功率放大器论文

低频功率放大器的设计与制作（第三题）

参赛者：蒲怀军薛虎张小军指导老师:付喜锦

摘要：功率放大是一种能量转换的电路，在输入信号的作用下，晶体管把直流电源的能量，转换成随输入信号变化的输出功率送给负载.整个电路主要由稳压电源、前置放大器、功率放大器、波形变换电路共4个部分构成,电路结构简单,所选器件价格便宜,并给出了测试结果. 功率放大器的主要任务是为了获得一定的不失真的输出功率，一般在大信号状态下工作。实验结果表明该功率放大器在放大倍数、效率、等方面具有较好的指标、较高的实用性,为功率放大器的设计提供了广阔的思路.

关键字：稳压电源，低频功率放大器

引言

功率放大器在家电、数码产品中的应用越来越广泛，与我们日常生活有着密切关系。随着生活水平的提高，人们越来越注重视觉，音质的享受。在大多数情况下，增强系统性能，如更好的声音效果，是促使消费者购买产品的一个重要因素。低频功率放大器作为音响等电子设备的后即放大电路，它的主要作用是将前级的音频信号进行功率放大以推动负载工作，获得良好的声音效果。同时低频功率放大器又是音响等电声设备消耗电源能量的主要部分。因此设计出实用、简洁、低价格的低频功率放大器是一个发展方向。本次低频功率放大器设计有两部分组成前置放大级和功率放大级。前置放大级主要任务是完成小信号电压放大任务，同时要求低噪声、低温漂。功率放大级主要任务是在允许的失真限度内,尽可能高效率地向负载提供足够大的功率，要求是输出功率要大、效率要高。通过详尽的资料查询和严密的方案论证后，我们选择通过集成运放NE5534、IRF9450、2N5551、2N5401的配套使用来使本电路系统设计简洁、实用并且达到高增益、高保真、高效率、低噪声、宽频带、快响应的指标。

第一章方案设计与选择

1、方案讨论与选择

方案一：如图1所示是变压器耦合单管甲类功率放大器，图中T1为输入变压器，T2为输出变压器，R b1、R b2组成分压偏置电路，Re是直流负反馈电阻，用来稳定工作点，Ce是交流旁路电容，C b是偏置电路的旁路电容。

图1

输入变压器T 1倒相作用，使V 1和V 2两管的基极信号大小相等、方向相反。输出变压器T2的初级也设有中心抽头，分别将V 1和V 2两管的集电极信号耦合到次级，使负载获得输出信号。

方案二：图2所示为低频功率放大器。其中由晶体三极管T 1组成推动级（也称前置放大级），T 2、T 3是一对参数对称的NPN 和PNP 型晶体三极管，它们组成互补推挽OTL 功放电路由于每一个管子都接成射极输出器形式，因此具有输出电阻低，负载能力强等优点，适合于作功率输出级。T 1管工作于甲类状态，它的集电极电流I C1由电位器R W1进行调节。I C1 的一部分流经电位器R W2及二极管D ， 给T 2、T 3提供偏压。调节R W2，可以使T 2、T 3得到合适的静态电流而工作于甲、乙类状态，以克服交越失真。静态时要求输出端中点A 的电位，可以通过调节R W1来实现，又由于R W1的一端接在A 点，因此在电路中引入交、直流电压并联负反馈，一方面能够稳定放大器的静态工作点，同时也改善了非线性失真。

当输入正弦交流信号U1时，经T1放大、倒相后同时作用于T2、T3的基极，U1的负半周使T2管导通（T3管截止），有电流通过负载R L，同时向电容C0充电，在U1的正半周，T3导通（T2截止），则已充好电的电容器C0起着电源的作用，通过负载R L放电，这样在R L 上就得到完整的正弦波。C2和R 构成自举电路，用于提高输出电压正半周的幅度，以得到大的动态范围。

图2 低频功率放大器电路图

经过对2个方案的分析，第一种方案由于变压器体积大、重量大、耗损大、频率特性差、不易集成等都不如方案二。所以我们选择了第二种方案

第二章电源

下图就是我们做的输出直流+15V—15V稳压电源电路图：

图3 直流输出稳压电源

稳压电源由变压部分、整流部分、滤波部分、稳压部分组成，下面就各个部分分别介绍：2.1 变压器

变压器是变换交流电压、电流和阻抗的器件，当初级线圈中通有交流电流时，铁芯（或磁芯）中便产生交流磁通，使次级线圈中感应出电压（或电流）。变压器由铁芯（或磁芯）和线圈组成，线圈有两个或两个以上的绕组，其中接电源的绕组叫初级线圈，其余的绕组叫次级线圈。

2.2 桥式整流电路

整流电路是利用二极管的单向导电作用将交流电变换成单方向的直流电的。因此，二极管是构成整流电路的关键元件。常见的小功率整流电路，有半波整流、全波整流、和桥式整流等几种。其中以桥式整流电路最为常用。

为分析简单起见，我们把二极管当作理想元件处理，即二极管的正向导通电阻为零，反向电阻为无穷大

2.2.1 电路组成和工作原理

单相桥式整流电路如图3所示，图中，四个整流二极管D1～D4接成电桥形式（故名桥式整流电路），其输入是来自电源变压器T副边的正弦交流电压u2(=2Usinwt )，其输出加至要求直流供电的负载电阻上。需特别指出的是，整流桥的四个二极管，必须严格按照图3（A）所示的方式连接于A,B,C,D四点之间，否则，将导致变压器短路。图4（B）是桥式整流电路的简化画法。

图4（A）

图4（B）

由二极管的单向导电性，不难得出桥式整流电路的工作波形。当u2=（2Usinwt ）处于正半周时，图（A）所示电路中的A点电位高于B点二极管D1和D3处于正向偏置而导通,D2,D4则因反偏而截止。电源经D1,D3向负载供电，输出一个与u2正半波相同的电压，同理，当u2为负半周时，B点电位高于A点，D1,D3转为反偏而截止，D2与D4则因正偏而导通。电源经D2,D4向负载供电，此时，u0=-u2,其波形与u2的正半波相同。

可见，在交流电压u2变化一周时，负载R l上得到的却是单方向脉动的电压u0和电流i0。由于该电路在正弦电压u2的正，负半周都有输出，故称这种整流方式为全波整流。

滤波电路主要由储能元件电容，电感组成。下面着重介绍小功率整流电路中最常用的形式——电容滤波电路。

2.3 滤波原理

交流电压经整流电路整流后输出的是脉动直流，其中既有直流成分又有交流成份。滤波电路利用储能元件电容两端的电压(或通过电感中的电流)不能突变的特性, 将电容与负载RL并联(或将电感与负载RL串联)，滤掉整流电路输出电压中的交流成份，保留其直流成份，达到平滑输出电压波形的目的。

2.4 稳压电源

稳压电路的作用（图5）

图5