原来具体的题目内容也找不到了，现在将原来的报告整理出来分享给各位，做个电子设计参考也是不错的。本次设计是以FPGA芯片为核心的数字幅频功率放大器，其由前置放大、带阻网络、数字幅频均衡和低频功率放大电路四个模块构成，模拟信号经前置放大、带阻网络后，经模数转换用数字带通滤波器实现数字幅频均衡，然后由DA转换后由低频功率放大电路放大。

1 方案设计与论证

本系统主要由前置放大、带阻网络、数字幅频均衡和低频功率放大电路构成，其组成框图如图下所示。

1.1 前置放大电路设计方案

方案一：采用分立元件搭建放大电路，也可以达到设计要求，但是电路过于复杂，放大倍数计算也相对比较麻烦。

方案二：利用NE5532完成前置放大，NE5532输出驱动能力600Ω，输入噪声电压5nV/√Hz ，交流电压增益符合设计转换速率：9V/μs，利用两级放大达到400倍的要求，经测量其带款满足-1dB通频带为20Hz～20kHz的要求。电路设计比较简单，便于计算。芯片价格也相对便宜。

方案选择：根据题目要求和实现的容易程度及准确度，我们选择方案二。

1.2 数字幅频均衡方案

方案一：测出带阻网络的幅频特性，利用multism设计工具得出带通滤波器的系数，用FPGA里的IP CORE核中的FIR滤波器模块实现带通FIR数字滤波器，由此对信号进行补偿。

方案二：利用AD采样带阻网络的输出波形，将模拟信号转换为数字信号并存储，再通过快速傅里叶变换FFT将其转换为频域信号，以10KHz频率的幅度为基准与其余频点的幅度作比较，进行频率补偿，然后将各频点作快速傅里叶逆变换IFFT后由DA输出。

方案选择：方案一的优点是数据计算量较小，缺点是带通滤波器难以做到对带阻滤波器的衰减完全补偿。方案二的优点是可对全频带进行补偿，缺点是数据的存储计算量大，根据可实行性，我们选择方案一。

1.3 功率放大电路设计方案

方案一：甲类放大器，可由单管或推挽工作，甲类放大器的优点是无交越失真和开关失真，理论效率50%。

方案二：采用乙类放大电路，管耗小，静态电流为零，优点是效率较高，理论效率为78.5%，缺点是因推挽功放管有一段工作在非线性区域内，有交越失真。

方案三：采用甲乙类推挽功率放大器。前级以NE5532为核心组成放大量约为3.5倍的预放大电路，后级由NMOS管与PMOS管组成互补推挽输出，通过调节电位器R7和R8为晶体管提供一个合适的偏置电压，以避免交越失真。另外，由于功放功率较大，我们采用散热片对晶体管进行散热与保护。

方案选择：根据题目要求，兼顾功放效率输出功率，以及通频带要求，我们选择方案三。

2 电路与程序设计

根据题目要求的任务，该数字幅频均衡功率放大器包括前置放大、带阻网络、数字幅频均衡和低频功率放大四个模块，由于四个模块相对独立，以下分别对其进行原理分析与电路设计。

2.1 前置放大

前置放大器主要完成小信号的电压放大任务，其失真度和噪声对系统的影响最大，是应该优先考虑的指标。本放大电路选用芯片NE5532。

第一级放大倍数：电压跟随器R7

第二级放大倍数：调节电位器R9，使两级的放大倍数为500倍。

总放大倍数为500倍，满足题目要求。由于运放构成的放大电路输出电阻很小，接近于0欧姆，所以在放大器输出端串联R14，使输出电阻为600欧。

2.2 带阻网络

设计阻带网络如下图所示：

仿真结果：

由仿真结果得：

f=407.962kHz时，衰减为25.953Db；f=9.879kHz时，衰减为10.156Db,符合要求。

2.3 数字幅频均衡

本设计的数字均衡器用FIR数字滤波器来实现，为了进行补偿, 根据带阻网络的传递函数H(s)使用DSP Builder 设计一个与带阻网络的传递函数相反的200阶的FIR带通滤波器。

其系统函数可以记为：

其中M是FIR滤波器的零点数，即延时阶数。其输出序列满足下列等式：

其中x(n)时输入采样序列，h(i)是滤波器系数，L是滤波器的系数长度，y(n)表示滤波器的输出序列。滤波器结构如图4所示：

2.3.1 A/D采样电路设计

根据题目的指标及系统频率的要求，我们选择AD574芯片设计A/D采样电路，采用8位的双极性电压输入模式，输入电压范围为-5V至+5V，其采样频率可以达到30KHZ，采样电路设计如下图所示。

2.3.2 数字幅频均衡模块的设计

数字幅频均衡模块的原理图如下图所示。

如果要实现对带阻网络的完全补偿，那么FIR滤波器应与带阻网络互为逆系统，用MATLAB软件设计出FIR滤波器应该具有的单位脉冲响应后将滤波器系数导入到QUARTUS ii里面生成FIR的IP CORE，利用FPGA核心板连接外围AD与DA电路实现数字幅频均衡的功能。

