模块音频功率放大器的设计与制作

③ 功率管的选择 晶体管的最大集电极电流，晶体管的c，e极间的最大压降和它的 最大管耗分别为 VCC 9V I Cm 1.1A RL 8
U CEm 2VCC 18V PVT1m 0.2 Pom 0.2 2W 0.4W
功率晶体管的最大集电极电流ICM必须大于1.1A，功率管的击穿 电压必须大于18V，功率管的最大允许管耗PCM必须大于0.4W。 查阅附录F可以找到小功率三极管8050（NPN）和8550（PNP） 的最大集电极电流ICM=1.5A、击穿电压=25V、最大允许管耗 PCM= 1W、放大倍数β = 60～300，满足设计要求。
3．设计内容（示例）：
（1）电路原理图设计
功率放大器的电路原理图如图所示。 为满足电路的输出功率和效率的要求，功率放大电路采用驱 动级和末级功放两级电路组成。 驱动级采用运放LF353组成的同相比例运放。 末级功率放大电路采用复合管构成的乙类推挽功率放大电路。
Rf +9V CE1 R2 1k C4 20p 100µ F C8
电源电压： VCC U CE V T2 U R8U R L 1 2 0.5 0.1 5.7 6.8V 暂取电源电压VCC为9V。 这里考虑功放管的饱和压降为1V，具体的参数要查阅 功放管的手册。不同型号的管子饱和压降也不尽相同。
② 估算偏置电阻值 输出电压最大时，VT2的射极电流约等于负载电阻上的电流。
项目3 功率放大器的设计与制作
模块3.2 音频功率放大器的设计与制作
实训 音频功率放大器的设计
1．设计指标
① 最大输出功率（单通道）Pom≥2W。 ② 功放电压增益为Au≥10dB。
③ 最大效率 ≥50%。
④ 负载（扬声器）阻抗RL=8。 ⑤ 输出信号失真度THD≤5.0%。 ⑥ 下限截止频率fL≤20Hz；上限截止频率fH≥20kHz。 2．任务要求：完成原理图设计、元器件选型、电路装接与调试、电路性 能检测、设计文档编写。
二极管D1、D2和电阻R5的作用是为复合管提供一 定的基极偏置，消除交越失真。
电容CE1、CE2和C8、C9为滤波电容，使交流信号输入时，保 持A，B，C三点电位相同。使OCL电路的输入端保持对称的 波形。电容CE1、CE2取值大一些好，取100µ F的电解电容，电 容C8、C9取0.01µ F的瓷片电容。 电容C4为防止运放自激的电容，容量可以小一点，取20p 的瓷片电容。 电阻Rf引入了交直流负反馈，直流负反馈使直流输出全部 返回，保证零输入时有零输出。 交流负反馈使驱动级电路成为一个同相比例放大电路。
U om iE2m iLm 0.71A RL iE2m 0.71A 假定功放管β=200，则可得出 iB2m 3.5 mA 1 201
即： 假设电阻R6上的电流值为2mA,则VT2的射极电流约等于
iE1m iB2m iR6 5.5mA
iB1m iE2m 5.5mA 27.5μA 1 201
取静态时二极管上的电流大约为5mA左右，集体管基极 电流很小，可不考虑其影响。取1N4007足够满足要求。 则：2VCC+2VD=5×(R3+ R4+ R5)，可得：R3+ R4+ R5=3.32 （kΩ）。 可暂取R3= R4=1.6kΩ；R5=100Ω（R5可调节，以消除失真 为标准）。 同理可估算出电阻R6= R7≈390Ω。
（2）计算电路中各元器件参数 ① 估算电源电压值 根据设计要求： 最大输出功率（单通道）Pom≥2W，输出负载电阻RL为8Ω， 可以得到输出负载上得到的电压。因为根据式：
2 U om Po U o I o 2 RL
得到
U om 2 Po RL 2 2 8 5.7V
（3）音频功率放大器仿真
4．电路性能检测
① 如图3-19所示，负载上的输出电压波形无明显失真，测量的输出电压幅 值为7.1V。可得输出功率为3.15W。
图3-19 音频功率放大器输出电压测量
• 在输出端连接示波器，观察波形是否失真， 并测量记录输出电压的幅度（最大值）， 计算电压放大倍数、输出功率、效率。 • 在输出端连接失真度仪（XDA），测量失 真度 • 作交流仿真分析（AC analysis），参数设 置如下图所示。计算下限截至频率和上限 截至频率。
为减小电路损耗，电阻R8、R9的值应远远小于电阻RL。取R8＝R9＝0.1Ω。(交 直流反馈，若电阻过大，电压放大倍数降低，输出电压降低）由于反馈电阻Rf 上的电流很小，可以认为通过电阻R8、R9上的电流近似等于输出电流IL。
得
U om 5.7V IL 0.5A 2 RL 2 8
2 R8 0.025W 可以计算出电阻R8、R9的功率为 PR8 I L 取常用的0.125W的金属膜电阻即可。
20k
R3 1.6k
0.01µ F C1 100µ F
8050 A VT1 R5 8050 100ohm VT2 R6 390ohm R8 0.1ohm
2 输入 C3 10µ F 3 R1 10k LF353
D11 IC1A来自B D2 C2 100µ F C
CE2 100µ F
C9 R 0.01µ F 4 1.6k
8550 VT3 R7 390ohm
RL 8ohm 8050 VT4 R9 0.1ohm
−9V
VT1、VT2组成NPN复合管；VT3、VT4组成PNP复 合管。它们组成了乙类推挽功率放大器。
电阻R6、R7的作用是调整静态工作点；
电阻R8、R9的作用是稳定静态工作点，并且在输出 短路时，起到一定的限流保护作用。
末级功放电路为射极输出器，没有电压放大作用，所以主要增 益在驱动级电路。驱动级电路实质为一个同相比例放大电路， 它的电压放大倍数为
Rf Au 1 20 R2
取电阻R2为1kΩ，电阻Rf为20kΩ。电阻R1为输入端平衡电阻取10kΩ 但在实际上由于电阻R8和 R9的存在可能达不到要求，调试时还 可以对Rf进行参数调整。 考虑到通频带的要求，电容C1、C2取值大一些好，取100µ F的 电解电容；电容C3取10µ F的电解电容。