各类功率放大器

各类功率放大器
各类功率放大器

各类功率放大器总结

功率放大器(英文名称:power amplifier),简称“功放”,是指在给定失真率条件下,能产生最大功率输出以驱动某一负载(例如扬声器)的放大器。功率放大器在整个音响系统中起到了“组织、协调”的枢纽作用,在某种程度上主宰着整个系统能否提供良好的音质输出。

工作原理

利用三极管的电流控制作用或场效应管的电压控制作用将电源的功率转换为按照输入信号变化的电流。因为声音是不同振幅和不同频率的波,即交流信号电流,三极管的集电极电流永远是基极电流的β倍,β是三极管的交流放大倍数,应用这一点,若将小信号注入基极,则集电极流过的电流会等于基极电流的β倍,然后将这个信号用隔直电容隔离出来,就得到了电流(或电压)是原先的β倍的大信号,这现象成为三极管的放大作用。经过不断的电流放大,就完成了功率放大。编辑本段主要种类

传统的数字语音回放系统包含两个主要过程:

1、数字语音数据到模拟语音信号的变换(利用高精度数模转换器DAC)实现;

2、利用模拟功率放大器进行模拟信号放大,如A类、B类和AB类放大器。从1980年代早期,许多研究者致力于开发不同类型的数字放大器,这种放大器直接从数字语音数据实现功率放大而不需要进行模拟转换,这样的放大器通常称作数字功率放大器或者D类放大器。A类放大器:

A类放大器的主要特点是:放大器的工作点Q设定在负载线的中点附近,晶体管在输入信号的整个周期内均导通。放大器可单管工作,也可以推挽工作。由于放大器工作在特性曲线的线性范围内,所以瞬态失真和交替失真较小。电路简单,调试方便。但效率较低,晶体管功耗大,效率的理论最大值仅有25%,且有较大的非线性失真。由于效率比较低。

B类放大器:

B类放大器的主要特点是:放大器的静态点在(VCC,0)处,当没有信号输入时,输出端几乎不消耗功率。在Vi的正半周期内,Q1导通Q2截止,输出端正半周正弦波;同理,当Vi为负半波正弦波,所以必须用两管推挽工作。其特点是效率较高(78%),但是因放大器有一段工作在非线性区域内,故其缺点是“交越失真”较大。即当信号在-0.6V~ 0.6V之间时,Q1、Q2都无法导通而引起的。所以这类放大器也逐渐被设计师摒弃。

AB类放大器:

AB类放大器的主要特点是:晶体管的导通时间稍大于半周期,必须用两管推挽工作。可以避免交越失真。交替失真较大,可以抵消偶次谐波失真。有效率较高,晶体管功耗较小的特点。

D类放大器:

D类(数字音频功率)放大器是一种将输入模拟音频信号或PCM数字信息变换成PWM(脉冲宽度调制)或PDM(脉冲密度调制)的脉冲信号,然后用PWM或PDM的脉冲信号去控制大功率开关器件通/

断音频功率放大器,也称为开关放大器。具有效率高的突出优点。数字音频功率放大器也看上去成是一个一比特的功率数模变换器.放大器由输入信号处理电路、开关信号形成电路、大功率开关电路(半桥式和全桥式)和低通滤波器(LC)等四部分组成。D类放大或数字式放大器。系利用极高频率的转换开关电路来放大音频信号的。

优点:

1)具有很高的效率,通常能够达到85%以上;

2)体积小,可以比模拟的放大电路节省很大的空间;

3)无裂噪声接通;

4)低失真,频率响应曲线好。外围元器件少,便于设计调试。

A类、B类和AB类放大器是模拟放大器,D类放大器是数字放大器。B类和AB类推挽放大器比A类放大器效率高、失真较小,功放晶体管功耗较小,散热好,但B类放大器在晶体管导通与截止状态的转换过程中会因其开关特性不佳或因电路参数选择不当而产生交替失真。而D类放大器具有效率高低失真,频率响应曲线好。外围元器件少优点。AB类放大器和D类放大器是音频功率放大器的基本电路形式。

T类放大器:

T类功率放大器的功率输出电路和脉宽调制D类功率放大器相同,功率晶体管也是工作在开关状态,效率和D类功率放大器相当。但它和普通D类功率放大器不同的是:

首先,它不是使用脉冲调宽的方法,Tripath公司发明了一种称作数码

功率放大器处理器“Digital Power Processing (DPP)”的数字功率技术,它是T类功率放大器的核心。它把通信技术中处理小信号的适应算法及预测算法用到这里。输入的音频信号和进入扬声器的电流经过DPP数字处理后,用于控制功率晶体管的导通关闭。从而使音质达到高保真线性放大。

其次,它的功率晶体管的切换频率不是固定的,无用分量的功率谱并不是集中在载频两侧狭窄的频带内,而是散布在很宽的频带上。使声音的细节在整个频带上都清晰可“闻”。

此外,T类功率放大器的动态范围更宽,频率响应平坦。DDP的出现,把数字时代的功率放大器推到一个新的高度。在高保真方面,线性度与传统AB类功放相比有过之而无不及。

编辑本段基本组成

功率放大器通常由3部分组成:前置放大器、驱动放大器、

末级功率放大器。

1、前置放大器起匹配作用,其输入阻抗高(不小于10kΩ),可以将前面的信号大部分吸收过去,输出阻抗低(几十Ω以下),可以将信号大部风传送出去。同时,它本身又是一种电流放大器,将输入的电压信号转化成电流信号,并给予适当的放大。

2、驱动放大器起桥梁作用,它将前置放大器送来的电流信号作进一步放大,将其放大成中等功率的信号驱动末级功率放大器正常工作。如果没有驱动放大器,末级功率放大器不可能送出大功率的声音信号。

3、末级功率放大器起关键作用。它将驱动放大器送来的电流信号形成大功率信号,带动扬声器发声,它的技术指标决定了整个功率放大器的技术指标。

编辑本段选购技巧

选择功率放大器的时候,首先要注意它的一些技术指标:

1、输入阻抗:通常表示功率放大器的抗干扰能力的大小,一般会在5000-15000Ω,数值越大表示抗干扰能力越强;

2、失真度:指输出信号同输入信号相比的失真程度,数值越小质量越好,一般在0.05%以下;

3、信噪比:是指输出信号当中音乐信号和噪音信号之间的比例,数值越大代表声音越干净。

另外,在选购功率放大器的时候还要明确购买意愿,如果希望加装低音炮,最好购买5声道的功放,通常2声道和4声道扬声器只能推动前后扬声器,而低音炮只能再另配功放,5声道功放就可以解决这个问题,功率放大器的输出功率也要尽量大于扬声器的额定功率。

编辑本段常见种类

射频功率放大器:

射频功率放大器(RF PA)是各种无线发射机的重要组成部分。在发射机的前级电路中,调制振荡电路所产生的射频信号功率很小,需要经过一系列的放大一缓冲级、中间放大级、末级功率放大级,获得足够的射频功率以后,才能馈送到天线上辐射出去。为了获得足够大的射频输出功率,必须采用射频功率放大器。

射频功率放大器是发送设备的重要组成部分。射频功率放大器的主要技术指标是输出功率与效率。除此之外,输出中的谐波分量还应该尽可能的小,以避免对其他频道产生干扰。

高频功率放大器:

高频功率放大器用于发射级的末级,作用是将高频已调波信号进行功率放大,以满足发送功率的要求,然后经过天线将其辐射到空间,保证在一定区域内的接收级可以接收到满意的信号电平,并且不干扰相邻信道的通信。

高频功率放大器是通信系统中发送装置的重要组件。

功率放大器(图4)

按其工作频带的宽窄划分为窄带高频功率放大器和宽带高频功率放大器两种,窄带高频功率放大器通常以具有选频滤波作用的选频电路作为输出回路,故又称为调谐功率放大器或谐振功率放大器;宽带高频功率放大器的输出电路则是传输线变压器或其他宽带匹配电路,因此又称为非调谐功率放大器。高频功率放大器是一种能量转换器件,它将电源供给的直流能量转换成为高频交流输出。在“低频电子线路”课程中已知,放大器可以按照电流导通角的不同,将其分为甲、乙、丙三类工作状态。甲类放大器电流的流通角为360o,适用于小信号

低功率放大。乙类放大器电流的流通角约等于180o;丙类放大器电流的流通角则小于180o。乙类和丙类都适用于大功率工作。丙类工作状态的输出功率和效率是三种工作状态中最高者。高频功率放大器大多工作于丙类。但丙类放大器的电流波形失真太大,因而不能用于低频功率放大,只能用于采用调谐回路作为负载的谐振功率放大。由于调谐回路具有滤波能力,回路电流与电压仍然极近于正弦波形,失真很小。除了以上几种按电流流通角来分类的工作状态外,又有使电子器件工作于开关状态的丁类放大和戊类放大。丁类放大器的效率比丙类放大器的还高,理论上可达100%,但它的最高工作频率受到开关转换瞬间所产生的器件功耗(集电极耗散功率或阳极耗散功率)的限制。

