电子技术课程设计---音频功率放大器的设计

1、电子技术课程设计报告 音频功率放大器的设计上海大学机自学院自动化系自动化专业姓名:方言言学号:09122216指导老师:徐美华2011年6月26日一课程设计名称：音频功率放大器的设计二用途：供家庭音乐中心装置中作主放大器用三课程设计的目的：（一）巩固和加深对本课程基本知识的理解，提高综合运用本课程所学知识的能力。（二）培养根据课题需要选学参考书籍，查阅手册和文献资料的能力。（三）学会对实际电路方案进行分析比较计算选取元件屏幕调试等环节的实施方法。（四）学会运用仪器设备寻找故障，从中分析解决办法，以使测试电路装置达到技术指标。（五）学会按设计任务书的要求，编写设计说明书。四、主要技术指标：1.

2、正弦波不失真输出功率Po5W (f=1kHz,RL=8)2. 电源消耗功率PE10W ( Po5W )3. 输入信号幅度VS=200400mV （f=1kHz，RL=8，Po5W )4. 输入电阻 Ri10kW ( f=1kHz )5. 频率响应 BW=50Hz15kHz ( RL=8，Po5W)五、设计步骤：（一）选择OTL电路形式： OTL功率放大器通常由功率输出级推动级和输入级三部分组成。功率输出级有互补对称电路和复合管准互补对称电路之分，前者电路简单易行，但由于大功率管不大，故推动级要求有一定功率，复合管准互补对称电路优点是大功率管可用同一型号，复合后较大，推动级只要小功率管就可以了，

3、但复合管饱和压降增大，故电源电压要相应高一些，晶体管数目要多一些。推动级通常是甲类放大，其工作电流应大于功率管基极推动电流，故有一定功率要求。由于推动级电压幅度与输出级相同，通常采用自举电路来达到，一般推动级都是共射极放大电路，具有一定的电压增益，输入级的目的是为增大开环增益，以便引入深度负反馈，改进电路的各项指标，输入级与推动级之间有阻容耦合和直接耦合多种形式。本例采用较简单的互补对称OTL电路，电路结构如图1-1所示，电路中二极管D是为消除交越失真而设。1电阻是稳定功放管静态电流用的。推动级的偏置由功放级引入电压并联负反馈形式进行，起稳定工作点作用。整体交流电压串联负反馈改善放大器各项指标

4、。设计计算工作由后级逐渐推向前级。（2） 电源电压的确定当负载电阻一定时，电源电压的大小直接与输出功率有关， ，其中n为考虑各晶体管饱和压降及R1z引起的损失而引入的电源电压利用系数，通常n=0.8左右，在本例中：（三）功率级的设计功放管的要求：I=Vcc/2R=22V/(2×8)=1.375AV=Vcc=11V，P=0.2P。=1W功率管推动电流： I=I/=1.375A/50=27.5mA耦合电容稳定电阻R：过大则功率损失太大，过小温度稳定性不良，通常取0.51.现取1，2W .（4） 推动级设计II=27.5mA 取I=40mAV=Vcc=22V，P=Vcc/2 I=1140=

5、440mW消除交越失真选二极管 2CP12（100mA,0.9V）R9+R10=（11-1）V/40mA=250 一般R10R9R取R9=80，R10=170 200µF取200µF/15VI=I/=0.4mA取I=2mA，R8=0.7V/2mA=350R+W=/（I+I）=4.58K选R7=1.5K, W2=4.7K进行调节以达最佳工作点。当功放级达尽限运用时，推动级也达尽限运用，故推动级基极信号电流的峰值I应与静态值I相等，即0.4mA。由于推动级用的是中功率晶体管，故其输入电阻为：r（1+）66推动级的负载可等效为：R'=R10/r+(1+)R9/R其中，r为

6、大功率管的输入电阻，由于乙类放大I是变化的，不好准确计算，只好以I/2为I的计算值。r（1+）=1.9故 R'=170/1.9+（1+50）80/8=372推动级电压放大倍数A=-=-100×372/66=-564推动级基极推动电压为：V=0.02VR8对信号的分流为：I=0.02V/350=0.06mA=11V/4.58K=2.4mA总推动信号交流峰值为：0.4+0.06+2.4=2.86mA（五）输入级设计由于推动级需要2.86mA的交流推动信号，故输入级静态电流应大于2.86mA。取I=4mA。推动级所需电压信号只0.2V，故输入级电压的配置可较随便，取RR为2K，R为

