上海大学模拟电子技术课程设计——高保真

电子技术课程设计报告——高传真音频功率放大器

魔都大学机自学院自动化系

自动化专业

姓名:

学号:

指导老师:

2018年6月29日

一、用途

家庭、音乐中心装置中作主放大器

二、主要技术指标

1. 正弦波不失真输出功率Po＞5W (f=1kHz,R L=8Ω，Pomax＞5W )

2. 电源消耗功率P E＜10W

3. 输入信号幅度V S=200～400mV（f=1kHz，R L=8Ω，Po＞5W )

4. 输入电阻R i＞10kΩ( f=1kHz )

5. 频率响应BW=50Hz～15kHz ( R L=8Ω，Po＞5W)

三、设计步骤

1．选择电路形式

功率放大器的电路有双电源供电的OCL互补对称功放电路，单电源供电的OTL功放电路，BTL桥式推挽电路和变压器耦合功放电路等等。

这里选用OTL电路。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，前者电路简单易行，但由于大功率管β不大，故推动级要求有一定功率，复合管准互补对称电路的优点是大功率管可用同一型号，复合后β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，其工作电流大于功率管基极推动电流，故有一定电流要求。由于推动极电压幅度与输出级相同，通常采用自举电路达到，一般推动级都是共射极放大电路，具有一定的电压增益。输入级的目的是为了增大开环增益，以便引入深度负反馈，改进电路的各项指标。本次设计采用较简单的互补对称OTL 电路，电路中的二极管是为消除交越失真而设。推动级的偏置由功放级引入电压并联负反馈形式进行，起稳定工作点的作用，整体交流电压串联负反馈改善放大器各项指标。

输入级的目的是为了增大开环增益，以便引入深度负反馈，改进电路的各项指标。电路中的R11是稳定功放管静态电流用的;推动级的偏置由功放级引入电压并联负反馈，起稳定工作点的作用;整体交流电压负反馈改善放大器各项指标。

特点：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。

图1 总设计图

2.设计计算

2.1电源电压确定

V cc≈1.25√8R L P o=1.25√8×8×5≈22 V 2.2功率级设计

功放管参数：

I CM=V CC

2R L =22

2∗8

=1.375A

V CEM=

V CC

2

=

22

2

=11V

P CM= 0.2 ∗P0 = 0.2 ∗ 5 = 1W

经查，BD137（12.5W、60V、1.5A）、BD136（12.5W、60V、1.5A）能满足上述要求。

功率管所需推动电流：

I b3M=I CM

β=1.375A

50

=27.5mA

耦合电容C6:

C6=(3~5)1

2πf L R L

≈2200μF (取2200μF/25V)

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0.5~1Ω。

2.3推动级设计

I C2>I B3M=30mA

取I C2=44mA,

V CE2M=V CC=22V

P C2M=V CC

2

×I C2=

22V

2

×44mA=0.48W

为了消除交越失真，这里选用二极管1N4002.

R9+R10=V CC

2−V BC3M

I C2

=250Ω

一般有R10>R9≫R L, 故取R9=80Ω，R10=170Ω。

C5=(3~5)1

2πf L R9||R10

≈110μF,故取 110μF/15V。

I B2=I C2

β

=

44mA

100

=0.4mA

典型电路中R7+W1，R8支路电流应不小于（3~5）I B2,取I R8=1.2mA，则R8=

0.7V

1.2mA

=580Ω,

R7+R W1=

(

V CC

2)

I R8+I B2

=

11

1.2+0.4

≈6.875kΩ

选择R7=2.5kΩ，W1=4.7kΩ进行调节以达到最佳工作点。R7+R W1上反馈电流的峰值：

I b2M=I b2=0.4mA

R be2=

(1+β)26

I e

=65Ω R be3=

(1+β3)26

I e

=1.8Ω

其中，R be3为大功率管的输入电阻，由于乙类放大I e 是变化的，难以准确计算，以I CM /2为I e 的计算值。

R L2′=170||1.8+(1+50)×8||80=372Ω

Av 2=−β2R L2

′R be2=−100×37265

=−572

V b2M =

V CC 2

/Av2=11/572=0.02V

I R8M ̃=V b2M R 8=0.02V

583=0.03mA I R7M ̃=

V CC /2R 7+R W =11V

6.9

=1.6mA

由于I R7M ≫I R8M ,所以I R8M 可以忽略不计

I M =I B2M +I R7M +I R8M ≈I B2M +I R7M =2.03mA

2.4 输入级设计

由于推动级需要 2.2mA 的交流推动信号，故输入级静态电流需大于 2.2mA ，取I C1=0.4mA ,推动级所需电压信号只有0.2V ，故输入级电压的配置可以比较随意，取R3、R4为2k Ω,R6为1k Ω，各压降分别为8V ，8V ，4V 。 V CE =22−20=2V ,取T1为BD137

I B1

=I C1

β

=0.04mA 取I R2=4I B1=0.16mA , 则 R 2=

(4mA×2K+0.7V )

0.16mA

≈54.4kΩ ,取R2=51k Ω