音频功率放大电路设计

音频功率放大电路设计(A)

一、设计并制作一音频功率放大电路，具体要求如下： （１） 功率放大电路能够提供10倍的电压增益；

（２） 功率放大电路的下限频率小于100Hz(20分)，上限频率大于10KHz; （３） 在负载电阻为８Ω 的情况下，输出功率≥700mw ； （４） 功率放大电路效率大于50%； （５） 输出信号无明显失真。 （６） 输入电阻：600Ω

说明：功率器件不能选用集成音频功率放大电路。

参考元器件：TL082，3DG6/3DG21,3AX83/3BX83,1N4148/1N4001/2CP10，3DD15中功率管或2N3055大功率管等

主要测试设备：直流电源，信号源，示波器和８Ω 负载 二、整体方案选择

音频功率放大电路系统方框图如图1.1.1所示，主要由前置放大电器和功率输出放大器组成。

图1.1.1

要求功率放大电路能够提供10倍的电压增益，这样的增益要求很容易实现，通常功率输出级的增益为20 dB 左右。前置放大级采用前置低频放大器集成电路，我们选用A 类运算放大器作为前置运算放大器，它具有噪音低、功耗小、一致性好的优点。

设计要求放大器的带宽≥100Hz ～10KHz ，为了满足100Hz 的低频响应，要求各级的输入耦合电容和输出耦合电容必须足够大，特别是耦合到负载L R =8Ω的电容L C ，根据 1/w

L

C

<>1/w L

R

=1/（2π⨯100⨯8）=198.95μF 。为了满足

o

耦合要求，

L

C

应大于1/w

L

R

值的50倍，即L C =9947.5μF 。实际中无法选用如此大的电

容，所以功放输出级只能采用无输出耦合电容L C 的OCL 电路形式。OCL 电路形式需要采用对称双电源供电。

在负载电阻为８Ω 的情况下，输出功率≥700mw 。由

2om

om

l

u

p

R

=

可得

om

u

= 2L om

p

R ≈3.5V ，所以P P V -≥7V 就可以了。

功率放大电路效率大于50%和输出信号无明显失真两个指标事相互关联的，若要求非线性失真小，则末级功放就必须工作在甲乙类，这时效率就回降低，因此必须两者兼顾。 三、单元电路设计

1、前置放大电路

前置放大电路一般采用宽频带、低漂的运算放大器。可选用的集成运算放大器很多，，我们这里选用TL082。为了提高输入阻抗和抑制共模抑制性能，减少输出噪声，采用集成运算放大器构成前置放大电路时，必须采用同相放大电路结构，电路如图1.1.2所示

图1.1.2

要求输入电阻为600Ω，则i R =R12=600Ω。 反馈电阻取R14=30k Ω，反向端电阻R13=10k Ω 前置放大电路的电压增益1V A =1+3

2

R R =4，输入

i

u

的P P V -=1V ，im u =0.5V,

1om u =0.5⨯4=2V ≤

2

VCC

，前置级的输出电压小于最大不失真输出电压。 2、功率放大电路的设计

功率放大电路主要作用是向负载提供功率，要求输出功率尽可能大，转换功率尽可能高，非线性失真尽可能小。这里采用双电源供电的OCL 互补对称功放电路。采用OPA2228和大功率晶体管对管TIP121、TIP126组成，如图1.1.3所示。其中OPA2228担任电压驱动激励级，大功率晶体管对管TIP121、TIP126担任OCL 功率放大。

图1.1.3

该OCL 功率放大电路中 （1）、功率放大电路增益

2v A =1+11

RP R ,R1=20k Ω，取RP1=40 k Ω,则2v A =3，

又因为1V A =4，整个电路的增益

v A =4⨯3=12>10。

（2）、要求输出在负载电阻为８Ω 的情况下，输出功率≥700mw 。由

2om om

l

u p

R

=

可得om u 2L om p R 3.5V ，所以P P V -≥7V 就可以了，这里取

P P

V

-=9V,

则此时输出功率的计算：L

R =8Ω,2om om

l

u

p R

==2528

⨯=1.56w ﹥700mw; 电源的输入功率为：im P =VCC ⨯

c

I

，其中VCC 是电源电压，这里为9V ，c I 是

直流电源提供的平均电流，可以由供电回路中串入一只电流表读出，也可以由直

流电源发生器直接读出。这样就可以计算出效率

η=

om

i

p p 。

（3）、电阻R6～R11的估算。电阻R7和R9用来减少复合管穿透电流，大小会影响VT1和VT2的稳定性，太大会影响输出功率，一般R7=R9=（5～10）3i R ，

3i R 为VT3输入端的等效电阻。大小约为3i R =3be r +（1+3β）R10,大功率管be

r ≈10.2，β≈20，输出功率管VT3、VT4的e 级电阻R10、R11起到电流负反馈的作用，使电路稳定，减少非线性失真，一般取R10=R11=（0.05～0.1）c R 。R6、R8的作用是使VT1、VT2平衡，即使VT1、VT2输入阻抗相等，一般取R6=R8=R7//3i R

综上关系，R6～R11的阻值如下： R7=R9=240Ω，R6=R8=22Ω，R10=R11=1Ω 四、完整电路图