功率放大器高頻課程方案

1、功率放大器的課程設(shè)計1 設(shè)計 指 標1 )直接耦合的功率放大器，額定輸出功率10W,負載阻抗8Q ;2) 具有頻響寬、保真度度、動態(tài)特性好及易于 集成化；3) 采用分立元件 設(shè)計；4) 所設(shè)計的電路具有一定的 抗干擾能力。2 設(shè)計 要 求1 ) 畫出 電路原理 圖；2) 確定元器件及 元件參數(shù)；3) 進行電路模擬 仿真；4) SCH 文件生成與打印輸 出。3 編寫設(shè)計 報告寫出 設(shè)計的 全過程， 附上有關(guān)資料和圖紙， 有心得體會。4 答 辯在規(guī)定 時間內(nèi)， 完 成敘述并 回答問題 。功率放大器的課程設(shè)計 摘要：這款功放采用了典型的 OCL 功放電路， 為全互補對稱式純 甲類 DC 結(jié)構(gòu)， 功放

2、的 每一級放大均工作于甲類狀態(tài)。輸入級和電 壓放大級采用線性較好的沃爾漫電路， 差分管及電流推動管分別為 很出名的K 1 70、J74 的電容。Cm和Ccb的關(guān)系Cm=(1 + KvCcb1 )可以認為Cm是影響放大器高頻響應(yīng)的主要因素。而耦合電容的容 抗主要影響放大器低頻頻響。這些因素與電路組態(tài)有關(guān)3. 2 共射-共基差分的頻響3. 2. 1 共射-共基電路通過學習我們知道共基放大器因為基極交流接地，集電極電電路容Ccb的反饋條件被破壞，Ccb轉(zhuǎn)化為 C o 共基接地時晶體管的輸出電容)。其影響比Cm自然小得多，而集電極與 發(fā)射極之間的寄生電容基電路有很好的 高頻響應(yīng)。在音頻放大電路中，共一

3、般 極小，管子內(nèi)部反饋的影響也小得多。 所以共基電路不單獨作用，而是與共射 或場效應(yīng)管共源放大器直接耦合組成共 射-共基或共源-共基放大器。共射-共 基差分電路如圖2所示這種放大器取兩種放大器之長而避其短，不僅有很好的高頻 響應(yīng)和較高的增益，而且使共射管有恒定的Uce。因T1有很高的 輸出阻抗，T3有很低的輸入阻抗，所以T3可將T 1的電流變化轉(zhuǎn)差放電路化成電壓的變化。如圖2示，這就為T 1提供了恒定的Uce。Uce恒定，可明顯0改善T1的B值線性度，避免了上下半周4C 放大量不一致而導(dǎo)致的失真。所以共射- 共基電路是一款性能優(yōu)良的放大器。3. 2. 2共源-共基電路眾所周知，場效應(yīng)管具有輸入

4、阻抗高，動態(tài)范圍大，噪聲系數(shù)小且與工作電流基本無關(guān)的特點。所以由場效應(yīng)管和三極管組成的共源-共基差放電路在現(xiàn)代高保真放大器中應(yīng)用更為廣泛。共源-共基差放電路3所示3. 3 互補對稱放大器的失真互補對稱放大器是用不同極性的放大器件N型或P型）構(gòu)成1的高保真放大器中最常用的放大器。 其結(jié)構(gòu)有互補對稱雙管放大器和互補 對稱差分放大器兩種。信號由不同極 性的器件分別放大后在其輸出端合 成。因為它們工作在對稱放大狀態(tài)， 具有類似差分的特性抵消失真中的偶 次諧波，獲得較低的失真度。鑒于 此，我在這里用了沃爾漫電路。形式 如圖4所示。共射-共基電路有諸多優(yōu)點，在 信噪比方面的表現(xiàn)也不遜色。4功放優(yōu)化設(shè)計4.

