第一篇：低頻功率放大器的設(shè)計(jì)與分析

目錄

綜

述.....................................................................................................1 1.功率放大電路的特點(diǎn)...............................................................................2

1.1主要技術(shù)指標(biāo)..................................................................................2

1.1.1最大輸出功率POM...................................................................................2 1.1.2轉(zhuǎn)換效率η...............................................................................................2

1.2對(duì)功率放大電路的基本要求..........................................................3

1.2.1能提供滿足的輸出功率...........................................................................3 1.2.2具有較高的效率.......................................................................................3 1.2.3非線性失真要小.......................................................................................3 1.2.4良好的散熱和保護(hù)...................................................................................3

2典型的功率放大電路...............................................................................4

2.1系統(tǒng)組成...........................................................................................4 2.2由基本分立式元件構(gòu)成的簡單功率放大電路圖..........................4 3具體設(shè)計(jì)....................................................................................................5

3.1系統(tǒng)組成...........................................................................................5 3.2系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)..............................................................................5

3.2.1前置放大級(jí)設(shè)計(jì).......................................................................................6 3.2.2功率放大電路設(shè)計(jì)...................................................................................7

4系統(tǒng)測試分析............................................................................................9 5結(jié)論..........................................................................................................10 課程設(shè)計(jì)體會(huì).............................................................................................11 參考文獻(xiàn).....................................................................................................12

綜

述

功率放大電路通常作為多級(jí)放大電路的輸出級(jí)，將前級(jí)送來的信號(hào)進(jìn)行功率

[1]放大進(jìn)而推動(dòng)負(fù)載工作。

功率放大器可由分立元件構(gòu)成，也可由功率集成電路構(gòu)成。目前集成低頻功率放大器品種很多，典型的有TDA1521、TDA1514、LM1875。些優(yōu)質(zhì)功放模塊體積小、性能優(yōu)越、保護(hù)功能齊全、外圍電路簡單、易制作易調(diào)試。

功率放大器不僅僅是消費(fèi)產(chǎn)品(音響)中不可缺少的設(shè)備，還廣泛應(yīng)用于控制系統(tǒng)和測量系統(tǒng)中。低頻功率放大器是一個(gè)技術(shù)已經(jīng)相當(dāng)成熟的領(lǐng)域，幾十年來，人們?yōu)橹冻隽瞬恍傅呐?，無論從線路技術(shù)還是元器件方面，乃至思想認(rèn)識(shí)上都取得了長足的進(jìn)步.盡管目前市場上的功放產(chǎn)品價(jià)格已經(jīng)很低，但少則幾百元、多則幾千元的價(jià)格還是讓人有些不舍，本文給出一種簡單實(shí)用、制作成本低廉的低頻功率放大器的設(shè)計(jì)方案，并給出實(shí)際測試結(jié)果，為音響發(fā)燒友提供一種實(shí)用方案。功率放大可由分立元件組成，也可由集成電路完成.由分立元件組成的功放，如果電路選擇得好，參數(shù)恰當(dāng)，元件性能優(yōu)越，制作調(diào)試得好，則性能要高于較好的集成功放.本次設(shè)計(jì)功放采用分立元件組成。

1.功率放大電路的特點(diǎn)

1.1主要技術(shù)指標(biāo)

功率放大電路的主要技術(shù)指標(biāo)為最大輸出功率和轉(zhuǎn)換效率

1.1.1最大輸出功率POM 功率放大電路提供給負(fù)載的信號(hào)功率稱為輸出功率。在輸入為正弦波切輸出基本不是真條件下，輸出功率是交流功率，表達(dá)式為

PO?IOUO

（1-1）

式中I0和U0均為交流有效值。最大輸出功率POM實(shí)在電路參數(shù)確定的情況下負(fù)載上可能獲得的最大交流功率

1.1.2轉(zhuǎn)換效率η

功率放大電路的最大輸出功率與電源所提供的功率之比成為轉(zhuǎn)換效率。電源提供個(gè)功率是直流功率，其值等于電源輸出電流平均值及其電壓之積。

通常功放輸出功率大，電源消耗的直流功率也就多。因此，在一定的輸出功率下，減小直流電源的功耗，就可以提高電路的效率。

1.2對(duì)功率放大電路的基本要求 1.2.1能提供滿足的輸出功率

為了獲得盡可能大的輸出功率，要求功放管的電壓和電流都有足夠大的輸出幅度，因此，管子往往在接近極限參數(shù)狀態(tài)下工作。

1.2.2具有較高的效率

放大器實(shí)質(zhì)上是一個(gè)能量轉(zhuǎn)換裝置。由于輸出功率大，因此，直流電源供給的功率和線路本身所消耗的功率也大，效率就成為一個(gè)重要的指標(biāo)。所謂效率，就是負(fù)載得到的有用信號(hào)功率和電源供給的直流功率的比值。效率越高，線路消耗的功率和直流電源功率之比就越小。

1.2.3非線性失真要小

功率放大器在大信號(hào)下工作，難免產(chǎn)生非線性失真。而且輸出功率越大，失真往往越嚴(yán)重，這就使得輸出功率與非線性失真成為一對(duì)矛盾。在測量系統(tǒng)和電聲設(shè)備中，非線性失真要盡量小一些。

1.2.4良好的散熱和保護(hù)

由于流過功放管的電流較大，有相當(dāng)大的功率消耗在管子上。因此，功放管在工作時(shí)一般要加散熱片。另外，功放管往往在極 限狀態(tài)下工作，因而損壞的可能性也大，在電路中要采取一些保護(hù)措施。

2典型的功率放大電路

2.1系統(tǒng)組成

2.2由基本分立式元件構(gòu)成的簡單功率放大電路圖 3具體設(shè)計(jì)

