電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)音頻功率放大器的設(shè)計(jì)

1、音頻功率放大器的設(shè)計(jì)上海大學(xué)機(jī)自學(xué)院自動(dòng)化系自動(dòng)化專業(yè)姓名:方言言學(xué)號(hào):09122216指導(dǎo)老師:徐美華2011年6月26日一課程設(shè)計(jì)名稱：音頻功率放大器的設(shè)計(jì)二用途：供家庭音樂中心裝置中作主放大器用三課程設(shè)計(jì)的目的：（一）鞏固和加深對(duì)本課程基本知識(shí)的理解，提高綜合運(yùn)用本課程所學(xué)知識(shí)的能力。（二）培養(yǎng)根據(jù)課題需要選學(xué)參考書籍，查閱手冊(cè)和文獻(xiàn)資料的能力。（三）學(xué)會(huì)對(duì)實(shí)際電路方案進(jìn)行分析比較計(jì)算選取元件屏幕調(diào)試等環(huán)節(jié)的實(shí)施方法。（四）學(xué)會(huì)運(yùn)用儀器設(shè)備尋找故障，從中分析解決辦法，以使測(cè)試電路裝置達(dá)到技術(shù)指標(biāo)。（五）學(xué)會(huì)按設(shè)計(jì)任務(wù)書的要求，編寫設(shè)計(jì)說明書。四、主要技術(shù)指標(biāo)：1. 正弦波不失真輸出功率P

2、o5W (f=1kHz,RL=8)2. 電源消耗功率PE10W ( Po5W )3. 輸入信號(hào)幅度VS=200400mV （f=1kHz，RL=8，Po5W )4. 輸入電阻 Ri10kW ( f=1kHz )5. 頻率響應(yīng) BW=50Hz15kHz ( RL=8，Po5W)五、設(shè)計(jì)步驟：（一）選擇OTL電路形式： OTL功率放大器通常由功率輸出級(jí)推動(dòng)級(jí)和輸入級(jí)三部分組成。功率輸出級(jí)有互補(bǔ)對(duì)稱電路和復(fù)合管準(zhǔn)互補(bǔ)對(duì)稱電路之分，前者電路簡(jiǎn)單易行，但由于大功率管不大，故推動(dòng)級(jí)要求有一定功率，復(fù)合管準(zhǔn)互補(bǔ)對(duì)稱電路優(yōu)點(diǎn)是大功率管可用同一型號(hào)，復(fù)合后較大，推動(dòng)級(jí)只要小功率管就可以了，但復(fù)合管飽和壓降增大，

3、故電源電壓要相應(yīng)高一些，晶體管數(shù)目要多一些。推動(dòng)級(jí)通常是甲類放大，其工作電流應(yīng)大于功率管基極推動(dòng)電流，故有一定功率要求。由于推動(dòng)級(jí)電壓幅度與輸出級(jí)相同，通常采用自舉電路來達(dá)到，一般推動(dòng)級(jí)都是共射極放大電路，具有一定的電壓增益，輸入級(jí)的目的是為增大開環(huán)增益，以便引入深度負(fù)反饋，改進(jìn)電路的各項(xiàng)指標(biāo)，輸入級(jí)與推動(dòng)級(jí)之間有阻容耦合和直接耦合多種形式。本例采用較簡(jiǎn)單的互補(bǔ)對(duì)稱OTL電路，電路結(jié)構(gòu)如圖1-1所示，電路中二極管D是為消除交越失真而設(shè)。1電阻是穩(wěn)定功放管靜態(tài)電流用的。推動(dòng)級(jí)的偏置由功放級(jí)引入電壓并聯(lián)負(fù)反饋形式進(jìn)行，起穩(wěn)定工作點(diǎn)作用。整體交流電壓串聯(lián)負(fù)反饋改善放大器各項(xiàng)指標(biāo)。設(shè)計(jì)計(jì)算工作由后級(jí)逐

