智能fu-7胆功率放大器.doc
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智能fu-7胆功率放大器,智能fu-7胆功率放大器页数：68字数：17211第1章 绪论1.1 本课题的目的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...
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智能FU-7胆功率放大器
页数：68 字数：17211
第1章 绪论
1.1 本课题的目的
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，从而既实现了对功率放大器的理论学习，又进行一次高性能智能型产品设计。同时，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，在锻炼中提高自己专业水平。
1.2功率放大器的发展
功率放大器的历史很悠久，常被认为是个很老的课题。甲、乙、甲乙类·丙类的划分方传可以追溯到上世纪30年代，现今这样的概念仍然被广泛使用。然而，随着现代通信体制的发展，特别是数字调制技术的产生和应用。功率放大器所涉及的许多概念正被重新定义或者修正。现代功率放大器设计中，引入了很多过去没有的概念和技术。功率放大器的设计考虑的因素越来越多，设计中折衷考虑的过程也越发复杂。随着计算机技术和DSP技术的发展，设计过程也和传统方法大相径庭，引入了建模、仿真等新工具。并且出现了很多新的电路方案，例如:结合DSP技术的反馈技术，卡特生环等。
功率放大器发展至今，己经广泛的应用于军用，民用通信，工业控制，生活享受等各领域。相应的功率放大器研究也成了未来的趋势和热点。随着材料，计算机，以及功率放大器相关理论的进一步发展，可以预见指标更优的功率放大器，不久将会出现，并服务于各个领域
1.3功率放大器分类
放大器分类根据不同的观点有多种分法。按工作状态可分为甲、乙、丙类，以及甲乙类等。按其本身特点分类，可分为低噪声放大器，宽带功率放大器，功率放大器。按照用途分类，又可分为音频功率放大器、驱动类功率放大器等。在本课题中将要研究甲类的音频功率放大器。
图1-1 各工作状态的定义区别在于静态工作点的选取
1.4音频功率放大器设计初步设想
该款只能功率放大器主要为高保真音频信号输出所设计，应用于如下设备：CD，VCD，及其他高保真音频输出设备等。考虑到诸多因素的影响，最终决定将其设计成双声道10.8W（负载为4Ω和8Ω）的音频功率放大器。希望它在负载阻抗为8Ω时的失真度为15% 。
希望要设计的该音频功率放大器要具有以下特点和功能：
双通道
有低功耗关断模式
有热关断功能，有效的进行温度保护
有电子管保护功能，有效的对电子管进行保护
有液晶显示功能，实时显示信号电压和温度
有自动开关机功能
外围器件少
1.5 设计任务与难点
智能功率放大器设计的任务之一就是电子管功率放大器电路的设计，由于电子管功率放大器在国内生产较少，关于电子管功率放大器知识的参考资料极为缺乏。这为电子管功率放大器电路的设计带来一定的困难。
另外，在设计一种音频放大器时，不免遇到功率放大器与音箱的配接问题。要考虑音频放大器与音箱配接的要素：功率匹配、功率储备量匹配、阻抗匹配和阻尼系数的匹配。只有在配接时做到这几方面，才可使所用器材的性能得到充分的、最大的发挥。这都是本次设计中会遇到的难题。
其二就是智能控制方面，主要有以下几方面问题要解决：
音频信号的采集
在对音频信号的采集过程中，因有燥声的干扰，因此对信号采集的精度要求较高，在本课题中将要采用10位A/D进行采集。其分辨率为0.98%。因此控制核心将采用具有A/D转换功能的凌阳SPCE061A的单片机。
音频信号起始点判别
因系统设计要具有自动开关机功能，即有信号来就开机，无信号来就关机。在信