根据本题目的要求，我们设计FIR滤波器信号处理范围为20Hz~10KHz，滤波器阶数为200阶，系统的采样频率为30KHz,系统的软件框图如下图所示。

2.3.3 D/A转换电路的设计

根据题目要去，我们选择了DAC0832作为模数转换芯片。DAC0832是8bit的DA器件，该部分的电路如下图所示。

2.4 低频功放

功率放大电路的主要任务是，在允许的失真限度内，尽可能高效率的向负载提供足够大的功率。功率放大电路的基本要求是：

输出功率要大，输出功率PO= UO ×IO ，要获得大的输出功率 ,不仅要求输出电压高,而且要求输出电流大。因此要考虑MOS管的极限参数，注意MOS管的安全。效率要高，放大信号的过程就是MOS管按照输入信号的变化规律 ,将直流电源提供的能量转换为交流能量的过程 ,其转换效率为负载上获得的信号功率和电源供给的功率之比值。

功放级电路主要由NE5532 和功率末级的两对大功率MOS管构成，如下图所示：

在理想情况下不考虑饱和管压降，

3 软件设计与流程

4 系统测试

测试仪器：数字信号发生器SFG-1013,数字存储示波器GDS-1102,直流电源1731SLL3A。

4.1 前置放大电路的测量

a.放大倍数测试条件：输入交流信号，频率为1KHz，有效值为5mV，输入幅值7.1mV.

放大倍数测试结果：输出峰峰值7.12V ,放大约500 倍。

b.-1dB通频带测试条件：输入交流信号，有效值为5mV,输入幅值7.1mV ,频率为20Hz-20kHz。

-1dB通频带测试条件测试结果:

输入信号频（Hz）	输入电压峰峰值（mv）	输出电压峰峰值（V）	放大倍数
15	14.2	5.92	416.9
20	14.2	6.40	450.7
30	14.2	6.72	473.2
50	14.2	7.04	495.8
100	14.2	7.20	507.0
500	14.2	7.20	507.0
1000	14.2	7.12	501.4
5000	14.2	7.12	501.4
8000	14.2	7.04	495.8
10000	14.2	6.88	484.5
15000	14.2	6.72	473.2
20000	14.2	6.40	450.7
21000	14.2	6.32	445.1

由以上测试数据，-1dB通频带为20Hz-20kHz。

c.输出电阻为600Ω。

4.2 带阻网络的测量

测试条件：输入交流信号，有效值为5mV,输入幅值7.1mV ,频率为20Hz-20kHz。

测试结果：

频率（Hz）	20	100	300	500	800	1k	1.5	1.9
输出电压峰峰（v）	5.04	2.04	1.06	0.94	0.90	0.90	0.94	1.00

2k	2.1k	2.5k	3k	4K	6k	10k	15k	20k
1.06	1.06	1.14	1.26	1.52	2.04	2.96	3.84	4.32

由以上测试结果，f=800Hz时，V=0.90v, f=10kHz时，V=2.96v。

以10k为基准，800Hz处衰减10.34dB,符合大于等于10dB的要求。

4.3 功率放大电路的测量

测试条件：输入交流信号，有效值为5mV,输入幅值7.1mV ,频率为1kHz。

测试结果：

a.在8W负载上测得输出电压Vo =11.103v 计算得输出功率P1=15.41w

用示波器观察输出电压波形无失真。

b.直流电源电压=20v，过直流电源电流=0.62A，计算得直流电源供给功率P2=24.8w,则效率=62.14%。

附图：前置电路数据折线图

5 总结

这个设计印象里应该是博主当年上大学时暑期没回家，准备国赛还是省赛的一个练习题目，这里将该设计分享出来供相关领域的朋友参照使用。当时做的时候印象比较深的是MOS管烧坏了好多个，那时才知道对于大功率的东西加散热片有多重要。电子设计刚开始做可能会摸不着头脑，像模电很多人觉着是很玄学的东西，听别人说些困难自己就心生畏惧，这里对于初学者给一条建议：要敢于去尝试新东西，行动之前有自己的判断，Keep hungry, keep foolish。

作于202206301650，已归档

———————————————————————————————————

本文为博主原创文章，未经博主允许不得转载！

若本文对您有帮助，轻抬您发财的小手，关注/评论/点赞/收藏，就是对我最大的支持！

祝君升职加薪，鹏程万里！

以上是关于极客DIY开源方案分享——数字幅频均衡功率放大器设计（实用的嵌入式电子设计作品软硬件综合实践）的主要内容，如果未能解决你的问题，请参考以下文章

极客DIY开源方案分享——智能家居你也可以做，何不DIY个自动窗帘升降控制系统？（纪念我的职业生涯处女作曾获校赛一等奖作品上古汇编语言编程）

关于开源硬件的论坛都有哪些

极客DIY：使用树莓派制作一套“NAS+私有云盘+下载机”

DIY 温控烙铁

如何用 NAS 搭建属于自己的云端书库 | 极客分享第 32 期