实用低频功率放大器设计详解

700mV的范围内，均以Po≥10W的满功率不失真输出，即
小信号输入和大信号输入时，都要求满功率不失真输出， 因此，要求放大器的增益是可以调节的。
四、主要技术指标分析
(2) 功率放大器的带宽BW≥50Hz~10KHz。该指标指出了功率
放大器的工作频率范围，通常用3dB带宽表示，是指放大
器的电压增益下降3dB时所对应的频率，即最低频率 fL≤50Hz，最高频率fH≥10KHz。
使其电压峰峰值为200mV。
五、电路设计 设计思路：逐步分析已知条件和未知因素之间的关系。如 在本课题中，输入信号的大小和输出功率是已知的，但它们之 间传输通道信号的大小是未知的，需要逐一求出。可以按照从 前置放大级到功率放大级的顺序逐一设计计算，也可以从功率 放大级到前置放大级的顺序设计计算。下面以后者为例进行设 计。 1. 功率放大级电路设计 当功率放大器以Po≥10W的满功率不失真输出时，输出电压的 幅度为
靠集成功率放大级的调节往往达不到目的；而由分离元件组成
的功率放大器，虽然电路的调节比较繁琐，但可以通过功率放 大级的调节改善整体的性能。因此我们选用了由分离元件晶体
管组成的功率放大电路，如图所示。
VCC
VCC 18V Q6 2N3055 Q4 2SD667
R3Biblioteka Baidu27k
R4 2.2k
R5 2.7k
R8 180 Q3 2N5401 C2 10pF
2．发挥部分 （1）放大器的时间响应 ① 方波产生：由外供正弦信号源经变换电路产生正、 负极性的对称方波：频率为1000Hz、上升时间≤ 1μs、峰峰值电压为200mVpp。 用上述方波激励放大通道时，在RL=8Ω下，放大通道 应满足： ② 额定输出功率POR≥10W；带宽BW≥（50～10000） Hz； ③ 在POR下输出波形上升时间和下降时间≤12μs； ④ 在POR下输出波形顶部斜降≤2%； ⑤ 在POR下输出波形过冲量≤5%。 （2）放大通道性能指标的提高和实用功能的扩展（例如提 高效率、减小非线性失真等）。
D4 1N4001
RL 8.
R14 10K _LIN Key = A 50%
(3) 功率放大器在额定输出功率Po和BW内，非线性失真系数
≤3%。这项技术指标指出经过功率放大器放大后的正弦波 的非线性失真所容许的范围，只要信号是经过线性放大， 一般都能够满足≤3%的要求，否则，要对信号的非线性失 真进行改善。
四、主要技术指标分析 （4） 在Po下的效率≥55%。这项指标说明功率放大器输出功率 的转换效率，通常用输出功率与电源消耗的总功率之比值来表
大级和功率放大级，这是设计中很关键的一步，这与所选用的
器件、电路类型以及实际经验都有关系。通常功率放大级的电 压增益不能太大，因为这一级的信号比其它级的信号要大很多， 增益太大容易引起自激，一般取十几倍。可以暂取10倍进行计 算，以后再通过实验电路进行调整。这样，前置放大级的电压 增益就为280倍。电压增益分配如图所示。
示，即：η=Po/PDC。 η≥55%说明功率放大器的功率输出级只能
工作在甲乙类或者乙类，不能工作在甲类，因为甲类功率放大 器的效率最高也不能超过50%。
（5）当前置放大级的输入端交流短接到地时，RL=8Ω上的交流
声功率≤10mW。这项指标是指在没有信号输入时，放大器输出 的噪声功率，即要求前置放大级的输入端引入的噪声越小越好。
低频功率放大器设计
——第二届全国大学生电子设计竞赛题
一、任务 设计并制作具有弱信号放大能力的低频功率 放大器。其原理示意图如下：
二、设计要求 1. 基本要求 （1）在放大通道的正弦信号输入电压幅度为（5～700） mV，等效负载电阻RL为8Ω下，放大通道应满足： ① 额定输出功率POR≥10W； ② 带宽BW≥（50～10000）Hz； ③ 在POR下和BW内的非线性失真系数≤3%； ④ 在POR下的效率≥55%； ⑤ 在前置放大级输入端交流短接到地时，RL=8Ω上的 交流声功率≤10mW。 （2）自行设计并制作满足本设计任务要求的稳压电源。
三、评分意见 项目 得分
基本要求
设计与总结报告：方案设计与论 证，理论计算与分析，电路图， 测试方法与数据，结果分析
实际制作完成情况
50
50
发挥部分
完成第一项 完成第二项 特色与创新
20 10 20
四、主要技术指标分析
1. 基本要求部分的技术指标分析 (1) 功率放大器的输入信号电压Vi由信号源提供5mV~700mV 的正弦波，输出电压信号Vo从8Ω的等效负载电阻上获得。 额定输出功率Po≥10W，这项指标说明在输入信号5mV~
1.4V VOP=14V 功率放大级增益=10倍
VIP= 5mV
前置放大级增益=280倍
功率放大级电路可直接选用集成功率放大器，如TDA2030A， TDA1521，STK4191等芯片，完全满足本课题要求；也可以 选用分离元件来组成。二者各有其特点：集成功率放大电路的 调节比较简单，但进行级联时，如果要对整机的性能进行改善，
VOP 2PR 2 10 8V 12.6V
为留有充分余地，取VOP=14V。由此可以计算功率放大器的总 电压增益 AV，即 AV =VOP/VIP=14V/5mV=2800 用分贝表示， AV =20lg（VOP/VIP ）=68.9dB
如何将这2800倍的总电压增益比较合理地分配给前置放
R16 390k
D2 1N4001
R12 0.5 FU
Vi
R1 100
C1 1.0uF R2 27k
Q1 Q2 2N2222 2N2222 R7 1.0k R6 12k D1 1N4001 D5 14V R15 5K _LIN Key = A C3 10pF R10 27k R17 50%
D3 1N4001 R11 200 R13 0.5
2. 发挥部分的技术指标分析 （1） 设计制作满足本设计要求的稳压电源。这需要根据所 设计的具体电路来决定稳压电源的输出电压和输出功率。 （2） 放大器的时间响应：因为方波的上升和下降时间可以 反映放大器的时间响应。故要求方波产生电路能将正弦波变
换成正负极性对称的方波，且方波的输出端还要进行限幅，