号的采集过程中有噪音的干扰，怎样准确的判断出采集到的是音频信号将是要解决的问题。
温度采集
本次设计将采用DS18B20单总线数字温度传感器。DS18B20具有测温系统简单、测温精度高、连接方便、占用接口少等优点，但较小的硬件开销需要相对复杂的软件进行补偿，由于DS18B20与微处理器间采用串行数据传送，因此其读写时序控制就成为温度采集的难点。
液晶显示
根据整机设计的需要，将采用16×2的字符型液晶模块。怎样进行液晶驱动、音
频信号峰-峰值、采集温度值的显示将是液晶显示中要遇到的难点。
还有，怎样给电子管阳极高压直流供电进行电子滤波，怎样对电子管保护功能中的帘栅极电流进行检测，A/D转换过程中的数字滤波等等问题，以及怎样实现数—模混合电路的设计都将是本次设计中的难点。
第2章 整体方案设计
智能FU7胆功率放大器主要是利用电子管FU7的特性、以凌阳SPCE061A单片机为控制核心进行工作的新型产品。
在设计电子管功率放大器放大电路的过程中，要考虑系统的高温等外界条件的影响，稍不注意就会烧坏价格昂贵的功率放大器电路中的元件，使整个音频系统处于瘫痪状态，因此，除要进行周密的散热设计外，还要为功率放大器设计附加的温度保护电路，
电子管功率放大器发设计师都知道，一些功率电子管的价格是很昂贵的，在使用中，由于电子管阳极电线脱焊、断线等原因，都容易造成电子管的烧毁。因此在阳极的断电保护也将是本电路考虑的内容。
为降低非工作状态下无用的功率消耗，该电路具有智能开关控制，当控制系统检测到有音乐信号时自动开机，当控制系统在一定时间段内没有检测到信号信号。将进行自动关机。从而有效地实现了只能化控制，也减小了功率损耗。此外，电路还包括一些具有其它控制功能的电路。
现市场上的电子管功率放大器设计都是按传设计的。这个课题设计，将是一个大胆的创新，智能化控制，也是将来社会所必须的。
综上所述，电子管功率放大器放大电路主要由功率放大电路，外围控制电路（开关控制电路、温度保护控制电路，阳极断线保护电路、液晶显示电路等）组成。其中的功率放大电路是模拟电路，而外围控制电路是数字电路。因此，该电路的设计是数字一模拟混合电路的设计。
其基本单元和功能框图如图2-1所示。
图2-1 系统功能原理第3章 硬件模块设计
3.1 音频功率放大电路设计
3.1.1音频功率放大器的确定
功率放大器是一种能给出相对来说较大电流或电压的放大器，广泛的应用于音频统，音频功率放大器在生活中有着广泛的应用，而且越来越重要，它提升了我们的生活质量，已经变得与我们的生活息息相关。目前，音频功率放大器仍以模拟功放为主流产品。产品其分类及优缺点如下：
电子管音频功放
由于它的转换速率高(影响高音品质的参数)，工作可靠，偶次谐波失真小(听觉对偶次谐波失真特别敏感)，音质好等因素，一直被人们宠爱，但缺点是电源利用率极低，电子管A类放大的效率不到10%，C类为15%一17%，大部分电能变为热量耗散掉。
晶体管音频功放
功放的最大优点是电源转换效率高(C类功放最大可达55)4，体积小，重量轻，发热量不大，生产成本低，缺点是转换速率低，偶次谐波失真较大，音质和可靠性指标都逊色于电子管功放。晶体管功放的优点，它的失真低于万分之一，但其音质总不如电子管功那么逼真，细腻。电子管是一种电压控制器件，需要的控制功率极微，开关速率很快;晶体管是一种电流控制器件，需有较大的控制电流，转换速率较慢，这是最基本的差别。
MOSFET场效应管音频功放
MOSFET场效应晶体管具有晶体管的基本优点，但使用不久发现这种功放的可靠性不高(无法外电路保护)，开关速度提高得不多和最大输出功率仅为150W/8。等。第3代MOSFET功放的中频和高频音质接近电子管功放，但低频的柔和度比晶体管功放要差一些，此外MOSFET开关场效应管也很容易被输出和输入过载损坏。
数字音频功放
意大利POWERSOFT公司推出了数字功放的商业产品，从此第4代音频功率放大器，数字功放进入了工程应用，并获得了世界同行的认可，市场日益扩大，最终将替代各类模拟功放。但是目前数字音频功放发展还不成熟，短期内还不可能取代模拟音频功放的市场。
