大连工业大学模电课程设计功率放大器设计Word格式文档下载.docx
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3、设计要求：
1）进行方案论证和方案比较
2）分析电路的组成及工作原理
3）进行单元电路设计计算
4）画出整机电路图
5）写出原件明细表
6）小结及讨论
7）写出对本书设计的心得体会
总体设计
音频功率放大器的基本功能是把前级送来的声频信号不失真的加以放大，输出足够的功率去驱动负载（扬声器）发出优美的声音。
放大器一般包括前置放大和功率放大两部分，前者以放大信号振幅为目的，因而又称电压放大器；
后者的任务是放大信号功率，使其足以推动扬声器系统。
功率放大电路是一种能量转换电路，要求在失真许可的范围内，高效的为负载提供尽可能大的功率，功放管的工作电流、电压的变化范围很大，那么三极管常常是工作在大信号状态下或接近极限运用状态，有甲类、乙类、甲乙类等各种工作方式。
为了提高效率，将放大电路做成推免式电路，功放管的工作状态设为甲乙类，以减小失真。
常见的音频功放电路在连接形式上主要有双电源互补推免功率放大器OCL、单电源互补推免功率放大器OCL、平衡无变压器功率放大器BTL等。
由于功放管承受大电流、高电压，因此功放管的保护与散热问题必须重视。
OCL电路由于性能比较好，所以广泛的应用在高保真扩音设备中。
本课题输出级选用OCL功率放大器，偏置电路选用甲乙类功放电路。
为了使电路简单，信号失真小，本电路选择反馈型音调控制电路。
为了不影响音调控制电路，要求前置输入阻抗比较高，输出阻抗低，本级电路选用场效应管共源放大器和源级跟实际的音频放大电路可以有不同的结构方案，下面根据由集成运放和晶体管的电路形式如附录电路图6.1所示进行设计。
音调控制电路
前置放大电路
信号
Ui
喇叭RL
OCL
功率
放大器
音频放大器组成方框图
单元电路设计计算
1、各级电压增益的分配
整机电压增益为
=
/
式中，输入电压Ui由技术指标给出，输出电压U0要根据额定输出功率Po和负载电阻RL求出
所以输出电压为
于是可求得整机总的电压增益。
设输入级电压增益、音调控制电路电压增益和输出级电压增益分别为Aum1、Aum2和Aum3，则
Aum=Aum1·
Aum2·
Aum3
式中Aum1≈1（射极输出器），Aum2可选取为（5~10），Aum2包括音调控制电路中电压放大器的增益和音调控制电路本身的中频衰减（对衰减式RC音调控制电路而言），Aum3可适当大一些，它实际上是输出级的推动级电路的增益。
2、确定电源电压
电源电压的高低决定着输出电压的大小。
为了保证电路安全可靠的工作，通常使电路的最大输出功率Pom要比额定输出功率Po大一些,一般取
Pom=（1.5~2）Po
所以，最大输出电压Uom应该根来据Pom来计算，即
考虑到管子的饱和压降以及发射极限流电阻的降压作用，电源电压VCC必须大于Uom，数量关系为
式中：
η—电源利用系数，一般取η=0.6~0.8。
在确定了各级电压增益和电源电压以后就可以进行电路中各级的估算，通常要按照由后级向前级的顺序进行设计。
3、功率输出级计算（见附录图6.2）
1）选择大功率管
准互补对称功放级四只管子中的T4、T5是大功率管，要根据晶体管的三个极限参数来选取。
（1）管子承受的最大反向电压为
UCEM≈2VCC
（2）每管最大集电极电流为
Icm≈VCC/RL
（3）单管最大集电极功耗为
Pcm≈0.2Pom
然后就可以根据这些极限参数选取功率管，使选取的功率管极限参数满足
BUCEO＞UCEM
ICM＞Icm
PCM＞Pcm
注意：
应选取两功放管参数尽量对称，β值接近相等。
2）选择互补管，计算R19、R20和R21
（1）确定R19、R20、R21
由于功放管参数对称，它们的输入电阻为
Ri=rbe
要使互补管的输出电流大部分注入功放管的基极，通常取R19=R21=（5~10）Ri
平衡电阻R20可按R19/10选取。
（2）选择互补管T2、T3
因为T2、T3分别与T4、T5组成复合管，它们承受的最大反向电压相同（均为2VCC），而集电极最大电流和最大功耗可近似认为
Icm≈（1.1~1.5）IC4/β
Pcm≈（1.1~1.5）Pcm4/β
IC4、Pcm4——功放管（T4、T5）的集电极最大电流和最大管耗；
β—功放管的电流放大系数。
选择互补管，使其极限参数满足
BUCEO＞2VCC
（3）计算偏置电阻
功放级互补管（T2、T3）的静态电流由R16、二极管和R17支路提供。
要使R16、R17中流过的电流IR16大于互补管的基极电流IBm，即
IR16＞Ibm=Icm/β（一般取IR16=1.2IBm）
式中，Icm、β分别为互补管的集电极最大电流和电流放大系数，而IR16=（VCC－UBE2－UBE4）/R16=（VCC－0.7－0.7）/R16，所以R16的阻值应为（VCC－1.4）/IR16，而R17的阻值和R16相等。
4、推动级的计算
推动级要有较大的电压放大倍数，前面已根据总电路的电压增益确定了推动级的放大倍数Aum3；
