低频功率放大路设计-开题报告书

1、-低频功率放大路设计摘要介绍一种具有小信号放大能力的低频率放大器的设计和制作，论述了系统的设计原理、理论依据、工作流程、程序流程、程序设计、测试方法和实验数据等。系统主要由电压放大电路、输出级电路、带阻滤波器和显示电路等组成，电路构造简捷，技术合理、器件本钱低、节电省能、性价比高。实验结果说明，该功率放大器在功率、通频带、失真度和效率等方面有较好的指标、较高的实用性和节能性，并很好地实现了对低平信号的功率放大作用，符合技术规和设计要求。关键词：低频；功率放大器；频率；失真；效率开题报告的容一、 选题背景和意义功率放大器是一个技术已经相当成熟的领域，几十年来，人们为之付出了不懈的努力，无论从线路

2、技术还是元器件方面，乃至于思想认识上都去的了长足的进步。半导体技术的进步使得晶体管放大器从前迈进了一大步。自从有了晶体管，人们就开场用它制造功率放大器早期的放大器几乎全用锗管来制作，但是由于锗管工艺上的一些原因，使得放大器中所使用的晶体管，尤其是功放管性能指标不易做得很高。伴随着半导体工艺的逐渐成熟，大电流、高耐压的晶体管品种日益增加，越来越多的功率放大器采用了无输出变压器的OCL电路或OTL电路。最初的大功率PNP管是锗管，而PNP管是硅管，两者的特别差非常明显，人民更多采用的准互补电路。到了六十年代末，大功率PNP硅管商品化的时候，互补对称电路才得到广泛的应用。最初采用对称设计的例子要算互

3、补对称电路了，一上一下的两只异极性晶体管作推挽输出，不仅可以免除笨重的输出变压器，而且电路的偶次谐波失真在推挽的过程中被抵消了，保真度有了很大的提高。后来，人们从运算放大器的设计中得到了启迪，将左右对称的差动式电路用于功率放大器的输入级，电路的稳定性和线性都得到改善，这一构造至今都还有人采用。典型的OCL放大器外，单管放大的过载能力也很差，这一系列的缺点是不利于电路的动态性能的。围绕着改良电压推动级的性能，人们相继提出了多种构造，共射-共基电路就是一个典型的例子。共射-共基电路又叫"猩尔曼电路，它原先是高频电路中广为采用的构造，但用于音频电路中同样可以发挥出色的性能。首先是它的宽频响

4、，由于共基放大器Qs非常低的输入阻抗，使Q丧失了电压增益，米勒效应的影响就非常脆弱。宽频响的推动级拉开了与输入级极点的距离，相位补偿变得很容易，而且电容C的容量可以大大减少，这对于改善TIM失真是很有利的。第二个优点是电路的高度线性；共基极电路的输出特性也可以清楚地显示出这点。另一种电压推动级的形式，电压推动级也采用对称的差动放大，这不仅可以改善输入级的平衡性，提高放大能力和共模抑制比，而且同样可以降低推动级的失真，因为差动放大电路当输入在一定的围时具有线性的传输特性。Q2和Qd构成镜像电流源，把Q的集电极电流转移到Qz上，所以尽量是单端输出，电流推动能力却比原来增大了一倍。功率放大器就是采用

5、这种电路构造，取得非常好的构造，对称和平衡不仅表达在电路的构造上，还表现在元件的参数上。差动电路是集成运放中广泛采用的构造，其特性是建立在两只差分管准确的根底上。同样，推挽电路中，如果两只异极性的晶体管特性不一致时，对波形的两个半周就不能做到一直地放大，这将增大电路的失真度。本课题设计的低频率放大器具有电路简单、功率小、耗电量小，节约本钱。从能量控制的观点来看，功率放大电路与电压放大电路都是能量转换电路，都是电源的直流功率转换成放大信号的交流功率。但是它们具有各自的特点：低频电压放大电路工作在小信号状态，动态工作点摆动围小，非线性失真小，可用微变等效电路法分析、计算电压放大倍数、输入电阻、输出

