功率放大电路设计毕业设计管理资料

1、毕业论文功率放大电路设计目录摘要前言第一章放大电路的性能指标放大倍数输入电阻 RiRi(3)(3)输出电阻 RoRo输出电阻 RoRo通频带失真度频率响应音调控制范围信噪比第二章功率放大电路概述功率放大电路的特点主要技术指标功率放大电路中的晶体管功率放大电路的分析方法第三章功率放大电路的组成为什么共射放大电路不宜用作功率放大电路变压器耦合功率放大电路无输出变压器的功率电路无输出电容的功率放大电路桥式推挽功率放大电路第四章互补功率放大电路OCLOCL 电路的组成及工作原理OCLOCL 电路的输出功率及效率OCLOCL 电路中晶体管的选择致谢参考文献摘要该课题主要讲述了：功率放大电路的发展过程，功

2、率放大电路的原理，组成，分类，性能指标及对性能指标的分析，各个类型放大电路的特点及使用场合，整个放大电路的分析，设计，以及对在设计放大电路过程中出现的一些相关问题的解决方案，功率放大器研究的主要问题是如何获得高效率、大功率输出。根据高频功率放大器输出功率不同，有便携式毫瓦级小功率，还有千瓦或兆瓦级的大功率高频功放。无论是小功率还是大功率，其输出高频信号的功率都是由直流电源的能量经功率放大器转化而来，实践证明，功率放大器工作在甲类（A A）状态效率最低；乙类（B B）状态效率比甲类高；丙类（C C）状态效率更高。为了获得高效率，高频功率放大器通常工作在丙类状态关键词：放大电路、前言在无线电广播和

3、通信的发射机中，高频载波信号由振荡器产生，一般情况下，高频振荡信号的功率很小，不能满足天线对发射功率的要求，需要对高频信号进行功率放大。在发射机中完成功率放大的电路称作高频功率放大电路。 高频信号的基本特征是其频率高， 能以无线电波的形式发射， 因此，高频功率放大电路也称射频功率放大电路。高频功率放大器研究的主要问题是如何获得高效率、 大功率输出。 根据高频功率放大器输出功率不同，有便携式毫瓦级小功率，还有千瓦或兆瓦级的大功率高频功放。无论是小功率还是大功率，其输出高频信号的功率都是由直流电源的能量经功率放大器转化而来。 根据采用的负载不同， 高频功率放大器可分为窄带功率放大器和宽带功率放大器

4、。窄带功率放大器是以选频网络为负载。 因此又把它称为谐振功率放大器。 宽带功率放大器是以宽带传输线变压器为负载。 因此又把它称为非谐振功率放大器。 宽带功率放大器可解决窄带功率放大器难于迅速变换选频网络中心频率的问题。 宽带功率放大器的负载不具有滤波能力。 所谓窄带信号是指带宽远小于中心频率的信号。例如，中波广播电台的带宽为 10kHz10kHz，如果中心频率为 1000kHz,1000kHz,则它的相对频带宽度只有 1%1%。按功率放大管导通角的不同，高频功率放大器可分为甲类、乙类、丙类、丁类等；所谓功率放大管导通角，是指放大管在一个信号周期内导通时间的长短。如果在信号的正负半周，功放管始终

5、处于导通状态,则称功放管处于甲类工作状态， 所组成的功放电路也就称为甲类功放电路； 如果功放管在信号的半个周期内截止，半个周期内导通，称电路为乙类功放电路。如果功放管只在正半周的一小部分时间内导通，即只有正半周的信号超过一定的幅度以后功放管才导通， 信号在负半周及正半周输入信号幅度较小时均不导通，称电路为丙类功放电路。实践证明，功率放大器工作在甲类（A A）状态效率最低；乙类（B B）状态效率比甲类高；丙类（C C）状态效率更高。为了获得高效率，高频功率放大器通常工作在丙类状态。本章首先讨论工作在丙类状态的谐振功率放大器，然后讨论宽带功率放大器的工作原理。第一章放大电路的性能指标放大倍数输出信

