短学期(功率放大器电路图设计及Proteus仿真)
基于Proteus仿真的高频功率放大器设计及应用
高频功率放大器设计及应用摘要:高频功率放大器是发射机的重要组成部分,因而也是通信系统必不可少的环节。
本文介绍了高频功率放大器应用和基本原理,并利用电子设计工具软件 Proteus对丙类功率放大器电路从方案选择、单元电路设计、元器件参数选取等方面进行具体设计分析 ,同时对电路进行仿真测试 ,通过仿真结果分析电路特性 ,使电路得到进一步完善。
关键词：高频功率放大器应用、功率放大器原理、高频功率放大器仿真设计1. 引言高频功率放大器是无线电发射机末端的重要部件 ,是评价通信系统性能的重要参数。
近年来 ,针对功率放大器设计的各种研究不断涌现 ,对功率放大器的性能进行优化的算法不断出现。
利用Proteus软件工具进行高频功率放大电路的设计 ,通过仿真结果对电路的特性进行分析 , 并逐步完善电路。
2. 高频功率放大器应用功率放大器简称功放，可以说是各类音响器材中最大的一个家族了，其作用主要是将音源器材输入的较微弱信号进行放大后，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各不相同。
以其主要用途来说，功放可以分做两大类别，即专业功放与家用功放。
在体育馆场、影剧场、歌舞厅、会议厅或其它公共场所扩声，以及录音监听等场所使用的功放，一般说在其技术参数上往往会有一些独特的要求，这类功放通常称为专业功放。
而用于家庭的hi－fi音乐欣赏，av系统放音，以及卡拉ok娱乐的功放，通常我们称为家用功放。
随着行动电话、WLAN(Wireless Local Area Network)、蓝芽(Bluetooth)的普及化，高频电子设备已经成为生活中的必需品，而电子设备使用的频率也从过去的1GHz逐渐朝5GHz甚至更高频方向发展。
由于FET等主动电子组件与电容、电感等被动电子组件性能的提升，使得高频电路的特性获得大幅的改善。
音频功率放大电路设计(附仿真)
南昌大学实验报告学生姓名： 学号： 专业班级： 实验类型：□验证□综合□设计□创新 实验日期： 实验成绩：音频功率放大电路设计 一、设计任务设计一小功率音频放大电路并进行仿真。
二、设计要求已知条件：电源9±V 或12±V ；输入音频电压峰值为5mV ；8Ω/0.5W 扬声器；集成运算放大器（TL084）；三极管（9012、9013）；二极管（IN4148）；电阻、电容若干基本性能指标：P o ≥200mW （输出信号基本不失真）；负载阻抗R L ＝8Ω；截止频率f L ＝300Hz ，f H ＝3400Hz扩展性能指标：P o ≥1W （功率管自选）三、设计方案音频功率放大电路基本组成框图如下：音频功放组成框图由于话筒的输出信号一般只有5mV 左右，通过话音放大器不失真地放大声音信号，其输入阻抗应远大于话筒的输出阻抗；滤波器用来滤除语音频带以外的干扰信号；功率放大器在输出信号失真尽可能小的前提下，给负载R L （扬声器）提供一定的输出功率。
应根据设计要求，合理分配各级电路的增益，功率计算应采用有效值。
基于运放TL084构建话音放大器与宽带滤波器，频率要求详见基本性能指标。
功率放大器可采用使用最广泛的OTL （Output Transformerless ）功率放大电路和OCL （Output Capacitorless ）功率放大电路，两者均采用甲乙类互补对称电路，这种功放电路在具有较高效率的同时，又兼顾交越失真小，输出波形好，在实际电路中得到了广泛的应用。
对于负载来说，OTL电路和OCL电路都是射极跟随器，且为双向跟随，它们利用射极跟随器的优点——低输出阻抗，提高了功放电路的带负载能力，这也正是输出级所必需的。
由于射极跟随器的电压增益接近且小于1，所以，在OTL电路和OCL电路的输入端必须设有推动级，且为甲类工作状态，要求其能够送出完整的输出电压；又因为射极跟随器的电流增益很大，所以，它的功率增益也很大，这就同时要求推动级能够送出一定的电流。
音频功率放大器电路设计