6、电阻等。从学习的观点来看，在实习中自己设计制作，可以激发学习的兴趣，还可以加深对所学知识的理解，通过实践，把平时自己所学的与设计有关的灵活运用。二、研究的根本容、根本思路方案及解决的主要问题2.1设计方案设计一个低频功率放大器，能放大功率，当输入正弦信号电压有效值为5mV和输入电阻为600时，在8电阻负载一端接地上，同时电路使输出功率大于等于5W，输出波形无明显失真。输出信号的通频带围为20Hz20kHz。2.1.1设计思路设计一个低频放大器，通过计算得到需要电压增益2040dB,因此需要设置二级放大器；弱信号前置放大器和末级功率放大器；带宽要求可以通过选择适当的器件来满足，如图2-1.设计中

7、采用差分放大电路，再放大输出后加上偏置电阻，到达输出波形无明显交越失真；在使用功率放大电路，使之功率到达额定的功率，以及制作一个多路输出直流稳压电源为用电回路供电。2.1.2方案论证与比拟1高效率、宽带功率放大器的类型选择我们知道，为了提高功率和效率，一般的方法是降低三极管的静态工作点及由甲类(=360°，50到乙类=180°，78.5，丙类180°，78.5，甚至D类=100。但丙类放大器不适宜宽带放大器，原因是失真太大。工作在乙类状态会产生交越失真。D类放大器虽高，但在制作上有几个技术难点，如脉宽调制，考虑到时间因素，我采用复合管的互补对称功率放大电路。互补功

8、率放大电路管耗小、效率高、可克制交越失真。2方案一：采用分立元件组成放大电路。用小功率三级管组成查分放大电路作为输入级。电路优点是：共模抑制比、性价比高。方案二：采用集成电路构成。电路的优点是：电压增益易调且高、电路简单。根据要求输入电阻600和2040dB的增益，所以选择方案一。3功率放大级方案一:乙类互补功率放大电路如下图。它由一对NPN/PNP特性一样的互补三极管组成。这种电路也称作OCL互补功率放大器。方案二：单电源互补功率放大器如下图。当电路对称时，输出端的静态电位等于VCC/2。为了使负载上仅获得交流信号，用一个电容器串联在负载与输出端之间。这种功率放大器也称为OTL互补功率放大器

9、。方案三：复合管的互补功率放大电路，当输出功率较大时，输出级的推动级，即末前级也应该是一个功率放大级。此时往往采用复合管，复合管有四种，如下图，复合管的极性由前面的一个三级管决定。由NPN-NPN或PNP-PNP复合而成的一般称为达林顿管。因为方案三的=输出电流大，所以输出功率也增大，故采用方案三。2.3理论分析和计算1求输出最小电压Uomin输出功率Po5W，负载RL=8，则2求放大器最小放大倍数根据输入最小电压为5mv，则3系统电路设计3.1弱信号前置放大级前置放大电路的放大倍数设为30dB，为了使整个电路的性能优越，采用了有源负载查分电路，提高放大倍数。如下图。3.1.1工作原理1当vi

10、l=vi2=0时，即静态时，由于电路完全对称：Ic1=Ic2=10/2,Rc1Ic1=Rc2Ic2,Vo=Vc1-Vc2=0即输入为0，输出也为0。2参加差模信号时，即vs1=-vs2=vsd/2，从电路看vB1增大使得iB1增大，使ic1增大，使得vc1减小vB2减小使得iB2减小，又是个vc2减小，使得vc2增大，由此退出：vo=vc1-vc2=2vc1，每个变化量v不等于0，所有有信号输出。假设在输端共模信号，即vs1=vs2,由于电路的对称性和恒流源偏置，理想情况下vo=0，无输出。3.2功率放大器根据设计要求，放大电路的通频带至少为20Hz20kHz，在这里采用两只互补功率对管2SD