6、号的电压和电流幅度得到了放大，所以输出功率也会有所放大。对放大电路而言有电压放大倍数、电流放大倍数和功率放大倍数，它们通常都是按正弦量定义的。放大倍数定义式中各有关量如图所示。图 5-15-1放大倍数的定义电压放大倍数定义为Av=V0/Vi电流放大倍数定义为(03.01)(03.02)信号猊支放大电路Ai=Io/I功率放大倍数定义为RoVo/Io(VoVo)/Io(VoVO)RL/Vo输入电阻R输入电阻是表明放大电路从信号源吸取电流大小的参数，R R 大，放大电路从信号源吸取的电流则小，反之则大。R R 的定义见图和式()().R=V/Ii(03.04)图 5-25-2输入电阻的定义输出电阻R

7、输出电阻是表明放大电路带负载的能力，R R 大，表明放大电路带负载的能力差，反之则强。R R 的定义见图和式()()。R=Vo/Io图(a)(a)是从输出端加假想电源求 R,R,图(b)(b)是通过放大电路负载特性曲线求 R RAp=R/RVoIo/ViIi(03.03)AA放大电路放大电路(03.05),伊修：A.5T芹大姬,壬二；二图 6-16-1图 6-26-2(a)(a)从输出端求 V VO (b)(b)从负载特性曲线求输出电阻的定义(b)(b), ,在带 R R 时，测得 Vo,Io,开路时输出为 Vo根据式()有注意：放大倍数、输入电阻、输出电阻通常都是在正弦信号下的交流参数，只有

8、在放大电路处于放大状态且输出不失真的条件下才有意义通频带放大电路的增益 A A（f f）是频率的函数。在低频段和高频段放大倍数通常都要下降。当相应的频率 fLfL 称为下限频率，3 3 称为上限频率，。失真度A(f)A(f) 下降到中频电压放大倍数 A A）的时，即A(fA(fL)=A(f)=A(fH)=)=A020.7AO()()A图 7-17-1 通频带的定义通过功率放大器放大在、输出信号应该同输入信号内容完全相同，只是幅度（电压）不同而已。也训是说，功率放大器推动扬声器发出的声音应该同讲话人的声音完全一样，只是音量大小不同而已。事实上，通过扬声器放出的声音同讲话人的声音多少会有一些区别。

9、质量低劣的功率放大器发出的声音甚至同讲话人的声音相差很远，有时还产生闷塞、沙哑的声音。我们把功率放大器输出信号同输入信号不同，产生畸变的这种现象叫做失真。音频信号通过功率放大器后，由于非线性元件所引起的各种谐波成份，新增加总谐波成份的均方根与原来信号有效值的百分比来表示。%由于测量失真度的现行方法是单一的正弦波，不能反映出放大器的全貌。实际的音乐信号是各种速率不同的复合波，其中包括速率转换、瞬态响应等动态指标。故高质量的放大器有时还注明互调失真、瞬态失真、瞬态互调失真等参数。(1)(1)互调失真(IMD):(IMD):将互调失真仪输出的 125Hz125Hz 与 lkHzlkHz 的简谐信号合

10、成波，按 4:14:1 的幅值输入到被测量的放大器中，从额定负载上测出互调失真系数。(2)(2)瞬态失真(TIM)(TIM): :将方波信号输入到放大器后，具输出波形包络的保持能力来表达。如放大器的转换速率不够，则方波信号即会产生变形，而产生瞬态失真。主要反映在快速的音乐突变信号中，如打击乐器、钢琴、木琴等，如瞬态失真大，则清脆的乐音将变得含混不清。(3)(3)瞬态互调失真： :1:1 混合， 经放大器后， 新增加全部互调失真的产物有效值与原来正弦振幅的百分比。如放大器采用深度大回环负反馈，瞬态互调失真一般较大，具体反映出声音呆滞、生硬、无临场感；反之，则声音圆滑、细腻、自然。为了定量表示失真

