功率放大器論文

1、低頻功率放大器的設(shè)計(jì)與制作（第三題）參賽者：蒲懷軍 薛虎 張小軍 指導(dǎo)老師:付喜錦摘要：功率放大是一種能量轉(zhuǎn)換的電路，在輸入信號(hào)的作用下，晶體管把直流電源的能量，轉(zhuǎn)換成隨輸入信號(hào)變化的輸出功率送給負(fù)載.整個(gè)電路主要由穩(wěn)壓電源、前置放大器、功率放大器、波形變換電路共4個(gè)部分構(gòu)成,電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,所選器件價(jià)格便宜,并給出了測(cè)試結(jié)果. 功率放大器的主要任務(wù)是為了獲得一定的不失真的輸出功率，一般在大信號(hào)狀態(tài)下工作。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明該功率放大器在放大倍數(shù)、效率、等方面具有較好的指標(biāo)、較高的實(shí)用性,為功率放大器的設(shè)計(jì)提供了廣闊的思路.關(guān)鍵字：穩(wěn)壓電源，低頻功率放大器引言 功率放大器在家電、數(shù)碼產(chǎn)品中的應(yīng)用越來(lái)越

2、廣泛，與我們?nèi)粘Ｉ钣兄芮嘘P(guān)系。隨著生活水平的提高，人們?cè)絹?lái)越注重視覺(jué)，音質(zhì)的享受。在大多數(shù)情況下，增強(qiáng)系統(tǒng)性能，如更好的聲音效果，是促使消費(fèi)者購(gòu)買(mǎi)產(chǎn)品的一個(gè)重要因素。低頻功率放大器作為音響等電子設(shè)備的后即放大電路，它的主要作用是將前級(jí)的音頻信號(hào)進(jìn)行功率放大以推動(dòng)負(fù)載工作，獲得良好的聲音效果。同時(shí)低頻功率放大器又是音響等電聲設(shè)備消耗電源能量的主要部分。因此設(shè)計(jì)出實(shí)用、簡(jiǎn)潔、低價(jià)格的低頻功率放大器是一個(gè)發(fā)展方向。本次低頻功率放大器設(shè)計(jì)有兩部分組成前置放大級(jí)和功率放大級(jí)。前置放大級(jí)主要任務(wù)是完成小信號(hào)電壓放大任務(wù)，同時(shí)要求低噪聲、低溫漂。功率放大級(jí)主要任務(wù)是在允許的失真限度內(nèi),盡可能高效率地向負(fù)

3、載提供足夠大的功率，要求是輸出功率要大、效率要高。通過(guò)詳盡的資料查詢和嚴(yán)密的方案論證后，我們選擇通過(guò)集成運(yùn)放NE5534、 IRF9450、2N5551、2N5401的配套使用來(lái)使本電路系統(tǒng)設(shè)計(jì)簡(jiǎn)潔、實(shí)用并且達(dá)到高增益、高保真、高效率、低噪聲、寬頻帶、快響應(yīng)的指標(biāo)。第一章 方案設(shè)計(jì)與選擇1、方案討論與選擇方案一：如圖1所示是變壓器耦合單管甲類(lèi)功率放大器，圖中T1為輸入變壓器，T2為輸出變壓器，Rb1、Rb2組成分壓偏置電路，Re是直流負(fù)反饋電阻，用來(lái)穩(wěn)定工作點(diǎn)，Ce是交流旁路電容，Cb是偏置電路的旁路電容。圖1輸入變壓器T1倒相作用，使V1和V2兩管的基極信號(hào)大小相等、方向相反。輸出變壓器T2

4、的初級(jí)也設(shè)有中心抽頭，分別將V1和V2兩管的集電極信號(hào)耦合到次級(jí)，使負(fù)載獲得輸出信號(hào)。方案二：圖2所示為低頻功率放大器。其中由晶體三極管T1組成推動(dòng)級(jí)（也稱前置放大級(jí)），T2、T3是一對(duì)參數(shù)對(duì)稱的NPN和PNP型晶體三極管，它們組成互補(bǔ)推挽OTL功放電路由于每一個(gè)管子都接成射極輸出器形式，因此具有輸出電阻低，負(fù)載能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，適合于作功率輸出級(jí)。T1管工作于甲類(lèi)狀態(tài)，它的集電極電流IC1由電位器RW1進(jìn)行調(diào)節(jié)。IC1 的一部分流經(jīng)電位器RW2及二極管D， 給T2、T3提供偏壓。調(diào)節(jié)RW2，可以使T2、T3得到合適的靜態(tài)電流而工作于甲、乙類(lèi)狀態(tài)，以克服交越失真。靜態(tài)時(shí)要求輸出端中點(diǎn)A的電位，可以