如果在电路上加以改进,使电子器件在通断转换瞬间的功耗尽量减小,则工作频率可以提高。这就是戊类放大器。在低频放大电路中为了获得足够大的低频输出功率,必须采用低频功率放大器,而且低频功率放大器也是一种将直流电源提供的能量转换为交流输出的能量转换器。高频功率放大器和低频功率放大器的共同特点都是输出功率大和效率高,但二者的工作频率和相对频带宽度却相差很大,决定了他们之间有着本质的区别。低频功率放大器的工作频率低,但相对频带宽度却很宽。例如,自20至20000 Hz,高低频率之比达1000倍。因此它们都是采用无调谐负载,如电阻、变压器等。高频功率放大器的工作频率高(由几百kHz一直到几百、几千甚至几万MHz),但相对频带很窄。例如,调幅广播电台(535-1605 kHz的频段范围)的

频带宽度为10 kHz,如中心频率取为1000 kHz,则相对频宽只相当于中心频率的百分之一。中心频率越高,则相对频宽越小。因此,高频功率放大器一般都采用选频网络作为负载回路。由于这后一特点,使得这两种放大器所选用的工作状态不同:低频功率放大器可工作于甲类、甲乙类或乙类(限于推挽电路)状态;高频功率放大器则一般都工作于丙类(某些特殊情况可工作于乙类)。

宽频带发射机的各中间级还广泛采用一种新型的宽带高频功率放大器,

功率放大器(图5)

它不采用选频网络作为负载回路,而是以频率响应很宽的传输线作负载。这样,它可以在很宽的范围内变换工作频率,而不必重新调谐。综上所述可见,高频功率放大器与低频功率放大器的共同之点是要求输出功率大,效率高;它们的不同之点则是二者的工作频率与相对频宽不同,因而负载网络和工作状态也不同。

高频功率放大器的主要技术指标有:输出功率、效率、功率增益、带宽和谐波抑制度(或信号失真度)等。这几项指标要求是互相矛盾的,在设计放大器时应根据具体要求,突出一些指标,兼顾其他一些指标。例如实际中有些电路,防止干扰是主要矛盾,对谐波抑制度要求较高,而对带宽要求可适当降低等。功率放大器的效率是一个突出的问题,

其效率的高低与放大器的工作状态有直接的关系。放大器的工作状态可分为甲类、乙类和丙类等。为了提高放大器的工作效率,它通常工作在乙类、丙类,即晶体管工作延伸到非线性区域。但这些工作状态下的放大器的输出电流与输出电压间存在很严重的非线性失真。低频功率放大器因其信号的频率覆盖系数大,不能采用谐振回路作负载,因此一般工作在甲类状态;采用推挽电路时可以工作在乙类。高频功率放大器因其信号的频率覆盖系数小,可以采用谐振回路作负载,故通常工作在丙类,通过谐振回路的选频功能,可以滤除放大器集电极电流中的谐波成分,选出基波分量从而基本消除了非线性失真。

所以,高频功率放大器具有比低频功率放大器更高的效率。高频功率放大器因工作于大信号的非线性状态,不能用线性等效电路分析,工程上普遍采用解析近似分析方法——折线法来分析其工作原理和工作状态。这种分析方法的物理概念清楚,分析工作状态方便,但计算准确度较低。以上讨论的各类高频功率放大器中,窄带高频功率放大器:用于提供足够强的以载频为中心的窄带信号功率,或放大窄带已调信号或实现倍频的功能,通常工作于乙类、丙类状态。宽带高频功率放大器:用于对某些载波信号频率变化范围大得短波,超短波电台的中间各级放大级,以免对不同fc的繁琐调谐。通常工作于甲类状态。

编辑本段主要指标

技术指标

1、额定功率(rate power):是指连续的正弦波功率,在1kHz正弦波

功率放大器(图6)

一定的负载下,谐波失真小于1%所输出的功率,表示成W/CH(瓦/声道)。一般来说,额定功率越大,造价越高。

2、总谐波失真(THD):是指高次谐波占基波的百分比,总谐波失真越小越好,好的功率放大器的总谐波失真能达到0.02%

3、转换率(slew rate):单位时间上升的电压幅度,单位为伏/微秒,它反映了功率放大器对瞬态声音信号的跟踪能力,是一种瞬态特性指标。

4、阻尼因子(damping factor):其定义为功率放大器的负载阻抗(大功率管内部电阻加上音箱的接线线阻),例如8Ω:0.04Ω=200:1,一般要求比值比较大,但不能太大,太大会觉得扬声器发声单薄,太小则会使声音混浊,声音层次差,声像分布不佳。

5、输出阻抗(output impedance)(或称额定负载阻抗):通常有8Ω、4Ω、2Ω等值,此值越小,说明功率放大器负载能力越强。就单路而言,额定负载为2Ω的功率放大器,可以带动4只阻抗为8Ω的音箱发声,并且失真很小。

无论A V放大器和Hi-Fi功放对功率放大器要求十分严格,在输出功率、频率响应、失真度、信噪比、输出阻抗和阻尼系数等方面都有明确要求。

输出功率:

输出功率是指功放电路输送给负载的功率。人们对输出功率的测量方法和

功率放大器(图7)

评价方法很不统一,使用时注意。

1、额定功率(RMS):它指在一定的谐波范围内功放长期工作所能输出的最大功率(严格说是正弦波信号)。经常把谐波失真度为1%时的平均功率称为额定输出功率或最大有用功率、持续功率、不失真功率等。很显然规定的失真度前提不同时,额定功率数值将不相同。

2、最大输出功率:当不考虑失真大小时,功放电路的输出功率可远高于额定功率,还可输出更大数值的功率,它能输出的最大功率称为最大输出功率,前述额定功率与最大输出功率是两种不同前提条件的输出功率。

3、音乐输出功率(MPO):音乐输出功率MPO是英文Music Power

Outpur的缩写,它是指功放电路工作于音乐信号时的输出功率,也就是输出失真度不超过规定值的条件下,功放对音乐信号的瞬间最大输出功率。

音乐输出功率可以用来评价功放的动态听音效果,

功率放大器(图8)

例如在平稳的音乐过程后面突然出现了冲击性强的打击乐器声音,有的功放电路可在瞬间提供很大的输出功率给以力度感有使不完的劲;有的功放却显得力不从心底气不足。为了反映这瞬间突发性输出功率的能力可以用音乐输出功率来量度。

4、峰值音乐输出功率(PMPO):它是最大音乐输出功率,是功放电路的另一个动态指标,若不考虑失真度功放电路可输出的最大音乐功率就是峰值音乐输出功率。

通常峰值音乐输出功率大于音乐输出功率,音乐输出功率大于最大输出功率,最大输出功率大于额定输出功率,经实践统计,峰值音乐输出功率是额定输出功率的5-8倍。

频率响应:

频率响应反映功率放大器对音频信号各频率分量的放大能力,功率放大器的频响范围应不低于人耳的听觉频率范围,因而在理想情况下,主声道音频功率放大器的工作频率范围为20-20kHz。国际规定一般

音频功放的频率范围是40-16kHz±1.5dB。

失真:

失真是重放音频信号的波形发生变化的现象。波形失真的原因和种类有很多,主要有谐波失真、互调失真、瞬态失真等。

动态范围:

放大器不失真的放大最小信号与最大信号电平的比值就是放大器的动态范围。实际运用时,该比值使用dB来表示两信号的电平差,高保真放大器的动态范围应大于90dB。

自然界的各种噪声形成周围的背景噪声,而周围的背景噪声和演奏出现的声音强度相差很大,在通常情况下,将这个强度差称为动态范围,优良音响系统在输入强信号时不应产生过载失真,而在输入弱信号时,有不应被自身产生的噪声所淹没,为此好的音响系统应当具有较大的动态范围,噪声只能尽量减少,但不可能不产生噪声。

信噪比:

信噪比是指声音信号大小与噪声信号大小的比例关系,将攻放电路输出声音信号电平与输出的各种噪声电平之比的分贝数称为信噪比的大小。

输出阻抗和阻尼系数:

1、输出阻抗:功放输出端与负载(扬声器)所表现出的等效内阻抗称为功放的输出阻抗;

2、阻尼系数:阻尼系数是指功放电路给负载进行电阻尼的能力。

编辑本段相关术语

工作范围

工作范围是指功率放大器在规定的失真度和额定输出功率条件下的工作频带宽度,即功率放大器的最低工作频率至最高工作频率之间的范围,单位Hz(赫兹)。放大器实际的工作频率范围可能会大于定义的工作频率范围。

工作模式

功率放大器的工作模式主要有以下几种:

时分双工(TDD)模式:

在TDD模式的移动通信系统中,接收和传送在同一频率信道(即载波)的不同时隙,用保证时间来分离接收和传送信道。

TDD系统有如下特点:

1、不需要成对的频率,能使用各种频率资源,适用于不对称的上下行数据传输速率,特别适用于IP型的数据业务;

2、上下行工作于同一频率,电波传播的对称特性使之便于使用智能天线等新技术,达到提高性能、降低成本的目的。

时分多址(TDMA)模式:

