基于實(shí)用低頻功率放大器的設(shè)計(jì)

1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)采用小體積MSP430單片機(jī)為控制芯片，并用INA128構(gòu)成的放大電路。末級(jí)采用IRF9540和IRF540兩個(gè)MOS管實(shí)現(xiàn)功率放大。電路實(shí)現(xiàn)簡單，功耗低，性價(jià)比很高。該電路由電路穩(wěn)壓電源模塊、帶阻濾波模塊、電壓放大模塊、功率放大模塊、AD轉(zhuǎn)換模塊以及液晶顯示模塊組成，圖1所示是其組成框圖。電路穩(wěn)壓電源模塊為系統(tǒng)提供能量;帶阻濾波電路要實(shí)現(xiàn)50Hz頻率點(diǎn)輸出功率衰減;電壓放大模塊采用兩級(jí)放大來將小信號(hào)放大，以便為功率放大提供足夠電壓;功率放大模塊主要提高負(fù)載能力;AD轉(zhuǎn)換模塊便于單片機(jī)信號(hào)采集;顯示模塊則實(shí)時(shí)顯示功率和整機(jī)效率。

2 硬件電路設(shè)計(jì)

2.1 帶阻濾波電路的設(shè)計(jì)

采用OP07組成的二階帶阻濾波器的阻帶范圍為40～60 Hz，其電路如圖2所示。帶阻濾波器的性能參數(shù)有中心頻率ω0或f0，帶寬BW和品質(zhì)因數(shù)Q。Q值越高，阻帶越窄，陷波效果越好。

2.2 放大電路的設(shè)計(jì)

電壓放大電路可選用兩個(gè)INA128芯片來對(duì)微弱信號(hào)進(jìn)行放大。若采用一級(jí)放大，當(dāng)放大倍數(shù)較大時(shí)，電路可能不穩(wěn)定，故應(yīng)采用兩級(jí)放大，并在級(jí)間采用電容耦合電路，圖3所示是其電路圖。圖中，INA128具有低失調(diào)電壓漂移和低噪聲等性能指標(biāo)，且放大倍數(shù)設(shè)置簡單，只用一個(gè)外部電阻就能改變放大倍數(shù)。圖3中1、8腳跨接的電阻就是用來調(diào)整放大倍率，4、7腳需提供正負(fù)相等的工作電壓，2、3腳輸入要放大的電壓，并從6腳輸出放大的電壓值。5腳則是參考基準(zhǔn)，如果接地，則6腳的輸出即為與地之間的相對(duì)電壓。

2.3 功率放大電路的設(shè)計(jì)

功率放大電路往往要求其驅(qū)動(dòng)負(fù)載的能力較強(qiáng)，從能量控制和轉(zhuǎn)換的角度來看，功率放大電路與其它放大電路在本質(zhì)上沒有根本的區(qū)別，只是功放既不是單純追求輸出高電壓，也不是單純追求輸出大電流，而是追求在電源電壓確定的情況下，輸出盡可能大的功率。

本電路采用兩個(gè)MOS管構(gòu)成的功率放大電路，其電路如圖4所示。此電路分別采用一個(gè)N溝道和一個(gè)P溝道場(chǎng)效應(yīng)管對(duì)接而成，其中RP2和RP3為偏置電阻，用來調(diào)節(jié)電路的靜態(tài)工作點(diǎn)。特征頻率fT放大電路上限頻率fH的關(guān)系為：fT≈fhβh，系統(tǒng)階躍相應(yīng)的上升時(shí)間tr與放大電路上限頻率的關(guān)系為：trfh=0.35。

對(duì)于OCL放大器來說，一般有：PTM≈0.2POM，其中PIM為單管的最大管耗，POM為最大不失真輸出管耗。根據(jù)計(jì)算，并考慮到項(xiàng)目要求，本設(shè)計(jì)選用IRF950和IRF50來實(shí)現(xiàn)功率放大。

2.4 AD轉(zhuǎn)換電路的設(shè)計(jì)

此工作可由單片機(jī)內(nèi)部的10位AD轉(zhuǎn)換器完成，但實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，單片機(jī)的10位AD芯片的處理效果不是很好。因此本設(shè)計(jì)采用了兩個(gè)AD轉(zhuǎn)換芯片來對(duì)負(fù)載輸出的信號(hào)進(jìn)行轉(zhuǎn)換，并使用單片機(jī)控制計(jì)算，然后送入液晶顯示其功率和效率。