3.1系統(tǒng)組成

系統(tǒng)主要由前置放大級(jí)、功率放大級(jí)2部分組成.系統(tǒng)框圖如圖所示

其中前置放大級(jí)主要完成小信號(hào)的電壓放大任務(wù);功率放大級(jí)則實(shí)現(xiàn)對(duì)信號(hào)的電壓和電流放大

3.2系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)

由于系統(tǒng)要求輸出額定功率不小于 10 W 考慮留出 50 %的裕量 ,故設(shè)計(jì)輸出功率應(yīng)在 15W以上，同時(shí)，輸出負(fù)載 10Ω，則

VOM?2?P0?R?2?15?10?17.3?17V

系統(tǒng)的最大增益為：

?17?Amax?20lg??71dB ?3??5?10?系統(tǒng)的最小增益為：

17??Amin?20lg??27.7dB ?3??700?10? 5 整個(gè)放大電路的增益應(yīng)在 27.7 dB～71 dB 范圍內(nèi)可調(diào)。為保證放大器性能，單級(jí)放大器的增益不宜過高，通常在 20～40 dB(放大倍數(shù) 10～100倍)之間。故整個(gè)放大器增益通過三級(jí)放大實(shí)現(xiàn)。為方便增益調(diào)整，可使功放級(jí)(包括功率管和直接推動(dòng)功率管的運(yùn)放)增益固定，且必須小于A min，故其增益取 22 dB。則前置級(jí)需要兩級(jí)，其總增益應(yīng)在 5.7～49 dB 之間可調(diào)。

3.2.1前置放大級(jí)設(shè)計(jì)

前置放大級(jí)主要完成小信號(hào)電壓放大的任務(wù) ,其失真度和噪聲對(duì)系統(tǒng)的影響是優(yōu)先考慮的指標(biāo).對(duì)于前置放大級(jí)的設(shè)計(jì) ,由于第一級(jí)前置級(jí)增益為:

AU1?第二級(jí)前置級(jí)增益為:

R2150k???15?24dB R110k?R5150k?AU2???15?24dB

R410k?考慮到輸入信號(hào)的變化范圍很大，在兩級(jí)間串一個(gè)滑動(dòng)變阻器來改變整個(gè)系統(tǒng)的增益，同時(shí)也起到對(duì)信號(hào)的衰減作用。前置放大采用集成運(yùn)放NE5532，同眾多的運(yùn)放相比，它具有高精度、低噪聲、高速、高阻抗、頻帶寬等優(yōu)良性能[2]，具體指標(biāo)參數(shù)為：轉(zhuǎn)換速率 9 V/μs，增益帶寬積 10MHz，直流增益為 105倍，最高工作電壓為 ±22V，這種運(yùn)放的高速轉(zhuǎn)換性能可大大改善電路 6 的瞬態(tài)性能，較寬的帶寬能保證信號(hào)在低、中、高頻段均能不失真地輸出，使電路的整體指標(biāo)大大提高。

3.2.2功率放大電路設(shè)計(jì)

在實(shí)用電路中，往往要求放大電路的末級(jí)輸出一定的功率以驅(qū)動(dòng)負(fù)載。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.功率放大電路的主要任務(wù)是，在允許的失真限度內(nèi)，盡可能高效率地向負(fù)載提供足夠大的功率。因此，功率放大電路的電路形式、工作狀態(tài)、分析方法等都與小信號(hào)放大電路有所不同.對(duì)功率放大電路的基本要求是:

(1)輸出功率要大。輸出功率 PO = UO ×IO，要獲得大的輸出功率，不僅要求輸出電壓高，而且要求輸出電流大。因此，晶體管工作在大信號(hào)極限運(yùn)行狀態(tài)，應(yīng)用時(shí)要考慮管子的極限參數(shù)，注意管子的安全.(2)效率要高。放大信號(hào)的過程就是晶體管按照輸入信號(hào)的變化規(guī)律，將直流電源提供的能量轉(zhuǎn)換為交流能量的過程，其轉(zhuǎn)換效率為負(fù)載上獲得的信號(hào)功率和電源供給的功率之比值。功放級(jí)電路(如圖)7 主要由 NE5534 和功率末級(jí)的兩對(duì)復(fù)合對(duì)管(組成達(dá)林頓管)構(gòu)成，本次設(shè)計(jì)選用專為音響設(shè)備設(shè)計(jì)的對(duì)管，這種對(duì)管的特性比較一致，可以減小失真。NE5534 主要完成電壓放大任務(wù)，接成大環(huán)電壓負(fù)反饋形式，放大倍數(shù)為 R3/ R1。為彌補(bǔ)由運(yùn)放產(chǎn)生的零漂和因布線等造成的失真，NE5534 的 1 腳與 8腳接調(diào)零電阻，5 腳與 8 腳之間接補(bǔ)償電容[4]。

達(dá)林頓管主要完成電流放大任務(wù)。對(duì)管的選擇主要考慮其參數(shù)的對(duì)稱性。一般推動(dòng)管的電流增益β1 在 100 左右，輸出管的電流增益β2 在 40 左右.這 2 個(gè)管子的 2 個(gè)關(guān)鍵參數(shù)為特征頻率 f T和集電級(jí)最大允許耗散功率 PCM。