TDMA是时分多址(Time Division Multiple Access)的英文缩写。同一频率的载波在某一特定时间内,分成若干相等的小时间段,供多个不同号码的用户使用不同的小时间段来实现连接的通信方式。简而言之,它是将一个狭窄的无线频道分割成框架性的时间片断(特别是3和8),并将每一个时间片断分配给每一个用户的数字无线技术。

传输增益

指放大器输出功率和输入功率的比值,单位常用“dB”(分贝)来表示。功率放大器的输出增益随输入信号频率的变化而提升或衰减。这项指标是考核功率放大器品质优劣的最为重要的一项依据。该分贝值越小,说明功率放大器的频率响应曲线越平坦,失真越小,信号的还原度和再现能力越强。

输出功率

功率放大器的功率指标严格来讲又有标称输出功率和最大瞬间输出功率之分。前者就是额定输出功率,它可以解释为谐波失真在标准范围内变化、能长时间安全工作时输出功率的最大值;后者是指功率放大器的“峰值”输出功率,它解释为功率放大器接受电信号输入时,在保证信号不受损坏的前提下瞬间所能承受的输出功率最大值。

接收增益

增益是天线的主要指标之一,它是方向系数与效率的乘积,是天线辐射或接收电波大小的表现。增益大小的选择取决于系统设计对电波覆盖区域的要求,简单地说,在同等条件下,增益越高,电波传播的距离越远。而功率放大器的接收增益值越大,则接收性能越强。

避雷保护

常见的直击避雷保护措施:

避雷针:避雷针用来保护工业与民用高层建筑以及发电厂、变压所的屋外配电装置、输电线路个别区段、在雷电先导电路向地面延伸过程中,由于受到避雷针畸变电路的影响,会逐渐转向并击中避雷针,从而避免了雷电先导向被保护设备,击毁被保护设备和建筑的可能性。

由此可见,避雷针实际上是引雷针,它将雷电引向自己,从而保护其它设备免遭雷击。

避雷线:避雷线也叫架空地线,它是沿线路架设在杆塔顶端,并具有良好接地的金属导线,避雷线是输电线路的主要防雷保护措施。

避雷带、避雷网:在建筑物上沿屋角、屋脊、檐角和屋檐等易受雷击部位敷设的金属网格,主要用于保护高大的民用建筑。

浪涌保护

浪涌也叫突波,顾名思义就是超出正常工作电压的瞬间过电压。本质上讲,浪涌是发生在仅仅几百万分之一秒时间内的一种剧烈脉冲,。可能引起浪涌的原因有:重型设备、短路、电源切换或大型发动机。而含有浪涌阻绝装置的产品可以有效地吸收突发的巨大能量,以保护连接设备免于受损。

浪涌保护器,也叫信号防雷保护器,是一种为各种电子设备、仪器仪表、通讯线路提供安全防护的电子装置。当电气回路或者通信线路中因为外界的干扰突然产生尖峰电流或者电压时,浪涌保护器能在极短的时间内导通分流,从而避免浪涌对回路中其他设备的损害。

编辑本段注意事项

对于主要作用是向负载提供功率的放大电路通常称为功率放大电路,其主要特点如下:

1、输出功率是指交变电压和交变电流的乘积,即交流功率;

2、交流功率是在输入为正弦波、输出波形基本不失真时定义的;

3、输出功率大,因而消耗在电路内的能量和电源提供的能量也大;

4、晶体管常常工作在极限应用状态,由此要考虑必要的散热措施和过电流、过电压的保护措施。

阻抗匹配

在所有电子音像设备中,都有一个功率输出的最佳方案问题,即为了获得最大的功率输出而又不增加电路的投资经费,这就是功率放大器与扬声器系统的最佳组合。

功率放大器组合的目的是为了达到最小的设备投资而获得最大的功率输出。

为了达到最大输出功率,所以负载的大小应该使功率管的电流输出和电压输出的乘积最大,这时的状态称为功率匹配状态。在音响设备的扬声器系统中音响的输出阻抗应为扬声器组合状态的总阻抗,这样音响的输出功率才是标明的额定标准功率,否则音响的输出功率就达不到要求。

例如:音响标准接头上标明是4Ω、100W,那么该接头上的阻抗就是两个8Q扬声器的并联,每个扬声器可得到50W,这样综合扬声器系统,就是4Ω、100W,否则不能实现100w的功率输出。

防护措施

功率管是功率放大电路中最容易受到损坏的器件,损坏的大部分原因是由于管子的实际耗散功率超过了额定数值。另外,若功率放大器与扬声器失配或扬声器使用中长期过载,也极易损坏扬声器(或音箱),因此,在音响设备中,防护的目的是保护昂贵的功放和扬声器,所以对电源、功放、音箱的过载和短路保护是完全必要的。

1、电源保护:当使用开关电源时,则有专门的保护控制端,只要输入过电流或过电压信号,即可达到保护目的。

2、功放级晶体管保护:功率放大晶体管除在使用中必须注意环境温度及选用合适的散热器外,主要是考虑过电流和过电压保护问题,应用的集成电路都设有限流保护和热切断保护功能,所以在自制功放时须注意过压保护。

3、音箱扬声器系统保护:音响系统的保护有两种意义:一种是音响扬声器的过载;另一种不是音频功率的过大、而是直流电位的偏移,导致无电容隔离的OCL或BTL电路扬声器烧毁。

编辑本段主要特点

功率放大器简称功放,以其主要用途来说,功放可以分做两个主要类别,即专用功放与民用功放。在体育馆场、影剧场、歌舞厅、会议厅、公共场所扩声,以及录音监听等处所使用的功放,一般说在其技术参数上往往会有一些独特的要求,这类功放通常称之为专用功放或是专业功放。[1]

而用于家庭的Hi-Fi音乐欣赏,A V系统放音,以及卡拉OK娱乐的功放,通常称为民用功放或是家用功放。

专用功放与民用功放尽管在一些特性参数上有所差别,但也很难说有一条泾渭分明的界线,比如用于音乐录音监听的功放很可能就是一台可用于家庭Hi-Fi甚至是Hi-end功放。

Hi-Fi功放与A V功放:

Hi-Fi功放与A V功放是家用功放中的两个主要类别。这两类功放用

于不同的用途,设计的侧重也不相同。Hi-Fi功放用于欣赏音乐,使用者追求的是尽可能的"原汁原味".而A V功放的使用者追求的是与画面相配合的“现场”效果,甚至是夸张了的“现场”效果。这两类功放不太好直接比较孰优孰劣,比如价位同为三千多元的Hi-Fi功放与A V 功放,Hi-Fi功放的成本投入只在两个声道上,而A V功放的成本投入则要兼顾5-6个声道,还要具有一定的效果处理功能。如果仅看其两个主声道的投入,肯定低于Hi-Fi功放两个声道的投入。其放音效果的差异是显而易见的。但是无论是Hi-Fi功放还是A V功放,都有高档精品型与超值普及型之分。

一般来说,很难能有一台可以对Hi-Fi、A V全兼容的A V功放,A V 功放兼顾Hi-Fi音乐欣赏是有条件的,这一条件就是使用者欣赏音乐时的要求与标准,如果使用者仅是用来欣赏一些休闲音乐,或是只要求能够听到乐曲的旋律,A V功放是比较容易满足的,但是要是对音乐欣赏有较高的要求,一般的A V功放就难于满足了。

晶体管功放与电子管功放:

用于Hi-Fi欣赏的功放可以分作晶体管功放和电子管功放两大类,以前还有用集成电路或是模块电路的Hi-Fi功放,但现已经不多见。音响技术超级论坛晶体管功放和电子管功放并不存在着优劣的差异,只不过应用的器件不同(一是晶体管,一是电子管),由于两类器件不同,其物理基理与电路特点也不相同。

电子管的电流是电子在真空中受电场力的吸引,运动形成的。而晶体管的电流是半导体元素的外层电子在电场力的作用下转移位置形成

的。这种物理基理的不同,造成在实际应用中电路特点也不同。相对来说,电子管功放的工作电压较高,但工作电流比较小,而晶体管功放的工作电压较低,工作电流都比较大。电子管功放与晶体管功放的音色确是有一定的差异,两者对瞬态信号的响应也不相同。这种不同都又分别适应了不同类别的音乐和不同的音乐欣赏者,所以Hi-Fi 功放中形成了晶体管功放和电子管功放并存的情况。不过,若是以品牌、型号、数量而言,晶体管功放所占的份额仍是绝对大于电子管功放。

甲类功放与乙类功放:

晶体管功放输出级晶体管的工作状态,可以分做甲类与乙类。所谓甲类,简单地说就是使输出级晶体管在正弦交流信号的正负半周时均工作在线性区,而乙类则是仅使输出级的晶体管在正弦交流信号的正半周(或是负半周)工作在线性区。由于输出级晶体管的工作状态不同,使得输出级的电源利用效率(即输出功放与耗电功率之比)也不同。在实用的输出电路中,乙类的效率要比甲类的效率高2-3倍。

