上海大学模拟电子技术课程设计

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

:

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

2.2功率级设计

功放管参数：

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：

耦合电容:

(取2200/25V)

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

取

为了消除交越失真，这里选用二极管1N4002.

一般有, 故取。

,故取。

典型电路中R7+W1，R8支路电流应不小于,取，则

,

选择进行调节以达到最佳工作点。

上反馈电流的峰值：

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

170||1.8+(1+50)8||80=372

=11/572=0.02V

由于,所以可以忽略不计

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,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,R6为1k，各压降分别为8V，8V，4V。

,取T1为BD137

取,

则,取R2=51k

，取R1=62 k

耦合电容选取

2.5负反馈设计

取R5=8,不宜太大以免降低总开环倍数。

由Po>6W,即

=21

解得

取以便于调试。

2.6电路指标验算

不失真功率P0

设Q1、Q2 的V CES等大约要损失电源电压2V，则实际输出幅度V OM＝9V

电源消耗功率P E

灵敏度（可计算闭环增益A Vf）

=21

==303mV满足要求。

输入电阻R i

R i= R1 ∥ R2 ∥ {[r be1 + (1 + β1) R5](1+ A V0 F V)

= 62k∥ 51k∥ {[850+ 101x10]x16}=28K> 10 K符合指标要求。

3.1 静态调试

图2

如图2所示，输出级中点电压

3.2动态调试

输出功率Po

在f=1kHz，R L=8Ω,输出波形基本不失真时，测出输出电压值V O有效值必须大于6.325V ，计算出输出功率大于5W。

在f=1KHz、R L= 8Ω，输出波形即将失真时，波形如下图 3 所示：

图3（幅值大的为输出）

灵敏度测试

在f=1kHz，RL=8Ω，Po＞5W 时，测出VS 的值，必须控制在200～400mV 之间。

将信号略减小使输出保持约 6.325（实际 6.327V）伏，测得输入电压的值220mV 在200～400mV 之间，仿真结果如图4 所示。

图4

当输出电压为6.325V时，此时Vs为222.4mV>200mV,符合条件。

电源消耗功率

用电流表测量电源电流，计算电源消耗的功率，如下图5。

图5

由图5 可知：

电流I = 419.93mA，电源功率P = UI = 22V × 419.93mA = 9.24W < 10W，满足题意。