語音放大電路的設(shè)計畢業(yè)論文

1、目 錄1 緒論31.1 課題背景及目的31.2國內(nèi)外研究狀況32 設(shè)計原理53 前置放大電路63.1 基本差分放大器63.1.1基本原理電路及特點63.1.2工作原理73.2長尾式差動放大電路83.3差動放大器的主要指標(biāo)113.4 具有調(diào)零電路的差動放大器113.5恒流源差動放大電路124 濾波電路類型及分析134.1低通濾波器134.2 高通濾波器184.3其它濾波器205 功率放大電路255.1功率放大電路的特點255.2功率放大電路的工作狀態(tài)分類265.3電路的組成295.3.1 甲乙類雙電源互補對稱電路305.3.2甲乙類單電源互補對稱電路305.3.3復(fù)合管功率放大電路315.4 集

2、成功率放大電路335.4.1 lm324運放集成電路345.4.2 tda2003集成功率放大器346 整體電路原理圖367 安裝調(diào)試與性能測試377.1 運放的調(diào)試377.2 功放的調(diào)試377.3 系統(tǒng)調(diào)節(jié)38結(jié)論39參考文獻(xiàn)40附錄41附錄 a 語音放大電路的元件清單41附錄b 集成運算放大器lm324的管腳圖及基本參數(shù)421 緒論1.1 課題背景及目的 在日常生活和工作中，經(jīng)常會遇到這樣一些問題：如在檢修各種機器設(shè)備時，常常需要能依據(jù)故障設(shè)備的異常聲響來尋找故障，這種異常聲響的頻譜覆蓋面往往很廣，需要高亮度的聲音以傳達(dá)消息，例如校園廣播，大型會議等，而僅僅憑人們自己的喉嚨是無法實現(xiàn)的，因

3、而要用到信號放大器。聲音信號頻率低，在放大的過程中極易受到外界的干擾，又如：在打電話時，有時往往因聲音太大或干擾太大而難以聽清對方講的話，于是需要一種既能放大語音信號又能降低外來噪聲的儀器諸如以上原因，具有類似功能的實用電路實際上就是一個能識別不同頻率范圍的小信號放大系統(tǒng)。所以本課題要求采用集成運算放大器完成語音放大電路。有利于培養(yǎng)我的技開發(fā)能力和創(chuàng)新精神，并有一定的實用意義。1.2國內(nèi)外研究狀況我國基礎(chǔ)工業(yè)薄弱，特別是核心部件芯片的研究，而功放芯片的研究，與國外相比有一定的差距，在各大高校及廠家大部分實驗用的還是以集成運算放大器lm324和功率放大器tda2003等芯片。隨著科技的發(fā)展與進(jìn)步

4、，從模擬及混合信號芯片，尤其是放大器類產(chǎn)品發(fā)展趨勢來看，高集成度、兼顧速度與精度、低功耗、較寬的溫度范圍，以及軟件可控等性能，將是未來各個模擬器件供應(yīng)商的新產(chǎn)品呈現(xiàn)的新特點。對于某些中、低端電子產(chǎn)品的成本壓力，使得本土的中小規(guī)模ic供應(yīng)商獲得了良好的發(fā)展機會，打破歐美供應(yīng)商一統(tǒng)天下的局面，這也將是包括放大器在內(nèi)的模擬類產(chǎn)品的一大特點。放大器產(chǎn)品的發(fā)展主要特點如下：(1)新工藝、新技術(shù)的發(fā)展；(2)放大器類產(chǎn)品在電子系統(tǒng)中的作用越來越重要，不可替代，高精度的放大調(diào)條理電路很難集成在處理芯片中；(3)“定制化”需求是放大器的種類不斷增加的主要推動力之一。工藝方面， bicom3是ti針對高速度模擬

5、產(chǎn)品而開創(chuàng)的工藝，其高電壓版本bicom3hv為36v bipolar sige工藝，兼顧速度的同時也可實現(xiàn)高電壓的應(yīng)用；hpa07工藝主要應(yīng)用于高精度模擬類產(chǎn)品，應(yīng)用這一工藝的器件具有高精度，小封裝，高snr等特點，相似的hpa07hv可兼容36v應(yīng)用；除了以上具有代表性的工藝外，ti還有l(wèi)bc工藝，主要特點是高電壓大功率；a035工藝主要應(yīng)用是高密度器件。高精度運算放大器一般是指失調(diào)電壓低于1mv的運放。ti近期推出了一款高精度的運opa211，是以bicom3hv為主要工藝開發(fā)的產(chǎn)品。在高速放大器方面， ti能夠應(yīng)用新的工藝提供針對不同應(yīng)用的各類產(chǎn)品，除了可以提供各類電壓反饋型和電流反饋

