功率放大器高频课程方案

1、功率放大器的课程设计1 设计 指 标1 )直接耦合的功率放大器，额定输出功率10W,负载阻抗8Q ;2) 具有频响宽、保真度度、动态特性好及易于 集成化；3) 采用分立元件 设计；4) 所设计的电路具有一定的 抗干扰能力。2 设计 要 求1 ) 画出 电路原理 图；2) 确定元器件及 元件参数；3) 进行电路模拟 仿真；4) SCH 文件生成与打印输 出。3 编写设计 报告写出 设计的 全过程， 附上有关资料和图纸， 有心得体会。4 答 辩在规定 时间内， 完 成叙述并 回答问题 。功率放大器的课程设计 摘要：这款功放采用了典型的 OCL 功放电路， 为全互补对称式纯 甲类 DC 结构， 功放

2、的 每一级放大均工作于甲类状态。输入级和电 压放大级采用线性较好的沃尔漫电路， 差分管及电流推动管分别为 很出名的K 1 70、J74 的电容。Cm和Ccb的关系Cm=(1 + KvCcb1 )可以认为Cm是影响放大器高频响应的主要因素。而耦合电容的容 抗主要影响放大器低频频响。这些因素与电路组态有关3. 2 共射-共基差分的频响3. 2. 1 共射-共基电路通过学习我们知道共基放大器因为基极交流接地，集电极电电路容Ccb的反馈条件被破坏，Ccb转化为 C o 共基接地时晶体管的输出电容)。其影响比Cm自然小得多，而集电极与 发射极之间的寄生电容基电路有很好的 高频响应。在音频放大电路中，共一

3、般 极小，管子内部反馈的影响也小得多。 所以共基电路不单独作用，而是与共射 或场效应管共源放大器直接耦合组成共 射-共基或共源-共基放大器。共射-共 基差分电路如图2所示这种放大器取两种放大器之长而避其短，不仅有很好的高频 响应和较高的增益，而且使共射管有恒定的Uce。因T1有很高的 输出阻抗，T3有很低的输入阻抗，所以T3可将T 1的电流变化转差放电路化成电压的变化。如图2示，这就为T 1提供了恒定的Uce。Uce恒定，可明显0改善T1的B值线性度，避免了上下半周4C 放大量不一致而导致的失真。所以共射- 共基电路是一款性能优良的放大器。3. 2. 2共源-共基电路众所周知，场效应管具有输入

4、阻抗高，动态范围大，噪声系数小且与工作电流基本无关的特点。所以由场效应管和三极管组成的共源-共基差放电路在现代高保真放大器中应用更为广泛。共源-共基差放电路3所示3. 3 互补对称放大器的失真互补对称放大器是用不同极性的放大器件N型或P型）构成1的高保真放大器中最常用的放大器。 其结构有互补对称双管放大器和互补 对称差分放大器两种。信号由不同极 性的器件分别放大后在其输出端合 成。因为它们工作在对称放大状态， 具有类似差分的特性抵消失真中的偶 次谐波，获得较低的失真度。鉴于 此，我在这里用了沃尔漫电路。形式 如图4所示。共射-共基电路有诸多优点，在 信噪比方面的表现也不逊色。4功放优化设计4.

5、 1 DC化无大环路负反馈功放电路为消除非线性失真和抑制零飘，一般晶体管功放的输出端与输 入级之间加有大环路负反馈。研究表明，因为功放输出端信号会因为晶体管极间电容的充电 过程而被延迟，使输出信号相位滞后于输入信号。加环路负反馈后 产生TIM失真。虽然晶体管的极间电容很小，相移的影响主要表 现在高频段。但对波形前沿很陡的音频信号仍然产生明显的影响。 要避免TIM失真，减少电路相移量的方法为治本之策。在功放电路中，输出级晶体管的极间电容最大，可达几百皮法 上千皮法。若使反馈环路避开输出级，反馈信号的相移将会明显减 少。TIM 失真也可明显改善。于是设计时可将反馈信号的提取点 移至电压驱动级的输出

6、端，使输出级不介入环路负反馈 即所谓无 大环路负反馈）。这样就缩短了反馈路经。使反馈信号的相移量尽 可能小，同时又保留了负反馈给电路带来的好处。输出级介入反 馈，还可以防止感性负载 即扬声器）反向感应电动势带入输入 级，引起交叉调制失真。5 综合分析主电路部分如图5所示，音频信号经R 1缓冲进入Q1和Q2组成的双差分输入电路。C1和R2对输入信号中的高频干扰起到2R31.5 k24Q2K17Q1170Q3 I連u4R50k T.5 kT1T2k” P 1 1G J77R8T3970R7J77R112240T49R10A97占C3 o呵1.5 k20k1.5 k8 414 N10.1 uC7|

