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1、模拟电子技术课程设计设 计题目:集成功率放大器专业姓名班级学号指导老师年月日引言集成功率放大器由集成功放块和一些外部阻容元件构成。它具有线路简单， 性能优越，工作可靠，调试方便等优点，已经成为在音频领域中应用十分广泛的 功率放大器。TR.T10*6T盘6if!5VD：a电谿集成功放块的种类很多。上图为集成功放 LA4112 的内部电路图，由三级电压 放大，一级功率放大以及偏置、恒流、反馈、退耦电路组成。最主要的组件为集 成功放块，它的内部电路与一般分立元件功率放大器不同，通常包括前置级、推 动级和功率级等几部分。有些还具有一些特殊功能（消除噪声、短路保护等）的 电路。其电压增益较高（不加负反馈
2、时，电压增益达7080db，加典型负反馈 时电压增益在40db以上）。目录一、设计题目4二、设计要求4三、题目分析4四、整体构思51功率放大器特点52. 功率放大器的状态63. 功率放大器的散热6五、具体实现7六、各部分定性说明以及定量计算81、定性说明82、定量计算11七、在实验室实现过程中遇到的问题及排除措施12八、设计心得体会12九、参考文献14一、设计题目集成功率放大器二、设计要求1、设计集成功率放大器电路图2、计算最大不失真输出功率3、计算集成功率电路的效率4、测量输入灵敏度5、噪声电压小于 15mv三、题目分析集成功率放大器是由集成运算放大器发展而来的，它的内部电路一般也由 前置级
3、、中间级、输出级、及偏置电路等组成，不过集成功率放大器的输出级输 率大、效率高。另外，为了保证器件在大功率状态下安全可靠工作，集成功率放 大器中还常设有过流、过压以及过热保护电路等。在电子设备和自动控制系统中，放大电路的末级或末前级一般是功率放大 级，以便将前置电压放大级送来的电压信号进行功率放大，使电路能够给出足够 大的功率，驱动执行机构工作。例如，使扬声器发声，使电动机转动，使继电器 动作，是指针偏转等等。电压放大电路和功率放大电路都利用三极管的放大作用 将直流电能转换成交流电能输出，从而将信号放大。所不同的是电压放大电路输 入的是小信号，输出的是足够大的电压；而功率放大电路输入的是大的电
4、压信号， 输出的信号具有足够大的功率，即信号的电压和电流都要足够大。传统的功率放 大电路常采用变压器耦合方式，其优点是可实现阻抗匹配，缺点是体积大、笨重， 且高、低频率特性均较差，已较少使用。目前功率放大电路多采用无输出变压器 的功率放大电路（OTL电路）及无输出电容的功率放大电路（OCL电路），在集成 运放中多采用 OCL 电路。四、整体构思1、功率放大器特点（1）输出功率大 为此要求放大电路的输出电压和输出电流都要有足够大的变化量。所谓最大输出功率指在正弦波输入信号下，输出波形不超过规定的非线 性失真时，放大电路最大输出电压和最大输出电流有效值的乘积（2）具有较高的效率 放大电路输出给负载
5、的功率是由直流电源提供的。在 输出功率比较大的情况下，效率问题尤为突出。如果功率放大电路的效率不高， 不仅将造成能量的浪费，而且消耗在电路内部的电能将转换成为热量，使管子、 元件等温度升高，因而要求选用较大容量的放大管和其他设备，很不经济。（3）尽量减小非线性失真 由于在功率放大电路中，三极管的工作点在大范 围内变化，使管子特性曲线的非线性问题充分暴露出来，因此输出波形的非线性 失真比之小信号放大电路要严重得多。在实际的功率放大电路中，应根据负载的 要求来规定允许的失真度范围。（4）性能指标分析以功率为主 着重计算输出功率，管子消耗功率、电源供 给功率和效率。由于功率管处于大信号工作状态，分析
6、计算时只能采用图解法估 算，不能用微变等效电路法分析。2、 功率放大器的工作状态在分析电路工作情况时，常用三极管在信号的一个周期内导通的角度作为工作状态分类的标准。在整个输入信号周期内，管子都有电流流通，即导通角e =2 n，称为甲类工作状态，如下图(a)所示，此时三极管的静态工作电流i比较大;CQ在整个输入信号周 内，管子只有半周期有电流流通的，即导通角e =n的称为乙类工作状态，如图(b)所示；在整个输入信号周期内，管子有半个多周期有电流流通，即导通角n e 2n，则称为甲乙类工作状态，如图(c)所示。(a)甲类(0 =2 n)(b)乙类(0 = n)(c)甲乙类(n 9 2 n)图功率放
7、大器的工作状态甲类放大的优点是波形失真小，但由于静态工作电流大，故管耗大，放大电 路效率低，所以主要应用于小功率放大电路中。乙类与甲乙类放大由于管耗小， 放大电路效率高，在功率放大器中已获得广泛的应用。3 、功率放大器的散热在功率放大器中，功率管中流过的信号电流大，管子又存在一定压降，因此 功率管功率消耗较大，其中大多被处于较高反偏电压的集电结承受转化为热量， 使集电结温度升高。 当温度超过手册中规定的最高允许结温 TjM 时，将使管子 损坏。这就限制了功率管的管耗。如果采用散热措施，在相同结温下，可提高管 子所承受允许最大管耗，使功率放大电路有较大功率输出而不损坏管子。一般功率管极限功耗的大
