功率放大器論文

1、低頻功率放大器的設計與制作（第三題）參賽者：蒲懷軍 薛虎 張小軍 指導老師:付喜錦摘要：功率放大是一種能量轉換的電路，在輸入信號的作用下，晶體管把直流電源的能量，轉換成隨輸入信號變化的輸出功率送給負載.整個電路主要由穩(wěn)壓電源、前置放大器、功率放大器、波形變換電路共4個部分構成,電路結構簡單,所選器件價格便宜,并給出了測試結果. 功率放大器的主要任務是為了獲得一定的不失真的輸出功率，一般在大信號狀態(tài)下工作。實驗結果表明該功率放大器在放大倍數(shù)、效率、等方面具有較好的指標、較高的實用性,為功率放大器的設計提供了廣闊的思路.關鍵字：穩(wěn)壓電源，低頻功率放大器引言 功率放大器在家電、數(shù)碼產(chǎn)品中的應用越來越

2、廣泛，與我們?nèi)粘Ｉ钣兄芮嘘P系。隨著生活水平的提高，人們越來越注重視覺，音質的享受。在大多數(shù)情況下，增強系統(tǒng)性能，如更好的聲音效果，是促使消費者購買產(chǎn)品的一個重要因素。低頻功率放大器作為音響等電子設備的后即放大電路，它的主要作用是將前級的音頻信號進行功率放大以推動負載工作，獲得良好的聲音效果。同時低頻功率放大器又是音響等電聲設備消耗電源能量的主要部分。因此設計出實用、簡潔、低價格的低頻功率放大器是一個發(fā)展方向。本次低頻功率放大器設計有兩部分組成前置放大級和功率放大級。前置放大級主要任務是完成小信號電壓放大任務，同時要求低噪聲、低溫漂。功率放大級主要任務是在允許的失真限度內(nèi),盡可能高效率地向負

3、載提供足夠大的功率，要求是輸出功率要大、效率要高。通過詳盡的資料查詢和嚴密的方案論證后，我們選擇通過集成運放NE5534、 IRF9450、2N5551、2N5401的配套使用來使本電路系統(tǒng)設計簡潔、實用并且達到高增益、高保真、高效率、低噪聲、寬頻帶、快響應的指標。第一章 方案設計與選擇1、方案討論與選擇方案一：如圖1所示是變壓器耦合單管甲類功率放大器，圖中T1為輸入變壓器，T2為輸出變壓器，Rb1、Rb2組成分壓偏置電路，Re是直流負反饋電阻，用來穩(wěn)定工作點，Ce是交流旁路電容，Cb是偏置電路的旁路電容。圖1輸入變壓器T1倒相作用，使V1和V2兩管的基極信號大小相等、方向相反。輸出變壓器T2

4、的初級也設有中心抽頭，分別將V1和V2兩管的集電極信號耦合到次級，使負載獲得輸出信號。方案二：圖2所示為低頻功率放大器。其中由晶體三極管T1組成推動級（也稱前置放大級），T2、T3是一對參數(shù)對稱的NPN和PNP型晶體三極管，它們組成互補推挽OTL功放電路由于每一個管子都接成射極輸出器形式，因此具有輸出電阻低，負載能力強等優(yōu)點，適合于作功率輸出級。T1管工作于甲類狀態(tài)，它的集電極電流IC1由電位器RW1進行調(diào)節(jié)。IC1 的一部分流經(jīng)電位器RW2及二極管D， 給T2、T3提供偏壓。調(diào)節(jié)RW2，可以使T2、T3得到合適的靜態(tài)電流而工作于甲、乙類狀態(tài)，以克服交越失真。靜態(tài)時要求輸出端中點A的電位，可以