甲类功放不存在交越失真,而且不论实际输出功率大小,输出级晶体的内阻均为恒定。而乙类功放总会有一定的交越失真(尽管这种失真可能极小),另外,在大输出时输出级晶体管的内阻较小,但在小输出时输出级晶体管的内阻却比较大。这些不同,造成听感上也有不同,甲类功放的声音相对乙类功放而言比较柔和,另外对音箱的低频控制力也比乙类功放强,尤其是在小音量时低音的质感要好一些。甲类功放的这些特点,使得甲类功放在实际应用中不需要很大的输出功率余

音频功率放大器设计报告分析

目录 课程设计任务书 (2) 摘要 (3) 1 模电课设概述 (5) 1.1设计背景 (5) 1.2音频放大类别 (5) 1.3设计目的及意义 (6) 1.4开发环境Multisim 10.0简要介绍 (7) 2 课程设计内容 (8) 2.1功放电路方案的选择 (8) 2.2 BTL电路的组成 (10) 2.3 电路仿真 (13) 3 实物焊接及调试过程 (18) 3.1 焊接实物 (18) 3.2 调试过程遇到的问题及解决方法 (19) 4 总结与心得 (20) 附录 (21) 附件一实验原理图 (21) 附录二元件清单 (22) 附录三参考文献 (23) 成绩评定表 (24)

课程设计任务书 学生姓名:专业班级: 指导教师:工作单位:、 题目: 音频功率放大器 初始条件:芯片:TDA2030A、极性电容、非极性电容、可变电阻、定值电阻、扬声器、 要求完成的主要任务: 1.选择合适的功放电路,如:OCL、OTL、或BTL电路。完成对高 保真音频功率放大器的设计、装备与调试; 2.输入信号Uid≤100mv,频率响应范围30Hz-3KHz; 3.在8Ω扬声器的负载下,输出功率连续可调,最大输出功率达 到6W; 4.音频信号放大后,失真≤5%。 5.效率≥60% 时间安排: 安装调试,地点: 指导教师签名:年月日 系主任(或责任教师)签名:年月日

摘要 这学期刚学习模电课,学校要求我们完成一次课程设计任务。模电这门课程主要讲 直流稳压电源。功率放大器的作用是给音响放大器的负载RL 率尽可能高。功率放大器的常见电路形式有OTL电路和OCL电路。有用继承运算放大器 BTL功 TDA2030A集成功放,并采用双电源电源供电。TDA2030A集成电路的特点是输出功率大,而且保护性能比较完善,其工作电压范围较广,信号失真度较小,使用两块TDA2030A组成BTL电路,输出功率可增至35W。实验用multism软件对BTL multism软件模拟 该电路由于价廉质优,使用方便,广泛应用于各种款式收录机和高保真立体声设备中。 BTL、TDA2030A、功率放大、multism。

音频功率放大器设计详解

音频功率放大器设计 一、设计任务 设计一个实用的音频功率放大器。在输入正弦波幅度≤5mV,负载电阻等于8Ω的 条件下,音频功率放大器满足如下要求: 1、最大输出不失真功率P OM≥8W。 2、功率放大器的频带宽度BW≥50Hz~15KHz。 3、在最大输出功率下非线性失真系数≤3%。 4、输入阻抗R i≥100kΩ。 5、具有音调控制功能:低音100Hz处有±12dB的调节范围,高 音10kHz处有±12dB的调节范围。 二、设计方案分析 根据设计课题的要求,该音频功率放大器可由图所示框图实现。 下面主要介绍各部 分电路的特点及要求。 图1 音频功率放大器组成框图 1、前置放大器 音频功率放大器的作用是将声音源输入的信号进行放大,然后输

出驱动扬声器。声音源 的种类有多种,如传声器(话筒)、电唱机、录音机(放音磁头)、CD唱机及线路传输等,这些声音源的输出信号的电压差别很大,从零点几毫伏到几百毫伏。一般功率放大器的输入灵敏度是一定的,这些不同的声音源信号如果直接输入到功率放大器中的话,对于输入过低的信号,功率放大器输出功率不足,不能充分发挥功放的作用;假如输入信号的幅值过大,功率放大器的输出信号将严重过载失真,这样将失去了音频放大的意义。所以一个实用的音频功率放大系统必须设置前置放大器,以便使放大器适应不同的的输入信号,或放大,或衰减,或进行阻抗变换,使其与功率放大器的输入灵敏度相匹配。另外在各种声音源中,除了信号的幅度差别外,它们的频率特性有的也不同,如电唱机输出信号和磁带放音的输出信号频率特性曲线呈上翘形,即低音被衰减,高音被提升。对于这样的输入信号,在进行功率放大器之前,需要进行频率补偿,使其频率特性曲线恢复到接近平坦的状态,即加入频率均衡网络放大器。 对于话筒和线路输入信号,一般只需将输入信号进行放大和衰减,不需要进行频率均衡。前置放大器的主要功能一是使话筒的输出阻抗与前置放大器的输入阻抗相匹配;二是使前置放大器的输出电压幅度与功率放大器的输入灵敏度相匹配。由于话筒输出信号非常微弱,一般只有100μV~几毫伏,所以前置放大器输入级的噪声对整个放大器的信噪比影响很大。前置放大器的输入级首先采用低噪声电路,对于由晶体管组成的分立元件组成的前置放大器,首先要选择低

音频功率放大器实验报告

一、实验目的 1)了解音频功率放大器的电路组成,多级放大器级联的特点与性能; 2)学会通过综合运用所学知识,设计符合要求的电路,分析并解决设计过程中遇到的问题,掌握设计的基本过程与分析方法; 3)学会使用Multisim、Pspice等软件对电路进行仿真测试,学会Altium Designer使用进行PCB制版,最后焊接做成实物,学会对实际功放的测试调试方法,达到理想的效果。 4)培养设计开发过程中分析处理问题的能力、团队合作的能力。 二、实验要求 1)设计要求 设计并制作一个音频功率放大电路(电路形式不限),负载为扬声器,阻抗8Ω。要求直流稳压电源供电,多级电压、功率放大,所设计的电路满足以下基本指标: (1)频带宽度50Hz~20kHz,输出波形基本不失真; (2)电路输出功率大于8W; (3)输入阻抗:≥10kΩ; (4)放大倍数:≥40dB; (5)具有音调控制功能:低音100Hz处有±12dB的调节范围,高音10kHz 处有±12dB的调节范围; (6)所设计的电路具有一定的抗干扰能力; (7)具有合适频响宽度、保真度要好、动态特性好。 发挥部分: (1)增加电路输出短路保护功能; (2)尽量提高放大器效率; (3)尽量降低放大器电源电压; (4)采用交流220V,50Hz电源供电。 2)实物要求 正确理解有关要求,完成系统设计,具体要求如下: (1)画出电路原理图; (2)确定元器件及元件参数; (3)进行电路模拟仿真; (4)SCH文件生成与打印输出;

(5)PCB文件生成与打印输出; (6)PCB版图制作与焊接; (7)电路调试及参数测量。 三、实验内容与原理 音频功率放大器是一种应用广泛、实用性强的电子音响设备,它主要应用于对弱音频信号的放大以及音频信号的传输增强和处理。按其构成可分为前置放大级、音调控制级和功率放大级三部分,如图1所示。 v 图1 音频功率放大器的组成框图 1)前置放大级 音频功率放大器的作用是将声音源输入的信号进行放大,然后输出驱动扬声器。声音源的种类有多种,如传声器(话筒)、电唱机、录音机(放音磁头)、CD 唱机及线路传输等,这些声音源的输出信号的电压差别很大,从零点几毫伏到几百毫伏。一般功率放大器的输入灵敏度是一定的,这些不同的声音源信号如果直接输入到功率放大器中的话,对于输入过低的信号,功率放大器输出功率不足,不能充分发挥功放的作用;假如输入信号的幅值过大,功率放大器的输出信号将严重过载失真,这样将失去了音频放大的意义。所以一个实用的音频功率放大系统必须设置前置放大器,以便使放大器适应不同的输入信号,或放大,或衰减,或进行阻抗变换,使其与功率放大器的输入灵敏度相匹配。另外在各种声音源中,除了信号的幅度差别外,它们的频率特性有的也不同,如电唱机输出信号和磁带放音的输出信号频率特性曲线呈上翘形,即低音被衰减,高音被提升。对于这样的输入信号,在进行功率放大器之前,需要进行频率补偿,使其频率特性曲线恢复到接近平坦的状态,即加入频率均衡网络放大器。 对于话筒和线路输入信号,一般只需将输入信号进行放大和衰减,不需要进行频率均衡。前置放大器的主要功能一是使话筒的输出阻抗与前置放大器的输入阻抗相匹配;二是使前置放大器的输出电压幅度与功率放大器的输入灵敏度相匹配。由于话筒输出信号非常微弱,一般只有100μV~几毫伏,所以前置放大器输入级的噪声对整个放大器的信噪比影响很大。前置放大器的输入级首先采用低噪声电路,对于由晶体管组成的分立元件组成的前置放大器,首先要选择低噪声的晶体管,另外还要设置合适的静态工作点。由于场效应管的噪声系数一般比晶体管小,而且它几乎与静态工作点无关,在要求高输入阻抗的前置放大器的情况下,