11、的大小，我们把输出信号各次谐波电压有效值的总和同基次波电压有效值的比，用百分数表示，叫做功率放大器的谐波失真，或失真度，它可以通过失真度测量议直接测量出来，一般功率放大器的失真在 7%7%；下，高传真功率放大器的失真度在 1%1%以下，10%Z10%Z 上的失真，人耳可以分辨出来。频率响应在振幅允许的范围内 1 1 放大器能重放声音的频率范围。在额定的频率范围内，输出电压幅度的最大值与最小值之比， 以分贝数(dB)(dB)来表示其不均匀度。 普通功放的频率响应为 20Hz-20kHz20Hz-20kHz 约(+/-)1-3dB(+/-)1-3dB;优质功放的频率响应为 20Hz-20kHz20

12、Hz-20kHz 约+/+/。我们知道不同乐器或不同的人发出的声音都不是由单一频率信号组成，而是由各种频率成分构成的频谱所组成的，一个乐队既有发声频率较低的乐器，又有发声频率较高的乐器，演奏起来占有很宽的频谱，听起来是十分悦耳的，这一频谱范围可以接近整个音频范围，即20Hz-20KHz,20Hz-20KHz,如果用功率放大器来放音，那就要求功率放大器对每一频率成份的信号都具有相同的放大倍数，这时听起来才同真正乐队演奏具有同样的效果，如果高音频的放大倍数小了，听起来就会感觉到声音发闷，含混不清；如果低音频的放大倍数小了，听起来就显得单调，缺乏浑厚的感觉。我们用频率响应（简称频响）这个指标来衡量功

13、率放大器对不同信号放大倍数的均匀程度，当然我们希望功率放大器对整个音频信号的放大倍数完全相同，事实上，由于晶体管高频特性、耦合电容等的影响， 功率放大器只对一般频率的音频信号的放大倍数才是相同的， 对频率很低或很高的放大倍数都会减少，一般功率放大器的频率响应在 100Hz-10Kz100Hz-10Kz加减 2dB2dB 范围内，高传真功率放大器的频率响应可以达到 20Hz-20Kz20Hz-20Kz音调控制范围声音中最强与最弱的比值，用 dBdB 表示。例如一个乐队的动态范围为 90dB,90dB,这意味着最弱部分的功率比最响部分的低 90dR90dR 动态范围是功率之比，与声音的绝对水平无关

14、。如前所述，人耳的动态范围从0 0 到 130dR130dR 自然界各种声音的动态范围的变化也是很大的。一般语言信号大约只有 20-45dB,20-45dB,有些交响乐的动态范围可达 30-130dB30-130dB 或更高。但由于一些因素的限制，音响系统的动态范围很少能达到乐队的动态范围。录音装置的内在噪音决定了可能录制的最弱音，而系统的最大信号容量（失真水平）限制了最强的音。一般把声音信号的动态范围定为 100dB,100dB,有音调控制的功率放大器，能对高、低音进行提升或衰减，为衡量提升的能力引入了音调控制范围的概念，低音控制范围一般指在输入 100Hz100Hz 信号时，低音控制电位器

15、对这个信号输出电压的控制范围，并用分贝表示，在输入 5KHz5KHz 或 10KHz10KHz 信号时高音控制电位器对这个信号输出电压的控制范围。信噪比功率放大器额定输出电压与无信号输入时实测噪声电压比称为信号噪声比，简称信噪比，通常以分贝数来表示。信噪比：3010g3010g（额定输出电压/噪声电压）普通功效的信噪比约 6O-90d6O-90d 以专业级功效信口比要求大于 100dR100dR 信噪比线路中某一参考点的信号功率与无信号时固有的噪音功率之比值，用 dBdB 表示。例如，某磁带录音座的信噪比为 50dB,50dB,即输出信号功率比噪音功率大 50dB50dB。信噪比数值越高，噪音

16、越小。国际电工委员会对信噪比的最低要求是前置放大器大于等于 63dB,63dB,后级放大器大于等于 86dB,86dB,合并式放大器大于等于 63dR63dR 合并式放大器信噪比的最佳值应大于 90dB;90dB;收音头：调频立体声之 50dB,50dB,实际上以达到 70dB70dB 以上为佳；磁带录音座之 56dB56dB（普通带），但经杜比降噪后信噪比有很大提高。如经杜比 B B 降噪后的信噪比可达 65dB,65dB,经杜比 C C 降噪后其信噪比可达 72dB72dB（以上均指普通带）；激光唱机的信噪比可达 90dB90dB 以上，高档的更可达 l10dBl10dB 以上。功率放大器