综合以上叙述，考虑到各自的优缺点，在本课题中选用电子管功率放大器作为研究对象。
3.1.3 A类单端电子管功率放大器前级电压放大电路的设计
电压放大
页数：68 字数：17211
第1章 绪论
1.1 本课题的目的
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，从而既实现了对功率放大器的理论学习，又进行一次高性能智能型产品设计。同时，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，在锻炼中提高自己专业水平。
1.2功率放大器的发展
功率放大器的历史很悠久，常被认为是个很老的课题。甲、乙、甲乙类·丙类的划分方传可以追溯到上世纪30年代，现今这样的概念仍然被广泛使用。然而，随着现代通信体制的发展，特别是数字调制技术的产生和应用。功率放大器所涉及的许多概念正被重新定义或者修正。现代功率放大器设计中，引入了很多过去没有的概念和技术。功率放大器的设计考虑的因素越来越多，设计中折衷考虑的过程也越发复杂。随着计算机技术和DSP技术的发展，设计过程也和传统方法大相径庭，引入了建模、仿真等新工具。并且出现了很多新的电路方案，例如:结合DSP技术的反馈技术，卡特生环等。
功率放大器发展至今，己经广泛的应用于军用，民用通信，工业控制，生活享受等各领域。相应的功率放大器研究也成了未来的趋势和热点。随着材料，计算机，以及功率放大器相关理论的进一步发展，可以预见指标更优的功率放大器，不久将会出现，并服务于各个领域
1.3功率放大器分类
放大器分类根据不同的观点有多种分法。按工作状态可分为甲、乙、丙类，以及甲乙类等。按其本身特点分类，可分为低噪声放大器，宽带功率放大器，功率放大器。按照用途分类，又可分为音频功率放大器、驱动类功率放大器等。在本课题中将要研究甲类的音频功率放大器。
图1-1 各工作状态的定义区别在于静态工作点的选取
1.4音频功率放大器设计初步设想
该款只能功率放大器主要为高保真音频信号输出所设计，应用于如下设备：CD，VCD，及其他高保真音频输出设备等。考虑到诸多因素的影响，最终决定将其设计成双声道10.8W（负载为4Ω和8Ω）的音频功率放大器。希望它在负载阻抗为8Ω时的失真度为15% 。
希望要设计的该音频功率放大器要具有以下特点和功能：
双通道
有低功耗关断模式
有热关断功能，有效的进行温度保护
有电子管保护功能，有效的对电子管进行保护
有液晶显示功能，实时显示信号电压和温度
有自动开关机功能
外围器件少
1.5 设计任务与难点
智能功率放大器设计的任务之一就是电子管功率放大器电路的设计，由于电子管功率放大器在国内生产较少，关于电子管功率放大器知识的参考资料极为缺乏。这为电子管功率放大器电路的设计带来一定的困难。
另外，在设计一种音频放大器时，不免遇到功率放大器与音箱的配接问题。要考虑音频放大器与音箱配接的要素：功率匹配、功率储备量匹配、阻抗匹配和阻尼系数的匹配。只有在配接时做到这几方面，才可使所用器材的性能得到充分的、最大的发挥。这都是本次设计中会遇到的难题。
其二就是智能控制方面，主要有以下几方面问题要解决：
音频信号的采集
在对音频信号的采集过程中，因有燥声的干扰，因此对信号采集的精度要求较高，在本课题中将要采用10位A/D进行采集。其分辨率为0.98%。因此控制核心将采用具有A/D转换功能的凌阳SPCE061A的单片机。
音频信号起始点判别
因系统设计要具有自动开关机功能，即有信号来就开机，无信号来就关机。在信
号的采集过程中有噪音的干扰，怎样准确的判断出采集到的是音频信号将是要解决的问题。
温度采集
本次设计将采用DS18B20单总线数字温度传感器。DS18B20具有测温系统简单、测温精度高、连接方便、占用接口少等优点，但较小的硬件开销需要相对复杂的软件进行补偿，由于DS18B20与微处理器间采用串行数据传送，因此其读写时序控制就成为温度采集的难点。
