低频功率放大器_设计

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1、低频功率放大器的设计【摘要】功率放大电路通常作为多级放大电路的输出级，将前级送来的信号进行功率放大进而推动负载工作。功率放大器可由分立元件构成，也可由功率集成电路构成。目前集成低频功率放大器品种很多典型的有TDA1521、TDA1514、LM1875。有些优质功放模块体积小、性能优越、保护功能齐全、外围电路简单、易制作易调试。【关键词】输入级中间级输出级输出功率效率失真前言功率放大器不仅仅是消费产品(音响)中不可缺少的设备，还广泛应用于控制系统和测量系统中。低频功率放大器是一个技术已经相当成熟的领域，几十年来，人

2、们为之付出了不懈的努力，无论从线路技术还是元器件方面，乃至思想认识上都取得了长足的进步.尽管目前市场上的功放产品价格已经很低，但少则几百元、多则几千元的价格还是让人有些不舍，本文给出一种简单实用、制作成本低廉的低频功率放大器的设计方案，并给出实际测试结果，为音响发烧友提供一种实用方案。功率放大可由分立元件组成，也可由集成电路完成.由分立元件组成的功放，如果电路选择得好，参数恰当，元件性能优越，制作调试得好，则性能要高于较好的集成功放.本次设计功放采用分立元件组成。一、功率放大电路的特点1.1主要技术指标功率放大电

3、路的主要技术指标为最大输出功率和转换效率。1.1.1最大输出功率POM功率放大电路提供给负载的信号功率称为输出功率。在输入为正弦波切输出基本不是真条件下，输出功率是交流功率，表达式为9式中I0和U0均为交流有效值。最大输出功率POM实在电路参数确定的情况下负载上可能获得的最大交流功率。1.1.2转换效率η功率放大电路的最大输出功率与电源所提供的功率之比成为转换效率。电源提供个功率是直流功率，其值等于电源输出电流平均值及其电压之积。通常功放输出功率大，电源消耗的直流功率也就多。因此，在一定的输出功率下，减小直流电源

4、的功耗，就可以提高电路的效率。1.2对功率放大电路的基本要求1.2.1能提供满足的输出功率为了获得尽可能大的输出功率，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参数状态下工作。1.2.2具有较高的效率放大器实质上是一个能量转换装置。由于输出功率大，因此，直流电源供给的功率和线路本身所消耗的功率也大，效率就成为一个重要的指标。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。效率越高，线路消耗的功率和直流电源功率之比就越小。1.2.3非线性失真要小功率放大器在大信号下工作，难

5、免产生非线性失真。而且输出功率越大，失真往往越严重，这就使得输出功率与非线性失真成为一对矛盾。在测量系统和电声设备中，非线性失真要尽量小一些。1.2.4良好的散热和保护由于流过功放管的电流较大，有相当大的功率消耗在管子上。因此，功放管在工作时一般要加散热片。另外，功放管往往在极限状态下工作，因而损坏的可能性也大，在电路中要采取一些保护措施。二、典型的功率放大电路2.1系统组成9图2.1功率放大系统组成图2.2由基本分立式元件构成的简单功率放大电路图图2.2简单功率放大电路图三、具体设计3.1系统组成系统主要由前置

6、放大级、功率放大级2部分组成.系统框图如图所示：9图3.1系统组成图其中前置放大级主要完成小信号的电压放大任务;功率放大级则实现对信号的电压和电流放大。3.2系统的硬件设计由于系统要求输出额定功率不小于10W考虑留出50%的裕量,故设计输出功率应在15W以上，同时，输出负载10Ω，则系统的最大增益为：系统的最小增益为：整个放大电路的增益应在27.7dB～71dB范围内可调。为保证放大器性能，单级放大器的增益不宜过高，通常在20～40dB(放大倍数10～100倍)之间。故整个放大器增益通过三级放大实现。为方便增益调

7、整，可使功放级(包括功率管和直接推动功率管的运放)增益固定，且必须小于Amin，故其增益取22dB。则前置级需要两级，其总增益应在5.7～49dB之间可调。3.2.1前置放大级设计前置放大级主要完成小信号电压放大的任务,其失真度和噪声对系统的影响是优先考虑的指标.对于前置放大级的设计,由于第一级前置级增益为:9第二级前置级增益为:考虑到输入信号的变化范围很大，在两级间串一个滑动变阻器来改变整个系统的增益，同时也起到对信号的衰减作用。前置放大采用集成运放NE5532，同众多的运放相比，它具有高精度、低噪声、高速、高

8、阻抗、频带宽等优良性能，具体指标参数为：转换速率9V/μs，增益带宽积10MHz，直流增益为105倍，最高工作电压为±22V，这种运放的高速转换性能可大大改善电路的瞬态性能，较宽的带宽能保证信号在低、中、高频段均能不失真地输出，使电路的整体指标大大提高。3.2.2功率放大电路设计在实用电路中，往往要求放大电路的末级输出一定的功率以驱动负载。从能量控制和转换的角度来看功率放