5、通過調(diào)節(jié)RW1來實現(xiàn)，又由于RW1的一端接在A點，因此在電路中引入交、直流電壓并聯(lián)負反饋，一方面能夠穩(wěn)定放大器的靜態(tài)工作點，同時也改善了非線性失真。當輸入正弦交流信號U1時，經(jīng)T1放大、倒相后同時作用于T2、T3的基極，U1的負半周使T2管導通（T3管截止），有電流通過負載RL，同時向電容C0充電，在U1的正半周，T3導通（T2截止），則已充好電的電容器C0起著電源的作用，通過負載RL放電，這樣在RL上就得到完整的正弦波。C2和R 構成自舉電路，用于提高輸出電壓正半周的幅度，以得到大的動態(tài)范圍。圖2 低頻功率放大器電路圖經(jīng)過對2個方案的分析，第一種方案由于變壓器體積大、重量大、耗損大、頻率特性

6、差、不易集成等都不如方案二。所以我們選擇了第二種方案第二章 電源下圖就是我們做的輸出直流+15V15V穩(wěn)壓電源電路圖：圖3 直流輸出穩(wěn)壓電源穩(wěn)壓電源由變壓部分、整流部分、濾波部分、穩(wěn)壓部分組成，下面就各個部分分別介紹：2.1 變壓器變壓器是變換交流電壓、電流和阻抗的器件，當初級線圈中通有交流電流時，鐵芯（或磁芯）中便產(chǎn)生交流磁通，使次級線圈中感應出電壓（或電流）。變壓器由鐵芯（或磁芯）和線圈組成，線圈有兩個或兩個以上的繞組，其中接電源的繞組叫初級線圈，其余的繞組叫次級線圈。 2.2 橋式整流電路整流電路是利用二極管的單向導電作用將交流電變換成單方向的直流電的。因此，二極管是構成整流電路的關鍵元

7、件。常見的小功率整流電路，有半波整流、全波整流、和橋式整流等幾種。其中以橋式整流電路最為常用。為分析簡單起見，我們把二極管當作理想元件處理，即二極管的正向導通電阻為零，反向電阻為無窮大2.2.1 電路組成和工作原理單相橋式整流電路如圖3所示，圖中，四個整流二極管D1D4接成電橋形式（故名橋式整流電路），其輸入是來自電源變壓器T副邊的正弦交流電壓u2(=2Usinwt )，其輸出加至要求直流供電的負載電阻上。需特別指出的是，整流橋的四個二極管，必須嚴格按照圖3（A）所示的方式連接于A,B,C,D四點之間，否則，將導致變壓器短路。圖4（B）是橋式整流電路的簡化畫法。圖4（A）圖4（B）由二極管的單

8、向導電性，不難得出橋式整流電路的工作波形。當u2=（2Usinwt ）處于正半周時，圖（A）所示電路中的A點電位高于B點二極管D1和D3處于正向偏置而導通,D2,D4則因反偏而截止。電源經(jīng)D1,D3向負載供電，輸出一個與u2正半波相同的電壓，同理，當u2為負半周時，B點電位高于A點，D1,D3轉為反偏而截止，D2與D4則因正偏而導通。電源經(jīng)D2,D4向負載供電，此時，u0=-u2,其波形與u2的正半波相同。 可見，在交流電壓u2變化一周時，負載Rl上得到的卻是單方向脈動的電壓u0和電流i0。由于該電路在正弦電壓u2的正，負半周都有輸出，故稱這種整流方式為全波整流。 濾波電路主要由儲能元件電容，

9、電感組成。下面著重介紹小功率整流電路中最常用的形式電容濾波電路。2.3 濾波原理交流電壓經(jīng)整流電路整流后輸出的是脈動直流，其中既有直流成分又有交流成份。濾波電路利用儲能元件電容兩端的電壓(或通過電感中的電流)不能突變的特性, 將電容與負載RL并聯(lián)(或將電感與負載RL串聯(lián))，濾掉整流電路輸出電壓中的交流成份，保留其直流成份，達到平滑輸出電壓波形的目的。2.4 穩(wěn)壓電源穩(wěn)壓電路的作用（圖5）圖52.4.1 集成穩(wěn)壓電源隨著半導體工藝的發(fā)展,現(xiàn)在已生產(chǎn)并廣泛應用的單片集成穩(wěn)壓電源，具有體積小,可靠性高,使用靈活,價格低廉等優(yōu)點。最簡單的集成穩(wěn)壓電源只有輸入，輸出和公共引出端,故稱之為三端集成穩(wěn)壓器。

