功率放大器设计报告.docx
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功率放大器设计报告
电子技术课程设计报告
设计课题：
音频功率放大器
姓名：
黄黎华
学号：
082563
指导老师：
李强
专业：
自动化
校对：
审核：
设计时间：
2010年7月12日-7月23日
目录
1设计任务与要求......................................4
2初步设计方案.......................................6
3最终设计方案.......................................7
4测试方案...............................................10
5测试数据.................................................11
6设计总结....................................................12
a.设计任务与要求
根据技术指标和已知条件，选择合适的功放电路，如：
OCL电路等，完成对音频功率放大器的设计、装配和调试。
1.基本参数要求：
1 电源电压：
±15V
2 输入电阻：
Ri=20千欧
3 Au=Uo/Ui=30
4 负载电阻:
RL=8欧
5 输出功率：
Po=8W
6 通频带为:
20Hz—20KHz
2.选择电路方案，完成对确定方案的设计。
计算电路元件参数及参数选择（可用Multisim软件完成仿真）
3.根据原理图焊接电路板、写出课程设计报告书
b.初步设计方案
1.设计总体框图
2.方案一
首先考虑到若只用单管放大，则负载上的电流为（15-3）/8=1.5A，相对于运放输出电流放大倍数过大，因此选择用一只小功率管与一只大功率管复合，且大功率管的β值较小功率管小，输出电流主要由Q2提供。
C3,C4为旁路电容，用于使Q2,Q3的基极动态电位相等，减少信号损失。
C1为耦合电容，可以摒弃掉低频噪声。
Q1,Q4,R2,R9构成过流保护电路。
二极管D1、D2、D3和滑动变阻器R10一起构成偏置电路，消除交越失真。
（关于参数计算将在后说明）
（图中未接入输入信号，处于静态调节状态）
3.修改方案
参数计算:
1）由于Au=R3/R1=30，且Ri=30千欧，R8=900千欧。
2）由于通频带为:
20Hz—20KHz，低频由C1决定，因此由公式fl=1/（2πRiC1）→C1>0.265μf。
3）电路的静态工作点主要由I决定，调节I使得晶体管Q6、Q7工作在甲乙类状态，其中，I过小会使三极管Q6、Q7工作在纯乙类状态，此时输出信号会出现交越失真，I过大则会增加静态功耗，降低功率放大器的效率，因此，对于功率在2W数级的功率放大器，一般取I=1~3mA。
I主要依靠R6、R7进行调节：
I=（2Vcc-3UD）/（R6+R7+R10）
取I=3mA：
I=（30-3*0.7）/（R6+R7）（初始时，令R10为0欧，后续再调节，以消除
交越失真）
=〉R6=R7=4.7千欧（取标称值）
4）由于接入电源电压为±15V，因此选择正负电源接入为LM356的运放以符合要求。
5）由于要求保证高频特性，若要达到fH=20KHZ,β值在60时，fT=1.2MHZ，即可满足要求，因此，选择了BD243B与BD244B这两只大功率配对管。
6）R5、R8的作用是为了减小因前级电路扰动而给输出造成的影响，阻值过小会导致分流太大，而使总电流放大倍数过小，阻值太大又会导致分流过小而无法起到很好的抑制扰动的作用，因此使R5=R8=560欧姆。
7）由于过流保护电流对于我们所涉及的指标不是必要，因此删去。
在选定以上器件和电路图后，得出修改电路图如下：
（图中未接入输入信号，处于静态调节状态）
c.计算机仿真（EDA）
关于以上设计电路用软件Multisim10得到的仿真数据如下：
组图:
1.f=20HZ2.f=10KHZ
Au=8.418/0.28=30.06Au=8.026/0.28=28.66
3.f=20KHZ
Au=6.888/0.28=24.6
由仿真数据可得在20Hz-20KHz以内，放大倍数皆在30*0.707=21.21（这里取1kHZ时为中频对应参考值）
因此，该设计电路可以在仿真中实现。
d.最终设计方案
1 考虑到TIP41C/TIP42C的放大倍数fT比较大，因此将上述电路的双管复合放大方式改为由TIP41C/TIP42C构成的单管放大。