7、1K，则RR降落8V，R降落4V，Vce=22V-2×8V-4V=2V, Vce'=Vcc-4V=18V，取T1为3DG6（100mW,20V,20mA,=100）。I=I/=4mA/100=0.04mA，取I=4I=0.16mA则R2=(4mA×2K+0.7V)/0.16mA=54.4K取R2=51KR1=（18V-8.7V）/0.16mA=58.1K取R1=58K耦合电容凭经验选取C2=C3=10µF/10V, C4=（100-200）µF/15V（六）负反馈设计取R5=8，不要太大，以免降低总开环倍数。r=200+（1+）26/I=200+

8、657=857=-0.42总开环倍数为：Avo=Av1Av2Av3.4=（-0.42）×（-564）×1=237（倍）根据题意要求：A=21倍故 1+AF=237/21=11.310，所以是深度负反馈。A=（R+R）/R21，故 R160取 R=100（电阻）+470（电位器）以便于调试（七）电路指标验算： 不失真功率Po设T、T的V等大约要损失电源电压2V，则实际输出幅度V=Vcc/2-2=9V Po=9/(2×8)=5.06W5W 电源消耗功率P=7.88W10W 灵敏度（可计算闭环增益A）A=(R+R)/R=(160+8)/8=21， A=Vi=303mV，

9、 满足要求若不满足可调R。 输入电阻RiRi=58/51/(1.665×11.3)=11.1K10K，符合指标要求。5.频率响应的分析：低频响应取决于各级耦合电容及旁路电容，开环选取已考虑足够大，再加负反馈已无问题。高频响应主要由2Z730决定，因它的f5KC,而其它硅NPN晶体管频率都较高，由于深度负反馈，故高频响应提高到10KC应当也无问题。图中增加了一只C8，是为消除寄生振荡而设的，若实际使用时没有寄生振荡，则以不用为好，因为用了C8，高频响应将会差一些。C7电容是为消除电源引线太长引起的寄生振荡，通常用一只不太大的电容即可，现取100µf/22V的电容值。六、电路仿

10、真及调试静态调试：输出级中点电压Vo=1/2Vcc=11V安装完毕并检查电路，接线无误后，可接上负载和电源，首先用万用表电压档测量功放级中点电压。调节电位器W2可改变中点电压的数值，将中点电压的数值固定在电源电压的一半（约11V）,由下图可知：Vo=10.95V。动态调试输出功率Po：在f=1kHz，R=8，输出波形基本不失真时，测出输出电压值Vo必须大于6.325V,计算出输出功率大于5W。逐步加大输入信号，观察示波器波形，直到出现切峰失真为止，这时毫伏表读数应能达到6.325V以上。由下图可知：Vo=6.335VPo=5.02W5W灵敏度测试：在 f=1kHz，RL=8， Po5W时，测出

11、Vs的值，必须控制在200400mV之间。方法：将信号略减小使输出保持约6.325伏，测输入电压的值。由下图可知：Vs=250mV， Vo=6.335V电源消耗功率：用电流表测量电源电流，计算电源消耗的功率。由下图可知：I=418.4mA，P=VccI=9.2W输入电阻Ri在放大器输入端串一只10k电阻R1，保持输出5W功率，分别测出R1前端电压值V1和后端电压值V2，计算出输入电阻。R=R由下图可知：V1=600mV，V2=600mV-271.6mV=328.4mVR=R=328.410K/(600-328.4)=12.09K10K频率响应在上述情况下增加或降低输入信号频率（幅度不变），输出

12、电压随之下降，当其下降到原来的0.707倍时，或输出波形产生明显失真，记下放大器的上、下限频率值。由上图可知：下限频率为13.0729Hz，上限频率为634.8492MHz。七、小结 这次课程设计锻炼了我查阅资料、进行方案构思、独立学习的能力。在设计过程中，我按照指导老师的要求逐步完善设计方案，完成了设计任务，但在设计过程中也出现了好多问题。由于理论知识的不足，再加上平时没有什么设计经验，一开始不知从何入手，但在经过仔细查询资料和同学们的热心帮助下，我顺利地完成了设计。在设计过程中，参数的选取是十分重要的，如果选取得不合适，波形就会出现失真现象，这时，就应该调整参数，重新连接电路并调试。计算过程比较复杂，在计算时要仔细认真，否则，数据很容易就会算