4、漸推向前級(jí)。（2） 電源電壓的確定當(dāng)負(fù)載電阻一定時(shí)，電源電壓的大小直接與輸出功率有關(guān)， ，其中n為考慮各晶體管飽和壓降及R1z引起的損失而引入的電源電壓利用系數(shù)，通常n=0.8左右，在本例中：（三）功率級(jí)的設(shè)計(jì)功放管的要求：I=Vcc/2R=22V/(2×8V=Vcc=11V，P=0.2P。=1W功率管推動(dòng)電流： I=I/耦合電容穩(wěn)定電阻R：過大則功率損失太大，過小溫度穩(wěn)定性不良，通常取0.51.現(xiàn)取1，2W .（4） 推動(dòng)級(jí)設(shè)計(jì)II=27.5mA 取I=40mAV=Vcc=22V，P=Vcc/2 I=1140=440mW消除交越失真選二極管 2CP12（100mA,0.9V）R9+

5、R10=（11-1）V/40mA=250 一般R10R9R取R9=80，R10=170200µF取200µF/15VI=I/R+W=/（I+I）=選R7=1.5K, W2=4.7K進(jìn)行調(diào)節(jié)以達(dá)最佳工作點(diǎn)。當(dāng)功放級(jí)達(dá)盡限運(yùn)用時(shí)，推動(dòng)級(jí)也達(dá)盡限運(yùn)用，故推動(dòng)級(jí)基極信號(hào)電流的峰值I應(yīng)與靜態(tài)值I相等，即0.4mA。由于推動(dòng)級(jí)用的是中功率晶體管，故其輸入電阻為：r（1+）66推動(dòng)級(jí)的負(fù)載可等效為：R'=R10/r+(1+)R9/R其中，r為大功率管的輸入電阻，由于乙類放大I是變化的，不好準(zhǔn)確計(jì)算，只好以I/2為I的計(jì)算值。r（1+）故 R'=170/1.9+（1+50）

6、80/8=372推動(dòng)級(jí)電壓放大倍數(shù)A=-=-100×372/66=-564推動(dòng)級(jí)基極推動(dòng)電壓為：V=R8對(duì)信號(hào)的分流為：I=總推動(dòng)信號(hào)交流峰值為：（五）輸入級(jí)設(shè)計(jì)由于推動(dòng)級(jí)需要2.86mA的交流推動(dòng)信號(hào)，故輸入級(jí)靜態(tài)電流應(yīng)大于2.86mA。取I=4mA。推動(dòng)級(jí)所需電壓信號(hào)只0.2V，故輸入級(jí)電壓的配置可較隨便，取RR為2K，R為1K，則RR降落8V，R降落4V，Vce=22V-2×8V-4V=2V, Vce'=Vcc-4V=18V，取T1為3DG6（100mW,20V,20mA,=100）。I=I/則R2=(4mA×2K取R2=51K取R1=58K耦合電容

7、憑經(jīng)驗(yàn)選取C2=C3=10µF/10V, C4=（100-200）µF/15V（六）負(fù)反饋設(shè)計(jì)取R5=8，不要太大，以免降低總開環(huán)倍數(shù)。r=200+（1+）26/I=200+657=857總開環(huán)倍數(shù)為：Avo=Av1Av2Av3.4=（-0.42）×（-564）×1=237（倍）根據(jù)題意要求：A=21倍故 1+AF=10，所以是深度負(fù)反饋。A=（R+R）/R21，故 R160取 R=100（電阻）+470（電位器）以便于調(diào)試（七）電路指標(biāo)驗(yàn)算： 不失真功率Po設(shè)T、T的V等大約要損失電源電壓2V，則實(shí)際輸出幅度V=Vcc/2-2=9V Po=9/(2&#

