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1、 摘 要 低频功率放大器简称功放 可以说是各类音响器材中最大的一个家族了 低频功率放大器的的设计是有很多意义的 它可将音源器材输入的较微弱信号 进行放大 产生足够大的电流去推动扬声器进行声音的重放 目前低频功率放 大由分立元件组成 或集电极输出完成 由分立元件组成的功放 电路结构简 单 由集电极输出的功放 可减少信号失真 关键词 低频功率放大器 分立元件 集电极输出 Design of Practical Low Frequency Power Amplifier Authorizer Gong Sheng hao Tutor zhang shengguang Xinjiang agricul
2、tural college science and technology institute Abstract PA short amplifier can be said that the various types of audio equipment in one of the biggest of the family Practical low frequency power amplifier design is a lot of significance it can be imported audio equipment for a weak signal amplificat
3、ion to generate enough current to drive the speakers to voice playback At present power amplification by discrete components or complete collector output from the amplifier composed of discrete components circuit structure is simple from the collector output amplifier can reduce the signal distortio
4、n Key words Low frequency power amplifier discrete components collector output 目录 第一章 绪论 3 第二章 低频功率放大器概述 4 2 1 低频功率放大器的基本要求 4 2 2 低频功率放大器的分类 4 2 3 功率放大电路的主要特点 6 第三章 低频功率放大器的设计 7 3 1 低频功率放大器设计的要求和内容 7 3 2 系统总体设计方案 7 3 2 1 设计思路 7 3 2 2 各模块方案选择和论证 8 3 2 3 各模块的最终方案确定 11 3 2 4 理论分析与计算 11 3 3 系统电路设计 11 3
5、3 1 前置放大电路 11 3 3 2 中间放大级 12 3 3 3 功率放大级 13 3 3 4 测量部分 14 3 3 5 显示部分 15 3 4 系统软件设计 15 3 4 1 测量显示模块软件设计流程图 15 3 5 系统测试 17 3 5 1 测试仪器 17 3 5 2 指标的测试 18 3 5 2 1 放大倍数的测试 18 3 5 2 2 输入电阻的测试 18 3 5 2 3 通频带的测试 18 3 5 2 4 低频放大器效率的测试 19 结论 20 参考文献 20 第一章 绪论 在模拟电子线路中信号经过放大后 往往要去推动执行机构完成人们所预 期的功能 例如推动喇叭发出声音 推动
6、继电器实现控制等等 这些执行机构 是把电能转换成其他形式能量的器件 他们正常工作需要从电路中获取较大的 能量 所以放大电路的末级多有功率放大器组成 以便为负载提供足够的信号 功率 本次课程设计就是简易低频功率放大器 随着现代社会电子科技的迅速 发展 要求我们要理论联系实际 电子技术课程设计的进行使我们有了这个非 常重要的机会 通过这种综合性训练 要求我们达到以下目的和要求 1 结合课程中所学到的理论知识 独立设计方案 2 学会查阅相关手册于资料 通过查阅手册和文献资料 进一步熟悉常用电子 器件类型和特性 并掌握合理选用的原则 培养独立分析于解决问题的能力 这次课程设计是对我们所学习的电子技术的
7、一次实际应用 也是对我们所学知识 的一次练习和提高 第二章 低频功率放大器概述 2 1 低频功率放大器的基本要求 功率放大器和电压放大器是有区别的 电压放大器的主要任务是把微弱的 信号电压进行放大 一般输入及输出的电压的电流都比较小 是小信号放大器 它消耗能量少 信号失真小 输出信号的功率小 功率放大器的主要任务是输 出大的信号功率 它的输入 输出电压和电流都较大 是大信号放大器 它消 耗能量多 信号容易失真 输出信号的功率大 这就决定了一个性能良好的功 率放大器应满足下列几点基本要求 1 具有足够大的输出功率 为了得到足够大的输出功率 三极管工作时的电压和电流应尽可能接近极 限参数 2 效率
8、要高 功率放大器是利用晶体管的电流控制作用 把电源的直流功率转换成交流 信号功率输出 由于晶体管有一定的内阻 所以它会有一定的功率损耗 我们 把负载获得的功率Po与电源提供的功率PE之比定义为功率放大电路的转换效 率 用公式表示为 100 Po PE 显然 功率放大电路的转换效率越高越好 3 非线性失真要小 功率大 动态范围大 由晶体管的非线性引起的失真也大 因此提高输出 功率与减少非线性失真是有矛盾的 但是依然要设法尽可能减小非线性失真 4 散热性能好 2 2 低频功率放大器的分类 一 以晶体管的静态工作点位置分类 常见的功率放大器按晶体管静态工作点Q在交流负载线上的位置不同 可分为 甲类