OCL功率放大器

带三段均衡的OCL 功率放大器(C题)设计报告

功率放大器 摘要:本设计主要是音频放大器的负载RL(扬声器)提供一定的输出功率。当负载一定时,输出的功率尽可能大(功放管的电压和电流变化范围很大),输出信号的非线性失真尽可能的小(在大信号状态下,电压、电流摆动幅度很大,极易超出管子特性曲线的线性范围而进入非线性区),效率尽可能高(负载上得到的信号功率与电源供给的直流功率之比),实现了对功率的放大作用。 功率放大电路的电路形式很多,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。我选用的是双电源供电的OCL互补对称功放电路。 本次设计选用了双运放LM358、二端接口若干、三极管9013、9012、BD237、BD238、TIP41、TIP42、L7812、L7912、电阻若干、电容若干、构成了三段均衡电路和功率放大电路。经测试成功的使功率放大,达到了对声音的放大效果。 关键字:LM358 功率放大

1 方案比较与论证 方案一:采用LM358双运放设计电路和四个三极管组成,运放为电路的驱动级电路。差分电压±30V,输入电压±16.5V。四个三极管构成功率输出级由双电源供电的OCL互补功放电路构成。为了克服交越失真,由二极管和电阻构成输出级的偏置电路。为了稳定工作状态和功率增益并减小失真,电路中引入电压串联负反馈。功率放大器的作用是给音响放大器的负载(一般是扬声器)提供所需要的输出功率。 方案二:采用LM324通用四运算放大器,双列直插8脚封装,其内部包含四组形式完全相同的运算放大器,除电源共用外,四组运放相互独立。它有5个引出脚,其中“+”、“-”为两个信号输入端,“V+”、“V-”为正、负电源端,“V o”为输出端。两个信号输入端中,Vi-(-)为反相输入端,表示运放,输出端V o的信号与该输入端的位相反;Vi+(+)为同相输入端,表示运放输出端V o的信号与该输入端的相位相同。 方案选取:本设计选择方案一采用LM358和三级管就能满足实验要求了,这样设计电路简单,应用简单。

实验二丙类高频功率放大器实验要点

实验三丙类高频功率放大器实验 一 . 实验目的 1. 通过实验,加深对于高频谐振功率放大器工作原理的理解。 2. 研究丙类高频谐振功率放大器的负载特性,观察三种状态的脉冲电流波形。 3. 了解基极偏置电压、集电极电压、激励电压的变化对于工作状态的影响。 4. 掌握 丙类高频谐振功率放大器的计算与设计方法。 二 . 预习要求: 1. 复习高频谐振功率放大器的工作原理及特点。 2. 熟悉并分析图 3所示的实 验电路,了解电路特点。 三 . 实验仪表设备 1. 双踪示波器 2. 数字万用表 3. TPE-GP5通用实验平台 4. G1N 实验模块 5. G2N 实验模块 四 . 电路特点及实验原理简介 1. 电路特点

本电路的核心是谐振功率放大器,在此电路基础上,将音频调制信号加入集电极回路中,利用谐振功率放大电路的集电极调制特性,完成集电极 调幅实验。当电路的输出负载为天线回路时,就可以完成无线电发射的任务。为了 使电路稳定,易于调整,本电路设置了独立的载波振荡源。 2. 高频谐振功率放大器的工作原理 参见图 1。 谐振功率放大器是以选频网络为负载的功率放大器,它是在无线电发送中最为重要、最为难调的单元电路之一。根据放大器电流导通角的范围可分为甲类、乙类、丙类 等类型。丙类功率放大器导通角θ<900 ,集电极效率可达 80%, 一般用作末级放大,以获得较大的功率和较高的效率。 图 1中, V bb 为基极偏压, V cc 为集电极直流电源电压。为了得到丙类工作状态, V bb 应为负值,即基极处于反向偏置。 u b 为基极激励电压。图 2示出了晶体管的转移特性曲线,以便用折线法分析集电极电流与基极激励电压的关系。 V bz 是晶体管发射结的起始电压(或称转折电压。由图可知,只有在 u b 的正半周,并且大于V bb 和 V bz 绝对值之和时,才有集电极电流流通。即在一个周期内,集电极电流 i c

音频功率放大器的设计毕业论文

音频功率放大器的设计毕业论文

单刀音频功率放大器的设计 摘要 本次课程设计题目为音频功率放大器,简称音频功放,音频功率放大器主要用于推动扬声器发声,凡发声的电子产品中都要用到音频功放。 设计中主要采用OP07进行音频放大器的设计,OP07芯片是一种低噪声,非斩波稳零的双极性运算放大器集成电路。由于OP07具有非常低的输入失调电压(对于OP07A最大为25μV),所以OP07在很多应用场合不需要额外的调零措施。设计中的音频功率放大器主要由直流稳压电源、前置放大电路、二级放大电路和功率放大电路组成。前置放大电路采用了反相比例运算放大器,二级放大电路用一个低通滤波器和一个高通滤波器组成一个带通滤波器,功率放大电路采用了OCL电路。直流电源采用桥式电路进行整流,输出则采用了三端集成稳压器。 对前置放大电路和二级放大电路进行了输入、输出分析和频率响应分析。对功率放大电路进行了输入和输出功率分析。对直流电源进行了输出电压验证。最后对总电路进行了输入、输出

分析、频率响应分析、噪声分析。 关键词: OP07 音频功率放大器

目录 摘要................................................................ I Abstract.......................... 错误!未定义书签。第一章音频放大器的概述.. (1) 1.1音频放大电路的回顾 (1) 1.2音频功率放大器的介绍 (2) 1.2.1 A类(甲类)功率放大器 (3) 1.2.2 B类(乙类)功率放大器 (3) 1.2.3 AB类(甲乙类)功率放大器 (4) 1.2.4 C类(丙类)功率放大器 (4) 1.2.5 D类(丁类)功率放大器 (5) 1.3放大器的技术指标 (5) 第二章音频功率放大器的设计 (11) 2.1设计方案分析 (11) 2.2前置放大电路设计 (11) 2.3二级放大电路设计 (15) 2.2.1 低通滤波器设计 (15) 2.2.2 高通滤波器设计 (17) 2.2.3 二级放大电路电路设计 (20) 2.4功率放大器设计 (21) 2.5 直流稳压电源设计 (23)

功率放大器原理功率放大器原理图

袁蒁膃蚇腿肀肃功率放大器原理功率放大器原理 图 芃蚆葿艿袂薇蒆要说功率放大器的原理,我们还是先来看看功率放大器的组成:射频功率放大器(RF PA)是各种无线发射机的重要组成部分。在发射机的前级电路中,调制振荡电路所产生的射频信号功率很小,需要经过一系列的放大一缓冲级、中间放大级、末级功率放大级,获得足够的射频功率以后,才能馈送到天线上辐射出去。为了获得足够大的射频输出功率,必须采用射频功率放大器。 射频功率放大器是发送设备的重要组成部分。射频功率放大器的主要技术指标是输出功率与效率。除此之外,输出中的谐波分量还应该尽可能地小,以避免对其他频道产生干扰。 螆肇葿蚄蚆芈羁功率放大器原理 衿蚈膂袆袆膁螁高频功率放大器用于发射机的末级,作用是将高频已调波信号进行功率放大,以满足发送功率的要求,然后经过天线将其辐射到空间,保证在一定区域内的接收机可以接收到满意的信号电平,并且不干扰相邻信道的通信。高频功率放大器是通信系统中发送装置的重要组件。按其工作频带的宽窄划分为窄带高频功率放大器和宽带高频功率放大器两种,窄带高频功率放大器通常以具有选频滤波作用的选频电路作为输出回路,故又称为调谐功率放大器或谐振功率放大器;宽带高频功率放大器的输出电路则是传输线变压器或其他宽带匹配电路,因此又称为非调谐功率放大器。高频功率放大器是一种能量转换器件,它将电源供给的直流能量转换成为高频交流输出。在“低频电子线路” 课程中已知,放大器可以按照电流导通角的不同,将其分为甲、乙、丙三类工作状态。甲类放大器电流的流通角为360o,适用于小信号低功率放大。乙类放大器电流的流通角约等于180o;丙类放大器电流的流通角则小于180o。乙类和丙类都适用于大功率工作。丙类工作状态的输出功率和效率是三种工作状态中最高者。 高频功率放大器大多工作于丙类。但丙类放大器的电流波形失真太大,因而不能用于低频功率放大,只能用于采用调谐回路作为负载的谐振功率放大。由于调谐回路具有滤波能力,回路电流与电压仍然极近于正弦波形,失真很小。除了以上几种按电流流通角来分类的工作状态外,又有使电子器件工作于开关状态的丁类放大和戊类放大。丁类放大器的效率比丙类放大器的还高,理论上可达100%,但它的最高工作频率受到开关转换瞬间所产生的器件功耗(集电极耗散功率或阳极耗散功率)的限制。如果在电路上加以改进,使电子器件在通断转换瞬间的功耗尽量减小,则工作频率可以提高。这就是戊类放大器。 我们已经知道,在低频放大电路中为了获得足够大的低频输出功率,必须采用低频功率放大器,而且低频功率放大器也是一种将直流电源提供的能量转换为交流输出的能量转换器。高频功率放大器和低频功率放大器的共同特点都是输出功率大和效率高,但二者的工作频率和相对频带宽度却相差很大,决定了他们之间有着本质的区别。低频功率放大器的工作频率低,但相对频带宽度却很宽。例如,自20至20000 Hz,高低频率之比达1000倍。因此它们都是采用无调谐负载,如电阻、变压器等。高频功率放大器的工作频率高(由几百kHz一直到几百、几千甚至几万MHz),但相对频带很窄。例如,调幅广播电台(535-1605 kHz的频段范围)的频带宽度为10 kHz,如中心频率取为1000 kHz,则相对频宽只相当于中心频率的百分之一。中心频率越高,则相对频宽越小。因此,高频功率放大器一般都采用选频网络作为负载回路。由于这后一特点,使得这两种放大器所选用的工作状态不同:低频功率放大器可工作于甲类、甲乙类或乙类(限于推挽电路)状态;高频功率放大器则一般都工作于丙类(某些特殊情况可工作于乙类)。 近年来,宽频带发射机的各中间级还广泛采用一种新型的宽带高频功率放大器,它不采用选频网络作为负载回路,而是以频率