17、接通电源，不输入信号，距离功率放大器较近的时候，可以听到轻微的噪声，功率放大器的噪声有两类：一类是有规律的低频哼哼声，这是交流电源引起的交流声；还有一类是沙沙声，这是晶体管本身的噪声引起的。当有输出信号的时候， 噪声就被信号掩盖了， 在功率功率放大器输出功率大收听者一般距扬声器远一些，所以噪声大一些也影响不大，小功率功率放大器输出功率小，收听者距扬声器较近，所以要求噪声小，用信号噪声比（简称信噪比或信杂比）来衡量功率放大器噪声的实际效果是很有效的。第二章功率放大电路概述功率放大电路的特点1、主要技术指标功率放大电路提供给负载的信号功率称为输出功率。 是交流功率， 表达式为 Po=IoUoPo=

18、IoUot乙类，三极管 ISO,ISO,号电st甲吴率温普岂禁故甲吴率温普岂禁故t丙苦,=横篱导电小于 120*120*静态时：前级电路应使基极电位为 VCC2,VCC2,发射结电位为 V VCC2C2，故电容上的电压也 V VCC2C2单电源供电，四只管子特性对称工作时：TiTi 和 T2T2 轮流导通，电路为射极跟随状态。：OTLXOTLX 作在乙类工作状态，会出现交越失真。:如何消除？（15-215-2 解决）无输出电容的功率放大电路OutputCapacitorless（OCL电路）图 15-1OCL15-1OCL 电路2.2.电路结构特点：双电源供电万和丁2特性对称：静态时：TiTi

19、 和 T2T2 均截止，输出电压为零。工作时：和 T T2交替工作，正、负电源交替供电，输出与输入之间双向跟随。重要概念:互补不同类型的二只晶体管交替工作，且均组成射极输出形式的电路称为“互补”电路；二只管子的这种交替工作方式称为“互补”工作方式。桥式推挽功率放大电路BalancedTransformerless（BTL电路）图 16-1BTL16-1BTL 电路T3T3 截止，负载上获得正半周电压；当 uj0uj00 时,T1T1 和 T T4导通，丁2和乙类互补功率放大电路当输入信号处于正半周时，且幅度远大于三极管的开启电压，此时 NPNENPNE 三极管导电,有电流通过负载 R,R,按图

20、中方向由上到下，与假设正方向相同。当输入信号处于负半周时，且幅度远大于三极管的开启电压，此时 PNPfflPNPffl 三极管导电,有电流通过负载 R,R,按图中方向由下到上，与假设正方向相反。于是两个三极管一个正半周、一个负半周轮流导电，在负载上将正半周和负半周合成在一起，得到一个完整的不失真波形。(a)(a)波形图(动画 17-1)(b)17-1)(b)交越失真(动画 17-2)17-2)严格说，输入信号很小时，达不到三极管的开启电压，三极管不导电。因此在正、负半周交替过零处会出现一些非线性失真，这个失真称为交越失真。可给三极管稍稍加一点偏置，使之工作在甲乙类图 18-118-1 甲乙类互

21、补功率放大电路OCL电路的输出功率及效率1 1 . .最大不失真输出功率 P Pomax设互补功率放大电路为乙类工作状态，输入为正弦波。忽略三极管的饱和压降，负载上的最大不(a)(a)利用二极管提供偏置电压(b)(b)利用三极管包压源提供偏失真功率为(VCCVCES)/、,22Pomax_RL(VCCVCES)VCC2RL2pL2 2 . .电源功率 P PV直流电源提供的功率为半个正弦波的平均功率，信号越大，电流越大，电源功率也越大。2冗2冗VPV=VCCICCVCC0lomSintd(t)Vcc2-o/sintd(t)2 2VccVom冗RL显然PV近似与电源电压的平方成比例。3 3 .