8、小与管子环境温度、散热途径和散热状况有关。为了描述管子的散热情况，在管芯温度与环境温度存在的温差下，将热量传输时所受的阻力用热阻RT表示，类似于电流流过导体时，存在电阻对电流阻力的概念, 与 U1-U2=IR关系相类似，则有TjM-Ta二PCMaxRT（1）式中Ta为环境温度，PCMa表示在Ta=25C时而结温上升到TjM时管子允许所能 承受最大功耗。RT则表示传输单位功率时温差变化度数，其单位为C/W。PCMa 和TjM均为大功率管手册上可查阅给定的极限参数。在相同热阻RT的条件下，若环境温度变为T2,此时管子结温达到TjM允许最大功耗PCM2与热阻有下列关系TjMT2=PCM2x RT由式
9、（1）和（2）可得 p =x pCM 2 T TCMajM a五、具体实现LA4112电路中最主要的组件为集成功放块，它的内部电路与一般分立元件功率放大器不同，通常包括前置级、推动级和功率级等几部分。有些还具有一些 特殊功能（消除噪声、短路保护等）的电路。其电压增益较高（不加负反馈时，电压增益达7080db，加典型负反馈时电压增益在40db以上）。LA4112，它的内部电路如下图所示，由三级电压放大，一级功率放大以及偏置、恒流、反馈、退耦电路组成。1TR16tilR-co-T电賂VDlJ aLA4112 内部电路：C19 益如 +9VC17147& A16V9严CISE爲啓汁Tfftlsv22
10、uRIO应用电路：六、各部分定性说明以及定量计算1、定性说明(1) 电压放大级第一级选用由 T 和 T 管组成的差动放大器，这种直接耦合的放大器零漂较 12小，第二级的T管完成直接耦合电路中的电平移动，T是T管的恒流源负载，3 4 3以获得较大的增益；第三级由 T 管等组成，此级增益最高，为防止出现自激振6 荡，需在该管的 B、C 极之间外接消振电容。2)功率放大级由 T T 等组成复合互补推挽电路。为提高输出级增益和正向输出幅度，8 13需外接“自举”电容。3) 偏置电路为建立各级合适的静态工作点而设立。除上述主要部分外，为了使电路工作正常，还需要和外部元件一起构成反馈电路来稳定和控制增益。
11、同时，还设有退耦电路来消除各级间的不良影响。图 17 1 LA4112 内部电路图LA4112 集成功放块是一种塑料封装十四脚的双列直插器件。它的外形如图 17 2 所示。表 171、2 是它的极限参数和电参数。图 17 2 LA4112 外形及管脚排列图与 LA4112 集成功放块技术指标相同的国内外产品还有 FD403 ；FY4112 ；D4112等，可以互相替代使用。表 17 1参数符号与单位额定值最大电源电压U(V)13 （有信号时）允许功耗P (W)O1.22.25 （50X50mm2铜箔散热片）工作温度T(C)Opr 20 +70表 17-2参数符号与单位测试条件典型值工作电压U
12、(V)9静态电流I (mA)CCQU =9VCC15开环电压增益A (db)VO70输出功率P (W)R -4Q flKHz1.7输入阻抗R (KQ )i20集成功率放大器 LA4112 的应用电路如图 173 所示，该电路中各电容和电 阻的作用简要说明如下：C 、 C 输入、输出耦合电容，隔直作用。19C 和 R 反馈元件，决定电路的闭环增益。2fC 、 C 、 C 滤波、退耦电容。348C 、 C 、 C 消振电容，消除寄生振荡。5 6 10C 自举电容，若无此电容，将出现输出波形半边被削波的现象。72、定量计算功率放大电路的参数主要有输出功率、电源供给功率、管耗及效率等参数。1)输出功率
13、 Po负载RL上的电流io和电压uo有效值的乘积就是放大电路的输出功率, 即：cmom2)直流电源的供给功率 由于两个管子轮流半个周期，每个管子的集电极电流平均值为1 5II = I = J I sin td ( t) = cmC1C22冗 0 cm冗因为每个电源只提供半周期的电流，所以两个电源供给的总功率为P = I V + I V = 2I V = 2V I 况DCC1 CCC2 EEC1 CCCC cm直流电源供给功率为P = 2V 2 .兀RDCCCL(3)效率效率是负载获得的信号功率 P 与直流电源供给功率 P 之比。 oDCq = P / Po DC兀 UX om4VCC(4)管耗直流电源提供的功率除了负载获得的功率外便为V、V管消耗的功12率，即管耗，用PC表示。每个晶体管的管耗为P = P = (P P )2 = (12)(2U V 5R U 2f2R )C1C2DCOom CCLOmL=U . R (V 沅U /4 )om L CCom可见，管耗PC与输出信号Uom有关。为求管耗最大值与输出电压幅度的关系, 令 dPC1 = 0 ， 贝 U 得 dPC1 = () = 0 由此可见， 当dUdU R 兀
