高传真音频功率放大器--上海大学数电课程设计

1、电子技术课程设计报告 音频功率放大器的设计魔都大学机自学院自动化系电气工程及其自动化姓名:水源蓝翼sky学号:1314521指导老师:徐昱琳2014年6月26日Content一 用途二 主要技术指标三 设计步骤1. 电路形式2. 设计计算3. 电路仿真及调试四 小结一 用途家庭，音乐中心装置中作主放大器二 主要技术指标1. 正弦波不失真输出功率Po5W (f=1kHz,RL=8)2. 电源消耗功率PE10W ( Po5W )3. 输入信号幅度VS=200400mV （f=1kHz，RL=8，Po 5W )4. 输入电阻 Ri10kW ( f=1kHz )5. 频率响应 BW=50Hz15kHz

2、 ( RL=8，Po5W)三 设计步骤1. 电路形式（1） 电路分析及特点电路分析：功率放大器通常由功率输出级、推动（中间放大级）和输入级三部分组成。功率输出级由互补对称电路组成。推动级(中间放大级）一般都是共射极放大电路，具有一定的电压增益。输入级的目的是为了增大开环增益，以便引入深度负反馈，改进电路的各项指标。电路中的二极管D是为了消除交越失真而设，R11是稳定功放管静态电流用的。推动级的偏置由功放级引入电压并联负反馈形式进行，起稳定工作点的作用。整体交流电压负反馈改善放大器各项指标。特点：是较典型的OTL电路，局部反馈稳定了工作点，总体串联电压负反馈控制了放大倍数并提高输入电阻和展宽频带

3、，退耦滤波电容及校正电容是为防止寄生振荡而设。2.设计计算设计计算工作由输出级开始，逐渐反推到推动级，输入级。（1） 电源电压的确定（2） 输出级（功率级）的计算功率管的要求：ICM=VCC2RL=1.375 VCEM=12VCC=11V PCM=0.2PO=1W功率管需推动电流： IB3M=ICM=1.375A/50=27.5mA耦合电容C6： C6=(35)12fLRL2000F取2200F/25V.稳定电阻R12;过大则功率损失太大，过小温度稳定性不良，通常取0.51.现取11W.（3） 推动级（中间级）的计算IC2IB3M=27.5mA取IC2=40mA. VCE2M=VCC=22V

4、PC2M=VCC2IC2=1140=440mV消除交越失真选择二极管 2CP12(100mV,0.9V)R9+R10=VCC2-VBC3MIC2=11-140=250一般R10R9RL 故取R9=100，R10=150 C5=(35)12fLR9R10111F取100F/15V IB2=IC2=40mA100=0.4mA 典型电路中R7+W2，R8支路电流应（35)IB2 取IR8=1.0mA R8=0.7V1.0mA=700 R7+W2=VCC2IR8+IB2=11V1.4mA7.85K 选择R7=3K,W2=4.7K进行调节以达到最佳工作点。当功率级达到尽限运用时，故推动级基极信号电流的峰

5、值IB2M应与静态值IB2相等即0.4mA,由于推动级用的是中功率晶体管，故其输入电阻为： be2（1+）26Ie52推动级的负载电阻可等效为： RL2R10be3+(1+3)R9RL其中，be3为功率的输入电阻，由于乙类放大Ie是变化的，不好准确计算，只好以ICM/2为Ie的计算值。 be3（1+3）26Ie1.3故 RL2R10be3+(1+3)R9RL=1501.3+(1+50) 8100410推动级电压放大倍数AV2 为 AV2=-2RL2be3=-10041052-787 推动级基极推动电压为： VB2M=VCC2AV2=11/787=0.014VR8对信号的分流为： IR8M=VB

6、2MR8=0.014V700=0.02mA R7+RW上反馈电流的峰值IR7M. IR7M=VCC2R7+RW=11V7.85K1.40mA总推动信号交流峰值为： IM=IB2M+IB7M+IB8M=0.4mA+1.4mA+0.02mA=1.82mA (4)输入级设计 由于推动级需要1.82mA的交流推动信号，故输入级静态电流应大于1.82Ma,取IC1=3mA,推动级所需电压信号只0.2V,故输入级电压的配置可较随便，取R3, R4，R6为2K。则各降落6V，VCE=22-36=4V. VCE=VCE-4V=18V,取T1为3DG6(100mV,20V,20mA,=100). IB1=IC1