7、1 kR141 50JR165B6476 B647C1 068pR19Q5 K214R176.8 k 丰C8D669D3D667OUTR21U1URP31 0k0 R20470Q6J77OUT广17.5vR15甘2300D66768pHrC9图5 前置低放电路旁路的作用。 R2作为输入电阻.Q1、T 1，Q2、T2，Q3、T3和 Q4、T4构成共射-共基电路 也称沃尔漫电路）这种电路最显著 的特点是具有失真低、频响宽、增益高、线性好。R4、R6、R P1、R7、R9构成分压电路给T 1、T2、T3、T4的基极提供1 2V基极偏压。这样，Q 1Q4四只结型场效应管的漏极工作电 压只有1 1. 3

8、V 为 输入电路静态电流的调节电阻，设计时输入级静态电流设定在 1.4mA 左右。这样，R3、R8上产生2. 1V 压降作为下一级电路 的偏置电压。电压放大级同样是由T5、T6、T7、T8构成共射一共基电 路。D 1、R1 6、D2为 T6、T8的基极供基准工作电压。调节 R P3将该级的电流设定在 4. 8mA 左右，R36 上电压降为 1. 45V。正负半周的信号经T9 T 1 3共射放大电路后由其集电极进 入T1 0、 T 1 2组成的共基电路，并从两管的集电极输出，经 R 37、R38缓冲送入 Q5、Q6组成的末级电路。T7、 R 1 7、 D 3、RP3构成恒压电路，调节RP3可以改

9、变 Q5, Q6两管栅极 电 位 差 ， 从 而 改 变 末 级 静 态 工 作 电 流 。 C 6 、 C 7 及 输 入 级 的 C 2 、 C 3 为 高 频 退 耦 电 容 ， 减 少 了 电 源 的 调 频 内 阻 过 大 引 起 自 激 的 可 能。关于末级管Q 5、Q 6电流到底设计在多大，以前有人作过探 讨 ， 结 论 是 静 态 电 流 大 于 8 0 m A 后 ， 胆 味 才 更 浓 郁 。 为 了 获 得 1 0 W 左 右 的 功 率 ， 本 设 计 中 将 Q 5 、 Q 6 的 静 态 电 流 设 计 在 8 0 m A 左 右 。 如 果 想 得 到 更 大 一

10、 点 的 功 率 ， 我 们 可 以 改 变 末 级 功 放 的 电 源 电 压 ， 把 场 效 应 管 的 漏 极 电 流 调 到 1 0 0 m A 左 右 。 这 样 ， 不 仅 有 大 的 功 率 ， 而 且 有 胆 机 的 味 道 。 场 效 应 管 属 电 压 控 制 器 件 ， 栅 极 输 入 阻 抗 高 ， 静 态 电 流 调 大 时 ， 会 产 生 寄 生 振 荡 ， 解 决 的 办 法 是 在 Q 5 、 Q 6 的 栅 漏 之 间 并 联 C 10 、 C 9 来 消 除 。 R 1 8 、 R 2 1 为 末 级 管 的 源 级 电 阻 ， 当 该 级 电 流 为 10

11、 0 m A 时 ， 其 上 的 压 降 为 2 V 左 右。R 1 1 、 R 1 2 、 R 1 3 、 C 4 、 C 5 组 成 电 压 反 馈 网 络 ， 这 种 反 馈 的 特 点 是 ： 通 频 带 、 转 换 速 率 等 指 标 最 优 在 该 电 路 中 ) 。 R 1 1 、 R 13 将 整 机 的 闭 环 电 压 放 大 倍 数 定 在 1 0 倍 左 右 ， 这 也 是 前 级 电 路 常 规 的 放 大 倍 数 设 定 方 法 。 至 于 相 位 补 偿 电 容 C 5 的 使 用 ， 有 一 个 原 则 是 能 小 则 小 ， 能 不 用 则 不 用 。 C 5

12、的 使 用 影 响 整 机 的 转 换 速 率 ， 使 整 机 的 动 态 变 软 C 5 在 这 里 可 以 不 用 ， 不 会 产 生 自 激 ) 。 电 路 特 点 ： 静 态 下 没 有 噪 音 ， 噪 声 系 数 低 ， 背 景 干 净 ， 动 态 范 围 大 ， 电 路 简 单 且 易 于 集 成 ， 稳 定 性 高 。 音 频 放 大 电 路 中 均 采 用 了 高 音 频 专 用 管 ， 使 整 机 提 高 了 信 噪 比 。 提 高 了 转 换 速 率 且 减 少 开 关 失 真 。 推 动 管 采 用 了 2 SK 2 1 4 和 2 SJ7 7 并 将 推 动 管 的 工

