模块3.2 音频功率放大器的设计与制作

1、1设计指标 最大输出功率（单通道）Pom2W。 功放电压增益为Au10dB。 最大效率 50%。 负载（扬声器）阻抗RL=8。 输出信号失真度THD5.0%。 下限截止频率fL20Hz；上限截止频率fH20kHz。2任务要求：完成原理图设计、元器件选型、电路装接与调试、电路性能检测、设计文档编写。 实训 音频功率放大器的设计 3 3设计内容（示例）：设计内容（示例）：（1 1）电路原理图设计）电路原理图设计 功率放大器的电路原理图如图所示。功率放大器的电路原理图如图所示。 为满足电路的输出功率和效率的要求，功率放大电路采用为满足电路的输出功率和效率的要求，功率放大电路采用驱驱动级动级和和末级功

2、放末级功放两级电路组成。两级电路组成。 驱动级采用运放驱动级采用运放LF353LF353组成的同相比例运放。组成的同相比例运放。 末级功率放大电路采用复合管构成的乙类推挽功率放大电路。末级功率放大电路采用复合管构成的乙类推挽功率放大电路。VTVT1 1、VTVT2 2组成组成NPNNPN复合管；复合管；VTVT3 3、VTVT4 4组成组成PNPPNP复复合管。它们组成了乙类推挽功率放大器。合管。它们组成了乙类推挽功率放大器。电阻电阻R R6 6、R R7 7的作用是调整静态工作点；的作用是调整静态工作点；电阻电阻R R8 8、R R9 9的作用是稳定静态工作点，并且在输出的作用是稳定静态工作

3、点，并且在输出短路时，起到一定的限流保护作用。短路时，起到一定的限流保护作用。二极管二极管D D1 1、D D2 2和电阻和电阻R R5 5的作用是为复合管提供一的作用是为复合管提供一定的基极偏置，消除交越失真。定的基极偏置，消除交越失真。电容电容C CE1E1、C CE2E2和和C C8 8、C C9 9为滤波电容，使交流信号输入时，保为滤波电容，使交流信号输入时，保持持A A，B B，C C三点电位相同。使三点电位相同。使OCLOCL电路的输入端保持对称的电路的输入端保持对称的波形。电容波形。电容C CE1E1、C CE2E2取值大一些好，取取值大一些好，取100100F F的电解电容，电

4、的电解电容，电容容C C8 8、C C9 9取取0.010.01F F的瓷片电容。的瓷片电容。电容电容C C4 4为防止运放自激的电容，容量可以小一点，取为防止运放自激的电容，容量可以小一点，取20p20p的瓷片电容。的瓷片电容。电阻电阻R Rf f引入了交直流负反馈，直流负反馈使直流输出全部引入了交直流负反馈，直流负反馈使直流输出全部返回，保证零输入时有零输出。返回，保证零输入时有零输出。交流负反馈使驱动级电路成为一个同相比例放大电路。交流负反馈使驱动级电路成为一个同相比例放大电路。（2）计算电路中各元器件参数 估算电源电压值根据设计要求：最大输出功率（单通道）Pom2W，输出负载电阻RL为

5、8，可以得到输出负载上得到的电压。因为根据式：得到L2omooo2RUIUPV7 . 58222LoomRPU为减小电路损耗，电阻R8、R9的值应远远小于电阻RL。取R8R90.1。(交直流反馈，若电阻过大，电压放大倍数降低，输出电压降低）由于反馈电阻Rf上的电流很小，可以认为通过电阻R8、R9上的电流近似等于输出电流IL。得0.5A82V7 . 52LomLRUI可以计算出电阻R8、R9的功率为 W025. 082LR8RIP取常用的0.125W的金属膜电阻即可。电源电压： V8 . 67 . 51 . 05 . 021RRCECC8VT2LUUUV暂取电源电压VCC为9V。这里考虑功放管的

6、饱和压降为1V，具体的参数要查阅功放管的手册。不同型号的管子饱和压降也不尽相同。 估算偏置电阻值输出电压最大时，VT2的射极电流约等于负载电阻上的电流。 即： 0.71ALomLmE2mRUii假定功放管=200，则可得出 mA5 . 32010.71A1E2mB2mii假设电阻R6上的电流值为2mA,则VT2的射极电流约等于mA5 . 56RB2mE1miiiA5 .272015.5mA1E2mB1mii取静态时二极管上的电流大约为5mA左右，集体管基极电流很小，可不考虑其影响。取1N4007足够满足要求。则：2VCC+2VD=5(R3+ R4+ R5)，可得：R3+ R4+ R5=3.32

7、（k）。可暂取R3= R4=1.6k；R5=100（R5可调节，以消除失真为标准）。同理可估算出电阻R6= R7390。末级功放电路为射极输出器，没有电压放大作用，所以主要增益在驱动级电路。驱动级电路实质为一个同相比例放大电路，它的电压放大倍数为2012fuRRA取电阻R2为1k，电阻Rf为20k。电阻R1为输入端平衡电阻取10k但在实际上由于电阻R8和 R9的存在可能达不到要求，调试时还可以对Rf进行参数调整。考虑到通频带的要求，电容C1、C2取值大一些好，取100F的电解电容；电容C3取10F的电解电容。 功率管的选择晶体管的最大集电极电流，晶体管的c，e极间的最大压降和它的最大管耗分别为

8、功率晶体管的最大集电极电流ICM必须大于1.1A，功率管的击穿电压必须大于18V，功率管的最大允许管耗PCM必须大于0.4W。查阅附录F可以找到小功率三极管8050（NPN）和8550（PNP）的最大集电极电流ICM=1.5A、击穿电压=25V、最大允许管耗PCM= 1W、放大倍数 = 60300，满足设计要求。W4 . 0W22 . 02 . 0V182A1 . 18V9omVT1mCCCEmLCCCmPPVURVI（3）音频功率放大器仿真4电路性能检测 如图3-19所示，负载上的输出电压波形无明显失真，测量的输出电压幅值为7.1V。可得输出功率为3.15W。图3-19 音频功率放大器输出电压测量 在输出端连接示波器，观察波形是否失真，并测量记录输出电压的幅度（最大值），计算电压放大倍数、输出功率、效率。 在输出端连接失真度仪（XDA），测量失真度 作交流仿真分析（AC analysis），参数设置如下图所示。计算下限截至频率和上限截至频率。5元器件选型为了保证音质，功率放大器中所选用的元器件应是精选优质品，电容应尽量选音响专用型的优质电容。大容量（如电源滤波及退耦）电容应使用耐压高于电源电压且容量尽可能大的音响专用电解电容，以提高滤波效果；小容量的电容，如电源高频退耦、信号耦合、负反馈网络中的隔直电容等，应尽量选高品