高保真音频功率放大器电路上海大学

电子技术课程设计报告——高保真音频功率放大器电路
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:徐昱琳
2015年6月26日
一、任务及要求
用中小型规模集成电路设计一个高保真音频功率放大器的电路，在EDA软件上完成硬件系统的仿真。

高保真音频功率放大器的技术指标如下：
①正弦波不失真输出功率Po＞5W (f=1kHz,RL=8Ω)
②电源消耗功率PE＜10W ( Po＞5W )
③输入信号幅度VS=200～400mV （f=1kHz，RL=8Ω， Po＞5W )
④输入电阻 Ri＞10kΩ ( f=1kHz )
⑤频率响应 BW=50Hz～15kHz
二、总电路图：
方案特点：该电路是较典型的OTL电路，局部反馈稳定了工作点，总体串联负反馈控制了放大倍数并提高了输入电阻和展宽频带，退耦滤波电容及矫正电容是为防止寄生震荡而设。

三、详细的设计过程如下：
（1）电源电压的确定
当负载电压一定时，电源电压的大小直接与输出功率有关，，其中n 为电源电压利用系数，通常取n=0.8左右。

在本例子中，输出电压P0>5W，。

（2）功率级的设计
功放管的要求：
功率管可使用3DD15、2Z730C三极管。

功率管需推动电流： 1.375A/50=27.5mA
：，取2200/25V
耦合电容C
6
稳定电阻；过大则功率损失太大，过小温度稳定性不良，通常取0.51Ω。

现取1Ω1W。

（3）推动级（中间级）的计算
取.
=22V
V
未超过3DG12的700mV，故仍可选用3DG12
消除交越失真选择二极管 2CP12(100mV,0.9V)
一般故取，
取
0.33mA
典型电路中，支路电流应（
取
选择=2K,进行调节以达到最佳工作点。

当功率级达到尽限运用时，故推动级基极信号电流的峰值应与静态值相等即0.33mA,由于推动级用的是中功率晶体管，故其输入电阻为：
（ ）Ω（γbb’很小）
推动级的负载电阻可等效为：
+(1+
其中，为功率的输入电阻，由于乙类放大是变化的，不好准确计算，只好以为的计算值。

（ ）
故+(1+=1501.3+(1+50)410Ω
推动级电压放大倍数为
=-=-100
推动级基极推动电压为：
=11/787=0.014V
对信号的分流为：
==0.03mA
上反馈电流的峰值.
总推动信号交流峰值为：
（4）输入级设计
由于推动级需要2.09mA的交流推动信号，故输入级静态电流应大于2.09mA,取=3mA,推动级所需电压信号只0.2V,故输入级电压的配置可较随便，取,，为2KΩ,2KΩ,1KΩ。

则各降落6V，6V,3V,.
取为3DX201.
===0.03mA
取 ==40.03=0.12mA
则=取
取=61K.
耦合电容凭经验选取=10μ/10V，=100
(5)负反馈设计
取=10Ω，不要太大，以免降低总开环倍数。

=200+（1+）=200+650=850Ω
=--0.45
总开环倍数为:
=
=(-0.45)(-787)
=354(倍)
根据题目要求：
===21倍
故 1+===16.9>10
所以是深度负反馈。

又==21
故
取电阻电位器以便于调试
（6）电路指标验算
①不失真功率
设，的等大约要损失电源电压3V,则实际输出幅度
=-3=8V
∴===7.5625W>5W
②电源消耗功率==7W<10W
③灵敏度（可计算闭环增益）
===21
==
∴==370mV ∴满足要求
若不满足可调节
④输入电阻
=[（ ] } (1+
=61551.8511.8 KΩ
=12.44>10KΩ
符合指标要求。

(7)频率响应的分析：
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，再加负反馈已无问题。

高频响应主要有2Z730决定，因为它的5KC,而其它硅NPN晶体管频率都比较高，由于深度负反馈，故高频响应提高到10KC应当也无问题，故在调试时再考核。

电容是为消除电源线太长引起的寄生震荡，通常使用一只不太大的电容即可，现取100 的电容值。

所用元件总结：
电阻：R 1=61K Ω,R 2=55K Ω,R 3=R 4=2K Ω,R 5=10Ω,R 6=1K Ω,R 7=2K Ω,R 8=470Ω,R 9=100Ω, R 10=200Ω,R 11=1Ω,R 12=100Ω, 电位器：W 1=500Ω, W 2=4.7K Ω,
电容器：C 1=C 4=C 5=C 7=100uF ，C 2=C 3=10uF ，C 6=2200uF
三极管：T1:3DX201, T2:3DG130, T3:3DD15, T4:2Z730C 二极管：2CP12
四.电路仿真和调试 （1）静态工作点的调试：将Vi 短路，调节W2使得输出级中点电压V O =1/2V CC =11V 。

（2）动态各项指标测试：
①输出功率测试：用1KHz 的正弦信号，逐步增大到示波器上出现切峰失真时，测量输出电压，计算输出功率。

放大不失真图像：
恰好出现切峰失真图像：
恰好切峰失真时输出电压：Vo=6.959V
输出功率P
0=U
2/R
L
=6.053W>5W,符合指标。

②灵敏度测试：将信号略减小使输出保持6.325V，测输入电压值是多少？
当输出电压约为6.325V时，输入电压约为374.6mV
③电源消耗功率：在上述情况下，用万用表500mV档量出电源电流（传入稳压电源），计算电源消耗功率。

测得电流约为434.53mA
电源消耗功率P
E
=，符合指标
④频率响应
上限频率：f
L
=7.457Hz<50Hz
下线频率：f
H
>20KHz>15KHz
符合指标
⑤输入电阻R
i
：
在放大器输入端串一只10K电阻R
1
，加大信号发生器信号，依然保持5W输出功
率，分别测出10K电阻电压V
s 及电阻后电压V
i
，计算出输入电阻。

测得Vs=234.187 mV Vi=374.442mV
R i =V
i
/I
i
=Vi/(Vs/Rs)=374.442/(234.187/10) KΩ=15.99KΩ
符合指标
五、个人小结
这次课程设计让我对模拟电子技术的知识有了更好的掌握。

实验过程中遇到许多问题，解决这些问题虽然花了我许多时间，但是受益匪浅。

首先遇到的问题是对Multisim软件的不了解，不知道该如何使用该软件。

通过网上Multisim资料的阅读，掌握了该软件的使用方法。

这对以后使用该软件有所帮助。

其次是某一些元件在Multisim软件中找不到。

因此需要找到另一些软件来替代。

通过豆丁和百度文库上面元件资料的介绍，我找到了相应的替代元件。

在仿真过程中我发现静态工作点测量数值与理论值相差甚远。

我百思不得其解。

后来经过仔细检查，发现是功率管中其中一只管子使用了错误的NPN管。

这给我的启发便是：做事一定要细心。