特征頻率 f T 與放大電路上限頻率 f h 有下列關(guān)系: f T = f h × βh;系統(tǒng)階躍響應(yīng)上升時(shí)間 t r 與放大電路上限頻率 f h 有如下關(guān)系:

t r· f h≈0.35;推動(dòng)管的特征頻率為:

f T ≥0.35/(12 ×105)×40≈1 MHz;對(duì)甲乙類 OCL 放大器，PTM > 0.2 POM

PTM為單管最大管耗。POM為最大失真輸出功率.因此輸出管 PCM ≥0.2 ×15 = 3 W，根據(jù)以上計(jì)算，并考慮到指標(biāo)提高及工程實(shí)際，推動(dòng)管選用對(duì)管 2SB649、2SD669[3 ],其參數(shù)為 f T = 140MHz，PCM = 15 W，UCEO = 180 V。輸出管選用對(duì)管 2SA1072 和 2SC2522 , 其參數(shù)為 f T = 60MHz , PCM = 120 W , UCEO = 120 V。

4系統(tǒng)測試分析

整個(gè)系統(tǒng)在調(diào)試時(shí),分部分調(diào)試.首先是是前置放大級(jí)和轉(zhuǎn)換電路的調(diào)試 ,然后是功率級(jí)本身的調(diào)試 ,最后將整個(gè)電路連接起來調(diào)試.9(1)額定功率 POR :輸入 1 kHz 正弦波 ,用示波器測到此時(shí)輸出波形電壓有效值為 U =12.7 V ,則 POR = U2/ RL = 12.72/ 10 = 16.1 W。

(2)帶寬 BW :輸入信號(hào)幅值不變 ,改變頻率 ,用示波器測輸出幅值 ,下限頻率 f l 和上限頻率 f h 對(duì)應(yīng)的幅值為 0.707 ×中頻幅值。測得帶寬為 10 Hz～90 kHz。

(3)在 POR下的效率:斷開正電源 ,串入萬用表 ,在 POR下 ,測得電壓為 20.28 V ,電流為652 mA ,則電源輸入功率為: PIN = 20.28 ×0.652 ×2 = 26.45 W.效率為:η= POR/ PIN =16.1/ 26.45 = 60.9 %。

(4)交流聲功率:輸入端短路時(shí) ,用晶體管毫伏計(jì)測輸出端交流電壓有效值為 1.38 mV ,則 P =(1.38 ×106W =1.904μW。

(5)在 POR和 BW 內(nèi)失真度:采用失真度測試儀 ,在輸入信號(hào)為 1 kHz 時(shí) ,測得波形的失真度為:0.5 %。

5結(jié)論

以上詳細(xì)介紹了一種簡單實(shí)用、價(jià)格低的低頻功率放大器的電路設(shè)計(jì)方法，整套設(shè)計(jì)只需幾十元。從實(shí)驗(yàn)的各項(xiàng)數(shù)據(jù)分析,本電路具有很好的頻率響應(yīng)特性，從測得的帶寬 10～90 ×103Hz可以看出，該功率放大器可以很好地實(shí)現(xiàn)對(duì)低頻信號(hào)的放大作用，能較好地達(dá)到實(shí)際要求，也符合理論上的要求。10 課程設(shè)計(jì)體會(huì)

通過這次對(duì)低頻功率放大器的設(shè)計(jì)與制作，讓我了解了設(shè)計(jì)電路的程序，也讓我了解了關(guān)于OCL音頻功率放大器的原理與設(shè)計(jì)理念，要設(shè)計(jì)一個(gè)電路總要先用仿真成功之后才實(shí)際接線的。但是最后的成品卻不一定與仿真時(shí)完全一樣，因?yàn)樵趯?shí)際接線中有著各種各樣的條件制約。但也有些電路在仿真中無法成功，而在實(shí)際中因?yàn)樾酒旧淼奶匦远晒Φ摹Ｋ?，在設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)考慮兩者的差異，從中找出最適合的設(shè)計(jì)方法。

在為期一周的課程設(shè)計(jì)中我深深的感覺到自己專業(yè)知識(shí)的匱乏，對(duì)一些工作感到無從下手，茫然不知所措，這時(shí)才真正領(lǐng)悟到學(xué)無止境的含義，千里之行，始于足下。這次學(xué)習(xí)，讓我對(duì)各種電路都有了大概的了解，所以說，坐而言不如立而行，對(duì)于這些電路還是應(yīng)該自己動(dòng)手實(shí)際操作才會(huì)有深刻理解。這次課程設(shè)計(jì)終于順利完成了，雖然在設(shè)計(jì)中遇到了很多問題，但是都被我們一一克服。最后，我要感謝我的老師以及同學(xué)，在做課程設(shè)計(jì)期間對(duì)我的幫助，尤其是這次的指導(dǎo)老師，他將自己寶貴的經(jīng)驗(yàn)毫無保留的傳授給我，讓我體會(huì)到什么叫用心良苦。

參考文獻(xiàn)

[1]徐安靜主編.電工學(xué)II 模擬電子技術(shù) 清華大學(xué)出版社,2008.[2]NE5532 Datasheet [ J / OL ].004km.cn.2003.3.[5]華成英 童詩白主編.模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)（第四版）高等教育出版社，2008.12