5、 1 DC化無大環(huán)路負反饋功放電路為消除非線性失真和抑制零飄，一般晶體管功放的輸出端與輸 入級之間加有大環(huán)路負反饋。研究表明，因為功放輸出端信號會因為晶體管極間電容的充電 過程而被延遲，使輸出信號相位滯后于輸入信號。加環(huán)路負反饋后 產(chǎn)生TIM失真。雖然晶體管的極間電容很小，相移的影響主要表 現(xiàn)在高頻段。但對波形前沿很陡的音頻信號仍然產(chǎn)生明顯的影響。 要避免TIM失真，減少電路相移量的方法為治本之策。在功放電路中，輸出級晶體管的極間電容最大，可達幾百皮法 上千皮法。若使反饋環(huán)路避開輸出級，反饋信號的相移將會明顯減 少。TIM 失真也可明顯改善。于是設(shè)計時可將反饋信號的提取點 移至電壓驅(qū)動級的輸出

6、端，使輸出級不介入環(huán)路負反饋 即所謂無 大環(huán)路負反饋）。這樣就縮短了反饋路經(jīng)。使反饋信號的相移量盡 可能小，同時又保留了負反饋給電路帶來的好處。輸出級介入反 饋，還可以防止感性負載 即揚聲器）反向感應(yīng)電動勢帶入輸入 級，引起交叉調(diào)制失真。5 綜合分析主電路部分如圖5所示，音頻信號經(jīng)R 1緩沖進入Q1和Q2組成的雙差分輸入電路。C1和R2對輸入信號中的高頻干擾起到2R31.5 k24Q2K17Q1170Q3 I連u4R50k T.5 kT1T2k” P 1 1G J77R8T3970R7J77R112240T49R10A97占C3 o呵1.5 k20k1.5 k8 414 N10.1 uC7|

7、1 kR141 50JR165B6476 B647C1 068pR19Q5 K214R176.8 k 豐C8D669D3D667OUTR21U1URP31 0k0 R20470Q6J77OUT廣17.5vR15甘2300D66768pHrC9圖5 前置低放電路旁路的作用。 R2作為輸入電阻.Q1、T 1，Q2、T2，Q3、T3和 Q4、T4構(gòu)成共射-共基電路 也稱沃爾漫電路）這種電路最顯著 的特點是具有失真低、頻響寬、增益高、線性好。R4、R6、R P1、R7、R9構(gòu)成分壓電路給T 1、T2、T3、T4的基極提供1 2V基極偏壓。這樣，Q 1Q4四只結(jié)型場效應(yīng)管的漏極工作電 壓只有1 1. 3

8、V 為 輸入電路靜態(tài)電流的調(diào)節(jié)電阻，設(shè)計時輸入級靜態(tài)電流設(shè)定在 1.4mA 左右。這樣，R3、R8上產(chǎn)生2. 1V 壓降作為下一級電路 的偏置電壓。電壓放大級同樣是由T5、T6、T7、T8構(gòu)成共射一共基電 路。D 1、R1 6、D2為 T6、T8的基極供基準工作電壓。調(diào)節(jié) R P3將該級的電流設(shè)定在 4. 8mA 左右，R36 上電壓降為 1. 45V。正負半周的信號經(jīng)T9 T 1 3共射放大電路后由其集電極進 入T1 0、 T 1 2組成的共基電路，并從兩管的集電極輸出，經(jīng) R 37、R38緩沖送入 Q5、Q6組成的末級電路。T7、 R 1 7、 D 3、RP3構(gòu)成恒壓電路，調(diào)節(jié)RP3可以改

9、變 Q5, Q6兩管柵極 電 位 差 ， 從 而 改 變 末 級 靜 態(tài) 工 作 電 流 。 C 6 、 C 7 及 輸 入 級 的 C 2 、 C 3 為 高 頻 退 耦 電 容 ， 減 少 了 電 源 的 調(diào) 頻 內(nèi) 阻 過 大 引 起 自 激 的 可 能。關(guān)于末級管Q 5、Q 6電流到底設(shè)計在多大，以前有人作過探 討 ， 結(jié) 論 是 靜 態(tài) 電 流 大 于 8 0 m A 后 ， 膽 味 才 更 濃 郁 。 為 了 獲 得 1 0 W 左 右 的 功 率 ， 本 設(shè) 計 中 將 Q 5 、 Q 6 的 靜 態(tài) 電 流 設(shè) 計 在 8 0 m A 左 右 。 如 果 想 得 到 更 大 一