音频功率放大器电路设计(总4页) --本页仅作为文档封面，使用时请直接删除即可----内页可以根据需求调整合适字体及大小--一、设计的题目及其要求（1）设计题目音频功率放大器电路仿真设计（2）课程设计的目标、基本要求及其功能：设计并实现OTL功率放大器，功率放大器的作用是给音响放大器的负载RL（扬声器）提供一定的输出功率。
当负载一定时，希望输出的功率尽可能大，输出的信号的非线形失真尽可能的小，效率尽可能的高。
用multisim软件对OTL功率放大器进行仿真实现。
根据实例电路图和已经给定的原件参数，使用multisim软件模拟电路，并对其进行静态分析，动态分析，显示波形图，计算数据等操作。
二、设计的基本思路及其设计出发点（1）设计的基本思路功率放大器的作用是给负载RL提供一定的输出功率，当RL一定时，希望输出功率尽可能大，输出信号的非线性失真可能小，且效率尽可能高。
由于OTL电路采用直接耦合方式，为了保证电路工作稳定，必须采取有效措施抑制零点漂移。
为了获得足够大的输出功率驱动负载工作，故需要有足够高的电压放大倍数。
因此，性能良好的OTL功率放大器应由输入级、推动级和输出级等部分组成。
（2）芯片的选择TDA 2030 是一块性能十分优良的功率放大集成电路，其主要特点是上升速率高、瞬态互调失真小，在目前流行的数十种功率放大集成电路中，规定瞬态互调失真指标的仅有包括TDA 2030 在内的几种。
我们知道，瞬态互调失真是决定放大器品质的重要因素，该集成功放的一个重要优点。
TDA2030 集成电路的另一特点是输出功率大，而保护性能以较完善。
根据掌握的资料，在各国生产的单片集成电路中，输出功率最大的不过20W，而TDA 2030的输出功率却能达18W，若使用两块电路组成BTL电路，输出功率可增至35W。
另一方面，大功率集成块由于所用电源电压高、输出电流大，在使用中稍有不慎往往致使损坏。
然而在TDA 2030集成电路中，设计了较为完善的保护电路，一旦输出电流过大或管壳过热，集成块能自动地减流或截止，使自己得到保护（当然这保护是有条件的，我们决不能因为有保护功能而不适当地进行使用）。
功率放大器电路设计资料
电子技术课程设计论文 ---功率放大器电路设计院系：电气工程学院专业：测控技术与仪器班级：姓名：学号：指导教师：2014 年 6 月 24 日目录第一章绪论 (1)第二章系统总体设计方案 (2)2.1 功率放大电路 (2)2.2放大器原理 (2)2.3方案设计 (3)2.3.1 前置放大极 (4)2.3.3 三极管性能的简单测试 (4)2.3.3 电路形式的选择 (4)2.3.4 电路原理 (5)第三章仿真及电路焊接及调试 (6)3.1 Protues 简介 (6)3.2 原理图绘制的方法和步骤 (6)3.3 电路板的制作 (9)3.4 电路焊接 (9)3.5 元器件安装与调试 (10)第四章元器件介绍 (11)4.1 LM386 (11)4.2 9013晶体管 (12)4.3电容 (13)4.4 扬声器 (13)4.5驻极体 (14)第五章总结 (15)致谢 (16)附录 (17)第一章绪论现在多用于高校功放课程设计的有两种电路，一种是集成功放 LM386组成的音频功率放大电路，一种是集成功放TDA2030A组成的音频功率放大电路。
我们此次的课程设计所用的芯片是集成功放LM386。
本次音频功率放大系统的设计，我们采用了LM386音频功率放大器作为核心元件。
它具有自身功耗低、更新内链增益可调整、电源电压范围大、外接元件少和总谐波失真小等优点的功率放大器，主要应用于低电压消费类产品，广泛应用于录音机和收音机之中。
应用LM386时，为使外围元件最少，电压增益内置为20。
但在1脚和8脚之间增加一只外接电阻和电容，便可将电压增益调为任意值，直至 200。
输入端以地位参考，同时输出端被自动偏置到电源电压的一半，在6V电源电压下，它的静态功耗仅为24mW，使得LM386特别适用于电池供电的场合。
第二章系统总体设计方案2.1 功率放大电路1、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。
基于Proteus的音频放大器电路设计与仿真解读
