分立元件音频功率放大器

音频功放要求：
1、功率：≥10W（8Ω负载）；
2、效率：≥50%；
3、带宽：20HZ~20KHZ；
4、输入方式：差分；
5、电路类型：OCL；
一、拟定方案以及模拟仿真
1、方案原本为本组四人每人负责一功能块电路的设计与仿真，但因模拟电路理论知识掌
握不扎实以至设计时问题不断出现却无从下手解决。

2、经四人商讨改为由网上选择电路图，后期修改参数以达到实验要求。

3、实验电路如下所示：
(1)电路组成
稳定静态工作点原理
上面两个电路均利用热敏电阻RT进行温度补偿。

RT具有负温度系数，其阻值随着温度
附录2：三种基本放大电路
电路类型
比较项目
共射极电路共集电极电路共基极电路电路图
电压增益A
V A v=−
βR L′
r be+(1+β)R e
(R L′=R C∥R L)
A v=
(1+β)R L′
r be+(1+β)R L′
(R L′=R C∥R L)
A v=
βR L′
r be
(R L′=R C∥R L)
V o 与V
i
的相位关系反相同相同相
最大电流增益A
i
A i≈βA i≈1+βA i≈α
输入电阻R i=R b1∥R b2∥[r be+(1+β)R e]R i=R b∥[r be+(1+β)R L′]R i=R e∥r be
1+β
输出电阻R
o ≈R c R o=r be+R s′
1+β
∥R e(R s′=R s=R b)R o≈R c
特点及用途1、输出信号与输入信号相位相
反；
2、电压、电流、功率放大倍数
都比较大，输入电阻和输出电
阻适中；
3、主要用于多级放大器的中间
级。

1、输出信号与输入信号相位相
同；
2、电压放大倍数接近于1，而
小于1；
3、输入电阻高，输出电阻低，
带负载能力强；
4、主要用于输入级、输出级和
缓冲级。

1、输出信号与输入信号相位相
同；
2、电压放大倍数与共射级放大电
路一样，但电流放大倍数小于
1；
3、输入电阻很低，输出电阻适
中；
4、主要用于高频和恒流源电路；
一、基本共射极放大电路
（1）共射极放大电路中，信号由基极输入，集电极输出；共射极放大电路的电压和电流增益都大于1，输入电阻在三种组态中居中，输出电阻与集电极电阻有关。

适用于低频情况下作多级放大电路的中间级。

如左图，其中BJT是核心元件，起放大作用。

直流电源U
s 通过电阻R
s
给BJT的发射极提供正
偏电压，并产生基极直流电流I
b (常称为偏流，而提供偏流的电路称为偏置电路)。

直流电源
U cc 通过电阻R
C
，并与U
i
和R
b
配合，给集电极提供反
偏电压，使BJT工作于放大状态。

电阻R
c 的另一个
作用是将集电极电流的变化转化为电压的变化，再送到放大电路的输出端。

输入信号V
i =0时，放大电路的工作状态称为静
态或直流工作状态。

此时，电路中的电压电流都是直流量。

静态时，BJT各电极间的直流电压分别用I
b 、
I C 、V
be
、V
ce
表示，这些电流电压的数值可用BJT特
性曲线上的一个确定点表示，该点习惯上称为静态
工作点Q。

在放大电路中设置静态工作点是必不可
少的。

因为放大电路的作用是将微弱的输入信号进行不失真的放大，为此，电路中的BJT必须始终工作在放大区域。

当R
b1、R
b2
的阻值大小选择适当，能满足I
1
>>I
BQ
,使I2=I1时，可认为基极直流电位基本
上为一固定值，即V
BQ =R
b2
V
cc
/(R
b1
+R
b2
),与环境温度几乎无关。

在此条件下，当温度升高引起静
态电流I
CQ (=I
EQ
)增加时，发射极直流电位VEQ(=I
EQ
R
e
)也增加。

由于基极电位V
BQ
基本不变，此
外外加在发射结上的电压V
BEQ (=V
BQ
-V
EQ
)将自动减少，使I
EQ
跟着减少，结果抑制了I
CQ
的增加，
使I
CQ 基本维持不变，达到自动稳定静态工作点的目的。

当温度降低时，各电量向相反方向变
化，Q点也能稳定，这种利用I
CQ 的变化，通过电阻R
e
取样反过来控制V
BEQ
,使I
EQ
、I
CQ
基本保持
不变的变化的的自动调节作用称为负反馈。

(2)Q点的估算
在I
1>=I
BQ
的条件下有V
BQ
=R
b2
*V
cc
/(B
b1
+R
b2
)
集电极电流 I
CQ =I
EQ
=(V
BQ
-V
BEQ
)/R
e
=V
BQ
/R
e
由此式可见，该电路中集电极静态电流ICQ只与直流电压及电阻Re有关，因此β随温度变化时，I
CQ
基本不变。

基极电流 I
BQ =I
CQ
/β
集电极-射极电压 V
CEQ =V
cc
-I
CQ
(Rc+Re)
(3)动态性能分析
电路的小信号等效电路如所示，则可求的电压增益Av、输入电阻Ri和输出电阻Ro.
V o =-βi
b
R
l
’(式中R
l
’||R
l
) V
i
=Ib
r
b
e
+(1+β)I
b
R
e
所以A
v =V
/V
i
=-βR
L
’/[r
be
+(1+β)R
e
]
式中负号表示该电路中输出电压与输入电压相位相反。