6、型高速放大器類產(chǎn)品以外，還可以提供高速的jfet輸入高速放大器類產(chǎn)品，其中包括多種可供選擇型號，如opa656，opa657及ths4631等，他們都具有不同的帶寬和壓擺率，不同的穩(wěn)定增益范圍，包括獨立增益穩(wěn)定等主要可供選擇的指標(biāo)，可廣泛應(yīng)用于測試與計量等寬帶寬高輸入阻抗的應(yīng)用場合。在高速視頻放大器方面，ti推出了一系列具有靈活可編程及高集成度的放大器類產(chǎn)品，例如針對視頻應(yīng)用的ths73xx系列產(chǎn)品，針對不同的視頻標(biāo)準(zhǔn)要求，其集成了低通濾波器，部分產(chǎn)品具有內(nèi)部固定增益放大，濾波器帶寬數(shù)字可編程選擇，以及輸入耦合方式選擇等性能。凌力爾特公司專注于提供具有高精確度、低噪聲和高速度性能的放大器產(chǎn)品。

7、這些器件主要分為 3 類：傳統(tǒng)的高性能放大器產(chǎn)品 (包括運算放大器、儀表放大器和可編程增益放大器)；高速 adc 驅(qū)動器；專用精確高壓側(cè)電流檢測放大器。盡管運算放大器已經(jīng)出現(xiàn)幾十年了，使用也相對簡單，但是很多令人振奮的新進(jìn)展仍在不斷出現(xiàn)，從而產(chǎn)生了多種富有吸引力的新產(chǎn)品。這些新產(chǎn)品很多將以改進(jìn)基本功能的形式出現(xiàn)，如提高運算放大器的速度、精確度、噪聲和功率性能等，但是更多將以提高集成度的形式出現(xiàn)。凌力爾特公司的ltc6420-20 雙路差分 adc 驅(qū)動器和 ltc6102hv 零漂移高壓側(cè)電流檢測放大器就是好例子。ltc6420-20 是一種雙路高速全差分 adc 驅(qū)動器，具有很好的匹配性能規(guī)

8、格。這使其在 i-q 解調(diào)和多通道通信應(yīng)用中尤其有用。在這些應(yīng)用中，驅(qū)動高速 adc 的傳統(tǒng)方法是使用高壓、大電流消耗的 rf 放大器。既然這些 rf 放大器是單端組件，那么就需要附加電路將信號轉(zhuǎn)換成最高性能 adc 所需的差分信號。ltc6420-20 與這種傳統(tǒng)方法相比有幾個優(yōu)點。首先，它的功率極低，在很多情況下，可以與 adc 共享同一個低壓電源。其次，它使用較少的組件，占用電路板空間較少。除了將兩個通道集成到一個小型 3mm4mm 封裝中，ltc6420-20 還含有增益設(shè)置電阻和可選輸出濾波。通過在芯片上納入靈敏的反饋網(wǎng)絡(luò)，設(shè)計師無需花費大量時間考慮雜散電容可能引起的不穩(wěn)定性，該電容

9、與 pcb 上增益設(shè)置電阻的布線有關(guān)。在 100mhz 時具有 0.1db 增益匹配和 0.1o相位匹配，這種通道至通道匹配消除了需要匹配兩個獨立通道的難題。視特定設(shè)計目標(biāo)的不同，工程師們面臨著很多難題，其中常常包括同時要求提高性能、降低功耗和讓產(chǎn)品快速上市。就每個應(yīng)用甚至每個設(shè)計而言，設(shè)計師面臨的挑戰(zhàn)都不同。例如，就基于傳感器的應(yīng)用而言，設(shè)計師常常需要放大和緩沖傳感器產(chǎn)生的信號。既然很多傳感器都有高阻抗，設(shè)計師就必須選擇偏置電流非常低的放大器，如 ltc6087除了低偏置電流，放大器還應(yīng)該具有低輸入失調(diào)電壓和噪聲，以最大限度擴大動態(tài)范圍，提高靈敏度。傳感器應(yīng)用常常是由電池供電，因此還必須注意