高频功率放大器(丙类)

实验报告 课程名称高频电子线路 实验名称高频功率放大器(丙类) 实验类型验证(验证、综合、设计、创新)学院名称电子与信息工程学院专业电子信息工程年级班级 2012级电信3 班开出学期 2014-2015上期学生姓名学号 指导教师蒋行达成绩

2014 年 11 月 22 日实验二高频功率放大器(丙类) 一、实验目的 1、了解丙类功率放大器的基本工作原理,三种工作状态,功率、效率计算。 2、掌握丙类功率放大器性能的测试方法。 3、观察集电极负载、输入信号幅度与集电极电压 EC对功率放大器工作情况的影响。 二、实验仪器 1、示波器 2、高频信号发生器 3、万用表 4、实验板 2 三、预习要求 1、复习功率放大器原理及特点。 2、分析图 2-2所示的实验电路,说明各元器件作用。 四、实验内容 1、用示波器观察功率放大器工作状态,尤其是过压状态时的集电极电流凹陷脉

冲。 2、观察并测量集电极负载变化对功率放大器工作的影响。 3、观察并测量输入信号幅度变化对功率放大器工作的影响。 4、观察并测量集电极电源电压变化对功率放大器工作的影响。 五、基本原理及实验电路 高频功率放大器是通信系统中发送装置的重要组件。它的作用是放大信号,使之达到足够功率输出,以满足天线发射或其他负载的要求。它的主要技术指标有:输出功率、效率、功率增益、带宽和谐波抑制度(或信号失真度)。 1、基本原理 功率放大器的效率是一个最突出的问题,其效率高低与放大器的工作状态有直接的关系。放大器工作状态可分为甲类、乙类和丙类等。图 2-1 表示了不同Ube时,谐振功率放大器不同工作状态的基极电压和集电极电流波形。

OCL功率放大器设计分析

设计题目:OCL功率放大器设计 姓名: 学号: 班级:14级 专业:电子信息工程 设计时间:2016 2016年 7 月 4 日

目录 概述 (3) 一、任务及要求: (4) 1.设计任务 (4) 2.设计要求 (4) 二.总体方案设计 (4) 1.设计思路 (4) 2. OCL功放各级的作用和电路结构特征 (4) 三.单元电路的选择及设计 (5) 1、设计方案 (5) 2、设计选择 (5) (1)设计一个放大器所需要的直流稳压电源 (5) (2)差分放大电路电路图 (6) (3)复合管放大电路电路图 (7) (4) U的倍增电路电路图 (7) BE 四.总体电路图 (9) 五.元器件参数的选择: (10) a.确定工作电压 V (10) CC b.功率输出级的设计: (11) c.推动级(V4)的设计 (12) d.输入级的设计 (13) 六、总结与体会 (15)

概述 (1)放大电路实质上都是能量转换电路。从能量控制的观点来看,功率放大电路和电压放大电路没有本质的区别。但是,功率放大电路和电压放大电路所要完成的任务是不同的。对电压放大电路的主要的要求是使其输出端得到不失真的电压信号,讨论的主要指标是电压增益,输入和输出阻抗等,输出的功率并不一定大。而功率放大电路则不同,它主要要求获得一定的不失真(或失真较小)的输出功率,因此功率放大电路包含这一系列在电压放大电路中没有出现过的特殊问题,这些问题是: 要求输出功率尽可能大 为了获得大的功率输出,要求功放管的电压和电流都有足够大的输出幅度,因此器件往往在接近极限运用状态下工作。 效率更高 (2)由于输出功率大,因此直流电源消耗的功率也大,这就存在一个效率问题。所谓效率就是负载得到的有用信号功率和电源供给的直流功率的比值。这个比值越大,意味着效率越高。 非线性失真小 (3)功率放大电路是在大信号下工作,所以不可避免地会产生非线性失真,而且同一功放管输出功率越大,非线性失真往往越严重,这就使输出功率和非线性失真成为一对主要矛盾。但是,在不同场合下,对非线性失真的要求不同。 (4)功率器件的散热问题:在功率放大电路中,为了输出较大的信号功率,器件承受的电压高。为了充分利用允许的管耗而使管子输出足够大的功率,放大器件的散热就成为一个重要问题了。 (5)此外,在功率放大电路中,为了输出较大的信号功率,器件承受的电压要高,通过的电流要大,功率管损坏的可能性也就比较大,所以功率管的损坏与保护问题也不容忽视。 (6)OCL功率放大器是一种一种直接耦合的功率放大器,它具有频响宽,保真度高,动态特性好及易于集成化等特点。OCL是英文Output Capacitor Less 的缩写,意为无输出电容。采用两组电源供电,使用了正负电源,在电压不太高的情况下,也能获得比较大的输出功率,省去了输出端的耦合电容。使放大器低频特性得到扩展。OCL功放电路也是定压式输出电路。

高效音频功率放大器

高效音频功率放大器 一、设计任务与要求 1、设计任务 设计并制作一个高效率音频功率放大器及其参数的测量、显示装置。功率放大器的电源电压为+5V(电路其他部分的电源电压不限),负载为8Ω电阻。 2、设计要求 ⑴基本要求 ①功率放大器 a.3 dB通频带为300~3400Hz,输出正弦信号无明显失真。 b.最大不失真输出功率≥1W。 c.输入阻抗>10kΩ,电压放大倍数1~20连续可调。 d.低频噪声电压(20kHz以下)≤10mV,在电压放大倍数为10、输入端对地交流短路时测量。 e.在输出功率500mW时测量的功率放大器效率(输出功率/放大器总功耗)≥50%。 ②设计并制作一个放大倍数为1的信号变换电路,将功率放大器双端输出的信号转换为单端输出,经RC滤波供外接测试仪表用,如下图所示。图中,高效率功率放大器组成框图可参见本题第3项“说明”。 图1 系统组成框图 ③设计并制作一个测量放大器输出功率的装置,要求具有3位数字显示,精度优于5%。 ⑵发挥部分 ① 3dB通频带扩展至300Hz~20kHz。 ②输出功率保持为200mW,尽量提高放大器效率。 ③输出功率保持为200mW,尽量降低放大器电源电压。 ④增加输出短路保护功能。 ⑤其他。 1、说明 ⑴采用开关方式实现低频功率放大(即D类放大)是提高效率的主要途径之一,D类放大原理框图如下图所示。本设计中如果采用D类放大方式,不允许使用D类功率放大集成电路。

图2 D类放大原理框图 ⑵效率计算中的放大器总功耗是指功率放大器部分的总电流乘以供电电压(+5 v),不包括“基本要求”中第(2)、(3)项涉及的电路部分功耗。制作时要注意便于效率测试。 ⑶在整个测试过程中,要求输出波形无明显失真。 二、方案论证与比较 根据设计任务的要求,本系统的组成方框图如图1所示。下面对每个框电路的设计方案分别进行论证与比较。 1、高效率功率放大器 ⑴高效率功放类型的选择 方案一:采用A类、B类、AB类功率放大器。这三类功放的效率均达不到题目的要求。 方案二:采用D类功率放大器。D类功率放大器是用音频信号的幅度去线性调制高频脉冲的宽度,功率输出管工作在高频开关状态,通过LC低通滤波器后输出音频信号。由于输出管工作在开关状态,故具有极高的效率。理论上为100%,实际电路也可达到80%~95%,所以我们决定采用D类功率放大器。 ⑵高效D类功率放大器实现电路的选择本题目的核心就是功率放大器部分,采用何种电路形式以达到题目要求的性能指标,这是关键。 图3 脉宽调制器电路 ①脉宽调制器(PWM) 方案一:可选用专用的脉宽调制集成块,但通常有电源电压的限制,不利于本题发挥部分的实现。 方案二:采用图3所示方式来实现。三角波产生器及比较器分别采用通用集成电路,各部分的功能清晰,实现灵活,便于调试。若合理的选择器件参数,可使其能在较低的电压下工作,故选用此方案。 ②高速开关电路