11、667管、2SB647管构成缓冲驱动级，能够满足频率要求。2SD667管与2N3055管复合成NPN三极管、2SB647管与MJ2966管复合成PNP三极管，两复合后的功率管组成输出级，如图3.2.1工作原理输入信号电压为负半周，经T3倒想放大，T3集电极电压瞬时极为"正，T4与T6组成的NPN复合管正偏导通，T5与T7组成的PNP复合管反偏截止。经NPN复合管放大后的电流送给负载电阻RL。负载RL上得到正版周电压。输入信号电压为正半周，经T3倒想放大，T3集电极电压瞬时极为"负，T4与T6组成的NPN复合管反偏截止，T5与T7组成的PNP复合管正偏导通。经PNP复合管放大

12、的电流由PNP复合管集电极经负载电阻RL流回发射极，负载RL上得到负半周电压。输出电压Uo的最大幅值约为VCC/24制作与调试4.1 整体电路调试在完成电路的排板、焊接、连线之后。先用万用表检查电路是否会有短路、虚焊，电源地，确定后开场调试。4.1.1主要测试仪器示波器、函数信号发生器、数字式万用表、高频频率计等。4.1.2产品的调试测量工具：示波器。测量方法:将制作的成品接地接电源进展运行，再用示波器接在产品的信号发生管脚，在示波器上调整查看波形。5.1进度安排于2021年12月2日或12月3日进展开题报告辩论，请准备好辩论稿件。3.方案选定及验证1)2021年12月10日 在前期资料收集根

13、底上确定系统实施方案并设计系统框图。2)2021年1月10日前根据设计要求，选择其中一种思路展开具体设计，选择明确线路，计算相关技术参数 ，说明选择依据。3)2021年2月20日前绘制电原理图列出元件表。4)2021年4月10日前模拟仿真设计线路。4.毕业设计说明书撰写1)2021年12月15日 阐述设计目的、意义、分析国外研究现状与开展趋势。2)2021年1月10日 说明设计的思路、原理，形成系统框图。说明采用路线的先进性。3)2021年2月25日 详细分析采用的线路。分析各种线路优、缺点，选择适合的线路实施。4)2021年3月15日 具体说明使用的主要芯片的原理。5)2021年4月1日 结

14、合验证结果分析系统设计优点，有待提高局部。得出结论。6)2021年4月10日 设计总结，完善设计报告。7)2021年4月25日 师生互动修改设计说明书。四、主要参考文献(需有外文文献)1.胡萍。四类运算放大器的技术开展趋势及其应用热点。2.郭荣祥，亦群，高工。高速运算放大器应用技术。电子技术应用，1998年第4期。3.宏军，黎昕，少卿。集中典型运算放大器的应用技术。电子技术应用，1999年第9期。4.金爱华，翠萍。高速运算放大器在视频线路中的应用/电工，2000年8月第3期。5.美桑森Willy M.C.Sansen)著，模拟集成电路设计精粹。莹梅等译。，清华大学，2021.36.美格雷Gra

15、y,P.E)等著，模拟集成电路的分析与设计；第4版，高等教育，2005.67.建中；汤小虎；同立 一种低电压CMOS折叠-共源共栅跨导放大器的设计期刊论文-微电子学 2005048.美艾伦Allen,P.E)等著，军等译。CMOS模拟集成电路设计，第2版，电子工业，2005.310.期刊论文：卢明。风雨。"基于电流反应运算放大器的R-L和C-D阻抗的实现和应用-现代电子技术".2007.3011.学位论文：杜曦."伴随运算放大器"200112.学位论文： 尚佳彬."CMOS电流运算放大器的设计和应用"200213.Alfredo Saab.运算放大器共模抑制比的测量方法。电子产品世界。2004.11:60-6414.学位论文：马晓龙。新型Rail-to-Rail运算放大器的研究与设计15.Debbie Brandenburg.运算放大器的进展.今日电子.2005.93：69-8616.Erroll Diefz运算放大技术几大趋势.EDN电子设计技术.20