分立元件音頻功率放大器

1、音頻功放要求：1、 功率 ： 10W（8負(fù)載）；2、 效率 ： 50%；3、 帶寬 ：20HZ20KHZ；4、 輸入方式：差分；5、 電路類型：OCL； 一、 擬定方案以及模擬仿真1、 方案原本為本組四人每人負(fù)責(zé)一功能塊電路的設(shè)計與仿真，但因模擬電路理論知識掌握不扎實以至設(shè)計時問題不斷出現(xiàn)卻無從下手解決。2、 經(jīng)四人商討改為由網(wǎng)上選擇電路圖，后期修改參數(shù)以達到實驗要求。3、 實驗電路如下所示：OCL音頻功率放大器原理分析：一、直流穩(wěn)壓電源1、直流穩(wěn)壓電源選用了電容濾波電路。2、變壓器采用±18V雙電源供電。3、整流部分采用常用的整流二極管IN4007。4、在未接負(fù)載的情況下由于電容充

2、電到±218V，由于市電電壓范圍為220V250V，實際測量為228V左右，所以實際整流穩(wěn)壓后的直流電壓值為26.3V左右。5、當(dāng)加上負(fù)載之后由于濾波電容開始出現(xiàn)周期性的充放電現(xiàn)象，以至于出現(xiàn)了不可避免的紋波電壓波形。二、差分放大電路1、R1：保護輸入端；2、R2：防止電流偏移（電流偏移現(xiàn)象一般出現(xiàn)于三極管放大電路中,特別是深度反饋電路中很可能是自激振蕩引起的,電路在零輸入情況時產(chǎn)生了正弦交流信號.這一信號的頻率如果和輸入信號接近,勢必會與輸入信號疊加,使波形發(fā)生變化.此時電路的直流靜態(tài)工作點會發(fā)生偏移）。3、R3：提供差分輸出信號、為VT3提供靜態(tài)偏執(zhí)；4、R4：引入一個共模負(fù)反饋

3、，降低了共模電壓放大倍數(shù)，減小每個管子輸出端的零漂，但對差模電壓放大倍數(shù)沒有影響，因此提高了共模抑制比。5、R5、C2提供交流負(fù)反饋；6、C1：電容隔離直流，防止輸入的直流信號一樣進入被放大器。7、三極管VT1、VT2構(gòu)成差分放大電路。三、甲乙類雙電源互補對稱電路1、VT3、VT4、VT5組成甲乙類雙電源互補對稱電路；2、VT4、VT6組成NPN型復(fù)合管；VT5、VT7組成PNP型復(fù)合管；3、R6：負(fù)反饋電阻：負(fù)反饋電阻越大反饋越?。?、R7、VD1：靜態(tài)時其上產(chǎn)生的壓降為VT4、VT5提供一個適當(dāng)偏置，使之處于微導(dǎo)通狀態(tài)。5、R8：為VT5提供基極靜態(tài)偏置。6、R9：為VT4提供負(fù)反饋；7、

4、R10：為VT5提供負(fù)反饋；8、R11：為VT7集電極提供靜態(tài)偏置電壓；9、C3：負(fù)反饋電容：這個電容能起到對放大電路的穩(wěn)定作用。其主要目的是消除放大電路的高頻自激所引起的嘯叫（在低頻放大電路中，高頻放大電路的自激人耳聽不到）。此外，在低頻放大電路中還能起到改善音質(zhì)的作用。加入負(fù)反饋電容后，其放大倍數(shù)會有些降低。頻率HZ1020501002005001000200050008000900010000120001500018000電壓V10.520232425252215.324211888.51625附錄1：各類偏置電路1、射極偏置電路如圖1所示的電路是廣泛采用的一種電流負(fù)反饋式偏置電路。(1