7、=3mA100=0.03mA取IR2=4IB1=40.03=0.12mA则 R2=3mA2k+0.7V0.12mA55.83K 取R2=55KR161K 取R1=61K.耦合电容凭经验选取C2=10/10V, C3=100， C4=100 F/15V(5)负反馈设计取Rs=10，不要太大，以免降低总开环倍数。 be1=200+（1+1）26Ie1=200+650=850 AV1=-1R3R8be2R7+W1-AV2be1+(1+1)RS-0.45总开环倍数为: AV0=AV1AV2AV3 =(-0.45)(-787) 1 =354(倍)根据题目要求： Avf=V0VI=PoR300mV=21倍

8、故1+AV0Fv=Av0Avf=35430=11.810 所以是深度负反馈。 又Avf=1Fv=R12+RsRs21 故R12=200取R12=100电阻+470电位器 以便于调试（6）电路指标验算不失真功率P0 设T3，T4的VCEM等大约要损失电源电压3V,则实际输出幅度 Vom=VCC2-3=8V P0=Vom22RL=11228=7.5625W5W电源消耗功率PE=VccVomRL=7W10K 符合指标要求。频率响应的分析：低频响应取决于各级耦合电容及旁路电容，开环选取已考虑足够大，再加负反馈已无问题。高频响应主要有2Z730决定，因为它的f5KC,而其它硅NPN晶体管频率都比较高，由

9、于深度负反馈，故高频响应提高到10KC应当也无问题，故在调试时再考核。图中增加了一只C8，是为了消除寄生震荡而设的。若实际使用时没有寄生震荡，则以不用为好，因为用了C8，高频响应将会差一些.C7电容是为消除电源线太长引起的寄生震荡，通常使用一只不太大的电容即可，现取100F/32V的电容值。综上所述：R1=61K R2=55 K R3，R4可取2 K R5可取8 R6可取1 K R7=3 K R8=580R9=100 R10=150 RL=8 R11=1 C1=100F C2=10F C3=100F C4=100F C5=100F C6=2200F C7=100F W1=470 W2=4.7K

10、 R12=100 R11=1 Vcc=22V 还有一些三极管的具体参数见电路图。3.电路仿真及调试 （1）静态调试;输出级中点电压Vo=1/2Vcc=11V(2)动态调试输出功率Po在f=1KHz，RL=8，输出波形基本不失真时， Po要大于5W.一开始输出波形是失真的，通过适当地调节输入电压，如图所示，使得输出波形不失真。此时测出相应的输出电压，如下图所示：灵敏度测试：在f=1KHz，RL=8，Po5W时，测出Vs的值，必须控制在200400mV之间。 方法：将信号略减小使输出保持为约6.325V,测出输入电压的值由图可知，输入电压为209V.电源消耗功率：用电流表测量电源电流，计算电源消耗

11、的功率。输入电阻Ri在放大器输入端串一只10K电阻R1,保持输出5W的功率，分别测出R1前端的电压值和后端电压值V2，计算出输入电阻。前端电阻：大小为V1=350mV 后端电压：大小为V2=207mV则输入电阻： Ri=V2V1-V2R1=207350-2071014.5K频率响应上限频率为7.7862Hz，下线频率为6.9511Hz。低频响应取决于各级耦合电容和旁路电容，是可见的电容。高频响应主要取决于极间电容和接线电容，是不可见的电容。如果选用理想的三极管，其极间电容和接线电容为零。为了解决这个问题,可在T4这个三极管的参数中做适当修改。四 小结在这次课程设计中，遇到了各种大大小小的问题。

12、一开始由于对音频功率放大器原理的不熟悉，在电路设计过程中遇到了一些麻烦。之后通过了解其工作原理以及参考了一些资料确定下来了电路的基本框架。然后是一系列的计算。通过计算确定每一个元器件的大小参数，以达到设计的要求。这个过程需要非常仔细。由于自己用的是EWB软件，有些设计好的元器件在EWB中找不到，比如某些三极管，最后必须做出替代或者用接近的元器件代替。在电路的仿真与调试过程中，也遇到了一些问题。一开始由于自己的疏忽，将T4三极管当成NPN管了，以至于自己花了好长时间去查找问题，浪费了很多时间。然后在频率调试过程，由于自己对波特仪的不熟悉，对于上下限频率的测量一脸茫然，之后和同学讨论，自己查找相关资料最后解决了这个问题。总之，在这次课程设计中，让自己对课本上的一些知识有了更深刻的认识