電子技術課程設計--高保真音頻功率放大器

1、<p>　　電子技術課程設計報告</p><p>　　——高保真音頻功率放大器</p><p>　　上海大學機自學院自動化系</p><p><b>　　電氣工程及其自動化</b></p><p><b>　　姓名:XXX</b></p><p>　　學號:XXXX

2、XXXX</p><p><b>　　一、設計課題</b></p><p>　　高保真音頻功率放大器，完成對功率放大器的設計、計算、仿真調試，并撰寫報告。</p><p>　　題目分析：音頻放大器的目的是以要求的音量和功率水平在發(fā)聲輸出元件上重新產(chǎn)生真實、高效和低失真的輸入音頻信號。音頻放大器的主要作用是向負載提供功率，要求輸出功率盡可能大，效

3、率盡可能高，非線性失真盡可能小。</p><p><b>　　二、用途</b></p><p>　　家庭、音樂中心裝置中作主放大器。</p><p>　　三、主要技術指標和要求</p><p><b>　　3.1指標</b></p><p>　　1.正弦波不失真輸出功率Po＞

4、5W (f=1kHz,RL=8?)；</p><p>　　2.電源消耗功率PE＜10W (Po＞5W)；</p><p>　　3.輸入信號幅度VS=200～400mV （f=1kHz，RL=8?，Po＞5W)；</p><p>　　4.輸入電阻Ri＞10kΩ

5、 (f=1kHz)；</p><p>　　5.頻率響應BW=50Hz～15kHz。</p><p><b>　　3.2要求</b></p><p>　　1.用中小型集成電路設計所要求的電路；</p><p>　　2.在EDA軟件上完成硬件系統(tǒng)功能的仿真；</p><p>　　3

6、.寫出設計、調試、總結報告。</p><p><b>　　四、設計步驟</b></p><p><b>　　4.1電路形式</b></p><p>　　功率放大電路的電路放大形式有很多，有雙電源供電的OCL互補對稱功放電路，單電源供電的OTL功放電路，BTL橋式推挽電路和變壓器耦合功放電路等等。我選用的是OTL電路。<

7、;/p><p>　　4.1.1總體設計思路框圖</p><p><b>　　圖 1</b></p><p><b>　　4.1.2電路圖</b></p><p>　　4.1.3電路分析及特點</p><p><b>　　分析：</b></p>

8、<p>　　由于OTL電路采用直接耦合方式，為了保證電路工作穩(wěn)定，必須采取有效措施抑制零點漂移。為了獲得足夠大的輸出功率驅動負載工作，故需要有足夠高的電壓放大倍數(shù)。因此，性能良好的OTL功率放大器應由輸入級、推動級和輸出級等部分組成。</p><p>　　輸入級：為了增大開環(huán)增益，以便引入深度負反饋，改進電路的各項指標。</p><p>　　推動級：主要作用是獲得足夠高的電壓放大

9、倍數(shù)，以及為輸出級提供足夠大的驅動電流，為此，可采用共射放大電路，具有一定電壓增益。</p><p>　　輸出級：主要作用是級負載提供足夠大的輸出信號功率，可采用甲乙類單電源互補對稱功放電路。</p><p>　　電路中的二極管D是為了消除交越失真而設，R11是穩(wěn)定功放管靜態(tài)電流用的。推動級的偏置由功放級引入電壓并聯(lián)負反饋形式進行，起穩(wěn)定工作點的作用。整體交流電壓負反饋改善放大器各項指標。

10、</p><p><b>　　特點：</b></p><p>　　是較典型的OTL電路，局部反饋穩(wěn)定了工作點，總體串聯(lián)電壓負反饋控制了放大倍數(shù)并提高輸入電阻和展寬頻帶，退耦濾波電容及校正電容是為防止寄生振蕩而設。</p><p><b>　　4.2設計計算</b></p><p>　　設計計算工作由

11、輸出級開始，逐漸反推到推動級、輸入級。</p><p><b>　　電源電壓的確定</b></p><p>　　當負載電阻一定時，電源電壓的大小直接跟輸出功率有關，∵Po＞5W，∴不妨設Po=6W，則</p><p>　　輸出級（功率級）的設計</p><p>　　每個管的最大集電極電流： </p><

12、;p>　　T3、T4間最大反向電壓： </p><p>　　每個管的最大集電極管耗： </p><p>　　功率管所需推動電流： （選放大倍數(shù)為50的三極管）</p><p>　　耦合電容： （取2200µF/25V）</p><p>　　穩(wěn)定電阻：過大則損失功率過大，過小溫度穩(wěn)定性不良，通常取0

13、.5~1歐姆。</p><p><b>　　推動級設計</b></p><p><b>　　取=44mA，</b></p><p>　　消除交越失真選二極管D1：</p><p><b>　　一般，故取=，</b></p><p><b>　　