10、電源電壓和電流要求。凌力爾特公司可為工程師提供多種幫助，如應(yīng)用工程師支持、完全規(guī)定的數(shù)據(jù)表、免費 ltspice 建模軟件和器件模型、詳細(xì)的應(yīng)用和設(shè)計要點、電路結(jié)集等。sige半導(dǎo)體最近推出的se2587l功率放大器，是基于sige半導(dǎo)體經(jīng)驗證的高性能架構(gòu)，在+19dbm (802.11g 模式)和 +24dbm (802.11b模式) 發(fā)射功率級下，能夠提供高線性度。這種高線性度可在更大的覆蓋距離內(nèi)提供更高數(shù)據(jù)率的傳輸能力，使系統(tǒng)能夠支持新興的無線多媒體應(yīng)用，例如視頻分配、視頻流及高速數(shù)據(jù)。se2587l采用3x3 qfn封裝，是sige半導(dǎo)體最小的分立式功率放大器。該器件的引腳順序與 si

11、ge 半導(dǎo)體廣獲采用的 se2527l、se2528l 及 se2581l 兼容，電路板布局所需的改變能夠減至最少，使得制造商能夠輕易移植到用于下一代設(shè)計的新器件中?？梢怨?jié)省大約 20% 的外部材料清單成本。如今，世界各地的環(huán)保意識日漸高漲，有助于節(jié)能的產(chǎn)品漸受市場歡迎。照目前的發(fā)展趨勢看，無論是哪一個國家/地區(qū)、哪一個市場/板塊，高能效產(chǎn)品都會大受客戶歡迎。美國國家半導(dǎo)體的power wise解決方案適用于能源效率要求極高的系統(tǒng)設(shè)計，性能/功率比高。例如，型號為lmv851的運算放大器內(nèi)置射頻抑制電路，因此抗電磁干擾的能力高，以8mhz的單位增益帶寬操作時，只耗用0.41ma的電流。因此隨著

12、科技的進(jìn)步放大器的高集成度、兼顧速度與精度、低功耗、較寬的溫度范圍、軟件可控等性能及智能化，將是未來的發(fā)展方向。2 設(shè)計原理本設(shè)計是要求制作一個由集成電路組成的具有語音信號放大作用的語音放大電路，它首先通過小信號輸入，前置放大器，經(jīng)過有源帶通濾波器之后再經(jīng)過功率放大器后經(jīng)喇叭輸出，其原理框圖如圖2.1所示。小信號輸入前置放大器有源帶通濾波器功率放大器圖2.1語音放大電路基本原理圖3 前置放大電路集成運算放大器是一種性能優(yōu)良的多級直接耦合放大器，它又是一種通用性很強的多功能部件。差分放大電路也稱為差動放大電路，簡稱差放，它是集成運算放大器中非常重要的單元電路。差放電路具有抑制干擾等優(yōu)良性能，通常

13、用于集成放大電路的輸入級。3.1 基本差分放大器3.1.1基本原理電路及特點差分放大電路的基本形式如圖3.1所示： 圖3.1 差分放大電路的基本形式有差分放大電路的基本形式我們可以得出：1.電路特點：對稱性。2.差模信號：把一對大小相等，極性相反的信號叫做差模信號。電路中所加的有用信號就是差模信號。3.共模信號：把一對大小相等，極性相同的信號叫做共模信號。電路中的干擾信號、零點漂移等都可視為共模信號。圖3.2 差分電路的兩種輸入信號由圖3.2可知：共模信號： 差模信號： 3.1.2工作原理（由電路分析）結(jié)論：對差模信號較大的放大作用；對共模信號有較強的抑制作用。由圖3.2 知：1、共模電壓放大

14、倍數(shù)auc 2、差模電壓放大倍數(shù)aud 其中： 圖3.3 對差模信號的放大作用3.2長尾式差動放大電路 在單端輸出的情況下：對稱性得不到利用。因此增加共模反饋電阻re，通過負(fù)反饋來抑制零點漂移，為了滿足靜態(tài)的要求，增加負(fù)電源vee，因而得到如下電路：圖3.4 長尾式差動放大電路1、靜態(tài)計算：由于電路對稱，只計算一邊即可：靜態(tài)時, 輸入短路, 由于流過電阻re的電流為ie1和ie2之和, 且電路對稱,ie1=ie2 ,故由負(fù)電源和基極回路有： 即：ic1=ic2=ib1 uc1=uc2=ucc-ic1rc1 為集電極對地的電位。2、差模電壓放大倍數(shù)：對差模信號： 因此在兩管中產(chǎn)生的信號電流方向正