毕业论文学生姓名尹有友学号171107078 学院物理与电子电气工程学院专业电子信息工程题目基于Proteus的音频放大电路设计与仿真指导教师付浩副教授/学士2015 年 5 月论文原创性声明内容本人郑重声明：本论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。
本论文除引文外所有实验、数据和有关材料均是真实的。
尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果。
其他同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。
学位论文作者签名：日期：年月日摘要：音频放大电路具有电路元件多，电路逻辑规模大等特点，本文针对音频放大电路在设计时遇到的参数匹配性低、电路调试复杂等问题，借助PROTEUS仿真软件平台设计了一种效率较高、操作简单的音频放大电路系统。
该电路系统由前置放大模块、音量控制模块、功率放大模块等模块组成，通过调整电路元件及其参数，在PROTEUS软件平台对各电路模块进行电路设计和仿真分析。
本电路在PROTEUS仿真环境下最终可以使电路将微弱的音频信号进行高效率地放大、传输，实现音频放大的功能。
该电路系统模块设计简单、结构清晰，成本低，对于生活中扩音器、功放设备等诸多领域中具有很好的推广价值。
关键词：音频放大电路，Proteus，仿真测试Abstract:Audio amplifier has a circuit element. The scale of the logic circuit and other characteristics, this paper for audio amplification circuit encountered in the design of parameters matching, circuit debugging complex etc., with Proteus simulation software platform, designs a kind of high efficiency and simple operation, audio amplification system.The circuit system is composed of pre amplifier module, tone adjustment module, power amplifier module, through adjusting circuit components and parameters, in the Proteus Software Platform of each circuit module of circuit design and simulation analysis. In the PROTEUS simulation environment, the circuit can amplify and transmit the weak audio signal in high efficiency, and realize the function of audio frequency amplification.. The circuit module of the system design is simple, clear structure, low cost, has good popularization value for life amplifier, power amplifier equipment and many other fields.Key words:Audio amplifier,Proteus,Simulation test目录1 前言 (3)2 Proteus软件及其对实验教学的意义 (4)2.1 Proteus软件 (4)2.2 基于Proteus仿真技术的音频放大电路设计思路及其意义 (4)3 音频放大电路系统设计 (5)3.1 设计要求 (5)3.2 系统总体框架图 (5)3.3 总体设计图 (4)4 功能模块的设计 (6)4.1 前置放大模块 (6)4.2 音量控制模块 (7)4.3 功率放大模块 (7)4.4 电源模块 (8)5 