8、215;8)=5.06W5W 電源消耗功率P=7.88W10W 靈敏度（可計(jì)算閉環(huán)增益A）A=(R+R)/R=(160+8)/8=21， A=Vi=303mV， 滿足要求若不滿足可調(diào)R。 輸入電阻RiRi=×)10K，符合指標(biāo)要求。5.頻率響應(yīng)的分析：低頻響應(yīng)取決于各級(jí)耦合電容及旁路電容，開環(huán)選取已考慮足夠大，再加負(fù)反饋已無問題。高頻響應(yīng)主要由2Z730決定，因它的f5KC,而其它硅NPN晶體管頻率都較高，由于深度負(fù)反饋，故高頻響應(yīng)提高到10KC應(yīng)當(dāng)也無問題。圖中增加了一只C8，是為消除寄生振蕩而設(shè)的，若實(shí)際使用時(shí)沒有寄生振蕩，則以不用為好，因?yàn)橛昧薈8，高頻響應(yīng)將會(huì)差一些。C7電容

9、是為消除電源引線太長引起的寄生振蕩，通常用一只不太大的電容即可，現(xiàn)取100µf/22V的電容值。六、電路仿真及調(diào)試靜態(tài)調(diào)試：輸出級(jí)中點(diǎn)電壓Vo=1/2Vcc=11V安裝完畢并檢查電路，接線無誤后，可接上負(fù)載和電源，首先用萬用表電壓檔測(cè)量功放級(jí)中點(diǎn)電壓。調(diào)節(jié)電位器W2可改變中點(diǎn)電壓的數(shù)值，將中點(diǎn)電壓的數(shù)值固定在電源電壓的一半（約11V）,由下圖可知：Vo=10.95V。動(dòng)態(tài)調(diào)試輸出功率Po：在f=1kHz，R=8，輸出波形基本不失真時(shí)，測(cè)出輸出電壓值Vo必須大于6.325V,計(jì)算出輸出功率大于5W。逐步加大輸入信號(hào)，觀察示波器波形，直到出現(xiàn)切峰失真為止，這時(shí)毫伏表讀數(shù)應(yīng)能達(dá)到6.325

10、V以上。由下圖可知：Vo=6.335VPo=5.02W5W靈敏度測(cè)試：在 f=1kHz，RL=8， Po5W時(shí)，測(cè)出Vs的值，必須控制在200400mV之間。方法：將信號(hào)略減小使輸出保持約6.325伏，測(cè)輸入電壓的值。電源消耗功率：用電流表測(cè)量電源電流，計(jì)算電源消耗的功率。由下圖可知：I=418.4mA，輸入電阻Ri在放大器輸入端串一只10k電阻R1，保持輸出5W功率，分別測(cè)出R1前端電壓值V1和后端電壓值V2，計(jì)算出輸入電阻。R=RR=10K10K頻率響應(yīng)在上述情況下增加或降低輸入信號(hào)頻率（幅度不變），輸出電壓隨之下降，當(dāng)其下降到原來的0.707倍時(shí)，或輸出波形產(chǎn)生明顯失真，記下放大器的上、

11、下限頻率值。由上圖可知：下限頻率為13.0729Hz，上限頻率為634.8492MHz。七、小結(jié) 這次課程設(shè)計(jì)鍛煉了我查閱資料、進(jìn)行方案構(gòu)思、獨(dú)立學(xué)習(xí)的能力。在設(shè)計(jì)過程中，我按照指導(dǎo)老師的要求逐步完善設(shè)計(jì)方案，完成了設(shè)計(jì)任務(wù)，但在設(shè)計(jì)過程中也出現(xiàn)了好多問題。由于理論知識(shí)的不足，再加上平時(shí)沒有什么設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，一開始不知從何入手，但在經(jīng)過仔細(xì)查詢資料和同學(xué)們的熱心幫助下，我順利地完成了設(shè)計(jì)。在設(shè)計(jì)過程中，參數(shù)的選取是十分重要的，如果選取得不合適，波形就會(huì)出現(xiàn)失真現(xiàn)象，這時(shí)，就應(yīng)該調(diào)整參數(shù)，重新連接電路并調(diào)試。計(jì)算過程比較復(fù)雜，在計(jì)算時(shí)要仔細(xì)認(rèn)真，否則，數(shù)據(jù)很容易就會(huì)算錯(cuò)。這幾天的忙碌讓我感到很充實(shí)，看