低频信号源

5．2．2功率放大器的设计
在所仿真的电路中需要的功率放大电路如下图：
图5-4电路中功率放大电路
功率放大器的主要技术指标由最大输出功率plm负载电阻Rl，工作温度范围、频带及失真等。在电路设计中，其核心内容是功率三级管的选择。下面我们分析推挽功率放大器的工作特性及选择要素。
1．传输特性
上面分析推挽功率放大器原理时，是设发射结导通门限电压为零，只要发射结正向电压大于零，晶体管将导通。考虑到射极输出，其电压放大倍数为1。而ui=Ui，于是不难得到其传输特性曲线，如图5-5所示。图中 和 分别代表NPN管和PNP管的集电极饱和电压，不过PNP管集电极饱和电压 为负值，令 以后就统一用 表示。
在此次设计中，使用的是RC桥式正弦波振荡电路（由RC串并联选频网络和同相比例运算电路所构成的RC桥式正弦波振荡如图4-1所示）
图4-1 比例运算电路构成的RC桥式正弦波振荡
因为当f=f0时，F=1/3，所以A=A0=3，表明只要为RC串并联选频网络匹配一个电压放大倍数等于3（即输出电压与输入电压同相，且放大倍数的数值为3）的放大电路就可以构成正弦振荡电路，考虑到起振条件，所选放大电路的电压放大倍数应略大于3.
1．2 原始数据
第2部分低频电子线路电路分析
第3部分精密半波整流电路
第4部分RC振荡电路
正弦波振荡电路，一般由产生单一频率正弦波的选频网络和达到稳幅振荡的器件组成。实际应用的正弦波振荡电路有用RC或LC元件构成振荡电路和用石英晶体振荡器构成振荡电路两种。
4.1 RC振荡电路
RC正弦波振荡器由A构成。RC振荡电路主要用于产生几赫兹到几千赫兹频率的正弦波，有的也可以做到1MHz频率的。其频率稳定度一般为 到 。RC振荡电路的特性见表4-1所示。.
功率放大器的效率定义为放大器的输出信号频率Po与直流电源供给功率 之比，用 表示，即
（式5.1a）
式中 是指直流电源供给集电极和偏置电路等直流功率之和。
晶体管集电极效率是指输出功率Po与电源供给集电极的直流功率 之比，用 表示，即
(式5.1b)
功率放大器要求高效率的工作，一方面是为了提高输出功率，另一方面是为了降低管耗，节省能源。直流电源供给功率除了一部分变成有的信号功率以外，剩余部分主要变成晶体管的管耗Pc。
低频信号源
前言
科技的日新月异和电子化产品的日益普及，电子产品的体积和规模与上个世纪相比变化巨大。各种复杂电路不断涌现，体积不断缩小，产品更新的速度不断加快。这些新的变化使得电路的设计工作变得复杂和繁重。如果在电子产品设计时仍然使用常规的人工方法，则需要耗费大量的人力和财力。
电子设计自动化（Electronic Design Automatic，简称EDA）的优越之处在这里得到体现，于是快速发展，计算机电子技术的发展大大减轻了人工的设计压力，同时缩短了设计开发时间，是电子开发人员必须掌握的技术。
（式5.9）
由以上分析可知，乙类工作状态，电源供给的直流功率不是恒定不变的，而时随着输入信号大小而变化。输入信号小时，电源供给的直流功率也小；输入信号大时，电源供给的直流功率也大。所以乙类工作状态效率高。
4．集电极效率
由（式5.4）和（式5.7）可得
（式5.10）
（式5.10）表明，乙类推挽功率放大器的集电极效率与电压利用系数 成正比。当 =1时，效率最高，即
本次设计中应用的Multisim软件是目前高校中应用最高的仿真软件之一。它强大的功能和友好的界面、形象的“虚拟仪表”，使它成为目前使用最方便的、最直观的仿真软件之一。
Protel软件是Protel公司（也就是现在的Altium公司）开发的用于电子线路开发的软件。它的功能十分强大，具有电路原理图设计和电路印刷板图设计的功能。Protel 99 SE是Protel Technolog公司1999年推出的功能强大的EDA综合设计环境。
从理论上讲，任何满足放大倍数要求的放大电路与RC串并联选频网络都可组成正弦波振荡电路：但是，实际上，所选用的放大电路应具有尽可能大的输入电阻和尽可能小的输出电阻，以减小放大电路对选频特性的影响，使振荡频率几乎仅仅决定于选频网络。因此，通常选用引入电压串联负反馈的放大电路，如同相比例运算电路。
观察电路，负反馈网络的R1,RF以及正反馈网络串联的R和C、并联的R和C各为一臂构成桥路，故此得名。集成运放的输出端和“地”接桥路的两个顶点作为电路的输出；集成运放的同相输入端和反相输入端接另外两个顶点，是集成运放的静输入电压。
功率放大器是以输出功率为重点的放大器，通常处于多级放大器的末级或末前级。低频功率放大器的任务是向负载提供足够大输出功率。因此，功率放大与电压放大虽然同属放大，但却有不同的特点及指标要求。
5．1．1 功率放大器的主要指标
1．输出功率Po
输出功率Po指功率放大器在线性区能够向负载提供的最大交流功率。
号作用下，丙类功放集电极电流的流通时间最短，功率最低，而甲类功放的功耗最高。如果维持输出功率不变，4类功放的效率满足：