10、 點 的 功 率 ， 我 們 可 以 改 變 末 級 功 放 的 電 源 電 壓 ， 把 場 效 應(yīng) 管 的 漏 極 電 流 調(diào) 到 1 0 0 m A 左 右 。 這 樣 ， 不 僅 有 大 的 功 率 ， 而 且 有 膽 機 的 味 道 。 場 效 應(yīng) 管 屬 電 壓 控 制 器 件 ， 柵 極 輸 入 阻 抗 高 ， 靜 態(tài) 電 流 調(diào) 大 時 ， 會 產(chǎn) 生 寄 生 振 蕩 ， 解 決 的 辦 法 是 在 Q 5 、 Q 6 的 柵 漏 之 間 并 聯(lián) C 10 、 C 9 來 消 除 。 R 1 8 、 R 2 1 為 末 級 管 的 源 級 電 阻 ， 當 該 級 電 流 為 10

11、 0 m A 時 ， 其 上 的 壓 降 為 2 V 左 右。R 1 1 、 R 1 2 、 R 1 3 、 C 4 、 C 5 組 成 電 壓 反 饋 網(wǎng) 絡(luò) ， 這 種 反 饋 的 特 點 是 ： 通 頻 帶 、 轉(zhuǎn) 換 速 率 等 指 標 最 優(yōu) 在 該 電 路 中 ) 。 R 1 1 、 R 13 將 整 機 的 閉 環(huán) 電 壓 放 大 倍 數(shù) 定 在 1 0 倍 左 右 ， 這 也 是 前 級 電 路 常 規(guī) 的 放 大 倍 數(shù) 設(shè) 定 方 法 。 至 于 相 位 補 償 電 容 C 5 的 使 用 ， 有 一 個 原 則 是 能 小 則 小 ， 能 不 用 則 不 用 。 C 5

12、的 使 用 影 響 整 機 的 轉(zhuǎn) 換 速 率 ， 使 整 機 的 動 態(tài) 變 軟 C 5 在 這 里 可 以 不 用 ， 不 會 產(chǎn) 生 自 激 ) 。 電 路 特 點 ： 靜 態(tài) 下 沒 有 噪 音 ， 噪 聲 系 數(shù) 低 ， 背 景 干 凈 ， 動 態(tài) 范 圍 大 ， 電 路 簡 單 且 易 于 集 成 ， 穩(wěn) 定 性 高 。 音 頻 放 大 電 路 中 均 采 用 了 高 音 頻 專 用 管 ， 使 整 機 提 高 了 信 噪 比 。 提 高 了 轉(zhuǎn) 換 速 率 且 減 少 開 關(guān) 失 真 。 推 動 管 采 用 了 2 SK 2 1 4 和 2 SJ7 7 并 將 推 動 管 的 工

13、 作 點 調(diào) 至 最 佳工作狀態(tài)。有 了 優(yōu) 秀 的 功 放 電 路 ， 還 得 選 擇 優(yōu) 質(zhì) 的 元 件 來 組 裝 。 功 放 的 音 質(zhì) 幫 能 有 保 證 。 正 所 謂 “ 寶 馬 配 金 鞍 ” 吧 ！ 胡 亂 地 東 拼 西 湊 ， 忽 略 了 對 元 件 品 質(zhì) 的 要 求 ， 再 優(yōu) 秀 的 線 路 相 信 也 不 一 定 能 出 靚 聲 。 本 功放對各部分元件的品質(zhì)要求較高?？?的 來 說 ， 本 機 播 放 的 音 樂 定 位 準 確 、 平 穩(wěn) 、 樂 器 質(zhì) 感 逼 真 、 自 然 、 動 態(tài) 范 圍 寬 ， 瞬 態(tài) 響 應(yīng) 訊 速 靈 敏 ， 干 凈 利 落 。

