曲线的非线性。

第二部分为电压跟随器。电压跟随器输出电压近似输入电压，并具有输入阻抗高和输出阻抗低的特点，因而对前后级电路起到“隔离”作用，减少后级负载对前级波形的影响。

图6 正弦波仿真效果图

图7 正弦波实际效果图3、集成功率放大电路

图8 集成功放电路

图8为集成功率放大电路，核心元件为LM386集成运算放大器。功率放大电路的任务是将输入的电压信号进行功率放大，保证输出尽可能大的不失真功率，从而控制某种执行机构（在本题中为扩音器）。

用LM386组成的OTL功放电路如上图所示，信号从3脚同相输入端输入，从5脚经耦合电容(4.7μF)输出。1脚与8脚所接电容、电阻是用于调节电路的闭环电压增益，电容取值为10μF，电阻R在0～20kΩ围取值，改变电阻值，可使集成功放的电压放大倍数在20～200之间变化，R 值越小，电压增益越大。输出端5脚所接10Ω电阻和4.7μF电容组成容性校正网络，以抵消负载中的感抗分量，防止电路自激。

图9 集成功放仿真效果图

图10 集成功放实际效果图4、三极管功率放大电路

图11 三极管功放电路

图11为自搭三极管功率放大电路，左侧两个三极管为小信号前置放大电路，右侧两个三极管为功率放大电路。由于multisim仿真软件中没有8050、8550三极管，故分别用2N5551和2N1132A三极管代替。

右侧功率放大电路输出波形存在大量的直流分量，通过电容C1滤去直流分量后存留的交流信号过小，不足以带动扩音器发声，因此增加左侧的小信号前置放大电路，放大交流信号。

图12 三极管功放仿真效果图

图13 三极管功放实际效果图