第二篇：實(shí)驗(yàn)三 低頻功率放大器

實(shí)驗(yàn)三

低頻功率放大器——OTL功率放大器

（即原資料的實(shí)驗(yàn)十六）

一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?/p>

1、進(jìn)一步理解OTL功率放大器的工作原理。

2、加深理解OTL電路靜態(tài)工作點(diǎn)的調(diào)整方法。

3、學(xué)會(huì)OTL電路調(diào)試及主要性能指標(biāo)的測試方法。

二、實(shí)驗(yàn)儀器

1、雙蹤示波器

2、萬用表

3、毫伏表

4、直流毫安表

5、信號(hào)發(fā)生器

三、實(shí)驗(yàn)原理

圖16-1 OTL功率放大器實(shí)驗(yàn)電路

圖16-1所示為OTL低頻功率放大器。其中由晶體三極管T1組成推動(dòng)級(jí)（也稱前置放大級(jí)），T2、T3是一對(duì)參數(shù)對(duì)稱的NPN和PNP型晶體三極管，它們組成互補(bǔ)推挽OTL功放電路。由于每一個(gè)管子都接成射極輸出器形式，因此具有輸出電阻低，負(fù)載能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，T1管工作于甲類狀態(tài)，適合于作功率輸出級(jí)。它的集電極電流IC1由電位器RW1進(jìn)行調(diào)節(jié)。IC1的一部分流經(jīng)電位器RW2及二極管D，給T2、T3提供偏壓。調(diào)節(jié)RW2，可以使T2、T3得到合適的靜態(tài)電流而工作于甲、乙類狀態(tài)，以克服交越失真。靜態(tài)時(shí)要求輸出端中點(diǎn)A的電位UA?1UCC，可以通過調(diào)節(jié)RW1來實(shí)現(xiàn)，又由于RW1的一端接在A點(diǎn)，因此在2電路中引入交、直流電壓并聯(lián)負(fù)反饋，一方面能夠穩(wěn)定放大器的靜態(tài)工作點(diǎn)，同時(shí)也改善了非線性失真。

當(dāng)輸入正弦交流信號(hào)Ui時(shí)，經(jīng)T1放大、倒相后同時(shí)作用于T2、T3的基極，Ui的負(fù)半周使T2管導(dǎo)通（T3管截止），有電流通過負(fù)載RL（用嗽叭作為負(fù)載RL，嗽叭接線如下：

只要把輸出Uo用連接線連接到插孔LMTP即可），同時(shí)向電容C0充電，在Ui的正半周，T3導(dǎo)通（T2截止），則已充好電的電容器C0起著電源的作用，通過負(fù)載RL放電，這樣在RL上就得到完整的正弦波。

C2和R構(gòu)成自舉電路，用于提高輸出電壓正半周的幅度，以得到大的動(dòng)態(tài)范圍。由于信號(hào)源輸出阻抗不同，輸入信號(hào)源受OTL功率放大電路的輸入阻抗影響而可能失真，R0作為失真時(shí)的輸入匹配電阻。調(diào)節(jié)電位器RW2時(shí)影響到靜態(tài)工作點(diǎn)A點(diǎn)的電位，故調(diào)節(jié)靜態(tài)工作點(diǎn)采用動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)方法。為了得到盡可能大的輸出功率，晶體管一般工作在接近臨界參數(shù)的狀態(tài)，如ICM，U（BR）CEO和PCM，這樣工作時(shí)晶體管極易發(fā)熱，有條件的話晶體管有時(shí)還要采用散熱措施，由于三極管參數(shù)易受溫度影響，在溫度變化的情況下三極管的靜態(tài)工作點(diǎn)也跟隨著變化，這樣定量分析電路時(shí)所測數(shù)據(jù)存在一定的誤差，我們用動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)方法來調(diào)節(jié)靜態(tài)工作點(diǎn)，受三極管對(duì)溫度的敏感性影響所測電路電流是個(gè)變化量，我們盡量在變化緩慢時(shí)讀數(shù)作為定量分析的數(shù)據(jù)來減小誤差?！鵒TL電路的主要性能指標(biāo)：

1、最大不失真輸出功率Pom

21UCC理想情況下Pom?，在實(shí)驗(yàn)中可通過測量RL兩端的電壓有效值，來求得實(shí)際的

8RL2U0

Pom?

（16-1）

RL2、效率η

??Pom?100%

（16-2）PEPE—直流電源供給的平均功率

理想情況下ηmax＝78.5%。在實(shí)驗(yàn)中，可測量電源供給的平均電流Idc（多測幾次I取其平均值），從而求得

PE?UCC?Idc（16-3）

負(fù)載上的交流功率已用上述方法求出，因而也就可以計(jì)算實(shí)際效率了。

四、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容

1、關(guān)閉系統(tǒng)電源。按圖16-1正確連接實(shí)驗(yàn)電路。

2、用動(dòng)態(tài)調(diào)試法調(diào)節(jié)靜態(tài)工作點(diǎn)，先使RW2＝0，Us接地。

3、打開系統(tǒng)電源，用萬用表測量Ａ點(diǎn)（即LTP2）電位，調(diào)節(jié)電位器RW1，使UA?

4、關(guān)閉系統(tǒng)電源。斷開US接地線，連接信號(hào)源輸出和US。

5、打開系統(tǒng)電源。調(diào)節(jié)信號(hào)源輸出f=1KHz、峰峰值為50mV的正弦信號(hào)作為Us，逐漸加大輸入信號(hào)的幅值，用示波器觀察輸出波形，此時(shí)，輸出波形有可能出現(xiàn)交越失真（注意：沒有飽和和截止失真）

6、緩慢增大RW2，由于RW2調(diào)節(jié)影響A點(diǎn)電位，故需調(diào)節(jié)RW1，使UA?1UCC。21UCC（在2Us=0的情況下測量）。從減小交越失真角度而言，應(yīng)適當(dāng)加大輸出極靜態(tài)電流IC2及IC3，但該電流過大，會(huì)使效率降低，所以通過調(diào)節(jié)RW2一般以50mA左右為宜（即測量LTP4和LTP2，或LTP6和LTP2之間的電壓為110mV左右為宜)。注意：