5、)電路組成Rb1、Rb2和Re組成放大電路的偏置電路，其中Rb1為上偏置電阻，提供基極偏流IBQ，Rb2為下偏置電阻，對流經(jīng)Rb1的電流起分流作用，Re為發(fā)射極電阻，起電流負(fù)反饋作用，Ce為發(fā)射極交流旁路電容。2)穩(wěn)定靜態(tài)工作點原理當(dāng)溫度上升時，由于三極管參數(shù)(ICBO、)的影響，使ICQ增大，發(fā)射極電位VEQ=IEQRe亦隨之增大，又因為極基電位VBQ為固定值，必然導(dǎo)致加到發(fā)射結(jié)的正偏電壓VBEQ減小，IBQ隨之減小，促使ICQ減小。這樣就牽制了ICQ的增大，從而使ICQ基本不隨溫度變化，穩(wěn)定了靜態(tài)工作點。這種自動調(diào)節(jié)過程為直流電流負(fù)反饋。Re越大，直流負(fù)反饋的作用就越強，ICQ溫度穩(wěn)定性也

6、就越好。2、集電極-基極偏置電路下圖為集電極-基極偏置電路，它是利用電壓負(fù)反饋作用來穩(wěn)定靜態(tài)工作點的，稱為電壓負(fù)反饋偏置電路。穩(wěn)定靜態(tài)工作點原理當(dāng)溫度上升時，由于三極管參數(shù)的影響，使ICQ增大，集電極負(fù)載電阻Rc上的電壓降隨之增大，導(dǎo)致VCEQ減小，IBQ減小，促使ICQ減小，這樣就牽制了ICQ的增大，從而使ICQ基本不隨溫度變化，穩(wěn)定了靜態(tài)工作點。這種調(diào)節(jié)過程稱為直流電壓負(fù)反饋。集電極-基極偏置電路不適合Rc值很小的放大電路。3、溫度補償偏置電路溫度補償偏置電路是利用熱敏元件(如熱敏電阻、半導(dǎo)體二極管等)的溫度特性來補償放大器件的溫度特性，以減小放大電路靜態(tài)工作點的溫度漂移，達到穩(wěn)定靜態(tài)工作

7、點的目的。包括熱敏電阻補償電路和 二極管補償電路等。上面兩個電路均利用熱敏電阻RT進行溫度補償。RT具有負(fù)溫度系數(shù)，其阻值隨著溫度的升高而減小。總結(jié): 射極偏置電路在較寬的溫度變化范圍內(nèi)都能穩(wěn)定靜態(tài)工作點，而且更換值不同的三極管也具有穩(wěn)定靜態(tài)工作點的效果；集電極-基極偏置電路能夠克服三極管的ICBO和VBE的溫度特性對ICQ的影響，但不利于克服變化對ICQ的影響；采用熱敏電阻補償，需通過實驗來選配合適的RT值及特性，也可使靜態(tài)工作點穩(wěn)定；二極管補償，可在一定程度上進一步提高靜態(tài)工作點的穩(wěn)定性。附錄2：三種基本放大電路 電路類型比較項目共射極電路共集電極電路共基極電路電路圖電壓增益AVAv=-R

8、L'rbe+1+ReRL'=RCRLAv=1+RL'rbe+1+RL'RL'=RCRLAv=RL'rbeRL'=RCRLVo與Vi的相位關(guān)系反相同相同相最大電流增益AiAiAi1+Ai輸入電阻Ri=Rb1Rb2rbe+1+ReRi=Rbrbe+1+RL'Ri=Rerbe1+輸出電阻RoRcRo=rbe+Rs'1+ReRs'=Rs=RbRoRc特點及用途1、輸出信號與輸入信號相位相反；2、電壓、電流、功率放大倍數(shù)都比較大，輸入電阻和輸出電阻適中；3、主要用于多級放大器的中間級。1、輸出信號與輸入信號相位相同；2、電壓