15、好相反，在re上產(chǎn)生的電流方向相反，即在re上總的信號電流為零，即沒有壓降，因此可由如下電路進(jìn)行分析：（1）對雙端輸入，雙端輸出：rl為rc和rl/2的并聯(lián) 圖3.5 差模交流電路即：差分放大器的電壓放大倍數(shù)與單管共射放大器的電壓放大倍數(shù)一樣。（2）對雙端輸入，單端輸出：可見：單端輸出的情況下：電壓放大倍數(shù)約為雙短輸出的一半?？傊?，差分放大器對差模信號（即有用信號）有較大的放大作用。3、共模電壓放大倍數(shù)：對共模信號：因此在兩管中產(chǎn)生的共模信號電流方向正好相同，在re上產(chǎn)生的共模信號電流方向相同，即在re產(chǎn)生的壓降為： （ie1+ie2）re=2ie1re 因此可由如下電路進(jìn)行分析：圖3.6 共

16、模信號交流通路（1）對雙端輸入，雙端輸出：即：雙端輸出的情況下，僅靠電路的對稱性即可完全抑制零點漂移。（2）對雙端輸入，單端輸出：即：在單端輸出的情況下，靠共模反饋電阻re抑制零點漂移。3.3差動放大器的主要指標(biāo)1、 差模電壓放大倍數(shù)aud 2、 共模電壓放大倍數(shù)auc 3、共模抑制比cmrr 4、差模輸入電阻rid 5、差模輸出電阻rod 6、共模輸入電阻ric 3.4 具有調(diào)零電路的差動放大器 為了克服兩個差分對管及電路參數(shù)不對稱造成的輸出直流電壓不為零的現(xiàn)象，可增加靜態(tài)調(diào)零電路，有如下兩種形式。圖3.7 具有調(diào)零電路的差動電路對射極上增加調(diào)零電阻rw后，前面的公式將修改為1、差模放大倍數(shù)

17、aud 2、差模輸入電阻rid 3、共模輸入電阻ric 3.5恒流源差動放大電路 1、問題的提出：為了進(jìn)一步提高共模抑制比，就必須增大re，而增大re，就必須要增加電源的值，所以必須設(shè)法使之re上有較高的交流電阻，而又有不太高的直流電阻。三極管正好有這樣一種性質(zhì)，三極管工作在放大區(qū)時，其集電極電壓在很大范圍內(nèi)變化時，而集電極電流變化很小，即交流電阻很大。而直流電阻（工作點處的集電極電壓與集電極電流的比值）又不太大。三極管的集電極電壓在很大范圍內(nèi)變化時，而集電極電流幾乎不變的性質(zhì)稱為它的恒流作用。將三極管的ce代替re作為共模反饋電阻，即可得到帶有恒流源的差分放大器。2、電路形式 (a)用單管電

18、流源代替re的差動電路；(b)電路的簡化表示圖3.8 具有恒流源的差分放大器電路3、ce間的電阻計算：將v3組成的恒流源電路等效為如圖3.9所示，即可推出ce之間的交流電阻的表達(dá)式：圖3.9 恒流源等效電路設(shè)=80, rce=100k, rbe=1k, r1=r2=6k, r3=5k, 則 ro34.5m。用如此大的電阻作為re, 可大大提高其對共模信號的抑制能力。而此時, 恒流源所呈現(xiàn)的直流電阻并不高，即所要求的電源電壓不高。此電路的靜態(tài)計算可以從v3管入手，由負(fù)電源到它的基極回路計算出ie3即得兩差分管的集電極電流為：ic1=ic2=1/2 ie34 濾波電路類型及分析 4.1低通濾波器1

19、、一階低通濾波器電路圖4.1所示是一階低通濾波器電路，其傳遞函數(shù)為： 圖4.1 一階低通濾波器電路而對于rc電路，其拉氏變換為將上式帶入式，可以看到，式中分母為s的一次冪，所以稱為一階低通有源濾波電路。以取代s，且令，得出電壓放大倍數(shù)為令f=0，可得通帶放大倍數(shù)當(dāng)f=fp時，故fp為通帶截止頻率。 當(dāng)ffp時曲線按-20db/十倍頻下降。2、簡單二階電路一階電路的過渡帶較寬，幅頻特性的最大衰減斜率僅為-20db/十倍頻。增加rc環(huán)節(jié)，可加大衰減斜率。如圖4.2所示，為簡單二階低通濾波電路。它是由兩節(jié)rc濾波電路和同相比例放大電路組成。其通帶放大倍數(shù)與一階電路相同，傳遞函數(shù)為：圖4.2 二階低通

