大连工业大学模电课程设计功率放大器设计

目录

1、设计任务书 (1)

2、总体设计 (2)

3、单元电路设计计算 (3)

3.1 输入级 (3)

3.2 放大电路及音频控制电路 (3)

3.3 功率放大电路 (6)

4、调试说明 (8)

5、原件明细表 (10)

6、小结及讨论 (10)

7、参考文献 (11)

附录设计电路图 (12)

设计任务书

1、设计题目：设计一台OCL功率放大器。

2、技术指标：

1）额定输出功率; Po；

Po=10W

2）负载电阻R L;

R L=16Ω

3)非线性失真尽量小;

4)输入信号Vi<=100mv。

3、设计要求：

1）进行方案论证和方案比较

2）分析电路的组成及工作原理

3）进行单元电路设计计算

4）画出整机电路图

5）写出原件明细表

6）小结及讨论

7）写出对本书设计的心得体会

总体设计

音频功率放大器的基本功能是把前级送来的声频信号不失真的加以放大，输出足够的功率去驱动负载（扬声器）发出优美

的声音。放大器一般包括前置放大和功率放大两部分，前者以放

大信号振幅为目的，因而又称电压放大器；后者的任务是放大信

号功率，使其足以推动扬声器系统。

功率放大电路是一种能量转换电路，要求在失真许可的范围

内，高效的为负载提供尽可能大的功率，功放管的工作电流、电

压的变化范围很大，那么三极管常常是工作在大信号状态下或接

近极限运用状态，有甲类、乙类、甲乙类等各种工作方式。为了

提高效率，将放大电路做成推免式电路，功放管的工作状态设为

甲乙类，以减小失真。常见的音频功放电路在连接形式上主要有

双电源互补推免功率放大器OCL 、单电源互补推免功率放大器

OCL 、平衡无变压器功率放大器BTL 等。由于功放管承受大电流、

高电压，因此功放管的保护与散热问题必须重视。

OCL 电路由于性能比较好，所以广泛的应用在高保真扩音设

备中。本课题输出级选用OCL 功率放大器，偏置电路选用甲乙类

功放电路。为了使电路简单，信号失真小，本电路选择反馈型音

调控制电路。为了不影响音调控制电路，要求前置输入阻抗比较

高，输出阻抗低，本级电路选用场效应管共源放大器和源级跟实

际的音频放大电路可以有不同的结构方案，下面根据由集成运放

和晶体管的电路形式如附录电路图6.1所示进行设计。

音频放大器组成方框图 单元电路设计计算

1、各级电压增益的分配

前置放大电路 信号

U i 音调控制电路

OCL 功率 放大器

喇叭R L

整机电压增益为

=/

式中，输入电压U i 由技术指标给出，输出电压U 0要根据额定输出

功率P o 和负载电阻R L 求出

(

)为有效值o L o o U R U P 2= 所以输出电压为

L o o R P U =

于是可求得整机总的电压增益。

设输入级电压增益、音调控制电路电压增益和输出级电压增

益分别为A um1、A um2和A um3，则

A um =A um1·A um2·A um3

式中A um1≈1（射极输出器），A um2可选取为（5~10），A um2包括音

调控制电路中电压放大器的增益和音调控制电路本身的中频衰

减（对衰减式RC 音调控制电路而言），A um3可适当大一些，它实

际上是输出级的推动级电路的增益。

2、确定电源电压

电源电压的高低决定着输出电压的大小。

为了保证电路安全可靠的工作，通常使电路的最大输出功率

P om 要比额定输出功率P o 大一些,一般取

P om =（1.5~2）P o

所以，最大输出电压U om 应该根来据P om 来计算，即

L

om om R P U 2=

考虑到管子的饱和压降以及发射极限流电阻的降压作用，电

源电压V CC 必须大于U om ，数量关系为 om CC U V ⨯=η1

式中：η—电源利用系数，一般取η=0.6~0.8。

在确定了各级电压增益和电源电压以后就可以进行电路中

各级的估算，通常要按照由后级向前级的顺序进行设计。

3、功率输出级计算(见附录图6.2)

1)选择大功率管

准互补对称功放级四只管子中的T4、T5是大功率管，要根据晶体管的三个极限参数来选取。

（1）管子承受的最大反向电压为

U CEM≈2V CC

（2）每管最大集电极电流为

I cm≈V CC/R L

（3）单管最大集电极功耗为

P cm≈0.2P om

然后就可以根据这些极限参数选取功率管，使选取的功率管极限参数满足

BU CEO＞U CEM

I CM＞I cm

P CM＞P cm

注意：应选取两功放管参数尽量对称，β值接近相等。

2）选择互补管，计算R19、R20和R21

（1）确定R19、R20、R21

由于功放管参数对称，它们的输入电阻为

R i= r be

要使互补管的输出电流大部分注入功放管的基极，通常取

R19=R21=(5~10)R i

平衡电阻R20可按R19/10选取。

（2）选择互补管T2、T3

因为T2、T3分别与T4、T5组成复合管，它们承受的最大反向电压相同（均为2VCC），而集电极最大电流和最大功耗可近似认为

I cm≈（1.1~1.5）I C4/β

P cm≈（1.1~1.5）P cm4/β

式中：IC4、Pcm4——功放管（T4、T5）的集电极最大电流和最大管耗；

β—功放管的电流放大系数。

选择互补管，使其极限参数满足

BU CEO＞2V CC

I CM＞I cm

P CM＞P cm

（3）计算偏置电阻

功放级互补管（T2、T3）的静态电流由R16、二极管和R17支路提供。要使R16、R17中流过的电流IR16大于互补管的基极电流IBm，即

I R16＞I bm=I cm/β（一般取I R16=1.2I Bm）

式中，Icm、β分别为互补管的集电极最大电流和电流放大系数，而IR16=（VCC－UBE2－UBE4）/R16=（VCC－0.7－0.7）/R16，所以R16的阻值应为（VCC－1.4）/IR16，而R17的阻值和R16相