实用低频功率放大器设计详解.ppt

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1、一、任务设计并制作具有弱信号放大能力的低频功率放大器。其原理示意图如下：低频功率放大器设计——第二届全国大学生电子设计竞赛题二、设计要求1.基本要求（1）在放大通道的正弦信号输入电压幅度为（5～700）mV，等效负载电阻RL为8Ω下，放大通道应满足：①额定输出功率POR≥10W；②带宽BW≥（50～10000）Hz；③在POR下和BW内的非线性失真系数≤3%；④在POR下的效率≥55%；⑤在前置放大级输入端交流短接到地时，RL=8Ω上的交流声功率≤10mW。（2）自行设计并制作满足本设计任务要求的稳压电源。2．发挥部分（1）放大器的时间响应①方波产生：由外供正弦信号源经

2、变换电路产生正、负极性的对称方波：频率为1000Hz、上升时间≤1μs、峰-峰值电压为200mVpp。用上述方波激励放大通道时，在RL=8Ω下，放大通道应满足：②额定输出功率POR≥10W；带宽BW≥（50～10000）Hz；③在POR下输出波形上升时间和下降时间≤12μs；④在POR下输出波形顶部斜降≤2%；⑤在POR下输出波形过冲量≤5%。（2）放大通道性能指标的提高和实用功能的扩展（例如提高效率、减小非线性失真等）。三、评分意见项目得分基本要求设计与总结报告：方案设计与论证，理论计算与分析，电路图，测试方法与数据，结果分析50实际制作完成情况50发挥部分完成第一项

3、20完成第二项10特色与创新20四、主要技术指标分析基本要求部分的技术指标分析功率放大器的输入信号电压Vi由信号源提供5mV~700mV的正弦波，输出电压信号Vo从8Ω的等效负载电阻上获得。额定输出功率Po≥10W，这项指标说明在输入信号5mV~700mV的范围内，均以Po≥10W的满功率不失真输出，即小信号输入和大信号输入时，都要求满功率不失真输出，因此，要求放大器的增益是可以调节的。(2)功率放大器的带宽BW≥50Hz~10KHz。该指标指出了功率放大器的工作频率范围，通常用3dB带宽表示，是指放大器的电压增益下降3dB时所对应的频率，即最低频率fL≤50Hz，最高

4、频率fH≥10KHz。(3)功率放大器在额定输出功率Po和BW内，非线性失真系数≤3%。这项技术指标指出经过功率放大器放大后的正弦波的非线性失真所容许的范围，只要信号是经过线性放大，一般都能够满足≤3%的要求，否则，要对信号的非线性失真进行改善。四、主要技术指标分析（4）在Po下的效率≥55%。这项指标说明功率放大器输出功率的转换效率，通常用输出功率与电源消耗的总功率之比值来表示，即：η=Po/PDC。η≥55%说明功率放大器的功率输出级只能工作在甲乙类或者乙类，不能工作在甲类，因为甲类功率放大器的效率最高也不能超过50%。（5）当前置放大级的输入端交流短接到地时，RL

5、=8Ω上的交流声功率≤10mW。这项指标是指在没有信号输入时，放大器输出的噪声功率，即要求前置放大级的输入端引入的噪声越小越好。四、主要技术指标分析2.发挥部分的技术指标分析（1）设计制作满足本设计要求的稳压电源。这需要根据所设计的具体电路来决定稳压电源的输出电压和输出功率。（2）放大器的时间响应：因为方波的上升和下降时间可以反映放大器的时间响应。故要求方波产生电路能将正弦波变换成正负极性对称的方波，且方波的输出端还要进行限幅，使其电压峰峰值为200mV。五、电路设计设计思路：逐步分析已知条件和未知因素之间的关系。如在本课题中，输入信号的大小和输出功率是已知的，但它们之

6、间传输通道信号的大小是未知的，需要逐一求出。可以按照从前置放大级到功率放大级的顺序逐一设计计算，也可以从功率放大级到前置放大级的顺序设计计算。下面以后者为例进行设计。功率放大级电路设计当功率放大器以Po≥10W的满功率不失真输出时，输出电压的幅度为为留有充分余地，取VOP=14V。由此可以计算功率放大器的总电压增益AV，即AV=VOP/VIP=14V/5mV=2800用分贝表示，AV=20lg（VOP/VIP）=68.9dB如何将这2800倍的总电压增益比较合理地分配给前置放大级和功率放大级，这是设计中很关键的一步，这与所选用的器件、电路类型以及实际经验都有关系。通常功

7、率放大级的电压增益不能太大，因为这一级的信号比其它级的信号要大很多，增益太大容易引起自激，一般取十几倍。可以暂取10倍进行计算，以后再通过实验电路进行调整。这样，前置放大级的电压增益就为280倍。电压增益分配如图所示。功率放大级增益=10倍VOP=14V前置放大级增益=280倍1.4VVIP=5mV功率放大级电路可直接选用集成功率放大器，如TDA2030A，TDA1521，STK4191等芯片，完全满足本课题要求；也可以选用分离元件来组成。二者各有其特点：集成功率放大电路的调节比较简单，但进行级联时，如果要对整机的性能进行改善，靠集成功率