22、.三极管的管耗 PTPT电源输入的直流功率，有一部分通过三极管转换为输出功率，剩余的部分则消耗在三极管上，形成三极管的管耗。显然2P Po空22Vm m& &(19-1)(19-1)TTRL2RL将PT画成曲线，。显然，管耗与输出幅度有关，显然管耗与输出幅度有关，PT与 V Voi成非线性关系，有一个最大值。将 VVm=,=,可得 P PTmax为可用PT对 V VomVm= =, ,2202VccVomVom2VCC0.64VCC(0.64VCC)PT=TTRL2RL兀RL2RL2222.56VCC0.642VCCCCC20.8Pomax0.4Pomax0.4PomaxTI2

23、RL2RL对一只三极管FT0.2Rmax图 19-119-1 乙类互补功率放大电路的管耗4 4 . .效率 4 4当 V Vom=VCC时效率最大，4 4=冗/4 4=%。oO.MO.MPoIPVomVom22VccIom冗Vom4Vcc(19-3)(19-3)OCL电路中晶体管的选择、最大管压降 UCEmax2VCCUCEmax2VCC、集电极最大电流IVccUCES1CmaxEmax_RL三、集电极最大功耗1 1.一P PT-20u uCEi iCdtdt1/VCCUOM二一(RL1 10(V(VccUOMsint)sint)U U2OM)4 4sintdtsintdtRL在查阅手册选择晶

24、体管时，应使极限参数BLCEb2VccBLCEb2VccICWICWVCCCCRL LPcwPcw 口=15V,=15V,输入电压为正弦波,晶体管的饱和管压降UCES=3V,UCES=3V,电Pom=-2Om=RL16WFOm=U2OmRL18V压放大倍数约为 1,1,负载电阻 RLRL=4=4 欧，(1)(1)求解负载上可能获得的最大功率和效率=F0m=_9Vcc-UCESPV4-Vcc(2)(2)若输入电压最大有效值为 8V,8V,则负载上能够获得的最大功率为多少解(1)(2)(1)(2)因为 UOUO 产 UiUi, ,所以 UbUb 命 8V8V。最大输出功率小结：。分析时应采用图解法

25、。(1)(1)求出功放电路负载上可能获得的交流电压的幅值，(2)(2)求出功放电路负载上可能获得的最大交流功率(3)(3)求出电源提供的直流平均功率(4)(4)求出转换效率,为了消除交越失真，应工作在甲乙类状态。结论功率放大器是在大信号状态下工作，不能用微变等效电路分析，只能用图解法分析。由于输出功率大，提高电路效率是关键，它一方面是能充分利用直流电源功率，另一方面又可以减小管耗。对于甲类变压器耦合功率放大电路静态功耗大，它的理想的最大效率约 50%50%如考虑VCES和必实际只有 3030 流右，现在基本上已不用。对于乙类变压器耦合功放，h h 比甲类高，还可充分利用直流电源，但频率特性差，

26、体积大，不利于小型化、集成化。互补对称电路属于直接耦合放大，频率特性好，体积小，易于集成，但要求电源电压高，负载不能太大。大信号状态下工作的晶体管，不可避免地存在非线性失真较大的矛盾，解决方法可在电路中加负反馈（第六章介绍）0.628功放电路的效率不可能达到 100%100%消耗在功放管上的电功率转换成热能的形式，因此，功放管都必须加散热片。1 1 . .功率放大器的输出功率大，因此要求放大器的效率要高。对电压放大器,由于静态电流小，输出功率很小，效率不是主要的。为了提高功放电路的效率，功放管应尽量工作在接近乙类状态，并要注意功放管的散热。2 2. .功放电路的输出功率计算(21-1(21-1) )变压器耦合推挽功率放大器上式中的 VoJVoJ 输出电压的幅值。由于功放管是工作在极限状态，输出电流很大，必须考虑管子的饱和压降 V VCE0因此最大输出电压幅值为 Vx-VVx-VCES,最大输出功率为(22-1(22-1) )3 3 . .功放电路的输出功率 P Po是由直流电源供给的直流工率PE转换得至阴勺,这种转换不是百分之百的，因此提出电路效率的概念，效率可用式（）（）进行计算西_FQ_