14、，取110/15V</b></p><p>　　典型電路中R7＋W1,R8支路電流應不小于,</p><p><b>　　取，則</b></p><p>　　選擇進行調節(jié)以達到最佳工作點。</p><p><b>　　上反饋電流的峰值:</b></p><p>&

15、lt;b>　　∵，∴可以忽略不計</b></p><p><b>　　輸入級設計</b></p><p>　　由于推動級需要2.2mA的交流推動信號，故輸入級靜態(tài)電流需大于2.2mA,取。推動級所需電壓信號只0.2V，故輸入級電壓的配置可較隨便，取為2K，為1K，各壓降分別為8V，8V，4V，,,取T1為2N2222。</p><

16、p><b>　　取</b></p><p><b>　　則 </b></p><p><b>　　耦合電容選取，</b></p><p><b>　　負反饋設計</b></p><p>　　取,不宜太大以免降低總開環(huán)倍數(shù)。</p>

17、<p><b>　　由題意，即</b></p><p><b>　　且</b></p><p><b>　　∴</b></p><p><b>　　取</b></p><p><b>　　電路指標驗算</b></p

18、><p><b>　　輸出功率</b></p><p><b>　　電源消耗功率</b></p><p><b>　　五、電路仿真及調試</b></p><p><b>　　5.1靜態(tài)調試</b></p><p><b>　　

19、輸出級中點電壓</b></p><p><b>　　5.2動態(tài)調試</b></p><p><b>　　輸出功率</b></p><p>　　在,輸出波形基本不失真時，測出輸出電壓值必須大于6.325V，計算出輸出功率大于5W</p><p><b>　　此時輸出功率</

20、b></p><p><b>　　靈敏度測試</b></p><p>　　在時，測出的值，必須控制在200～400mV之間。</p><p>　　方法：將信號略減小使輸出保持為約6.325V,測出輸入電壓的值</p><p>　　當輸出電壓時，電源的輸入電壓為223mv，在200~400mV之間，滿足條件。<

21、/p><p><b>　　電源消耗功率</b></p><p>　　用電流表測量電源電流，計算電源消耗的功率。</p><p><b>　　電流,</b></p><p><b>　　電源功率</b></p><p><b>　　輸入電阻</

22、b></p><p>　　在放大器輸入端串一只10K電阻,保持輸出5W的功率，分別測出前端的電壓值和后端電壓值，計算出輸入電阻。 </p><p><b>　　前端電壓：大小為</b></p><p>　　后端電壓：大小為 ，則輸入電阻：</p><p><b>　　頻率響應</b></

23、p><p>　　圖形最大為29.89dB</p><p>　　上限頻率為16.5Hz，下限頻率為8.204Hz。</p><p>　　低頻響應取決于各級耦合電容和旁路電容，是可見的電容。高頻響應主要取決于極間電容和接線電容，是不可見的電容。如果選用理想的三極管，其極間電容和接線電容為零。為了解決這個問題,可在T4這個三極管的參數(shù)中做適當修改。</p>&l

24、t;p><b>　　六、小結</b></p><p>　　一開始我認為本次實驗的難度并不大，因為可以照著老師給的范例來做，加上之前就已經(jīng)接觸并使用EWB。但是在實際的課程設計中，遇到了各種大大小小的問題。首先遇到的問題就是對模電方面知識的遺忘和對音頻功率放大器原理的不熟悉，這實在讓我沒轍，于是我只有參考任務書上的電路模板進行設計計算而放棄了自己獨立設計的想法。通過了解其工作原理以及參考

25、了老師給的和自己查的一些資料確定下來了電路的基本框架。接下來就是一系列的計算。按任務書上的步驟計算確定每一個元器件的大小參數(shù)，以達到設計的要求。這個過程是整個設計的重中之重，因此需要非常仔細，一不小心算錯數(shù)據(jù)的話，之后的很多數(shù)據(jù)都會因此而不對。由于我用的是EWB軟件，有些設計好的元器件在EWB中找不到，比如某些三極管，最后必須做出替代或者用接近的元器件代替。而在計算完成之后，接下來的仿真調試也就相對而言輕松了許多。</p>

26、<p>　　即便如此，我在電路的仿真與調試過程中，也遇到了一些問題。一開始靜態(tài)測試，我開關打開就彈出無法測量的對話框，在仔細觀察過我的電路之后，我發(fā)現(xiàn)是由于自己的疏忽，一個元件的接地沒有連上。之后在頻率調試過程，我對波特儀不熟悉，對于上下限頻率的測量更是一臉茫然，只有和同學討論，向他們請教才勉強解決了這個問題，但直到現(xiàn)在我也不是很確定自己是否真的測出了上下限頻率。</p><p>　　總而言之，雖然探