Proteus设计与仿真 (9)5.1 音频放大电路的Proteus设计与仿真 (9)5.1.1 前置放大器电路仿真和分析 (9)5.1.1.1 电路组成 (9)5.1.1.2 电路测试与分析 (10)5.2.1 音量调节电路仿真和分析 (10)5.2.1.1 电路组成 (10)5.2.1.2 电路测试与分析 (10)5.2.2 OCL功率放大电路的仿真和分析 (12)5.2.2.1 电路组成 (12)5.2.2.2 参数测试 (13)5.2.3 电源模块 (13)5.2.4 音频放大电路 (14)5.3 音频放大电路测试和分析 (15)结论 (16)参考文献 (17)致谢 (18)1 前言音频放大器是音响系统中的关键部分，普遍应用于日常生活中，具有很强的实用性，其主要功能是将微弱的音频信号进行放大、传输，最终以足够的强度去推动扬声器使原声重现。
功放电路的设计与仿真分析_参考讲义
实验三功放电路的设计与仿真分析一、实验目的1、熟悉Multisim软件的使用方法。
2、理解功率放大器的工作原理。
3、能正确设计出不同结构的功放电路。
4、对各种结构的功放进行比较分析。
二、实验仪器虚拟双踪示波器、虚拟信号发生器、虚拟数字万用表等仪器、虚拟晶体三极管等元件三、实验原理功率放大器即把前级放大器的弱信号放大，然后驱动一定的负载工作，例如喇叭等。
而所谓的“乙类OTL功率放大器”即单电源供电，无输出变压器的在半个周期内导通的功率放大器。
另外利用两只特性相同的晶体管，使它们都工作在乙类状态，其中一只晶体管在正半周工作，另一只在负半周工作，然后设法将两只管的输出波形在负载上组合到一起，得到一个完整的输出波形。
两管都工作在射极输出组态。
在无输入电压Vi时，输出电压Vo为零，两管都工作在乙类放大状态。
当一只管子导通时另一只管子截止，又称为互补推挽电路。
电路的工作原理图如图。
图1 乙类OTL互补对称电路原理图在讨论图1输出波形时，忽略了功放管发射结的门坎电压(对硅管约为0.6V，对锗管约为0.2V)。
实际上输入电压必须大于门坎电压时才有射极电流输出，输入电压低于门坎电压时没有射极电流输出，因此输出电压波形的正负半周交接处产生了失真，称为交越失真，如图2所示。
图2 交越失真电路图为了消除交越失真实际设计电路时采用图3原理电路，在图示电路中Q3为前置放大器，Q1和Q2为互补对称放大器。
R2与R3的作用在于为Q1和Q2提供一个合适的偏置，使在Ui=0时，K 点的点位为Vcc/2，D1和D2的加入使得Q1和Q2在静态时处于微导通状态，从而消除了电路的交越失真。
四、 实验内容及步骤1. 连接电路图。
C110uFR11kΩR21kΩQ1BJT_NPN_VIRTUALQ2BJT_PNP_VIRTUALVCC10VC2210uF21VCCV15 Vpk 1kHz 0°34设计的功放为OTL 乙类电路，其静态工作点分析为：1点电位为VCC/2=5V2点电位为V1-UBE=4.7251V故，UBE=0.2749V，表明两个三极管在静态时处于死区范围，均截止。
基于proteus的全遥控数字音量控制的D 类功率放大器
引言几十年来在音频领域中，A类、B类、AB类音频功率放大器一直占据“统治”地位，其发展经历了这样几个过程：所用器件从电子管、晶体管到集成电路过程；电路组成从单管到推挽过程；电路形成从变压器输出到OTL、OCL、BTL形式过程。
其基本类型是模拟音频功率放大器，它的最大缺点是效率太低。
全球音视频领域数字化的浪潮以及人们对音视频设备节能环保的要求，迫使人们尽快开发高效、节能、数字化的音频功率放大器，它应该具有工作效率高，便于与其他数字化设备相连接的特点。
D类音频功率放大器是PWM型功率放大器，它符合上述要求。
近几年来，国际上加紧了对D类音频功率放大器的研究与开发，并取得了一定的进展，几家著名的研究机构及公司已经试验性地向市场提供了D类音频功率放大器评估模块及技术。
这一技术一经问世立即显示出其高效、节能、数字化的显著特点，引起了科研、教学、电子工业、商业界的特别关注，现在这一前沿的技术正迅猛发展，前景一片光明。
单片机有着体积小、功耗低、功能强、性能价格比高、易于推广应用等显著优点，在自动化装置、智能仪器仪表、过程控制、通信、家用电器等许多领域得到日益广泛的应用。
