GPT-4o给出的方案：

1. 系统概述

设计并制作一个具有弱信号放大能力的低频功率放大器，任务描述和要求指出了其各部分的功能和性能指标。系统主要包括以下部分：外供正弦信号源、转换电路、功率放大器和自制稳压电源。

详细设计方案

2. 转换电路

• 功能： 将外供正弦信号转化为适合功率放大器输入的信号，并保证信号的极性对称。
• 设计：
  • 使用运算放大器（如OP07或TL071）进行信号调理。运放可以作为缓冲器，提高输入阻抗，并且对输入信号进行放大、偏移调节等处理。
  • 设计一个对称双电源供电±12V，确保输入信号的正负半波对称。
  • 输入电压范围为5mV到700mV，通过运放的增益调节，可以调整到适合功率放大器的电压范围。

3. 自制稳压电源

• 功能： 提供稳定的双电源电压给转换电路和功率放大器使用。确保交流220V转变为+12V, -12V和+5V等直流电源。
• 设计：
  • 使用变压器将220V交流电压降压至适当的交流电压，经过整流桥整流和滤波电路，将交流电压转变为直流电压。
  • 采用三个稳压模块（如LM7812, LM7912, LM7805）分别提供±12V和+5V稳定电压供给对应电路。
  • 增加保护电路，如过流保护、过压保护等，确保电源的稳定和安全。

4. 功率放大器设计

• 功能： 将转换后的弱信号放大到足够的功率来驱动8Ω负载（如扬声器）。
• 设计：
  • 选用BTL（桥接负载桥接）配置功率放大器电路以提高输出功率。采用LM3886或TDA7293等高功率放大器IC。
  • 设计输出级为Class-AB型放大器，以确保效率和失真度满足要求。时域响应上升、下降时间 ≤ 12μs，谐波失真 ≤ 3%，顶部斜率 ≤ 2%，过冲 ≤ 5%。
  • 增加散热片和风扇，确保功放电路的热稳定。

5. 性能及调试

• 频率响应：
  • 确保功放能在50Hz到10kHz带宽内稳定工作，对应的带宽BW ≥ 50到10000Hz。
  • 使用频谱仪和信号发生器验证放大器的频率响应和增益。
• 线性失真：
  • 增加电容反馈电路以减少失真，确保总谐波失真THD在负载下小于3%。
• 功率输出：
  • 确定在8Ω负载情况下输出功率≥10W，提升电源电压或调整功率放大电路参数以达到输出功率要求。

调试步骤

1. 验证电源： 确保自制稳压电源输出±12V和+5V稳定电压。
2. 信号转换： 用示波器检查输入信号幅度和频率，确保经过转换电路的信号对称放大，满足输入要求。
3. 校准放大器： 在不同输入信号下，逐步调整功率放大器，观察输出功率和谐波失真，确保满足设计要求。
4. 验证负载： 加接8Ω负载，进行长时间稳定性实验，确保放大器在实际负载下的性能和安全。

通过上述设计和调试过程，一个具有良好性能的弱信号放大能力的低频功率放大器便完成了。确保系统在满足基本要求的基础上达到最佳性能。

该题目考查的知识要点：

从该题的设计任务和要求来看，主要考察以下知识要点：

模拟与数字电子电路

1. 信号处理电路设计：

   • 模拟信号的产生、调节和转换。
   • 运算放大器和其应用，包括信号调理和放大。

2. 功率放大器的设计：

   • 功率放大器的类型（如Class-A、Class-AB）及其工作原理。
   • 放大器的性能指标，如带宽、失真、效率等。
   • 热管理技术，如散热片和风扇的使用。

3. 频率响应与滤波：

   • 频率响应范围的测定和调节。
   • 滤波电路的设计及其对信号的影响。

4. 稳压电源设计：

   • 交流到直流电压的转换，包括整流和滤波。
   • 稳压电路的设计和保护电路。

实践与实验技能

1. 电路调试：

   • 实际电路调试过程，调节参数以满足指标要求。
   • 使用仪器设备（如示波器和频谱仪）进行信号测量和分析。

2. 系统集成：

   • 各个模块电路的集成与整体系统的优化。
   • 长时间稳定性测试和性能验证。

理论知识的应用

1. 基本放大电路知识：

   • 理解放大电路的增益、输出功率与输入信号间的关系。
   • 理解负载对放大器性能的影响。

2. 反馈与稳定性：

   • 反馈电路在放大电路中的作用。
   • PID控制理论在电源设计中的应用。

总结

该题目综合考察了模拟与数字电路、功率放大器设计、信号处理、频率响应、滤波电路、稳压电源设计等方面的知识，以及通过实际电路设计和调试来验证理论的能力。它要求对电路设计、测量和调试有全面的理解和熟练的操作技能。