10、本節(jié)主要介紹常用的W7800系列三端集成穩(wěn)壓器，其內(nèi)部也是串聯(lián)型晶體管穩(wěn)壓電路。穩(wěn)壓器的硅片封裝在普通功率管的外殼內(nèi)，電路內(nèi)部附有短路和過熱保護環(huán)節(jié)。三端集成穩(wěn)壓器分為固定式和可調(diào)式。其中固定式分為正穩(wěn)壓W 78××和負穩(wěn)壓W 79××(型號后××兩位數(shù)字代表輸出電壓值)。W78系列（輸出正電壓）；W79系列（輸出負電壓）輸出電壓額定電壓值有：5V、9V、12V、18V、24V。第三章 實驗內(nèi)容1、靜態(tài)工作點的設置 設電路參數(shù)完全對稱。靜態(tài)時功放的輸出端O點對地的電位應為0，即=0，常稱O點為“交流零點”。電阻接地，一方面決定了同向放

11、大器的輸入電阻，另一方面保證了靜態(tài)時同向電位為0，即=0.由于運放的反相端經(jīng)，接交流零點，所以=0.靜態(tài)時運放輸出=0.調(diào)節(jié)電位器可以改變功放的負反饋深度。電路的靜態(tài)工作點主要由決定，過小會使晶體管、工作在乙類狀態(tài)，輸出信號會出現(xiàn)交越失真，過大會增加靜態(tài)功耗使功放的效率降低。綜合考慮，對于數(shù)瓦的功放，一般取=1mA3mA,以使、工作在甲乙類狀態(tài)。2、第四章 安裝與調(diào)試過程1 準備工作為了順利地完成元器件的組裝工作，特準備了如下工具及焊接輔助用品： 1、電烙鐵1把 2、剪刀1把 3、萬用表1只 4、示波器1臺 5、焊錫絲、松香若干2 布局為了減少系統(tǒng)硬件電路的錯誤及故障，提高系統(tǒng)的可靠性，特采用

12、了如下一些抗干擾措施：1、在電源輸入端加濾波電容2、元器件和連線要排列整齊，按電路順序排列，輸入與輸出遠離，導線不要并行，防止寄生藕合引起電路自激。元器件插腳和連線要盡量短而直，防止分布參數(shù)影響電路性能。3 組裝工作步驟：1、將集成電路IC插座按布局圖插在萬能印刷板上，并用電烙鐵及焊錫絲焊接好。2、連線。為了排除連線焊接不良的現(xiàn)象，在進行連線焊接前，首先用剝線鉗對連線的絕緣包皮剝?nèi)?.5mm左右，然后用松香和焊錫絲進行表面處理，清除導線表面的氧化層，最后將連線焊接到印刷板上。3、在焊接電阻、電容前，首先用萬用表對元器件進行測量，排除一些不合格的元器件，以免留下后患。4、安裝過程中要注意以下幾點

13、：（1）分清三極管的基極、發(fā)射極、極電極（2）電容的正、負極所要接的元件（3）7815、7915三極管的三個引腳5、安裝完畢后，接通電源調(diào)試，先用萬用表測量電源變壓器輸出為15V（15V左右可用），然后把函數(shù)信號發(fā)生器打到1K的檔位上，用示波器測量Ui和UO的波形，再用數(shù)字萬用表負極（黑色）接地，正極（紅色）接A點，測得結果如下：UA= v, Uces= v,用交流毫伏表測量UO的值，得U0= mv，然后求得P0m=0.65w,PDC=1.28W =50.參考文獻：1李本印等，電工與電子技術實驗教程（第一版），陜西人民教育出版社，2012年5月2彭世林等.彩色電視機原理與維修M.蘭州大學出版社,2004年3陳郁發(fā)，印象集成電路大全，福建科學技術出版社，1990年4王延才，Protel DXP應用教程（第二版），機械工業(yè)出版社，2009年1月5李可亮，場效應管替換手冊，北京科學技術出版社，2000年5月6陳忠，家電維修，家電維修雜志社，2006年合訂本7康華光，電子技術基礎 模擬部分（第四版），高等教育出版社，1999年6月附錄