丙类高频功率放大器课程设计

高频电子线路课程设计报告 题目:丙类功率放大器 院系: 专业:电子信息科学与技术 班级: 姓名: 学号: 指导教师: 报告成绩: 2013年12月20日

目录 一、设计目的 (1) 二、设计思路 (1) 三、设计过程 (2) 3.1、系统方案论证 3.1.1 丙类谐振功率放大器电路 3.2、模块电路设计 3.2.1丙类谐振功率放大器输入端采用自给偏置电路 3.2.2丙类谐振功率放大器输出端采用直流馈电电路 3.2.3匹配网络 3.2.4 VBB 、Vcm、Vbm、VCC对丙类谐振功率放大器性能影响分析 四、整体电路与系统调试及仿真结果 (11) 4.1 电路设计与分析 4.2.仿真与模拟 4.2.1 Multisim 简介 4.2.2 基于Multisim电路仿真用例 五、主要元器件与设备 (14) 5.1 晶体管的选择 5.1.2 判别三极管类型和三个电极的方法 5.2电容的选择 六、课程设计体会与建议 (17) 6.1、设计体会 6.2、设计建议 七、结论 (18) 八、参考文献 (19)

一、设计目的 电子技术迅猛发展。由分立元件发展到集成电路,中小规模集成电路,大规模集成电路和超大规模集成电路。基本放大器是组成各种复杂放大电路的基本单元。弱电控制强电在许多电子设备中需要用到。放大器在当今和未来社会中的作用日益增加。 高频功率放大器是发送设备的重要组成部分之一,通信电路中,为了弥补信号在无线传输过程中的衰耗,要求发射机具有较大的输出功率,而且,通信距离越远,要求输出功率越大。所以,为了获得足够大的高频输出功率,必须采用高频功率放大器。高频功率放大器是无线电发射设备的重要组成部分。丙类谐振功率放大器在人类生活中得到了广泛的应用,而且能高效率的将电源供给的直流能量转换为高频交流输出,研究它具有很高的社会价值。 设计简单丙类谐振功率放大器电路并进行仿真,以及对丙类谐振功率放大器发展的展望。 二、设计思路 丙类谐振功率放大器工作原理 图2-2-1为丙类谐振功率放大器原理图,为实现丙类工作,基极偏置电压V BB 应设置在功率的截止区。 输入回路 由于功率管处于截止状态,基极偏置电压V BB 作为结外电场,无法克服结内电场,没有达到晶体管门坎电压,从而,导致输入电流脉冲严重失真,脉冲宽度小于90o。 由i C ≈βi B 知,i C 也严重失真,且脉宽小于90o。 输出回路 若忽略晶体管的基区宽度调制效应以及结电容影响,在静态转移特性曲线 (i C ~V BE )上画出的集电极电流波形是一串周期重复的脉冲序列,脉冲宽度小于半 个周期。

OTL功率放大器设计解析

电子技术基础课程设计任务书 20xx-20xx学年第一学期第xx周-xx周 注:1、此表一组一表二份,课程设计小组组长一份;任课教师授课时自带一份备查。

2、课程设计结束后与“课程设计小结”、“学生成绩单”一并交院教务存档。

目录 一、设计任务 (2) 二、总体方案的设计与选择 (2) 三、总体电路图及印刷板图 (6) 四、计算机仿真 (7) 五、安装调试 (8) 六、焊接实图 (10) 七、心得体会 (11) 参考书籍 (11)

设计题目:OTL功率放大器设计 一、设计任务 (一)设计任务:设计一个OTL功率放大器 (二)设计要求: 1、要求电路采用集成电路组成; 2、额定输出功率大于等于10W; 3、负载阻抗等于8Ω; 4、采用TDA2003集成芯片。 二、总体方案的设计与选择 (一)电路原理 1、OTL功放原理 (1)乙类输出无变压器(output transformerless 简记OTL)功率放大器 图2-5-14所示乙类OTL功放电路, V 1与V 2 为互补对称管,故这种电 路也是互补对称电路。 由于电路结构上的对称性,静态下A、B对地电压均为U G /2,C 1 、C 2 端 电压U C1=U C2 =UG/2。因此,输出耦合电容又相当于一个U G /2的直流电源。图 中的A点又称中点。 图2-5-14 乙类OTL功放 当电路输入正弦信号,且u i >0时,功放管V 1 导通、V 2 截止,电路为射 极输出器,u O≈u i ,u O 输出正半周,其振幅最多可达U G /2,;u i <0时,V 1 截 止,V 2导通,u O ≈u i ,u o 输入负半周,振幅最多可达U G /2。当U om =U G /2时,

功率放大器,功率放大器的特点及原理

功率放大器,功率放大器的特点及原理是什么? 利用三极管的电流控制作用或场效应管的电压控制作用将电源的功率转换为按照输入信号变化的电流。因为声音是不同振幅和不同频率的波,即交流信号电流,三极管的集电极电流永远是基极电流的β倍,β是三极管的交流放大倍数,应用这一点,若将小信号注入基极,则集电极流过的电流会等于基极电流的β倍,然后将这个信号用隔直电容隔离出来,就得到了电流(或电压)是原先的β倍的大信号,这现象成为三极管的放大作用。经过不断的电流及电压放大,就完成了功率放大。 功率放大器,简称“功放”。很多情况下主机的额定输出功率不能胜任带动整个音响系统的任务,这时就要在主机和播放设备之间加装功率放大器来补充所需的功率缺口,而功率放大器在整个音响系统中起到了“组织、协调”的枢纽作用,在某种程度上主宰着整个系统能否提供良好的音质输出。 一、功率放大器的特点 向负载提供信号功率的放大器,通常称为功率放大器。功率放大器工作时,信号电压和电流的幅度都比较大,因此具有许多不同于小信号放大器的特点。 l.功率放大器的效率 功串放大的实质是通过晶体管的控制作用,把电源提供给放大器的直流功率转换成负载上的交流功率。交流输出功串和直流电源功率息息相关。一个功率放大器的直流电源提供的功率究竟能有多少转换成交流输出功率呢?我们当然希望功率放大器最好能把直流功率(PE= EcIc)百分之百转换成交流输出功率(Psc=Uscisc)实际上却是不可能的。因为晶体管自身要有一定的功率消耗,各种电路元件(电阻、变压器等)要消耗一定的功率,这就有个效率问题了。放大器的效率η指输出功率Psc与电源供给的直流动率PE之比,即通常用百分比表示: η=Psc/PE 通常用百分比表示: η=Psc/PE×100% 效率越高,表示功率放大器的性能越好。 晶休管在大信号工作条件下,工作点会上下大幅度摆动。一旦工作点跳出输入或输出特性曲线的线性区,就会出现非线性失真。所以对声频功率放大器来说,输出功率总要和非线性失真联系在一起考虑。一般声频功率放大器都有两个指标棗最大输出功率和最大不失真输

TDA2030集成电路功率放大器设计方案

TDA2030集成电路功率放大器设计 一、设计题目集成电路功率放大器 二、给定条件字串5 设计一款额定输出功率为10 ~ 20W的低失真集成电路功率放大器,要求电路简洁,制作方便、性能可靠。性能主要指标: 字串3 输出功率:10 ~ 20W (额定功率); 字串9 频率响应:20Hz ~ 100kHz ( < 3dB 字串6 谐波失真:w 瑶(10W,30Hz~20kHz ); 字串9 输出阻抗:< 0.16 Q字串4 输入灵敏度:600mV (1000Hz,额定输出时) 三、设计内容 1 ?根据具体电路图计算电路参数字串8 2?选取元件、识别和测试。包括各类电阻、电容、变压器的数值、质量、电器性能的准确判断、解决大功率放大器散热的问题。字串5 3 ?了解有关集成电路特点和性能资料情况 字串5 4?根据实际机壳大小设计1:1印刷板布线图字串3 5 ?制作印刷线路板

字串4 6 ?电路板焊接、调试(调试步骤可以参考《模拟电子技术实验指 字串2 导书》有关放大器测试过程字串5 7?实训期间必须遵守实训纪律、听从老师安排和注意用电安全。 四、功率放大电路的测试基本内容 字串6 注意:将输入电位器调到最大输入的情况。 字串2 1测量输出电压放大倍数Au字串7 测试条件:直流电源电压14v,输入信号1KH z 70 mv (振幅值100mv),输出负载电阻分另为4Q 和8Q O 字串3 字串4 2.测量允许的最大输入信号(1KH z)和最大不失真输出功率 字串5 测试条件:①直流电源电压14v,负载电阻分别为4 Q和8 Q O 字串3 ②直流电源电压10v,负载电阻为8Q O