20、濾波電路 當(dāng)c1=c2=c時， 將上述表達(dá)式帶入式，整理可得：用j取代s，且令，整理得到 當(dāng)增益下降到中頻增益的0.707倍時，可求出高頻截頻，即簡單二階低通濾波器可使衰減斜率達(dá)到-40db/十倍頻。3、壓控電壓源二階低通濾波電路將簡單二階低通濾波器電路中c1的接地端改接到集成運放的輸出端，便可得到壓控電壓源二階低通濾波電路，如圖4.3所示。電路中既引入了負(fù)反饋，又引入了正反饋。由于正反饋使電壓放大倍數(shù)在一定程度上受輸出電壓控制，且輸出電壓近似為恒壓源，所以稱為壓控電壓源二階低通濾波電路。當(dāng)信號頻率趨于零時，由于c1的電抗趨于無窮大，因而正反饋很弱，使電路不能產(chǎn)生自激振蕩；當(dāng)信號頻率趨于無窮大

21、時，c2的電抗趨于零，所以up(s)趨于零。因此只要正反饋引入得當(dāng)，就既可能在f= f0時使電壓放大倍數(shù)數(shù)值增大，又不會因正反饋過強而產(chǎn)生自激振蕩。圖4.3 壓控電壓源二階低通濾波器前已指出，同相比例放大電路的電壓增益就是低通濾波器的通帶電壓增益，即aup=1+r2/r1設(shè)c1=c2=c，節(jié)點a電流方程為：節(jié)點p電流方程為將以上兩個節(jié)點方程聯(lián)立求解，可得到傳遞函數(shù) 在上式中，只有當(dāng)aup小于3時，即分母中s的一次項系數(shù)大于零，電路才能穩(wěn)定工作，而不產(chǎn)生自激振蕩。s=j，則上式為令，則有 上式為二階低通濾波電路傳遞函數(shù)的典型表達(dá)式，其中f0為特征頻率，而q則稱為等效品質(zhì)因數(shù)，是f=f0時電壓放大

22、倍數(shù)的數(shù)值與通帶放大倍數(shù)之比。 令f=f0，求出電壓放大倍數(shù)的數(shù)值 當(dāng)q取不同的值時，將隨之改變， 圖4.4 二階低通濾波電路的幅頻響應(yīng)不同q值下的幅頻響應(yīng)由圖4.4所示，當(dāng)q=0.707時幅頻響應(yīng)較平坦，而當(dāng)q0.707時，將出現(xiàn)峰值，當(dāng)q=0.707且f/f0=1，；當(dāng)f/f0=10時，。這表明，二階濾波電路比一階低通濾波電路的濾波效果好得多。當(dāng)進(jìn)一步增加濾波電路階數(shù)，由圖可看出，其幅頻響應(yīng)更接近理想特性。4.2 高通濾波器只要將上述討論過的低通濾波器電路中的r、c元件位置對調(diào)，則得到高通濾波器電路。對于一階高通濾波器采用與前面低通濾波器相同的分析方法，可得到 得到幅頻特性如圖4.5所示。

23、圖4.5 一階高通濾波電路及幅頻響應(yīng)由于二階高通濾波電路與二階低通濾波電路存在對偶關(guān)系，他們的傳遞函數(shù)和幅頻響應(yīng)也存在對偶關(guān)系。圖4.6 為二階壓控電壓源高通濾波電路，在理想情況下，高通濾波電路的通帶電壓增益可認(rèn)為是時，輸出電壓與輸入電壓之比。對二階壓控電壓源高通濾波電路來說，當(dāng)時，電容c可視為短路，通帶電壓增益等于同相比例放大電路的電壓增益，圖 4.6 二階高通濾波電路考慮到高通濾波電路在電路結(jié)構(gòu)、傳遞函數(shù)和幅頻響應(yīng)與低通濾波電路的對偶關(guān)系，可得到高通電路的傳遞函數(shù)表達(dá)式為令，則 式中的、f0和q分別表示二階高通濾波器的通帶電壓放大倍數(shù)、特征頻率和等效品質(zhì)因數(shù)。幅頻響應(yīng)曲線如圖4.7可知，二