9、放大倍數(shù)接近于1，而小于1；3、輸入電阻高，輸出電阻低，帶負(fù)載能力強；4、主要用于輸入級、輸出級和緩沖級。1、輸出信號與輸入信號相位相同；2、電壓放大倍數(shù)與共射級放大電路一樣，但電流放大倍數(shù)小于1；3、輸入電阻很低，輸出電阻適中；4、主要用于高頻和恒流源電路；一、基本共射極放大電路（1）共射極放大電路中，信號由基極輸入，集電極輸出；共射極放大電路的電壓和電流增益都大于1，輸入電阻在三種組態(tài)中居中，輸出電阻與集電極電阻有關(guān)。適用于低頻情況下作多級放大電路的中間級。如左圖，其中BJT是核心元件，起放大作用。直流電源Us通過電阻Rs給BJT的發(fā)射極提供正偏電壓，并產(chǎn)生基極直流電流Ib(常稱為偏流，而

10、提供偏流的電路稱為偏置電路)。直流電源Ucc通過電阻RC，并與Ui和Rb配合，給集電極提供反偏電壓，使BJT工作于放大狀態(tài)。電阻Rc的另一個作用是將集電極電流的變化轉(zhuǎn)化為電壓的變化，再送到放大電路的輸出端。輸入信號Vi=0時，放大電路的工作狀態(tài)稱為靜態(tài)或直流工作狀態(tài)。此時，電路中的電壓電流都是直流量。靜態(tài)時，BJT各電極間的直流電壓分別用Ib、IC、Vbe、Vce表示，這些電流電壓的數(shù)值可用BJT特性曲線上的一個確定點表示，該點習(xí)慣上稱為靜態(tài)工作點Q。在放大電路中設(shè)置靜態(tài)工作點是必不可少的。因為放大電路的作用是將微弱的輸入信號進行不失真的放大，為此，電路中的BJT必須始終工作在放大區(qū)域。當(dāng)Rb

11、1、Rb2的阻值大小選擇適當(dāng)，能滿足I1>>IBQ,使I2=I1時，可認(rèn)為基極直流電位基本上為一固定值，即VBQ=Rb2Vcc/(Rb1+Rb2),與環(huán)境溫度幾乎無關(guān)。在此條件下，當(dāng)溫度升高引起靜態(tài)電流ICQ(=IEQ)增加時，發(fā)射極直流電位VEQ(=IEQRe)也增加。由于基極電位VBQ基本不變，此外外加在發(fā)射結(jié)上的電壓VBEQ(=VBQ-VEQ)將自動減少，使IEQ跟著減少，結(jié)果抑制了ICQ的增加，使ICQ基本維持不變，達到自動穩(wěn)定靜態(tài)工作點的目的。當(dāng)溫度降低時，各電量向相反方向變化，Q點也能穩(wěn)定，這種利用ICQ的變化，通過電阻Re取樣反過來控制VBEQ,使IEQ、ICQ基本保

12、持不變的變化的的自動調(diào)節(jié)作用稱為負(fù)反饋。(2)Q點的估算在I1>=IBQ的條件下有VBQ=Rb2*Vcc/(Bb1+Rb2)集電極電流 ICQ=IEQ=(VBQ-VBEQ)/Re=VBQ/Re由此式可見，該電路中集電極靜態(tài)電流ICQ只與直流電壓及電阻Re有關(guān)，因此隨溫度變化時，ICQ基本不變。基極電流 IBQ=ICQ/集電極-射極電壓 VCEQ=Vcc-ICQ(Rc+Re)(3)動態(tài)性能分析電路的小信號等效電路如所示，則可求的電壓增益Av、輸入電阻Ri和輸出電阻Ro.Vo=-ibRl(式中Rl|Rl) Vi=Ibrbe+(1+)IbRe所以Av =V0/Vi=-RL/rbe+(1+)Re

