音频功率放大器设计说明书要点

音频功率放大器的设计任务书

1 设计指标

（1）直接耦合的功率放大器，额定输出功率10W，负载阻抗8Ω；（2）具有频响宽、保真度度、动态特性好及易于集成化；

（3）采用分立元件设计；

（4）所设计的电路具有一定的抗干扰能力。

2 设计要求

（1）画出电路原理图；

（2）确定元器件及元件参数；

（3）进行电路模拟仿真；

（4）S C H文件生成与打印输出。

3 编写设计报告

写出设计的全过程，附上有关资料和图纸，有心得体会。

4 答辩

在规定时间内，完成叙述并回答问题。

音频功率放大器设计

摘要：这款功放采用了典型的OC L 功放电路，为全互补对称式纯甲类DC 结构，功放的每一级放大均工作于甲类状态。输入级和电压放大级采用线性较好的沃尔漫电路，差分管及电流推动管分别为很出名的K170、J 74（可用K389、J 109孪生对管对换）对管和K214、J77中功率M OS 管，功率输出级为2SC 5200和2S A1943大功率东芝管并联输出，功率强劲，驱动阻抗2Ω的喇叭也轻松自如，毫不费力。综合运用了我们前面所学的知识。设计完全符合要求。 关键字：沃尔漫电路 T IM 共源-共基电路 共射-共基电路

1 引言

在现代音响普及中，人们因生活层次、文化习俗、音乐修养、欣赏口味的不同，令对相同电气指标的音响设备得出不同的评价。所以，就高保真度功放而言，应该达到电气指标与实际听音指标的平衡与统一。

2 设计思路

甲类放大器作为一种最古老，效率最低，最耗电，最笨重，最耗资，失真最小的放大器它有吸引人的音质。甲类放大器输出电路

本身具有抵消奇次谐波失真，且甲类放大器管子始终工作在线性曲线内，晶体管自始自终处于导通状态。因此，不存在开关失真和交越失真等问题。甲类放大器始终保持大电流的工作状态。所以对猝发性声音瞬间升降能迅速反映。因而输出功率发生急剧变化时，电

输入音 频信号

前置放大级电路 共射-共基电路

共射-共基电路

恒压源电路

推动级

反馈电路

至末级 功放

沃

尔漫电路

图1 前置放大电路框图

源电流变化微乎其微。由这种强大的驱动者来推动扬声器就能轻而易举的获得高保真的重放效果。为了能得到好的音质,在设计时,我采用了前后级分离。前置低放和末级功放完全分离,甚至分开供电。电路的方框图如图1所示。

3 电路组态与频响的关系

经过一期的学习，我们学了各种放大电路及其组合形式。由于所选器件和组合形式的不同，不可避免地要造成诸如输入阻抗、频响、失真、信噪比等方面性能的指标差异，并且最终以音质方面的差异体现出来。

3.1 组态与频响的关系

选择电路时，我们希望其频响应尽量平坦宽阔，在整个音频范围内平衡度好。电路的转换速率和失真也相对低。通过第五章的学习，我们了解到晶体管C b e、C c b和C

o

的反馈或分流效应，造成输入、输出信号中的高频分量减少，其中以C c b的影响最大。高频信号经该电容反馈主生的“密勒效应”，相当于在放大器输出端并接了一个容量等于C m(密勒电容)的电容。C m和C c b的关系是：

C m=(1+K v)C c b（1）可以认为C m是影响放大器高频响应的主要因素。而耦合电容的容抗主要影响放大器低频频响。这些因素与电路组态有关。

3.2 共射-共基差分的频响

3.2.1 共射-共基电路

通过学习我们知道共基放大器由于基极交流接地，集电极电容C c b的反馈条件被破坏，C c b转化为C O

（共基接地时晶体管的输出电容）。其影

响比C m自然小得多，而集电极与发射极

之间的寄生电容基电路有很好的高频响应。在音频放大电路中，共一般极小，管子内部反馈的影响也小得多。所以共基电路不单独作用，而是与共射或场效应管共源放大器直接耦合组成共射-共基或共源-共基放大器。共射-共基差分电路如图2所示。

T1T2

R3

1.5k

R5

1.5k

R P1

1k

V

C

C

Ui

Vb

OUT

T3

T4

图2共射-共基差分

电路

这种放大器取两种放大器之长而避其短，不仅有很好的高频响应和较高的增益，而且使共射管有恒定的U C E 。因T1有很高的输出阻抗，T3有很低的输入阻抗，所以T3可将T1的电流变化转化成电压的变化。如图2示，这就为T 1提供了恒定的U C E 。U C E 恒定，可明显改善

T1的β值线性度，避免了上下半周放大量不一致而导致的失真。所以共射-共基电路

是一款性能优良的放大器。 3.2.2 共源-共基电路

众所周知，场效应管具有输入阻抗高，动态范围大，噪声系数小且与工作电流基本无关的特点。所以由场效应管和三极管组成的共源-共基差放电路在现代高保真

放大器中应用更为广泛。共源-共基差放电路3所示。 3.3 互补对称放大器的失真

互补对称放大器是用不同极性的放大器件（N 型或P 型）构成的高保真放大器中最常用的放大器。其结构有互补对称双管放大器和互补

对称差分放大器两种。信号由不同极性的器件分别放大后在其输出端合成。由于它们工作在对称放大状态，具有类似差分的特性抵消失真中的偶次谐波，获得较低的失真度。鉴于此，我在这里用了沃尔漫电路。形式如图4所示。

共射-共基电路有诸多优点，在信噪比方面的表现也不逊色。

4 功放优化设计

4.1 DC 化无大环路负反馈功放电路

为消除非线性失真和抑制零飘，一般晶体管功放的输出端与输入级之间加有大环路负反馈。

研究表明，由于功放输出端信号会因为晶体管极间电容的充电

T1

C 2240

T2

C 2240

Q 2K 170Q 1K 170R 3

1.5k R 5

1.5k

R P1

1k V C C

Ui

Vb

OUT

图3 共源-共基

差放电路

T1C 2240T2C 2240

T4

A 970T3A 970Q 2K 170

Q 1K 170Q 3

J 77Q 4

J 77

R 11k R 2

100k

R 31.5k

R 420k

R 51.5k

R 611k

R 711k R 81.5k

R 920k

R 101.5k

R P 1

1k

I N

C1

R11

-VCC

+VCC

o ut

o ut

o ut o ut

图4 沃尔漫电路