①在調(diào)整RW2時(shí)，一是要注意旋轉(zhuǎn)方向，不要調(diào)得過大，更不能開路，以免損壞輸出管。

②輸出管靜態(tài)電流調(diào)好，如無特殊情況，不得隨意旋動(dòng)RW2的位置。

測量最大輸出功率Pom

1、按上述的實(shí)驗(yàn)步驟調(diào)節(jié)好功率放大電路的靜態(tài)工作點(diǎn)。

2、關(guān)閉系統(tǒng)電源。連接信號(hào)源輸出和US。輸出端接上嗽叭即RL。

3、打開系統(tǒng)電源。調(diào)節(jié)信號(hào)源輸出f=1KHz、30mV的正弦信號(hào)Ｕs，用示波器觀察輸出電壓ＵO波形。逐漸增大Ui，使輸出電壓達(dá)到最大不失真輸出，通過觀察示波器得到Uom的峰峰值，再用公式Uom?Uom峰峰值求出Uom的有效值，用萬用表的歐姆檔測出RL的22阻值，最后下面公式計(jì)算出Pom。

2Uom

Pom?

RL注意：萬用表的歐姆檔測出RL的阻值的時(shí)候，關(guān)閉系統(tǒng)電源，斷開電路連線。

五、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)

六、問題與結(jié)論

1、為何OTL電路會(huì)出現(xiàn)交越失真？

第三篇：低頻功率放大器課程設(shè)計(jì)報(bào)告

《電路與模擬電子技術(shù)》

課程設(shè)計(jì)報(bào)告

低頻功率放大器

一、摘要

低頻功率放大器的主要應(yīng)用是對(duì)音頻信號(hào)進(jìn)行功率放大，本文介紹了具有弱信號(hào)放大能力的低頻功率放大器的基本原理、內(nèi)容、技術(shù)路線。整個(gè)電路主要分為穩(wěn)壓電源、前置放大器、功率放大器、波形變換電路共4 部分。穩(wěn)壓電源主要是為前置放大器、功率放大器提供穩(wěn)定的直流電源。前置放大器主要是實(shí)現(xiàn)電壓的放大。功率放大器實(shí)現(xiàn)電流、電壓的放大。波形變換電路是將正弦信號(hào)變換成規(guī)定要求的方波信號(hào)。設(shè)計(jì)的電路結(jié)構(gòu)簡潔、實(shí)用，充分利用到了集成功放的優(yōu)良性能。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明該功率放大器在帶寬、失真度、效率等方面具有較好的指標(biāo)、較高的實(shí)用性,為功率放大器的設(shè)計(jì)提供了廣闊的思路。

二、關(guān)鍵字

前置放大級(jí)電路

功率放大

穩(wěn)壓電源電路

波轉(zhuǎn)換電路

三、總體設(shè)計(jì)方案論證及選擇

根據(jù)課設(shè)要求, 我們所設(shè)計(jì)的低頻功率放大器應(yīng)由以下幾個(gè)部分組成：穩(wěn)壓電路、前置放大、功率放大以及波形變換電路。下面對(duì)每個(gè)單元電路分別進(jìn)行論證：

前置放大級(jí)：

設(shè)計(jì)要求前置放大輸入交流接到地時(shí)，RL=8?的電阻負(fù)載上的交流噪聲功率低于10mw因此要選用低噪音運(yùn)放。本裝置選用的優(yōu)質(zhì)低噪音運(yùn)放NE5532AI。設(shè)計(jì)要求輸入電壓幅度為5~700mV時(shí)，輸出都能以Po≥10W滿功率不失真輸出，信號(hào)需放大幾千倍，有考慮到運(yùn)放的放大倍數(shù)與通頻帶的關(guān)系，故采用兩級(jí)放大，增益調(diào)節(jié)可用電位器手動(dòng)調(diào)節(jié)，也可用自動(dòng)增益控制，但考慮到題目中的“使用”倆字（例如輸入信號(hào)不是正弦信號(hào)，而是大動(dòng)態(tài)音樂信號(hào)），本裝置采用手動(dòng)增益調(diào)節(jié)。

功率放大級(jí)：

根據(jù)設(shè)計(jì)題目要求，在供原則的功率放大可由分立元件組成，也可由集成電路完成。由分立元件組成的功放，如果電路選擇好，參數(shù)恰當(dāng)，元件性能優(yōu)越，且制作和調(diào)試的號(hào)，則性能很可能高過較好的集成功效。許多優(yōu)質(zhì)功放是分立功放。但其中有一個(gè)元件出現(xiàn)問題或是搭配不當(dāng)，則性能很可能低于一般集成功放，為了不至于因過載，過流，過熱等損壞還得加復(fù)雜的保護(hù)電路。

現(xiàn)在市場上也有很多性能優(yōu)越的集成功放芯片，如TDA2040A,LM1875，TDA1514等。集成功放具有工作可靠，外圍電路簡單，保護(hù)功能較完善，易制作易調(diào)試等特點(diǎn)，雖不及頂級(jí)功放的性能，但滿足并超過本設(shè)計(jì)的要求問題的。

綜上所述，考慮時(shí)間緊，在滿足要求的前提下，選擇易調(diào)試的集成功放。

我們熟悉的集成功放有TDA2040A，LM1875，TDA1514等，其中TDA2040A功率量不大，TDA1514外圍電路較復(fù)雜，且易自激。這兩種功放的低頻率特征都欠佳，LM1875外圍電路簡單，電路熟悉，低頻特性好，保護(hù)功能齊全。它的不足之處是高頻特性較差（BW<=70KHz），但對(duì)于本設(shè)計(jì)要求的50Hz~10KHz已足夠，因此選用LM1875作功放。

波形變換電路：

直接采用施密特觸發(fā)器進(jìn)行變換與整形。而施密特電路可用高精度、高速運(yùn)算電路搭接而成，也可采用專用施密特觸發(fā)器構(gòu)成，還可以選用NE5532P電路構(gòu)成。