由于输入电压V
i 在BJT的基极，输出
电压V
0由集电极取出，发射极虽未直接接共同端，但它既在输入回路中，所以此电路属于共
射极放大电路。

接入电阻Re后，提高了静态工作点的稳定性，但增益也下降了，R
e 越大，A
v
下降越多。

为了
解决这个矛盾，通常在R
e 两端并联一只大容量的电容C
e
（称为发射极旁路电容），他对一定
频率范围内的交流信号可视为短路，因此对交流信号而言，发射极和”地”直接相连，则电压增益不会下降。

当BJT
的基极电位固定，并在发射极电路接一电阻R
e ，便可提高输出电阻，以提高电路的恒流特
性。

此时有
A
v =-βR
l'
/r
be
v i =i
b
[r
be
+(1+β)R
e
],i
i
=i
b
+i
Rb
=v
i
/[r
be
+(1+β)R
e
]+vi/R
b1
+v
i
/R
b2
所以R
i =R
b1
||R
b2
||[r
be
+(1+β)R
e
]
在集极回路和集电极回路里，根据KVL可得
I b (r
be
+R
s’
)+(i
b
+i
c
)R
e
=0(R
s’
=R
s
||R
b
)
V t -(i
c
-βi
b
)r
ce
-(i
b
+i
c
)R
e
=0
由前式得 i
b =-R
e
i
c
/(r
be
+R
s’
+R
e
)
则有R
o =v
t
/i
t
=v
t
/(i
c
+iR
c
)=R
0’
||R
c
通常R
0’>>R
c
，R
=R
c
.
二．共集电极放大电路
共集组态放大电路没有电压放大作用，只有电流放大作用，属于同相放大电路，是三种组态中输入电阻最大、输出电阻最小的电路，具有电压跟随的特点，频率特性较好。

常用于做电压放大电路的输入级、输出级和缓冲级。

静态分析
由图可知，由于电阻R
e 对静态工作点的自动调节作用，该电路的Q点基本稳定。

由直流
通路可得
I
bq =(V
CC
-V
beq
)/[R
b
+(1+β)R
e
]
I eq =I
cq
=βI
bq
V
ceq
=V
CC
-I
eq
R
动态分析
根据电压增益Av、输入电阻Ri的定义，则有
A v =v
/v
i=
(1+β)i
b
R
l’
/{i
b
[r
be
+(1+βR
l’
)]}=(1+β)R
L‘
/[r
be
+(1+β)R
l’
]
式中R
l =R
e
||R
L。

则共集电极放大电路的电压增益Av<1,没有电压放大作用。

输出电压vi
和输入电压vi相位相同。

当由小信号模型可得输出电阻R
0=R
e
||[(R
s’
+r
be
)/（1+β）]
上式说明，射极电压跟随器的输出电阻R
e 与电阻
(R
s’+r
be
)/(1+β)两部分并联组成，这后一部分是基
极回路（R
s +r
be
）折合到射极回路式的等效电阻。

通
常有
R e >>(R
s
+r
be
)/(1+β)
所以 R
0=（R
s
+r
be
）/(1+β)
由R
0的表达式可知，射极电压跟随器的输出电阻
与信号源内阻R
s
或前一级放大电路的输出电阻有关。

由于通常情况下信号源内阻R
s 很小，且
R s’<R
s
,r
be
一般在几百欧至几千欧，而β值较大，所
以共集电极放大电路。

为降低输出电阻。

可选用β值较大的BJT。

（1+β）R
l’>>r
be
时，A=1，即输出电压v
与输入电压v
i
大小接近相等，因此共集电极放
大电路又称为射极电压跟随器。

三.共基极放大电路
共基组态放大电路没有电流放大，只有电压放大作用，且具有电流跟随作用，输入电阻最小，电压放大倍数、输出电阻与共射组态相当，属同相放大电路。

常用于高频或宽频带低输入阻抗的场合。

是三种电路中高频特性最好的。

静态分析
上图的直流通路与基极分压式射极偏置电路的直流通路是一样的，因而Q点的求法是一样的。

2．动态分析
(1)电压增益
V 0=-β
ib
R
l’
v
i
=-i
b
r
be
于是A
V =v
/v
i
=βR
l’
/r
be
式中R
l’
=R
c
||R
l
则只要电路参数选择适当，共基极放大电路也是具有电压放大作用，而且输出电压和输入电压相位相同。

(2)输入电阻R
i
I i =i
re
-i
e
=i
re
-(1+β)i
b
i
re
=v
i
/R
e
i
b
=-
v i /r
be
所以R
i
=v
i
/i
i
=R
e
||[r
be
/(1+β)]
则共基极放大电路的输入电阻远小于共射极
放大电路的输入电阻。

(3)输出电阻R
由上图可得共基极放大电路的输出电阻为
R o =R
c
由上式可得共基极放大电路的输出电阻与共射极放大电路的输出电阻相同，近似等于集电极电阻。