上海大学音频功率放大器的设计

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 电气工程及其自动化专业

姓名: 学号:

指导老师:李智华 2014年6月24日

一、任务要求：

设计一个供家庭音乐中心装置中作主放大器用的音频功率放大器。音频功率放大器满足以下要求：

1.正弦波不失真功率：大于5W，在频率1Hz、负载电阻8Ω、示波器观察不出明显失真的条件下考核，相当于输出电压有效值6.325伏。

2.电源消耗功率：不大于10W，在上述输出功率条件下审核。

3.输入信号幅度：当输出功率为5W时，要求输入电压的有效值在200mV到400mV之间，在频率1Hz、负载电阻8Ω条件下考核，相当于电压放大倍数30倍到15倍之间。

4.输入电阻：大于10KΩ，在频率1Hz的情况下考核。

5.频率响应：50z～10Hz，在输出功率5W、负载电阻8Ω的条件下考核，并要求在频率响应指标范围内的所有频率点上，放大器都输出5W的功率而观察不到明显失真。

6.温度稳定性：维持5W输出半小时，电源消耗功率应保持在10W以内。

7.放大器应当稳定可靠的工作，在测试时或当输入线、输出线、电源线移动时放大器不产生寄生振荡。 电路图：

二、电路方案特点：

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ß较大，推动级只要小功率管就可以了，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。

本电路是较典型的OTL电路，局部反馈稳定了工作点，总体串联电压负反馈控制了放大倍数并提高输入电阻和展宽频带，退耦滤波电容及校正电容是为防止寄生振荡而设。电路中二极管D是为消除交越失真而设。

三、主要单元电路的设计计算： 1.电源电压的确定： Vcc

11

POPL5822V n0.8

2.功率级的设计：

ICMVCC/2RL1.375A

1

VceMVCC11V 2

PCM0.2P03.025W

查3DD15（50W、50V、5A、ß50）。2Z730C（50W、100V、15A、ß50）。完全能满足要求而有余。故选用之。

功率管需推动电流：Ib3MIcM/27.5mA 耦合电容C6：C6(3~5)

1

2000f 取2200μf/25V

2fLRL

稳定电阻R12：过大则功率损失太大，过小温度稳定性不良，通常取0.5～1，现取12W。 3.推动级设计：

Ic2Ib3m27.5mA 取 Ic228mA

Vce2MVcc22VPc2MVcc/2Ic2308mV

不超过3DG12的700mV，故取用之。 消除交越失真选二极管

2CP12（100mA,0.9V）

Vcc

Vbe3m

112.6

R9R10300

Ic228

取R9100,R10200

一般R10R9RL

C5(3~5)

Ic2

1

100f

2fLR9//R10

取100μf/15V

Ib2





28mA

0.35mA 80

典型电路中R7w2,R8支路电流应（3～5）Ib2

取IR81mA

0.7V

7001mA

Vcc/211V

R7w28.1K

IR8Ib21.35mAR8

选R74.7K,w24.7K进行调节已达最佳工作点。

当功放级尽限运用时，推动级也达尽限运用，故推动级基极信号电流的峰值Ib2M应予静态值Ib2相等即0.35mA。由于推动级用的是中功率晶体管，故其输入电阻为：

rbe2(1)