通過比較，本課程設(shè)計(jì)中施密特電路采用高精度、高速運(yùn)算放大器LF357構(gòu)成。

自制穩(wěn)壓電源：

本系統(tǒng)設(shè)計(jì)采用三端集成穩(wěn)壓電源電路，選用LM7815、LM7915三端集成穩(wěn)壓器。

四、設(shè)計(jì)方案的原理框圖

圖1 總體設(shè)計(jì)

放大通道正弦信號(hào)外供正弦信號(hào)源弱信號(hào)前置放大級(jí)變換電路正、負(fù)極性對(duì)稱方波 自制直流穩(wěn)壓電源功率放大級(jí)RL=8Ω~220V50Hz

五、總體電路圖、接線圖及說明 XFG101C210uF2V318 V 683XDA1THDU2A1C458U3B710uF9R5850%050kΩKey=AXSC1Ext Trig+_A+_B+_10NE5532AI746R21MΩ0R415kΩR31kΩ4C347uF0R61MΩ14110R71kΩ12C547uF004NE5532AIR822kΩR9V4-18 V 1350%050kΩKey=A150

圖2 前置放大電路

說明：前置放大由兩級(jí)NE5532典型應(yīng)用電路組成，各級(jí)均采用固定增益輸出衰減組成。要求當(dāng)各級(jí)輸出不衰減，輸入Vp=5mV時(shí)，輸出Va.pp>=2.53V。

0V218 V 5XFG1514C5220uFU10C3100nFD11N400797+XSC1Ext Trig+_A_+B_8C710uF3R1100kΩ023LM1875T2R320kΩ6V1-18 V 0C2220uF0C4100nF0R21kΩ4D21N4007R48Ω10C6210uF0C147uF0

圖3 功率放大電路

說明：功率放大器選擇用集成功放LM1875，采用典型電路，此電路中R3，R2組成反饋網(wǎng)絡(luò)，C1為直流反饋電容，R1為輸入接地電阻，防止輸入電路時(shí)引入感應(yīng)噪聲，C7為信號(hào)耦合電容，D1，D2為保護(hù)二極管，R4和C6組成退偶電路，防止功放產(chǎn)生高頻自激，C5，C2，C3，C4是電源退耦電容。

六、主要元器件選擇

1）穩(wěn)壓電路中選用LM7815、LM7915三端集成穩(wěn)壓器

2）因?yàn)長F357屬于FET管，具有良好的匹配性能，輸入阻抗高、低噪聲、漂移小、頻帶寬、響應(yīng)快等特點(diǎn)，所以在正弦波一方波轉(zhuǎn)換電路中采用集成運(yùn)放LF357

3）在前置放大級(jí)電路中采用集成雙運(yùn)放NE5532,在功率放大級(jí)中采用運(yùn)放LM1875。

七、電路參數(shù)計(jì)算

前置放大計(jì)算

對(duì)于第一級(jí)放大，要求在信號(hào)最強(qiáng)時(shí)，輸出不失真，即Vp=700mV時(shí)，輸出Vom<11V(低于電源電壓1V)。所以

A1=Vom/Vp=11/0.7 =15.7 取A1=15.當(dāng)輸入信號(hào)最小，即Vpp=10mV，而輸出不衰減時(shí)

V01.pp=A1*Vi.pp=15*10=150mA 第二級(jí)放大要求輸出V02.pp>2.53V,考慮到元件誤差的影響，取V02.pp=3V，而輸入信號(hào)最小為150mV，則第二級(jí)放大倍數(shù)是

A2 = V02.pp/ V01.pp=20 功率放大計(jì)算：

LM1875開環(huán)增益為26dB，即放大倍數(shù) A=20

因?yàn)橐筝敵龅?Ω電阻負(fù)載上的功率P0>10 W。而 Vom=2Rl*P。=12.65V 加上功率管管壓降2V，則

V=Vom=12.65+2=14.65V 取電源電壓為15V

Icm=2P。*Rl=1.518A PV =2V * Icm/? =15.1W

八、Multisim仿真結(jié)果

前置放大

直流穩(wěn)壓

功率放大

波形轉(zhuǎn)換

九、收獲與體會(huì)

通過此次課程設(shè)計(jì)鍛煉，我不僅深深體會(huì)到理論知識(shí)與實(shí)踐結(jié)合的不易，還深入了解并學(xué)會(huì)了一種簡單實(shí)用、成本低的低頻功率放大器的電路設(shè)計(jì)方法。課設(shè)過程中為了讓自己的設(shè)計(jì)更加完善，更加符合工藝標(biāo)準(zhǔn)，一次次翻閱熱處理方面的書籍是十分必要的，同時(shí)也是必不可少的。通過這次課程設(shè)計(jì)我也發(fā)現(xiàn)了自身存在的不足之處，雖然感覺理論上已經(jīng)掌握，但在運(yùn)用到實(shí)踐的過程中仍有意想不到的困惑，經(jīng)過一番努力才得以解決。我懂得了學(xué)習(xí)的重要性，了解到理論知識(shí)與實(shí)踐相結(jié)合的重要意義。

十、參考文獻(xiàn)

[1] 胡翔駿 電路分析(第二版)北京：高等教育出版社 2007 [2] 華成英、童詩白 模擬電子學(xué)基礎(chǔ)（第四版）北京：高等教育出版社 2006 [3] 黃智偉 全國大學(xué)生電子設(shè)計(jì)競賽系統(tǒng)設(shè)計(jì) 北京：北京航空航天大學(xué)出版社 2006 [4] 夏路易、石宗義 電路原理圖與電路板設(shè)計(jì)教程 北京希望電子出版社 2002 [5] 谷麗華、辛?xí)詫?、么旭東 實(shí)用低頻功率放大器的設(shè)計(jì) 沈陽化工學(xué)院學(xué)報(bào) [6] 高玉良 電路與模擬電子技術(shù) 北京高等教育出版社