其大小由闭环负反馈决定
Aum3=1+（Rf/R14）
R14阻值不要过小，一般为1~2kΩ左右，于是反馈电阻Rf的大小也就确定了。
5、衰减式音调控制电路的计算（见附录图3）
1）确定转折频率
因为通频带为ƒL~ƒH，所以两个转折频率分别为
ƒL2=ƒL
ƒH2=ƒH
又因为在fL1~fL2和fH1~fH2之间，高低音提升，衰减曲线按±
6dB/倍频程的斜率变化，所以根据低频ƒLX处和高频ƒHX处的提升量，即可求出所需要的另外两个转折频率fL1和fH1
ƒL1=ƒLX×
2提升量/6
ƒH1=ƒHX/2提升量/6
2）确定电位器RW2和RW3的数值
因为运放的输入阻抗很高（一般大于500kΩ），又要求RW3和RW2的阻值远大于R1和R2的阻值，同时还要满足提升和衰减量的要求，所以电位器RW1、RW2的阻值应选取的较大，通常为100~500kΩ范围。
3）计算阻容元件值
由前面分析得到的各转折频率的表达式可计算出音调控制电路中的阻容元件值。
4）音调控制电路的电压放大器（见附录图4）
根据前面电压增益分配的讨论，已知音调控制电路总的电压增益为Aum2，它包括音调控制电路的衰减量R2/（R1+R2）和电压放大器的电压增益Au，所以有
则
Au是由电压放大器中引入的负反馈决定的，即
R7可取1~2kΩ，从而R9的阻值就确定了。
调试说明
整机装配完毕以后，要进行如下的检查和调试工作。
1、电路检查
检查电路原件是否焊接正确、可靠，注意检查元件连接是否有虚焊和短路，查看运放和晶体管引脚是否接对，注意电解电容极性不能接反。
检查电源电压是否符合要求，正负电源方向要正确，数值要对称。
2、检查静态
1）负载（RL）开路，接通电源，粗测各级静态情况。
⑴用万用表直流电压档检查正负电源电压是否加上。
⑵逐级检查各级状态：
测量晶体管UBE和UCE，UBE=0和UCE=0均为不正常，对运算放大器要测量各引脚电压是否正常（输入和输出端电压为零）。
⑶检查输出极电位。
输出端电位应为0V。
2）接假负载（8Ω、8W电阻），测量上述静态电压。
输出端电压仍为0V，不应有太大的偏移，否则表明互补对称管不对称。
3）动态测试。
按如下图所示电路接线，进行指标测试。
示波器
音频放大器
音频信号发生器
V
失真度仪器
测试电路接线图
⑴测量最大输出功率。
音频信号频率ƒ=1kHz，逐渐增大输入信号电压Ui,并使示波器显示的波形刚好不产生失真，测出此时电压的有效值Uo,则输出功率
应大于指标要求。
⑵测量输入灵敏度。
接线同上，当输出功率为额定值时，测得输入电压Ui，其值应低于指标要求，否则应改变电阻值，以增大电压放大倍数。
⑶测试幅频特性。
保持输入电压Ui幅值不变，只改变频率ƒ（从ƒL~ƒH）,测出对应输出电压幅度，测试过程输出波形不应失真，可先在低压下测试（使输出电压约为50%的额定值），然后，再在额定值输出下测试。
⑷失真度测量。
输入信号在100Hz、1kHz、5kHz时，输出均达到额定输出功率，分别测出对应的失真度数值，应符合规定要求。
⑸测试整机的高低音控制特征。
音量电位器Rw1置最大位置，输入电压Ui=50mV固定不变，改变信号频率ƒ从ƒL~ƒH按下述RW2和RW3的不同位置进行测试。
①RW2和RW3动端置于最上端，测得对应的输出电压Uo，由此获得高、低音提升特性。
②RW2和RW3动端置于最下端，测得对应的输出电压Uo，从而测得高、低音衰减特性。
元件明细表
序号
位号
名称
数量
规格
1
Rp
电位器
W103
9
C123
电容
3
100uF
2
R1
电阻
3.2KΩ
10
Ce
10uF
R2
1.5Ω
11
T1
三极管
3DG12
4
R3
12
T2
TIP41C
5
Rc
13
T3
TIP42C
6
Re
510Ω
14
T4
8050
7
8Ω
15
T5
8550
8
R
W102
16
D12
二极管
2
小结及讨论
这一次的课程设计帮助我们更好的了解模拟电路基础这门课程所学习的内容。
在设计过程中，我初步地体会到了电子工程设计的流程以及注意事项。
一个成功的电子设计工程要有许多步骤组成，每一步都要有一定是的知识积累。
而现实过程中，我发现我个人知识的积累还远远不够，在设计过程中还存在很多问题。
这次课程设计一开始进行的并不顺利，考虑问题还不周全。
但这一周内通过老师和同学的帮助，通过大量的图书查阅最终完成了本次课程设计。
而这一过程，在很大程度上提高了我的交流能力、自学能力、和思维的全面性。
参考文献
康华光，陈大钦，张林.电子技术基础——模拟部分.5版.北京：
高等教育出版社，2006.
清华大学电子学教研组，童诗白，华成英.模拟电子技术基础.3版.北京：
高等教育出版社，2001
胡斌.图标细说电子元器件.北京：
电子工业出版社出版，2004.
胡燕如.模拟电子技术.北京：
高等教育出版社，2000.
焦宝文.电子技术基础——课程设计指南.北京：
清华大学出版社，2008.
附录
图6.1
图6.2
图6.3
图6.4
图6.5
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