2 由于电源由线性可调稳压电源以及开关稳压电源提供，输入会存在毛刺，因此，在电源输入端接入电容（C3,C4=470μF），用来滤除交流成分对电路的干扰。
3 在±15V电源之间加入红色绿色两个发光二极管，用来调试时可观，以区分电路是否工作。
4 在原先设计的电路中，功放管基极电位不可调，因此最终电路改用电阻分压后接小功率三极管的形式来进行改进，以实现基极电位的连续可调。
5 R6,R7这两个大电阻串联则是为了起到限流作用。
6 由于直流耦合电路容易发生零点漂移，加了C2后可以隔直通交，电路对输入端的电流灵敏度很低，防止零点漂移，但是加了该电容后低频段就由C1，C2一同决定Au。
由以上改进可以得到最终的电路图如下所示：
e.测试方案
在完成对电路的焊接组装工作之后，得到的实物图（音频功率放大器）如下所示：
以下是对组装好的电路板进行调试：
1.关于静态工作点的调整：
1）接上负载，±15V电源，测量7线上（E点）电压VE
2）将运放6线断开（去除运放），将Rw从0点开始起调，使得UB1B2=1.0~1.4V，观察VE点电压，令VE=0~20mV以内。
3）加上运放后重复上述过程，任然要求VE=0~20mV。
2.关于Uimax，Uomax的测试：
在f=1KHz时，测量出最大不失真时的输入电压Uimax以及输出电压Uomax，并记录数据。
3.关于Au的测试：
在f=1KHz时，测量出最大不失真时的输入电压Uimax以及输出电压Uomax：
Au=Uomax/Uimax
4.关于最大功率Pomax的测试：
在测出Uomax后，由公式：
Pomax=Uomax2/（2*RL）
测得最大功率Pomax
5.关于效率的测试：
在测出Uomax后，根据公式：
ηmax=（π/4）*（Uomax/15）
可以测出效率
6.通频带测试：
将信号源在1KHz处增加幅度，直到放大倍数是在1KHz时的0.707倍时停止增加，记录数据，此时的频率即是fH。
将信号源在1KHz处减小幅度，直到放大倍数是在1KHz时的0.707倍时停止减小，记录数据，此时的频率即是fL。
此时：
fBN=（fL，fH）
（其中，上述过程均在输出达到最大值，即在最大不失真输出功率下完成）
f.测试数据记录
1.静态工作点数据：
1）不接运放时，VE=0.01mV
2）接上运放时，VE=12mV
2.关于Uimax，Uomax的测试：
在f=1KHz时:
最大不失真时的输入电压Uimax=0.23V
输出电压Uomax=6.85V
其中，在Uimax>0.23V时的输出波形如下图所示：
其中f=1KHz时的波形如下图：
且在f=20Hz与f=20KHz时的波形图分别如下左右两图所示：
3.关于Au的测试：
Au=Uomax/Uimax=6.85/0.23=29.78
4.关于最大功率Pomax的测试：
在测出Uomax后，由公式：
Pomax=（Uomax*Uomax）/（2*RL）
测得最大功率Pomax=（6.85*6.85）/（2*8）=2.93W
5.关于效率的测试：
在测出Uomax后，根据公式：
ηmax=（π/4）*（Uomax/15）
可以测出效率ηmax=（π/4）*（6.85/15）=35.87%
7.通频带测试：
如下图所示为高频段在放大倍数是在1KHz时的0.707倍时的截止频率fH。
其中测得fH=28.5KHz
如下图所示为低频段在放大倍数是在1KHz时的0.707倍时的截止频率fL。
其中测得fL=2.8Hz
此时：
fBN=（fL，fH）=（2.8Hz，28.5KHz）
以下是在各频率下的放大倍数及由此计算出的20lgAu：
f（频率）HZ
1
2.8
15
20
25
50
100
500
Au（Uo/Ui）
20.96
21.13
28.18
28.51
28.51
29.78
29.78
29.78
20lgAu
26.43
26.50
29.0
29.1
29.1
29.48
29.48
29.48
f（频率）
1K
5K
10K
15K
20K
28.5K
30K
Au（Uo/Ui）
29.78
29.28
28.18
27.23
22.65
21.06
20.99
20lgAu
29.48
29.33
29.0
28.7
27.1
26.47
26.44
则可以做出波特图如下：
（）
g.设计总结
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