24、階高通濾波電路和低通濾波電路的幅頻特性具有對偶關(guān)系。如以f=f0為對稱軸，二階高通濾波電路的，當(dāng)f f0時，則是隨著f升高而減小。二階高通濾波電路在f f0時，其幅頻響應(yīng)以40db/十倍頻程的斜率上升。圖4.7 二階高通濾波電路的幅頻響應(yīng)4.3其它濾波器1帶通濾波器如圖4.8所示，將低通濾波器和高通濾波器串聯(lián)，并使低通濾波器的通帶截止頻率fp2大于高通濾波器的通帶截止頻率fp1，則頻率在fp1和fp2之間的信號能夠通過，其余頻率的信號不能通過，因此構(gòu)成帶通濾波器。低通高通圖4.8 由低通濾波器和高通濾波器串聯(lián)組成的帶通濾波器二階壓控電壓源帶通濾波電路如圖4.9所示。圖中r、c組成低通網(wǎng)絡(luò)，c1

25、、r3組成高通網(wǎng)絡(luò)，兩者串聯(lián)組成帶通濾波器。設(shè)r2=r，r3=2r，則由kcl列出方程，導(dǎo)出帶通濾波器電路的傳遞函數(shù)為式中auf=1+rf/r1，為同相比例放大電路的電壓增益，同樣要求auf 3，電路才能穩(wěn)定的工作。s=j帶入上式，并令， 則得到 上式中既是特征頻率，也是帶通濾波電路的中心頻率。上式表明，當(dāng)f=f0時，上述電路具有最大電壓增益，且，這就是帶通濾波電路的通帶電壓增益。圖4.9 帶通濾波器根據(jù)截止頻率的定義，下限頻率和上限頻率是使增益下降-3db的頻率點，即，上限頻率和下限頻率之差稱為通帶寬度。令上式分母虛部的絕對值為1，即 解方程，取正根，求出截止頻率為 可得到通帶寬度為幅頻響應(yīng)

26、如圖4.10所示，可知q值越高，通帶越窄。將式帶入上式，得到，可得到如下結(jié)論，改變電阻rf、r的阻值，可以改變通帶寬度，且中心頻率不受影響，但是為了避免時發(fā)生自激振蕩，一般取rf 2r。圖4.10二階帶通濾波電路的幅頻響應(yīng)示意圖2帶阻濾波器若將低通濾波器和高通濾波器的輸出電壓經(jīng)求和運算電路后輸出，且低通濾波器的通帶截止頻率小于高通濾波器的通帶截止頻率，則構(gòu)成帶阻濾波器，如圖4.11所示。該電路可阻止fp1ffp2范圍內(nèi)的信號通過，使其余頻率的信號均能通過。帶阻濾波器又稱陷波器，在干擾信號的頻率確定的情況下，可通過帶阻濾波器阻止其通過。實用的帶阻濾波器用由rc組成的雙t網(wǎng)絡(luò)和一個集成運放實現(xiàn)，如

27、圖4.3.4所示。圖4.11 帶阻濾波器其中r1、r2、c3組成的t型網(wǎng)絡(luò)為低通濾波電路，c1、c2、r3組成的t型網(wǎng)絡(luò)為高通濾波電路；r3接集成運放的輸出端引入正反饋，以提高通帶截止處的電壓放大倍數(shù)，減小阻帶寬度，提高選擇性。通常選取c1=c2=c，c3=2c，r1=r2=r，r3=r/2。當(dāng)信號頻率趨于零或無窮大時，集成運放的同相輸入端電位up=ui，故通帶放大倍數(shù)就是比例運算電路的比例系數(shù)，即由節(jié)點方程求出傳遞函數(shù)為：，其中令s=j2f帶入上式，則有 式中，。如果au0=1，則q=0.5，增加au0，q將隨之升高。當(dāng)au0趨近2時，q趨向無窮大。因此，au0愈接近2，愈大，可使帶阻濾波電

28、路的選頻特性愈好，即阻斷的頻率范圍愈窄。根據(jù)截止頻率的定義，下限頻率和上限頻率是增益下降-3db的頻率點，通帶截止頻率為 帶阻濾波器的阻帶寬度為 帶阻濾波器的幅頻特性如圖4.12所示，q值越大，阻帶寬度越窄，選擇特性越好。通過改變rf、r1的值可以改變q的大小。為了防止時產(chǎn)生自激振蕩，一般取rfr1。圖4.12帶阻濾波電路的幅頻響應(yīng)綜上綜合考慮用一個低通濾波器和一個高通濾波器串聯(lián)起來組成一帶通濾波器，用該方法構(gòu)成的帶通濾波器通帶較寬，截止頻率易于調(diào)整，多用作測量信號噪聲比的音頻帶通濾波器。如圖4.13所示的帶通濾波器，頻率范圍300hz-3000hz，整個通帶增益為8 db，非常適合語音放大。