14、5.1音源切換電路音源切換電路如6所示。米用小型電器，最大限度地縮 了小信號的傳輸路1k* 6K2 B1k* R23 RCA1 k k也-|AUX1 -LAUX1 -RAUX2 -L/k5 BLZAUXS線，這也是中高當功放電路常用的形式。通過固定在面板上的五擋切換開關(guān)，控制五路繼電器。所用繼電器為直流通道1 2V，直流電阻700歐左右。繼電器的TU R SW -6W AY123456 TA PE D J .AUX、一A UX 2圖7 切換開關(guān)RCA22V10k * 210 0k *4圖6 音源切換電路123456CON60.kR-in電壓由穩(wěn)壓電源正端取出經(jīng)集成穩(wěn)IC1VLM7812 ）穩(wěn)壓

15、，供五路繼電器和其它附屬電路使用。圖7是一個音源選擇開關(guān)，它可以固定在面板上。5. 2 電源電路圖8是該電路的電源電路。集成穩(wěn)壓電源7812為音源選擇電路提供1 2 V電源。主電源部分為前置放大電路提供土 31. 5V的電壓。5. 3末級功放電路下面介紹末級功放的設(shè)計要求。在設(shè)計末級功放時，我們可以根據(jù)以下條件來選擇。電源電壓與晶體管的選擇應(yīng)根據(jù)：圖8電源電路1 k-C 12 =111IC*0.1 uaLM 7812CC 1 3100 u/2 5 V0.1 u|1N 4004o 36 *2C 38D 6 69A- R 11kD5r +31. 5VT2T11 00 0U/3 5V* :C 9 4

16、56 二二C =C 633 VC 1 4 0.1 uC4R2T4A7A 7333 3 V車 D 70. 1U* 2C 1 5 0.1 u1.8 KB 649 A-tT3-31.5V電源電路圖V cc=11來確定。為了留有裕量， 輸出管的要求：B 為 408 0, V C C / R L2Pcm=20. 05Vcc / R l20MBRceo 2 V c c4 )5 )我們可以根據(jù)以上的公式來確定三極管的型號如圖9所示，這是二級推挽射極接地功放。 這個末級功放工作在甲類狀態(tài)。 三極管的型號已在圖 9中標 明。表1所示是它的一些主要 參數(shù)。當前面的低放管Q5、Q6 的漏極電流w 80mA時，圖9

17、所示功放輸出功率P o :Po = 2* 0. 7*81 0W3 0 MB R c e o1 6 0 VI c m1 5 AP C M1 50 W2SA 1943F T3 0 MB R c e o -1 6 0 VI c m-1 5 AP C M1 50 W甲類放大器作為一種最古老，效率最低，最耗電，最笨重， 最耗資，失真最小的放大器，在當今眾多性能優(yōu)良的放大器中，它 仍有吸引人的音質(zhì)。甲類放大器輸出電路本身具有抵消奇次諧波失真，且甲類放 大器管子始終工作在線性曲線內(nèi)，晶體管自始自終處于導(dǎo)通狀態(tài)。 因此，不存在開關(guān)失真和交越失真等問題。甲類放大器始終保持大 電流的工作狀態(tài)。所以對猝發(fā)性聲音瞬間

18、升降能訊速反映。因而輸 出功率發(fā)生急劇變化時，電源電流變化微乎其微。由這種強大的驅(qū) 動者來推動揚聲器就能輕而易舉的獲得高保真的重放效果。5. 4揚聲器保護電路揚聲器保護電路如圖10所示是一個三極管式正、負向直流電壓檢測電路。對其原 理作簡要說明。T3為正向直流 電壓檢測器，T1、 T4為負向直流電壓 檢測器。正常時， T3 基極電位為 0 V，T1T4 均截 電極電位約0. 2V。T2飽和導(dǎo)通，K 1吸合，斷開揚聲器起到保護止，K1的常閉觸點不動當T3基極電位土 0. 7V時，T 1的集作用。參考文獻1 童詩白，華成英模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)北京：高等教育出版社，19892 庾東興.石機膽味的甲類功放.無線電與電視，2 0 04 ,4. 3 7 4 23 金忠陽.降低放大器的瞬態(tài)互調(diào)失真.無線電與電視,2 0 0 1,1 1