。分析表明，理想情况下，甲类功放的最高效率为50%，乙类功放的最高效率为78.5%，丙类功放的最高效率可达85% ~ 90%。但丙类功放要求特殊的负载，不适于用于低频。乙类功放应用广泛，下面主要介绍介绍乙类功放。
（1）甲类工作状态：在整个周期内晶体管的发射结都处于正向运用，集电极电流始终是流通的，即导通角等于180o。甲类工作状态又称为Ａ类工作状态。如图5-1所示电路即为甲类。
图5-1甲类工作状态
（2）乙类工作状态：晶体管的发射结在输入信号的半个周期正向运用，另外半个周期反向运用，晶体管半周导通半周截止。集电极电流只在半周内随信号变化，而在另外半个周期内截止，即导通角等于90。乙类工作状态又称为B类工作状态。如图5-2所示即为乙类工作状态。
2．输出功率Po
整个放大器（即两个晶体管）的输出功率为
（式5.2）
可见实际输出功率的大小与输出电压Ucem、输出电流Icm有关，也就是说与激励信号大小有关。为此定义电压利用系数
（式5.3）
则
（式5.4）
图5-5传输特性曲线
当 =1（即忽略晶体管的饱和压浆）时，Ucem=Ucc，输出功率最大，为
（式5.5）
图5-2乙类工作状态
（3）甲乙类工作状态：它示介于甲类和乙类之间的工作状态，即发射结处于正向运用的时间超过半个周期，但小于一个周期，即导通角大于90小于180，甲乙类工作状态又称为AB类工作状态。如图5-3所示即为甲乙类工作状态。
图5-3 甲乙类工作状态
（4）丙类工作状态：发射结处于正向运用的时间小于半个周期，集电极流通的时间还不道半个周期，即导通角小于90。丙类工作状态又称为C类工作状态。
电
路
形
式
RC移相振荡电路
RC串并联网络振荡电路
双T选频网络振荡电路
振
荡
频
率
起振条件
;
（未考虑负反馈减低放大倍数的影响）
电路
特点
简单方便，用于要求不高的轻便测试设备
连续改变振荡频率，可加负反馈稳幅电路，振荡波形良好
选频特性好，适用产生单一频率的波形
表4-1 RC振荡电路特性
4.2 RC桥式正弦波振荡电路
5．2 互补推挽功率放大器
5．2．1 互补推挽功率放大器的工作原理
由5．1节的分析可以看出：低频功放采用乙类工作状态可以提高效率。但功放管处于乙类工作状态时，管子静态工作电流为零，输出波形将被削去一半，产生非线性失真。为解决这乙矛盾，这里选用两只特性完全相同的异型晶体管，使它们都工作在乙类状态。两只晶体管轮流工作，一只晶体管在输入信好的正半周导通，另一只晶体管在输入信好的负半周导通，这样两管交替工作，犹如一推一挽，在负载上合成完整的信号波形。图5-2所示的就是推挽功率放大器的原理电路。图中Q2为NPN型晶体管，与R3组成射极输出器；Q3为PNP型晶体管，与R3也组成射极输出器。采用±Vcc两组电源供电。电路工作原理简单，在无信号时，两管基极的静态电位为零，所以Q2、Q3都不可能导通，处于截止状态，静态工作电流Ic=0。假设两管发射结导通门限电压为零，则当输入信号为正半周时，Q2导通Q3截止，在R3上给出上半周信号波形；而当输入信号为负半周时，Q2截止Q3导通，在R3上给出下半周信号波形。这样输入信号一个周期，Q2、Q3交替工作，在负载R3上合成一个完整的输出波形，这种电路由于采用了互补晶体管，故称为互补推挽电路。
此外，还可在Rf回路串联两个并联的二极管，如图4-2所示
第5部分低频功率放大器
本章介绍低频功率放大器的特点及主要指标，着重分析乙类互补推挽功率放大器的工作原理及其分析计算。
5．1 概述
功率放大器的作用是给音响放大器的负载RL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的大，输出信号的非线性失真尽可能的掉，效率尽可能的高，功放的常见电路形式有OTL电路和OCL电路，有用集成运算放大器和晶体管组成的功效，也有专用集成电路功放。
第1部分概述
1.1 简介
信号源可以根据输出波形的不同，划分为正弦波信号发生器、矩形脉冲信号发生器、函数信号发生器和随机信号发生器等四大类。正弦信号是使用最广泛的测试信号。这是因为产生正弦信号的方法比较简单，而且用正弦信号测量比较方便。正弦信号源又可以根据工作频率范围的不同划分为若干种。
通过学习模拟电子知道，可以根据自激振荡原理，将晶体管放大器与电阻、电容、电感、变压器等元器件相结合，来构成不同类型的信号发生器。本次设计的低频信号发生器就是一种具有稳幅性能好，输出功率大，波形失真小等优点。
3．非线性失真
功率放大器为了获得足够大输出功率，需要大信号激励，信号动态范围往往很大，导致输出信号产生非线性失真。
概括起来说，功率放大器在大信号工作状态下，确保晶体管安全运用的情况下，获得尽可能大的输出功率、尽可能高的效率和尽可能小的非线性失真。
5．1．2 功率放大器的分类
功率放大器根据功放导通时间的长短（或集电极电流流通时间的长短或导通角大小），分为以下４种工作状态。