十一、附件

XSC3V120 Vrms 60 Hz 0° A+_BExt Trig+_+_D91N5402U1LM7815CTC7330nF5C810uFD11N5402D31N5402D21N5402D4C11N5402100nF03R1C31kΩ2.2mFC22.2mF0IC=35VIC=35VXSC1Ext Trig+D51N5402D71N54028D6+_A_B+_91N5402D8C41N5402100nFR21kΩC5D1001N5402C6132.2mFIC=35VU2LM7915CT002.2mFIC=35VXSC2Ext Trig+_11C1010uFC9330nF00A+_+B_0 圖2

直流穩(wěn)壓電路

說明：直流穩(wěn)壓電源部分為整個(gè)功放電路提供能量，根據(jù)設(shè)計(jì)的前置放大級(jí)電路和功率放大級(jí)電路的要求，僅需要穩(wěn)壓電源輸出的一種直流電壓即+15V。因三端穩(wěn)壓器具有結(jié)構(gòu)簡單、外圍元器件少、性能優(yōu)良、調(diào)試方便等顯著優(yōu)點(diǎn)，故本設(shè)計(jì)中采用三端穩(wěn)壓電路。兩組獨(dú)立的20V交流，經(jīng)過橋堆整流，大電容濾波，再加0.1uF小電容濾掉電源中的高頻分量?？紤]到制作過程中電源空載時(shí)的電容放電可在輸出電容并上1K大功率電阻。另外還要給7815，7915來獲得+15V、萬一輸入端短路，大電容放電會(huì)使穩(wěn)壓塊由于反電流沖擊而損壞，加兩個(gè)二極管可使反相電流流向輸入端起保護(hù)作用。

V260V140XSC11R410kΩ2D21N4728A5R510kΩR6831Ext Trig+3C1818 V U1A330nF1824NE5532PV370C2-18 V 330nFU2A+_AB_+_R310kΩ700mVrms 1000 Hz 0° 30924NE5532P1kΩD1Key=A1N4728A050% 圖5 波形變換電路（NE5532P）

說明：將1KHZ的正弦波變?yōu)橥l率的對(duì)稱方波。因LF357屬于FET管，具有良好的匹配性能，輸入阻抗高、低噪聲、漂移小、頻帶寬、響應(yīng)快等特點(diǎn)，所以本課程設(shè)計(jì)中施密特電路采用高精度、高速運(yùn)算放大器LF357構(gòu)成，而NE5532運(yùn)放做隔離用。

第四篇：低頻功率放大器概述

第4章 低頻功率放大器

【課題】

4.1低頻功率放大器概述

【教學(xué)目的】

1．了解低頻功率放大器基本要求。2．掌握功率放大器的三種工作狀態(tài)。3．了解功率放大器的常用耦合方式?！窘虒W(xué)重點(diǎn)】

1．低頻功率放大器基本要求。2．低頻功率放大器的分類?！窘虒W(xué)難點(diǎn)】

1．低頻功率放大器基本要求。2．功率放大器的三種工作狀態(tài)。【教學(xué)參考學(xué)時(shí)】

1學(xué)時(shí) 【教學(xué)方法】

講授法 【教學(xué)過程】

一、引入新課

1．復(fù)習(xí)電壓放大器主要任務(wù)。

2．列舉低頻功率放大器的應(yīng)用：如擴(kuò)音系統(tǒng)或收音機(jī)電路中的功放電路。

二、講授新課

4.1.1低頻功率放大電路的基本要求

功率放大器作為放大電路的輸出級(jí), 具有以下幾個(gè)特點(diǎn)和基本要求： 1．能向負(fù)載輸出足夠大的不失真功率

由于功率放大器的主要任務(wù)是向負(fù)載提供不失真的信號(hào)功率，因此，功率放大器應(yīng)有較高的功率增益，即應(yīng)有較高的輸出電壓和較大的輸出電流。

2．有盡可能高的能量轉(zhuǎn)換效率

功率放大器實(shí)質(zhì)上是一個(gè)能量轉(zhuǎn)換器，它將電源供給的直流能量轉(zhuǎn)換成交流信號(hào)的能量輸送給負(fù)載，因此，要求其轉(zhuǎn)換效率高。

3．盡可能小的非線性失真

由于輸出信號(hào)幅度要求較大，功放管（三極管）大都工作在飽和區(qū)與截止區(qū)的邊沿，因此，要求功放管的極限參數(shù)ICm、PCm、V（BR）CEO等除應(yīng)滿足電路正常工作外還要留有一定余量，以減小非線性失真。4．功放管散熱性能要好

直流電源供給的功率除了一部分變成有用的信號(hào)功率以外，還有一部分通過功放管以熱的形式散發(fā)出去（管耗），因此，降低結(jié)溫是功率放大器要解決的一個(gè)重要問題。4.1.2低頻功率放大器的分類

1．按電路工作狀態(tài)分類（1）甲類功放電路

甲類功放電路中的功放管始終工作在三極管輸出特性曲線的線性部分如圖4.1（a）所示，即在輸入信號(hào)的整個(gè)周期內(nèi)，功放管始終導(dǎo)通，故電路輸出波形失真小，但因靜態(tài)時(shí)，功放管處于導(dǎo)通狀態(tài)，且靜態(tài)電流（ICQ）較大，電路轉(zhuǎn)換效率較低，理想情況下最大效率達(dá)50%。