在许多基于单片机的应用系统中，系统需要实现遥控功能，而红外遥控则是被采用较多的一种方法。
红外遥控是通过红外管发送红外遥控编码对其设备进行控制的,不同设备的遥控发送的红外遥控编码都是不同的。
由于红外无线解决了有线连接的许多不便，因而受到了家电设备厂商、电脑外围设备商、以及通信设备厂商的高度重视。
如果将遥控技术、单片机与D类音频功率放大器结合起来，那么得到的产品将是非常前沿的。
本次设计就是全遥控数字音量控制的D 类功率放大器。
1 功放的基本知识1.1 功放的分类传统的功率放大器主要有A 类(甲类) 、B 类(乙类) 和AB (甲乙类)，除此之外，还有工作在开关状态下的D类（丁类）功放。
1.2功放的工作原理及特点概述A 类功率放大器在整个输入信号周期内都有电流连续流过功率放大器件,其晶体管总是工作在放大区，并且在输入信号的整个周期内晶体管始终工作在线性放大区域，它的优点是输出信号的失真比较小,缺点是输出信号的动态范围小、效率低，理想情况下其效率为50 % ,考虑到晶体管的饱和压降及穿透电流造成的损耗,A 类功率放大器的最高效率仅为45 %左右。
功率放大电路 功率放大电路图
功率放大电路功率放大电路图功率放大电路功率放大电路图功率放大电路简介：功率放大电路是一种以输出较大功率为目的的放大电路。
它一般直接驱动负载，带载能力要强。
功率放大电路通常作为多级放大电路的输出级。
在很多电子设备中，要求放大电路的输出级能够带动某种负载，例如驱动仪表，使指针偏转；驱动扬声器，使之发声；或驱动自动控制系统中的执行机构等。
总之，要求放大电路有足够大的输出功率。
这样的放大电路统称为功率放大电路。
功率放大电路性能指标:最大输出功率、效率等.功率放大电路工作状态甲类放大在输入正弦信号的一个周期内，只有半个周期，三极管的iC > 0 ，称为乙类放大。
其典型工作状态如图XX_03所示，此时功率管的导电角q = p 。
甲乙类放大在输入正弦信号的一个周期内，有半个周期以上，三极管的iC > 0 ，称为甲乙类放大。
其典型工作状态如图XX_02所示，此时功率管的导电角q满足： p < q < 2p 。
乙类放大在输入正弦信号的一个周期内，都有电流流过三极管，这种工作方式通常称为甲类放大。
甲类放大的典型工作状态如图XX_01所示，此时整个周期都有iC > 0 ，称功率管的导电角q = 2p 。
功率放大电路基本原则非线性失真要小非线性失真要小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，例如，在测量系统和电声设备中，这个问题显得重要，而在工业控制系统等场合中，则以输出功率为主要目的，对非线性失真的要求就降为次要问题了。
散热少输出功率大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，因此管子往往在接近极限运用状态下工作。
效率要高效率要高由于输出功率大，因此直流电源消耗的功率也大，这就存在一个效率问题。
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电子线路安装实验
—功率放大器电路图设计及Proteus仿真
一、仿真目的
（1）学习proteus仿真和调试
（2）理论结合实际，很好地与电路调试结合；
二、仿真内容
1、话筒放大电路静态工作点、输入输出波形、计算放大倍数、频率响应（幅频特性曲
线和相频特性曲线）
(1)静态工作点
由于话筒的输出信号一般只有5mV左右，而输出阻抗达到20kΩ(亦有低输出阻抗的话筒如20Ω，200Ω等)，所以话音放大器的作用是不失真地放大声音信号(最高频率达到10kHz)。
其输入阻抗应远大于话筒的输出阻抗。
放大电路由一个共射放大电路和一个共集放大电路组成，根据理论计算得到：Q1的静态工作点：ub1=0.64v,ue1=0.04 v,uc1=2.14 v
Q2的静态工作点：ub2=2.14 v,ue2=1.44 v,uc2=4.29 v
由实际仿真电路图中的电压探针可知：
晶体管Q1 ： UBQ1=0.692，UCQ1=2.171，UEQ1 =0.042，