26

75.2 Ic

推动级的负载电阻可等效为：

RL'2R10//rbe3(12)R9//RL

其中，be3为大功率管的输入电阻，由于乙类放大Ic是变化的，不好准确计算，只好以

ICM/2为Ic的计算值。

rbe351

26mV

1.96

1.35/2A

故RL'2200//1.96(180)8.1//100608.9 推动级电压放大倍数Av2为

Au22

RL'2rbe2

80

608.9

647.8 75.2

Vcc211

0.017V0.02V Au2647.8

推动级基极推动电压为：Vb2M

R8对信号的分流为：IR8M

Vb2M0.02V0.04mA R8470

~

R7Rw上反馈电流的峰值IR7M：IR7M

~

~

~

Vcc211V

1.36mA

R7RW8.1k

~

总推动信号交流峰值为：IIb2MIR8MIR7M0.350.041.361.75mA 4.输入级设计

由于推动级需要1.75mA的交流推动信号，故输入级静态电流应大于1.75mA.取

Ic14mA。R32k、R42k、R61k；Vce22V35V7V；

V'ce22V7V15V

Ib1

Ic140.05mA 80

取 IR24Ib10.2mA 则 R2

4mA2k0.7V

43.5k47k

0.2mA15V8.7VR131.5k47k

0.2mA

耦合电容凭经验选取C2C310f/10V,C4(100~200)f/15V 5.负反馈设计

取R510，不是太大以免降低总开环倍数。

rbe1200(11)

26

200520720 Ic1

R2//R8//rbe2//

Au11

R7W1Au2

0.5

rbe1(11)R5

总开环倍数为：AuoAu1Au2Au3、.8)1324 4(0.5)(647

Auf

Vo6.325V

21.1 Vi300mV

Auo297

14.11 所以是深度负反馈 Auf21.1

故1AuoFu

Auf

1R12R5

21.1 FuR5

R12201300 以便于调试

6.不失真功率P0

（1）不失真功率Po

设T3,T4的Vces等大约要损失电源电压2V，则实际输出幅度为：Vo

Vcc

29V 2

Vo281Po5.0625W5W

2RL16

（2）电源消耗功率PE

PE

VccVo229

7.9W10W RL8

（3）灵敏度

PoRLVo

Auf

ViVi

Vi

PoRL5.06258

301.6mV(200mV,400mV) 满足要求 Auf21.1

若不满足可调Rf

（4）输入电阻Ri

RiR1//R2//{[rbe1(11)R5](1AuoFu)}47//47//21.611.3k10k

7.频率响应：

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，再加上负反馈已无问题。

高频响应主要由2Z730决定，因它的f5KC，而其他硅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，由于详细计算较困难，故在调试时再考核。

图中增加了一只C8，是为消除寄生振荡而设，若实际使用时没有寄生振荡，则以不用为好，因为用了C8，高频响应将会差一点。

C7电容是为了消除电源引线太长引起的寄生振荡，通常用一直不太大的电容即可，现

取100μf/32V的电容值。

四、电路仿真及调试：

1.静态调试：输出级中点电压

Vo=1/2 Vcc=11.05V

2.动态调试：

（1）在 f=1kHz，RL=8Ω,输出波形基本不失真时，V0=6.334V>6.325V

P=U/R=5.015w>5w

2

（2）灵敏度测试：

在 f=1kHz，RL=8Ω， Po＞5W时，Vs=231mV

(3)电源消耗功率：

PUI2241710

39.174V

3.输入电阻：

Ri

V2119.9mV

R110k10.79k

V1V2231119.9mV

4.频率响应：

五、小结：

经过一个星期的时间，我终于完成了音频功率放大器的设计。在这次设计中，我受益匪浅。不仅巩固了我之前所学的电子课程的知识，也锻炼了我的能力；不仅让我明白了理论联系实际的重要性，也使我对于书本上的理论知识有了更深入的理解，使之更具体，而不是纸上谈兵。

在这次设计中也遇到了一些问题，但通过我仔细思考，最终得到了解决方案。比如在动态调试中，无论怎么调节信号源，输出波形总是有一些失真。然后我就对各个部件进行思考，最终通过调节电位器来达到了正常的波形。再比如用波特仪测频率上下限，总是得不出上限。之后我就查资料、试了一些方法，得到的却是各种离谱的曲线。然而在一位室友的启发下（我十分感谢他），我尝试给三极管赋上型号，终于得到了正常的曲线。

这次设计实习对我来说是一次非常好的锻炼机会。原来我们生活中所常见的功率放大器就是通过这样一种方式设计出来的。在这学以致用的过程中，我觉得自己在不知不觉中提高了不少，也更有信心来面对以后步入社会时遇到的各种竞争。我想，只要每一步都走得脚踏实地，我们就能迈向未来，勇往直前。