13、 作 点 调 至 最 佳工作状态。有 了 优 秀 的 功 放 电 路 ， 还 得 选 择 优 质 的 元 件 来 组 装 。 功 放 的 音 质 帮 能 有 保 证 。 正 所 谓 “ 宝 马 配 金 鞍 ” 吧 ！ 胡 乱 地 东 拼 西 凑 ， 忽 略 了 对 元 件 品 质 的 要 求 ， 再 优 秀 的 线 路 相 信 也 不 一 定 能 出 靓 声 。 本 功放对各部分元件的品质要求较高。总 的 来 说 ， 本 机 播 放 的 音 乐 定 位 准 确 、 平 稳 、 乐 器 质 感 逼 真 、 自 然 、 动 态 范 围 宽 ， 瞬 态 响 应 讯 速 灵 敏 ， 干 净 利 落 。

14、5.1音源切换电路音源切换电路如6所示。米用小型电器，最大限度地缩 了小信号的传输路1k* 6K2 B1k* R23 RCA1 k k也-|AUX1 -LAUX1 -RAUX2 -L/k5 BLZAUXS线，这也是中高当功放电路常用的形式。通过固定在面板上的五挡切换开关，控制五路继电器。所用继电器为直流通道1 2V，直流电阻700欧左右。继电器的TU R SW -6W AY123456 TA PE D J .AUX、一A UX 2图7 切换开关RCA22V10k * 210 0k *4图6 音源切换电路123456CON60.kR-in电压由稳压电源正端取出经集成稳IC1VLM7812 ）稳压

15、，供五路继电器和其它附属电路使用。图7是一个音源选择开关，它可以固定在面板上。5. 2 电源电路图8是该电路的电源电路。集成稳压电源7812为音源选择电路提供1 2 V电源。主电源部分为前置放大电路提供土 31. 5V的电压。5. 3末级功放电路下面介绍末级功放的设计要求。在设计末级功放时，我们可以根据以下条件来选择。电源电压与晶体管的选择应根据：图8电源电路1 k-C 12 =111IC*0.1 uaLM 7812CC 1 3100 u/2 5 V0.1 u|1N 4004o 36 *2C 38D 6 69A- R 11kD5r +31. 5VT2T11 00 0U/3 5V* :C 9 4

16、56 二二C =C 633 VC 1 4 0.1 uC4R2T4A7A 7333 3 V車 D 70. 1U* 2C 1 5 0.1 u1.8 KB 649 A-tT3-31.5V电源电路图V cc=11来确定。为了留有裕量， 输出管的要求：B 为 408 0, V C C / R L2Pcm=20. 05Vcc / R l20MBRceo 2 V c c4 )5 )我们可以根据以上的公式来确定三极管的型号如图9所示，这是二级推挽射极接地功放。 这个末级功放工作在甲类状态。 三极管的型号已在图 9中标 明。表1所示是它的一些主要 参数。当前面的低放管Q5、Q6 的漏极电流w 80mA时，图9

17、所示功放输出功率P o :Po = 2* 0. 7*81 0W3 0 MB R c e o1 6 0 VI c m1 5 AP C M1 50 W2SA 1943F T3 0 MB R c e o -1 6 0 VI c m-1 5 AP C M1 50 W甲类放大器作为一种最古老，效率最低，最耗电，最笨重， 最耗资，失真最小的放大器，在当今众多性能优良的放大器中，它 仍有吸引人的音质。甲类放大器输出电路本身具有抵消奇次谐波失真，且甲类放 大器管子始终工作在线性曲线内，晶体管自始自终处于导通状态。 因此，不存在开关失真和交越失真等问题。甲类放大器始终保持大 电流的工作状态。所以对猝发性声音瞬间

18、升降能讯速反映。因而输 出功率发生急剧变化时，电源电流变化微乎其微。由这种强大的驱 动者来推动扬声器就能轻而易举的获得高保真的重放效果。5. 4扬声器保护电路扬声器保护电路如图10所示是一个三极管式正、负向直流电压检测电路。对其原 理作简要说明。T3为正向直流 电压检测器，T1、 T4为负向直流电压 检测器。正常时， T3 基极电位为 0 V，T1T4 均截 电极电位约0. 2V。T2饱和导通，K 1吸合，断开扬声器起到保护止，K1的常闭触点不动当T3基极电位土 0. 7V时，T 1的集作用。参考文献1 童诗白，华成英模拟电子技术基础北京：高等教育出版社，19892 庾东兴.石机胆味的甲类功放.无线电与电视，2 0 04 ,4. 3 7 4 23 金忠阳.降低放大器的瞬态互调失真.无线电与电视,2 0 0 1,1 1