29、圖4.13 寬帶bpf5 功率放大電路通常，一個電子系統(tǒng)的最末一級都是驅(qū)動一定的負(fù)載，有時該負(fù)載還要將電能轉(zhuǎn)換成其它能量形式。一般來說，電子系統(tǒng)提供的功率越大，能驅(qū)動的負(fù)載就越大，或者轉(zhuǎn)換成其它能量就越大。在電子電路中把能夠向負(fù)載提供足夠大的信號功率的放大電路稱為功率放大電路。5.1功率放大電路的特點功率放大電路與前面所述的小信號放大電路相比較，其工作原理沒有根本變化，只是功率放大電路不是單純考慮電壓放大或電流放大，而是考慮在電源電壓確定的情況下，輸出盡可能大的功率。此時，功率放大電路中的器件都是工作大信號的狀態(tài)下，因此分析方法與小信號放大電路就有所區(qū)別。功率放大電路的主要特點是：1. 要求輸

30、出功率盡可能大獲得輸出功率是功率放大電路的主要目的。為了獲得最大的功率，要求電路的輸出電壓和輸出電流要有盡可能大的幅度。2. 轉(zhuǎn)換效率要高功率放大電路實質(zhì)上并非是將電功率直接提高，而是通過輸入信號（小功率）去控制電源提供的直流功率將其轉(zhuǎn)換成交流功率（大功率），即輸出的交流功率是由電源提供的直流功率轉(zhuǎn)換而來的。通常功率放大電路輸出功率大，直流電源消耗的直流功率也就越多。因此，考慮在電源電壓確定的情況下，輸出功率盡可能大時，應(yīng)該提高直流功率轉(zhuǎn)換成交流功率的效率，以減少直流電源的損耗。3. 器件工作在接近極限狀態(tài)功率放大電路為了獲得最大的功率，要求電路的輸出電壓和輸出電流要有盡可能大的幅度，為了達(dá)到

31、此目的通常還需要輸入信號為大信號。此時，完成功率放大的晶體管往往工作在接近極限狀態(tài)。因此，器件的安全性顯得十分重要，否則器件會因為過熱、電壓或電流過大而損壞。由功率放大電路的特點可知，其主要技術(shù)指標(biāo)有兩個：輸出功率po功率放大電路提供給負(fù)載的信號功率稱為輸出功率。在輸出波形基本不失真的條件下，輸出功率用輸出電壓的有效值uo和輸出電流的有效值io乘積表示，即 ：式中uom為輸出電壓的峰值，iom為輸出電流的峰值。效率 功率放大電路的輸出功率po與電源所提供的直流功率pv之比稱為功放的效率，直流功率等于電源輸出電流的平均值與電源電壓的乘積。即5.2功率放大電路的工作狀態(tài)分類由上述功率放大電路的主要

32、技術(shù)指標(biāo)可知功率放大電路中的功率關(guān)系為 式中pt為功率放大電路的損耗功率，由此可以看出減小功放電路的損耗功率就可以提高輸出功率和效率。功率放大電路的工作狀態(tài)不同，其輸出功率和效率也不同。功率放大電路根據(jù)其中晶體管導(dǎo)通的狀態(tài)分為如下工作狀態(tài)：1. 甲類工作狀態(tài)當(dāng)輸入信號為正弦波時，若功率晶體管在信號的整個周期內(nèi)均導(dǎo)通（即導(dǎo)通角=3600），則稱為甲類工作狀態(tài)，或稱為甲類功率放大器，如圖5.1（a）所示。2. 乙類工作狀態(tài)當(dāng)輸入信號為正弦波時，若功率晶體管僅在信號的正半個周期或負(fù)半個周期內(nèi)導(dǎo)通（即導(dǎo)通角=1800），則稱為乙類工作狀態(tài)，或稱為乙類功率放大器，如圖5.1(b)所示。3. 甲乙類工作狀

33、態(tài)當(dāng)輸入信號為正弦波時，若功率晶體管在大于半個周期且小于一個周期內(nèi)導(dǎo)通（即18003600），則稱為甲乙類工作狀態(tài)，或稱為甲乙類功率放大器，如圖5.1（c）所示。4. 丙類工作狀態(tài)當(dāng)輸入信號為正弦波時，若功率晶體管的導(dǎo)通時間小于半個周期（即0）時，vt1導(dǎo)通，vt2截止，正電源供電使ic1流過負(fù)載；在輸入信號負(fù)半周（ui0）時，vt1截止，vt2導(dǎo)通，負(fù)電源供電使ic2流過負(fù)載。有信號時，vt1和vt2輪流導(dǎo)通，在負(fù)載上得到一個完整的信號波形，如圖5.2(b)所示。因為兩個管子互補對方半個周期，且工作性能對稱，所以稱為互補對稱電路。5.3.1 甲乙類雙電源互補對稱電路圖5.3 甲乙類雙電源互補