13、式中負(fù)號表示該電路中輸出電壓與輸入電壓相位相反。由于輸入電壓Vi在BJT的基極，輸出電壓V0由集電極取出，發(fā)射極雖未直接接共同端，但它既在輸入回路中，所以此電路屬于共射極放大電路。接入電阻Re后，提高了靜態(tài)工作點的穩(wěn)定性，但增益也下降了，Re越大，Av下降越多。為了解決這個矛盾，通常在Re兩端并聯(lián)一只大容量的電容Ce（稱為發(fā)射極旁路電容），他對一定頻率范圍內(nèi)的交流信號可視為短路，因此對交流信號而言，發(fā)射極和”地”直接相連，則電壓增益不會下降。當(dāng)BJT的基極電位固定，并在發(fā)射極電路接一電阻Re，便可提高輸出電阻，以提高電路的恒流特性。此時有 Av=-Rl'/rbe vi=ibrbe+(1

14、+)Re,ii=ib+iRb=vi/rbe+(1+)Re+vi/Rb1+vi/Rb2所以Ri=Rb1|Rb2|rbe+(1+)Re在集極回路和集電極回路里，根據(jù)KVL可得Ib(rbe+Rs)+(ib+ic)Re=0(Rs=Rs|Rb)Vt-(ic-ib)rce-(ib+ic)Re=0由前式得 ib =-Reic/(rbe+Rs+Re)則有Ro=vt/it=vt/(ic+iRc)=R0|Rc通常R0>>Rc，R0=Rc.二共集電極放大電路共集組態(tài)放大電路沒有電壓放大作用，只有電流放大作用，屬于同相放大電路，是三種組態(tài)中輸入電阻最大、輸出電阻最小的電路，具有電壓跟隨的特點，頻率特性較好

15、。常用于做電壓放大電路的輸入級、輸出級和緩沖級。靜態(tài)分析由圖可知，由于電阻Re對靜態(tài)工作點的自動調(diào)節(jié)作用，該電路的Q點基本穩(wěn)定。由直流通路可得 Ibq=(VCC-Vbeq)/Rb+(1+)ReIeq=Icq=Ibq Vceq=VCC-IeqR動態(tài)分析 根據(jù)電壓增益Av、輸入電阻Ri的定義，則有Av=v0/vi=(1+)ibRl/ibrbe+(1+Rl)=(1+)RL/rbe+(1+)Rl式中Rl=Re|RL。則共集電極放大電路的電壓增益Av<1,沒有電壓放大作用。輸出電壓vi和輸入電壓vi相位相同。當(dāng)由小信號模型可得輸出電阻R0=Re|(Rs+rbe)/（1+）上式說明，射極電壓跟隨器的

16、輸出電阻Re與電阻(Rs+rbe)/(1+)兩部分并聯(lián)組成，這后一部分是基極回路（Rs+rbe）折合到射極回路式的等效電阻。通常有Re>>(Rs+rbe)/(1+)所以 R0=（Rs+rbe）/(1+)由R0的表達式可知，射極電壓跟隨器的輸出電阻與信號源內(nèi)阻Rs或前一級放大電路的輸出電阻有關(guān)。由于通常情況下信號源內(nèi)阻Rs很小，且Rs<Rs,rbe一般在幾百歐至幾千歐，而值較大，所以共集電極放大電路。為降低輸出電阻。可選用值較大的BJT。（1+）Rl>>rbe時，A=1，即輸出電壓v0與輸入電壓vi大小接近相等，因此共集電極放大電路又稱為射極電壓跟隨器。三.共基極放大電路共基組態(tài)放大電路沒有電流放大，只有電壓放大作用，且具有電流跟隨作用，輸入電阻最小，電壓放大倍數(shù)、輸出電阻與共射組態(tài)相當(dāng)，屬同相放大電路。常用于高頻或?qū)掝l帶低輸入阻抗的場合。是三種電路中高頻特性最好的。靜態(tài)分析上圖的直流通路與基極分壓式射極偏置電路的直流通路是一樣的，因而Q點的求法是一樣的。2動態(tài)分析(1)電壓增益V0=-ibR