液晶显示
根据整机设计的需要，将采用16×2的字符型液晶模块。怎样进行液晶驱动、音
频信号峰-峰值、采集温度值的显示将是液晶显示中要遇到的难点。
还有，怎样给电子管阳极高压直流供电进行电子滤波，怎样对电子管保护功能中的帘栅极电流进行检测，A/D转换过程中的数字滤波等等问题，以及怎样实现数—模混合电路的设计都将是本次设计中的难点。
第2章 整体方案设计
智能FU7胆功率放大器主要是利用电子管FU7的特性、以凌阳SPCE061A单片机为控制核心进行工作的新型产品。
在设计电子管功率放大器放大电路的过程中，要考虑系统的高温等外界条件的影响，稍不注意就会烧坏价格昂贵的功率放大器电路中的元件，使整个音频系统处于瘫痪状态，因此，除要进行周密的散热设计外，还要为功率放大器设计附加的温度保护电路，
电子管功率放大器发设计师都知道，一些功率电子管的价格是很昂贵的，在使用中，由于电子管阳极电线脱焊、断线等原因，都容易造成电子管的烧毁。因此在阳极的断电保护也将是本电路考虑的内容。
为降低非工作状态下无用的功率消耗，该电路具有智能开关控制，当控制系统检测到有音乐信号时自动开机，当控制系统在一定时间段内没有检测到信号信号。将进行自动关机。从而有效地实现了只能化控制，也减小了功率损耗。此外，电路还包括一些具有其它控制功能的电路。
现市场上的电子管功率放大器设计都是按传设计的。这个课题设计，将是一个大胆的创新，智能化控制，也是将来社会所必须的。
综上所述，电子管功率放大器放大电路主要由功率放大电路，外围控制电路（开关控制电路、温度保护控制电路，阳极断线保护电路、液晶显示电路等）组成。其中的功率放大电路是模拟电路，而外围控制电路是数字电路。因此，该电路的设计是数字一模拟混合电路的设计。
其基本单元和功能框图如图2-1所示。
图2-1 系统功能原理第3章 硬件模块设计
3.1 音频功率放大电路设计
3.1.1音频功率放大器的确定
功率放大器是一种能给出相对来说较大电流或电压的放大器，广泛的应用于音频统，音频功率放大器在生活中有着广泛的应用，而且越来越重要，它提升了我们的生活质量，已经变得与我们的生活息息相关。目前，音频功率放大器仍以模拟功放为主流产品。产品其分类及优缺点如下：
电子管音频功放
由于它的转换速率高(影响高音品质的参数)，工作可靠，偶次谐波失真小(听觉对偶次谐波失真特别敏感)，音质好等因素，一直被人们宠爱，但缺点是电源利用率极低，电子管A类放大的效率不到10%，C类为15%一17%，大部分电能变为热量耗散掉。
晶体管音频功放
功放的最大优点是电源转换效率高(C类功放最大可达55)4，体积小，重量轻，发热量不大，生产成本低，缺点是转换速率低，偶次谐波失真较大，音质和可靠性指标都逊色于电子管功放。晶体管功放的优点，它的失真低于万分之一，但其音质总不如电子管功那么逼真，细腻。电子管是一种电压控制器件，需要的控制功率极微，开关速率很快;晶体管是一种电流控制器件，需有较大的控制电流，转换速率较慢，这是最基本的差别。
MOSFET场效应管音频功放
MOSFET场效应晶体管具有晶体管的基本优点，但使用不久发现这种功放的可靠性不高(无法外电路保护)，开关速度提高得不多和最大输出功率仅为150W/8。等。第3代MOSFET功放的中频和高频音质接近电子管功放，但低频的柔和度比晶体管功放要差一些，此外MOSFET开关场效应管也很容易被输出和输入过载损坏。
数字音频功放
意大利POWERSOFT公司推出了数字功放的商业产品，从此第4代音频功率放大器，数字功放进入了工程应用，并获得了世界同行的认可，市场日益扩大，最终将替代各类模拟功放。但是目前数字音频功放发展还不成熟，短期内还不可能取代模拟音频功放的市场。
综合以上叙述，考虑到各自的优缺点，在本课题中选用电子管功率放大器作为研究对象。
3.1.3 A类单端电子管功率放大器前级电压放大电路的设计
电压放大