34、對稱電路甲乙類雙電源互補對稱電路如圖5.3所示，圖中vt3為前置放大級，vt1和vt2組成互補對稱電路。靜態(tài)時，d1和d2上產(chǎn)生的壓降可以為vt1和vt2提供一個合適的偏置電壓。因為 d1、d2的導(dǎo)通電壓略大于vt1、vt2的死區(qū)電壓，所以可以使vt1、vt2處于微導(dǎo)通狀態(tài)。由于電路對稱，靜態(tài)時ic1=ic2，所以io=ic1-ic2=0，uo=0。有信號時，vt1和vt2輪流導(dǎo)通完成功率放大。該電路的缺點是，偏置電壓不容易調(diào)整。5.3.2甲乙類單電源互補對稱電路甲乙類單電源互補對稱電路如圖5.4所示，圖中vt3為前置放大級，vt1和vt2組成互補對稱電路。輸出端連接一個容量較大的電容c，起輔

35、助電源的作用。電阻r3和r4向vt3提供合適的靜態(tài)工作點，d1和d2使vt1和vt2工作在甲乙類狀態(tài)。靜態(tài)時，vt1和vt2處于微導(dǎo)通狀態(tài)，由于電路對稱，所以電容c上的電壓uc=vcc/2。圖5.4 甲乙類單電源互補對稱電路當(dāng)有信號ui時，通過vt3的放大，在信號的負(fù)半周，vt1導(dǎo)通，vt2截止，信號被放大輸出，同時電容c充電；信號的正半周，已充電的電容c起電源的作用，保證vt2導(dǎo)通，vt1截止，信號被放大輸出，同時c通過負(fù)載rl放電。只要選擇放電時間常數(shù)rlc足夠大（比信號的最長周期大得多），電容c上的電壓就可以基本穩(wěn)定在vcc/2，起到一個電源的作用，從而替代雙電源，這種電路采用了耦合電容

36、，而沒有采用耦合變壓器，所以通常稱為otl(output transformer less)電路。單電源互補對稱電路參數(shù)的計算仍然可以使用雙電源互補對稱電路參數(shù)的計算方法，但是要注意的是原來公式中的vcc要用vcc/2代替。5.3.3復(fù)合管功率放大電路根據(jù)功率的概念p=ui，可以知道提高電壓u和電流i均可以提高功率。在功率放大電路中提高電壓u的方法，一般都是采用多級電壓放大電路，即在功率放大電路前設(shè)計多級前置電壓放大電路。而電流i的放大多采用復(fù)合管結(jié)構(gòu)，兩只晶體管構(gòu)成的復(fù)合管如圖5.5所示。圖5.5 兩只晶體管構(gòu)成的復(fù)合管以圖5.5（a）為例，設(shè)vt1、vt2的電流放大系數(shù)分別為1和2，則 當(dāng)

37、120，設(shè)計中話筒放大電路采用同相比例運算放大器，為了使輸入的話筒信號最大可能的不失真，采用兩極電阻平衡輸入電壓。其中r1=r2=4.7k，r3=r4=10k，c1=10f。a1為lm324中的一個運算放大器。令r5=10k，r6=75k，則a1=1+r6/r5=8.5本設(shè)計中的混合前置放大電路有放大話筒輸入信號與線路輸入信號的兩個作用，因此它的輸入信號有兩個均可以放大。圖中r7=r8=10k,a2為lm324中的另一個運放，為了穩(wěn)定電路，提高其抗干擾能力，電路設(shè)計過程中采用兩個10k的電阻形成比較器。由a=a1a2得a2=a/a1=20/8.5=2.4倍，圖中的r9=10k，r10=30k，則|a2|=r10/r9=32.4，則設(shè)計合理。由于線路輸入信號為100mv，為功率運算放大器的輸入信號范圍，故電路可采用反向比例運算放大器，即|a3|=1倍。由圖a3=r10/r11,取r11=30k，則|a3|=1倍。選rp=10k可調(diào)節(jié)電位器來改變輸入信號大小。c3=100f，c4=10f，它們在電路中起到了以線路輸入信號選頻的作用，避免無用信號及干擾信號?；旌锨爸梅糯箅娐份斎氲男盘柨晒┙o功率運算放大器頻率范圍為50hz20khz的語音。為了提高