新型定压输出功率放大器电路分析与维修图解

新型定压输出功率放大器电路分析与维修图解 定压输出的功放过去叫扩音机,在农村和企业常作广播系统使用,近年来在宾馆、饭店、广场播放背景音乐也得到广泛应用。目前流行的定压功放一改过去推挽输出的功率放大电路,而是采用如彩页附图REESOUND MA-300这种新型功放电路。如ET-5350、MP-600P等机型都采用了这种电路。 从电路图中可看出这种功放电路与普通OCL功率放大器有很大区别。普通的家用或专业功放电路功率管均采用发射极输出形式,功率输出由中点通过负载到公共地构成回路。此电路功率管却是集电极输出方式,PNP和NPN不同极性的功率管集电极直接连在一起,输出中点与信号输入地连接。电源变压器B1次级单绕组120V经桥式整流后通过C1、C2、R1、R2分压形成正负电源(±60V)和悬浮地。作为负载的输出变压器B2的初级绕组就跨接在输入地和悬浮地之间。有资料把这种电路形式叫电流源激励共射输出放大电路。功率管不在大环路反馈环之内,克服了功率管温度特性不稳定的缺点,并充分发挥了集电极输出电压增益高的优点ZD1、ZD2两个3V稳压管相对着跨接在输入端与地之间,可防止输入信号过强。T1、T2、T3、T4组成双差分放大电路,反馈信号不象普通电路取自中点而是取自悬浮地。送往下级的信号不是由输入管集电极取出,而是从反向输入管集电极取出,这也是与传统OCL电路的不同之处。T5、T6和T7、T8组成共射共基电压放大电路,用D1、D2,D3、D4发光二极管给T6、T7基极提供稳定的电压可减小因电压波动而引起的

非线性失真。T9是恒压偏置管,热敏电阻Rt并联在T9基极的上偏置电路里,安装在散热片上,起到温度补偿的功能。ZD3、ZD4两个12V稳压管和电阻电容给前两级提供稳定电压,有效的隔离了功率输出引起的电压波动。T10、T11,T12、T13构成复合电流放大级,ZD5、ZD6的加入可防止信号过强时引起对功率管的过激励,是一种新颖的保护电路。T14-T23是五对功率管(原电路板有六对位置只装五对),因采用这种新电路使功率管安装很方便,不用云母片而直接固定在方桶型散热片上(配有风机)。C3、R3是茹贝尔补偿网络,克服输出变压器纯感性负载造成的高频移相自激。T24、T25组成过流检测电路,T26是悬浮地直流检测电路。当电路过流或悬浮地直流偏移严重时两个检测电路就会使继电器驱动电路截止,释放继电器起到保护作用。T27、T28是继电器J驱动电路,温度继电器Jt是常闭型,安装在散热片上。当散热片温度过高时,Jt由常闭转为打开状态,T28失去偏置而截止,继电器J释放,触点JK打开而停止功率输出。因扬声器是通过线间变压器和输出变压器与直流电路隔离,不存在开机电流冲击现象,因此继电器不需要延迟闭合,开机就吸和。也有机型采用继电器常态不吸和,利用常闭触点接通负载,在有故障时继电器吸和断开负载。输出变压器B2次级设置有20V、70V、100V三档,其中20V可直接配接16Ω25W号筒喇叭。100V输出需经过定压式线间变压器再连接号筒喇叭或吸顶扬声器、室外音柱。为适应饭店多套客房背景音乐的控制,有的机型面板还设置了四个选择开关,背后增加了四组接线柱,按下某个选择开关相应一路就接入100V输出端。

功放的工作原理与作用

功放的工作原理与作用 功放的作用就是把来自音源或前级放大器的弱信号放大,以推动扬声器放声。一套良好的音响系统功放的作用功不可没。 功放作为各类音响器材中的大块头,它主要是将音源器材输入的较弱信号进行放大后,产生足够大的电流去推动扬声器进行声音的重放。由于考虑功率、阻抗、失真、动态以及不同的使用范围和控制调节功能,不同的功放在内部的信号处理、线路设计和生产工艺上也不尽相同。 汽车功放电路图 汽车音响系统跟家用音响一样,使用功率放大器才能使整个系统完整。如果是刚接触汽车音响的人,对于在汽车中也安装功率放大器,甚至是安装多个功率放大器,可能会觉得不可思议。这个要从汽车自身来讲开,因为汽车的电源电压一般只有14.4V,功率(P)=电压(U)x电流(I),最多能达到4x55W。如果只用主机自身的功率放大器,只能推动功率小的扬声器,而且音量开大就会失真,声音听起来生硬,缺乏弹性。人耳听觉是有限度的,其下限比所能听到的音量上限还要少,这个可解释为何声音在一开始时感觉比较强烈,慢慢会觉得微弱下去。要让任何声音达到最逼真的状态,对于目前技术还无法解决。挡风玻璃,内装饰,发动机以及车底盘和轮胎在路面行驶时所发出的噪音,对聆听环境造成不可忽视的影响。只能加装功率放大器,才能解决低声压级和后级功率不足的缺陷,来重播音乐的全部信息。如果车用功率放大器内部使用逆变电源,将电源电压提高到40V左右,功率也会随之得到提高,这样便可推动大功率扬声器。由于储备功率加大,提高音量就不会产生失真,音质有力且富有弹性。尤其在推动大尺寸的低音扬声器时,低音区更加延伸,声音变得丰满,这样这个难题就能迎刃而解。

实际上功放是高保真地还原音频信号。我们来打个简单的比方,其实功放就好比复印机工作。为何要把这两个风马不相及的概念扯在一块,听我仔细一一道来。它们的实质作用都是复制某物,正如复印机可以把较小的纸张复印成较大的纸张。假如你去复印A4的纸张原件,那么你除了可以得到A4纸张的复印件,还可以得到A3或A1,甚至更大的纸张,新的复印件其实就是就是原件的放大版,这个你自己根据需要可以去控制调节。功放酷似复印机,复印件并非本源的原件。经过功放加工的信号就是原音频的还原加强版,音量比源音频输入要大。它改变的只是音频输入的音量,而音色并无改变。如果它的音色也改变了.那么它的波长及频率也相应有所改变。对于此话题本文将不做详细且有深度的阐述。这个比方通俗易懂,恰如其分。现在,我想大家对于功放应该有了大致的认识。总而言之.车载功放就是把输入端(主机、CD播放机等等)的音频输入还原放大,同时使它达到足够的强度,以至于能够带动喇叭工作。 功率放大器的工作原理就是靠电压来控制电流通道的大小来达到控制电流大小的目的。利用三极管的电流控制作用或场效应管的电压控制作用将电源的功率转换为按照输入信号变化的电流。因为声音是不同振幅和不同频率的波,即交流信号电流,三极管的集电极电流永远是基极电流的β倍,β是三极管的交流放大倍数,应用这一点,若将小信号注入基极,则集电极流过的电流会等于基极电流的β倍,然后将这个信号用隔直电容隔离出来,就得到了电流(或电压)是原先的β倍的大信号,这现象成为三极管的放大作用。经过不断的电流及电压放大,就完成了功率放大。而场效应管则是用栅极电压来控制源极与漏极的电流,其控制作用用跨导表示,即栅极变化一毫伏,源极电流变化一安,就称跨导为1,功率放大器就是利用这些作用来实现小信号控制大信号,从而使多级放大器实现了大功率的输出,并非真的将功率放大了!它们是转化的电源功率,而不是对能量的放大。以我们目前的技术我们还是要遵守能量守恒定律的。

功率放大器的设计

课程设计任务书 学生姓名:专业班级:电子1003班 指导教师:葛华工作单位:信息工程学院 题目: 功率放大器的设计 初始条件: 计算机、Proteus软件、Cadence软件 要求完成的主要任务:(包括课程设计工作量及其技术要求,以及说明书撰写等具体要求) 1、课程设计工作量:2周 2、技术要求: (1)学习Proteus软件和Cadence软件。 (2)设计一个功率放大器电路。 (3)利用Cadence软件对该电路设计原理图并进行PCB制版,用Proteus软件对该电路进行仿真。 3、查阅至少5篇参考文献。按《武汉理工大学课程设计工作规范》要求撰写设计报告书。全文用A4纸打印,图纸应符合绘图规范。 时间安排: 2013.11.11做课设具体实施安排和课设报告格式要求说明。 2013.11.11-11.16学习Proteus软件和Cadence软件,查阅相关资料,复习所设计内容的基本理论知识。 2013.11.17-11.21对功率放大器进行设计仿真工作,完成课设报告的撰写。 2013.11.22 提交课程设计报告,进行答辩。 指导教师签名:年月日 系主任(或责任教师)签名:年月日

目录 摘要........................................................................ I Abstract ................................................................... II 1 功放的工作原理及分类 (1) 1.1功放的工作原理 (1) 1.2功放的分类 (1) 2 软件介绍 (2) 2.1 Proteus (2) 2.1.1 Proteus简介 (2) 2.1.2工作界面 (2) 2.1.3 对象的放置和编辑 (3) 2.1.4 连线 (4) 2.2Cadence软件 (4) 2.2.1 Cadence简介 (4) 2.2.2 Cadence软件的特点 (4) 2.2.3电路PCB的设计步骤 (4) 3 设计方案 (6) 3.1 运算放大电路的设计 (6) 3.2 功率放大电路的设计 (7) 3.3 音频功率放大电路 (9) 3.4方案总结及仿真 (10) 4 Candence软件操作 (11) 4.1 Cadence画电路原理图 (11) 4.2 布线及PCB图 (11) 4.2.1布线注意事项 (11) 4.2.2 PCB制作 (12) 5.心得体会 (14) 6.参考文献 (15)

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