IBQ1=1.632uA，ICQ 1=0.415mA, IEQ1=0.417mA,
晶体管Q2: UBQ2=2.171，UCQ2=4.300，UEQ2=1.516，
IBQ2=1.950uA，ICQ 2=0.504mA, IEQ2=0.506mA,
β =255倍
可见，实际与理论误差不大，因此该电路能正常工作在放大区。
图中C
3
是为了滤掉直流电的叠加，使输出结果仅受交流正弦波影响。
经过proteus调试得出输入、输出波形图如图所示：当电路工作在放大区时，
经理论计算得出，Au=-βR
4/[r
be
+（1+β）R
2
]=30
在实际电路中，令输入电压Ui= 5mv，输出电压U0=175mv 得电压放大倍数Au=30，非常接近理论值。
(2)输入输出波形
2、前置放大电路的输入输出波形，计算放大倍数
在此电路设计中，采用稳压电源对LM358分别提供±9V的工作电压。
经过proteus调试得出输入、输出波形如图所示，经理论计算得出
Au=1+R
1/R
2
=11
实际电路中，令输入电压Ui= 50mv，输出电压Uo=545mv，电压放大倍数Au=10.9，接近理论值。
（1）输入输出波形放大倍数为10.9
3、音调调节电路的输入输出波形，频率响应（低音提升、低音衰减、高音提升、高音
衰减曲线）
采用NE5532构成的音调控制电路，该电路通过RV1和RV2两个滑动变阻器来调控音调的高低，共有四个部分，即低音提升、低音衰减、高音提升、高音衰减。
当RV2的阻值为其总值的一半，RV1的阻值最小时，为低音提升；当RV1的阻值最大时，为低音衰减。
当RV1的阻值为其总值的一半，当RV2的阻值最小时，为高音提升；当RV2的阻值最大时，为高音衰减。
经过proteus调试得出当RV1和RV2的阻值都为其总值的一半时，输入、输出波形图如图所示，由理论分析得出电路在中频放大时，电压放大倍数Au=1 实际电路中，令输入电压Ui= 550mv，输出电压Uo=545mv
得电压放大倍数Au=0.99，与理论值接近。
通过仿真绘出低音提升、低音衰减、高音提升、高音衰减的频率特性曲线
（1）输入输出波形
（2）低音提升
（3）低音衰减
（4）高音提升
（5）高音衰减
4、功率放大电路的输入输出波形，计算放大倍数
采用LM358构成的功率电路，考虑到差分放大器的平衡性，R23为功放的直
流反馈电阻，因此选取R
21 =R
23
；D5、D6的作用是防止输出脉冲电压损坏集成电
路。
经理论计算得出，该集成功率放大电路的电压放大倍数为Au=22；
经proteus仿真调试，当激励信号过大时，会产生失真。
通过不断地调试，测得该集成功率放大电路的最大不失真输入电压为 Ui= 468mv，即当输入电压Ui≥ 468mv，输出电压都为U0=10.8v，实际测得该电路电压放大倍数Au=22.07。
当波形不失真时的输入、输出波形如图所示。
5、电源部分（整流电路输出波形、滤波电路输出波形、稳压电路输出电压）（1）整流电路输出波形
（2）滤波电路输出波形
（3）稳压电路输出电压
6、整个电路联调结果，各点输出波形（书本P12的1，2，3，4，9测试点波形）
7、话筒放大电路的输入电阻、输出电阻测量计算
（1）测Ri：输入2mv，测分压点1.2mv，由比例式可得Ri=7.65k；
（2）测Ro：输入50mv，测分压点27mv，由比例式可得Ro=117。
三、仿真结果
（1）经过仿真调试，与理论值进行对比，从数据中可以发现，静态工作点合适，放大倍数从话筒、前置、功放依次为30、10.9、22倍。
（2）通过音调调节，得到高、低音提升、衰减曲线，仿真效果也比较好。
（3）在功放一级中，克服失真，最大可能地提高音量二不失真，改善仿真
效果。
四、仿真总结
通过几天的电路图设计，在仿真和调试中进一步学习了proteus，并在真正意义上实现了理论与实践相结合，对比实验数据和仿真结果，当两者很好切合时，兴趣感就越强烈。
在五个环节中，话筒放大，前置放大，电源部分，音量控制和功放电路仿真中，往往小错误就会让你在电脑屏幕前呆滞半天，所以仿真要求的细心和耐心那也是缺一不可的。
在整个实验过程
中，大家的讨论和互相帮助也让我们在这个短暂的短学期中享受知识，享受快乐。