（2）乙類功放電路

乙類功放電路在靜態(tài)時(shí)，功放管處于截止?fàn)顟B(tài)，如圖4.1（b）所示，即在輸入信號(hào)的整個(gè)周期內(nèi)，功放管只在輸入信號(hào)的半個(gè)周期內(nèi)導(dǎo)通的。因此，電路需用兩只參數(shù)基本一致的功放管輪流工作（推挽）才能輸出完整的波形信號(hào)。由于靜態(tài)電流為零，電路轉(zhuǎn)換效率較高，理想情況下可達(dá)78.5%，但因電路輸出波形存在交越失真（注：該內(nèi)容將在4.2 常用低頻功率放大器中學(xué)習(xí)），需解決失真問題。

（3）甲乙類功放電路

甲乙類功放電路在靜態(tài)時(shí)，功放管處于微導(dǎo)通狀態(tài)，如圖

4.1（c）所示，即在輸入信號(hào)的整個(gè)周期內(nèi)，功放管只在輸入信號(hào)的大半個(gè)周期內(nèi)導(dǎo)通。與乙類功率放大器電路一樣，需用兩只參數(shù)基本一致的功放管輪流工作（推挽）才能輸出完整的波形信號(hào)。由于靜態(tài)時(shí)管子仍然處于導(dǎo)通狀態(tài)，因此，在輸入信號(hào)很小時(shí)，兩個(gè)功放管同時(shí)都工作，克服了交越失真。電路轉(zhuǎn)換效率略低于乙類，原因是靜態(tài)時(shí)電路中仍有很小的電流，電路會(huì)消耗部分電源功率。

圖4.1 功放管的三種工作狀態(tài) 2．按耦合方式分類

（1）阻容耦合功放電路——功放電路輸出端通過耦合電容連接負(fù)載，如：OTL功放電路。（2）變壓器耦合功放電路——功放電路輸出端通過變壓器連接負(fù)載。變壓器具有阻抗變換作用，可使負(fù)載獲得最大功率，但由于有變壓器體積大、損耗大、頻率特性差等不足之處，目前應(yīng)用不多。

（3）直接耦合功放電路——功放電路輸出端無需通過任何元件而直接與負(fù)載相連，如：OCL功放電 路及集成功放電路。

三、課堂小結(jié)

1．低頻功放電路的基本要求。2．低頻功放電路的分類。

四、課堂思考

P97思考與練習(xí)題1、2、3。

五、課后練習(xí)

P108

一、填空題：1~4；

二、判斷題：2；

三、選擇題：1~4。

第五篇：專業(yè)英語低頻功率放大器翻譯

低頻功率放大器（G題）

湖北師范學(xué)院 吳 龍 霍姣姣 許成龍

賽前輔導(dǎo)教師：彭 琦 周兆豐 田開坤 曹庭水 文稿輔導(dǎo)教師:侯向鋒 張學(xué)文

摘要：本設(shè)計(jì)主要由低噪聲放大電路、帶阻濾波電路、信號(hào)放大電路、功率放大電路、峰值檢波電路、單片機(jī)控制、AD轉(zhuǎn)換、LCD顯示、穩(wěn)壓電源等電路組成。低噪聲放大電路選取甚低噪聲寬帶高精度運(yùn)算放大器OP37，并采用并聯(lián)負(fù)反饋結(jié)構(gòu)，具有良好的抗共模干擾能力。帶阻濾波器在50Hz頻率點(diǎn)輸出功率衰減≥6dB，阻帶頻率范圍為43～57Hz，有效濾除了工頻噪聲的干擾。功率放大電路采用的是雙MOS晶體管的甲乙類推挽放大電路。設(shè)計(jì)的低頻功率放大器的通頻帶為6Hz～150kHz，很好地完成了通頻帶的擴(kuò)展。該設(shè)計(jì)采用的電路結(jié)構(gòu)簡單，選取的器件價(jià)格便宜。測試結(jié)果表明，該低頻功率放大器可以很好地實(shí)現(xiàn)對(duì)低頻信號(hào)的放大作用，具有較高的實(shí)用性，其輸出帶寬、功率、效率等都達(dá)到了較高的指標(biāo)，為低頻功率放大器的設(shè)計(jì)提供了廣闊的思路。關(guān)鍵詞：功率放大器、OP37、MOS晶體管、輸出功率

Low frequency power amplifier(G)Hubei Normal University Wu dragon Huo Jiaojiao Xu Chenglong Pre-game counseling teachers: Peng Qi Zhou Zhaofeng Tian Kaikun Cao Tingshui presentation counseling teacher : Hou Xiangfeng Zhang Xuewen Abstract: mainly by the design of the low noise amplifier circuit, filter circuit, a signal amplifying circuit, a power amplification circuit, a peak detection circuit, SCM control, AD conversion, LCD display, regulated power supply circuit.Low noise amplifier circuit selection very low noise wideband high precision operational amplifier OP37, and the use of parallel negative feedback structure, with good anti interference capability.Band stop filter in50Hz frequency point output power attenuation was more than 6dB, the stopband frequencies in the range of 43~ 57Hz, effectively filtering the power frequency interference 1

noise.Power amplifying circuit using the double MOS transistor class AB push-pull amplifier circuit.Design of low-frequency power amplifier passband is 6Hz ~150kHz, done a good bandwidth expansion.The design adopts the circuit structure is simple, the selected device cheap.The test results show that, the low frequency power amplifier can realize the on the low frequency signal amplifying function, with high practicality, its output bandwidth, power, efficiency of all reached a high index, for low frequency power amplifier design provides a broad thinking.Key words: power amplifier, OP37, MOS, output power transistor