9、乙类和甲乙类 3 种 如图 2 2 1 所示 a 3 种工作状态下对应的工作点位置 b 甲类功放的输出波形 c 乙类功放的输出波形 d 甲乙类功放的输出波形 图 2 2 1 功率放大器的 3 种工作状态 1 甲类功率放大器 工作在甲类工作状态的晶体管 静态工作点Q选在交流负载线的中点附近 如 图 2 2 1 a 所示 在输入信号的整个周期内 晶体管都处于放大区内 输出的 是没有削波失真的完整信号 如图 2 2 1 b 所示它允许输入信号的动态范围较 大 但其静态电流大 损耗大 效率低 2 乙类功率放大器 工作在乙类工作状态的晶体管 静态工作点Q选在晶体管放大区和截止区的交 界处 即交流负载线和
10、IB 0 的交点处 如图 2 2 1 a 所示 在输入信号的整个 周期内 三极管半个周期工作在放大区 半个周期工作在截止区 放大器只有 半波输出 如图 2 2 1 c 所示 乙类工作状态的静态电流为零 故损耗小 效 率高 但非线性失真太大 如果采用两个不同类型的晶体管组合起来交替工作 则可以放大输出完整的不失真的全波信号 3 甲乙类功率放大器 工作在甲乙类工作状态的晶体管 静态工作点Q选在甲类和乙类之间 如图 2 2 1 a 所示 在输入信号的一个周期内 晶体管有时工作在放大区 有时工作 在截止区 其输出为单边失真的信号 如图 2 2 1 d 所示 甲乙类工作状态的 电流较小 效率也比较高 二
11、 以功率放大器输出端特点分类 1 有输出变压器功放电路 2 无输出变压器功放电路 又称 OTL 功放电路 3 无输出电容器功放电路 又称 OCL 功放电路 4 桥接无输出变压器功放电路 又称 BTL 功放电路 三 功率管的安全使用知识 就功率管而言 为了保证其安全运用 必须做到以下几个方面 1 避免发生集电结的击穿 2 避免集电结过热 集电极的功率损耗应低于最大容许值PCM 晶体管的集电 极容许损耗PCM不是一个固定不变的值 它和器件的散热情况有关 根据环境 温度和器件的散热装置不同而有所不同 3 功率管在工作时不能进入二次击穿区 2 3 功率放大电路的主要特点 1 功率放大电路的任务和特点
12、基于输出较大功率的基本任务 对功率放大电路的讨论主要针对以下几 个方面 1 大信号工作状态 为输出足够大的功率 功率放大电路的输出电压 电流幅度都比较大 因此 功率放大管的动态工作范围很大 功放管中的电压 电流信号都是大 信号状态 一般以不超过晶体管的极限参数为限度 2 非线性失真问题 由于功放管的非线性 功率放大电路又工作在大信号工作状态 必然导致 工作过程中会产生较大的非线性失真 输出功率越大 电压和电流的幅度就 越大 信号的非线性失真就越严重 因而如何减小非线性失真是功率放大电 路的一个重要问题 3 提高功率放大电路的效率 降低功放管的管耗 从能量转换的观点来看 功率放大电路提供给负载的
13、交流功率是在输入交 流信号的控制下将直流电源提供的能量转换成交流能量而来的 任何电路都只 能将直流电能的一部分转换成交流能量输出 其余的部分主要是以热量的形式 损耗在电路内部的功放管和电阻上 并且主要是功放管的损耗 对于同样功 率的直流电能 转换成的交流输出能量越多 功率放大电路的效率就越高 因为功率大 所以效率的问题就变得十分重要 否则 不仅会带来能源的浪 费 还会引起功放管的发热而损毁 第三章 低频功率放大器的设计 3 1 低频功率放大器设计的要求和内容 设计并制作一个低频功率放大器 要求末级功放管采用分立的 MOS 管 基本要求 低频功率放大器可以实现以下功能 当输入正弦信号电压有效值为
14、 5mV 时 即峰峰值为 7mv 时 在 8 电 阻负载 一端接地 上 输出功率 5W 输出波形无明显失真 通频带为 20Hz 20kHz 输入电阻为 600 功率放大器的整机效率尽量提高 具有测量并显示低频功率放大器输出功率 正弦信号输入时 直流电源的 供给功率和整机效率的功能 测量精度优于 5 在满足输出功率 5W 通频带为 20Hz 20kHz 的前提下 输入信号幅度可 降到 3 2 系统总体设计方案 3 2 1 设计思路 根据设计任务与要求 本系统由低频功率放大器 测量电路和显示电路组成 其中功率放大部分包括 前置放大级 中间放大级和功率放大级 测量显示部 分包括 电压电流的数据采集
15、数据分析和显示 为实现各模块的功能 分别 做了几种不同的设计方案并进行了论证 最终确定系统框图如图 3 2 1 1 所示 低频功率放大器 测量电路 显示电路 图 3 2 1 1 系统结构方框图 3 2 2 各模块方案选择和论证 1 高效率 宽带功率放大器的类型选择 我们知道 为了提高功率和效率 一般的方法是降低三极管的静态工作点 及由甲类 360 到乙类 180 丙类 0 50 0 5 78 甚至 D 类 100 但丙类放大器不适宜宽带放大 1800 5 78 器 原因是失真太大 工作在乙类状态会产生交越失真 D 类放大器效率虽高 但在制作上有几个技术难点 如脉宽调制 考虑到时间因素 我们采用
16、甲乙类 双电源互补对称功率放大电路 甲乙类放大电路管耗小 效率高 可克服交越失真 虽然其效率比 D 类 乙类低 但其能满足题目要求且较 D 类易制作 2 信号前置放大级 方案一 采用分立元件组成放大电路 用小功率三极管组成差分放大电路作为输 入级 该电路的优点是 共模抑制比高 性价比高 方案二 采用集成电路构成 该电路的优点是 电压增益易调且高 电路简单 根据题目要求需要低输入电阻 高增益的前置放大级 方案一要求的性能相 同的小功率三极管电路设计 计算相对复杂 而方案二具有更大的优越性和灵 活性 因此选用方案二 最终确定集成芯片采用低失调电压 高开环增益的 OP07 3 中间放大级 方案一 采用分立元件组成多级放大 用功率小三极管组成多级共射放大电路 性价比好 方案二 采用集成芯片和分立元件相结合组成多级放大 根据题目要求 放大器的通频带要宽 放大倍数大 方案一各放大级如直 接耦合 各级的静态工作点相互影响 难以设置 如采用电容耦合 通频带将 受影响 放大倍数要达到要求 放大级数多 难以达到要求 方案二采用集成 芯片做一级放大 放大倍数易达到要求 设计易于实现 价比高 因此选方案 二
