低频功率放大器设计

低频功率放大器设计

组号：8B 组员：郑宜嘉王菊菊孙文强

摘要：低频功率放大器主要应用于对音频信号的功率放大，本文介绍了具有弱

信号放大能力的低频功率放大器的基本原理、内容和实现过程。整个电路主要由稳压电源、前置放大器、功率放大器、波形变换电路和保护电路共五部分构成。该低频功率放大器可以很好地实现对低频信号的放大作用，其输出带宽、功率、效率等方面具有较好的指标、较高的实用性，为低频功率放大器的设计提供了广阔的思路。

关键字：低频集成运放功率放大波形变换

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.

二.技术指标:

基本要求：

⑴设计并制作具有弱信号放大能力的低频功率放大器. 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 ≥10 W;

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 = 8 Ω 上的交流声功率≤10

⑵自行设计并制作满足本设计任务要求的稳压电源。

三、系统设计方案：

1、系统主要由前置放大级、功率放大级、波形变换电路和稳压电源电路4部分组成

2、系统框图：

其中前置放大级完成弱信号的电压放大，功率输出放大级完成弱信号的电压和电流放大，保护电路保护功率放大部分防止输出功率过大，直流稳压电源部分为整个功放电路提供电量，波形转换电路完成正弦波到方波的转换，方波中含有丰富的高次谐波分量，通过对方波信号的测试来检验功放的转换速率、失真度、效率等指标。

四、模块设计方案：

1、前置放大：

方案一：采用集成运算放大器构成前置放大电路

设计前置放大电路的可供选用的集成运算放大器由很多，如National Semiconductor公司的LF347/356/357，Precision Monolithics公司的OP16/37，Signetics公司的NE5532/5534等。具有带宽高，电压增益高，转换速率快，噪声低和电流消耗低等优点。

方案二：采用专用前置放大器IC构成前置放大电路

目前有很多性能优越的专用低频前置放大器IC，如日本夏普公司的IR3R18/16，NEC公司的Μpc1228H，富士通公司的MB3105/06。其频带BW均能达到30Hz—20KHz，增益高，失真系数小。

综合比较，方案二的设计效果优于方案一，但是专用前置放大器IC价格比较贵，而且采购不便，而集成运放价格便宜，性能高，能够满足题目放大要求，因此采用方案一。

2、功率放大：

方案一：采用分立元件构成低频功率放大器电路

分立元件构成的低频功率放大器电路可分为输入级、功率激励级和OCL输出级三部分。输入级采用双管差分放大器使电路工作稳定，功率激励级采用互补复合管推挽输出电路来提高线性放大及降低波形失真，而输出级采用直接耦合形式确保电路的低频响应。这种方案的优点在于反馈深度易控制，故放大倍数易控制。且失真度可以做到很小，使音质很纯净。但外围元器件较多，调试要困难很多。

方案二：采用集成运放构成低频功率放大器电路

采用集成运放LM1875构成低频功率放大器电路。LM1875是一款功率放大集成块，体积小巧，外围电路简单，且输出功率较大。该集成电路内部设有过载过热及感性负载反向电势安全工作保护。

综合比较，方案一电路复杂，调试难度非常大，而方案二电路简单，易于调试。因此，采用方案二。

3、波形转换电路：

方案一：利用运放的正反馈作用，使转换部分的波形上升沿和下降沿都变得很陡，利用稳压管将电压稳定在3V左右，然后利用电阻分压得到要求的正负对称的峰--峰值为200mV的方波信号。

方案二：采用施密特触发器电路

施密特触发器最重要的特点是能够把变化缓慢的输入信号整形成边沿陡峭的矩形脉冲。同时，施密特触发器还可利用其回差电压来提高电路的抗干扰能力。施密特触发器可以用集成运放搭接而成，利用电阻分压得到要求的正负对称的峰--峰值为200mV的方波信号。

综合比较两种方案，施密特触发器的转换精度更高，因此采用方案二。

五、电路参数计算和元器件的选择：

1.增益分配：

由于系统要求输出额定功率不小于10 w，同时，输出负载为8Ω，则===8.95V．故＞＞12.6V

系统的最大增益为：

=20 lg(8.95／0.005)≈65dB．

系统的最小增益为：

=20 lg（8.95／0.7）≈22dB．

则需整个放大电路的增益应在22 dB～65 dB范围内可调．为保证放大器性能，单级放大器的增益不宜过高，通常在20-40 dB(放大倍数10～100倍)之间．故整个放大器增益需通过三级放大实现。为方便增益调整，可使功放级的增益固定，且必须小于65dB ，故其增益取为21 dB．则前置级需要两级放大，且其总增益应在1～45dB之间可调。

2.前置放大器的参数设计：

由于从信号源输出的小信号非常微弱, 只有经过放大之后, 这种信号才能激励功率放大器,且由上述分析可知前置放大级由两级组成。故在前置放大级中采用低噪声、高保真度的双通道专用音响前置集成放大器NE5532。

为了提高前置放大器电路的输入电阻和共模抑制性能，减少输出噪声，采用集成运算放大器构成前置放大电路必须采用同相放大电路结构，为尽可能保证不失真放大，电路采用两级运算放大器电路A1和A2。

由上分析，两级前置放大器的增益安排在50dB左右，每级25dB左右，以保证充分发挥每级的线性放大性能并满足带宽要求。电路采用两级NE5532(A和B)构成，各级均采用固定增益加输出衰减组成，当输入Vin,p-p =5mV时，输出