5、通過(guò)調(diào)節(jié)RW1來(lái)實(shí)現(xiàn)，又由于RW1的一端接在A點(diǎn)，因此在電路中引入交、直流電壓并聯(lián)負(fù)反饋，一方面能夠穩(wěn)定放大器的靜態(tài)工作點(diǎn)，同時(shí)也改善了非線性失真。當(dāng)輸入正弦交流信號(hào)U1時(shí)，經(jīng)T1放大、倒相后同時(shí)作用于T2、T3的基極，U1的負(fù)半周使T2管導(dǎo)通（T3管截止），有電流通過(guò)負(fù)載RL，同時(shí)向電容C0充電，在U1的正半周，T3導(dǎo)通（T2截止），則已充好電的電容器C0起著電源的作用，通過(guò)負(fù)載RL放電，這樣在RL上就得到完整的正弦波。C2和R 構(gòu)成自舉電路，用于提高輸出電壓正半周的幅度，以得到大的動(dòng)態(tài)范圍。圖2 低頻功率放大器電路圖經(jīng)過(guò)對(duì)2個(gè)方案的分析，第一種方案由于變壓器體積大、重量大、耗損大、頻率特性

6、差、不易集成等都不如方案二。所以我們選擇了第二種方案第二章 電源下圖就是我們做的輸出直流+15V15V穩(wěn)壓電源電路圖：圖3 直流輸出穩(wěn)壓電源穩(wěn)壓電源由變壓部分、整流部分、濾波部分、穩(wěn)壓部分組成，下面就各個(gè)部分分別介紹：2.1 變壓器變壓器是變換交流電壓、電流和阻抗的器件，當(dāng)初級(jí)線圈中通有交流電流時(shí)，鐵芯（或磁芯）中便產(chǎn)生交流磁通，使次級(jí)線圈中感應(yīng)出電壓（或電流）。變壓器由鐵芯（或磁芯）和線圈組成，線圈有兩個(gè)或兩個(gè)以上的繞組，其中接電源的繞組叫初級(jí)線圈，其余的繞組叫次級(jí)線圈。 2.2 橋式整流電路整流電路是利用二極管的單向?qū)щ娮饔脤⒔涣麟娮儞Q成單方向的直流電的。因此，二極管是構(gòu)成整流電路的關(guān)鍵元

7、件。常見(jiàn)的小功率整流電路，有半波整流、全波整流、和橋式整流等幾種。其中以橋式整流電路最為常用。為分析簡(jiǎn)單起見(jiàn)，我們把二極管當(dāng)作理想元件處理，即二極管的正向?qū)娮铻榱?，反向電阻為無(wú)窮大2.2.1 電路組成和工作原理單相橋式整流電路如圖3所示，圖中，四個(gè)整流二極管D1D4接成電橋形式（故名橋式整流電路），其輸入是來(lái)自電源變壓器T副邊的正弦交流電壓u2(=2Usinwt )，其輸出加至要求直流供電的負(fù)載電阻上。需特別指出的是，整流橋的四個(gè)二極管，必須嚴(yán)格按照?qǐng)D3（A）所示的方式連接于A,B,C,D四點(diǎn)之間，否則，將導(dǎo)致變壓器短路。圖4（B）是橋式整流電路的簡(jiǎn)化畫(huà)法。圖4（A）圖4（B）由二極管的單

8、向?qū)щ娦裕浑y得出橋式整流電路的工作波形。當(dāng)u2=（2Usinwt ）處于正半周時(shí)，圖（A）所示電路中的A點(diǎn)電位高于B點(diǎn)二極管D1和D3處于正向偏置而導(dǎo)通,D2,D4則因反偏而截止。電源經(jīng)D1,D3向負(fù)載供電，輸出一個(gè)與u2正半波相同的電壓，同理，當(dāng)u2為負(fù)半周時(shí)，B點(diǎn)電位高于A點(diǎn)，D1,D3轉(zhuǎn)為反偏而截止，D2與D4則因正偏而導(dǎo)通。電源經(jīng)D2,D4向負(fù)載供電，此時(shí)，u0=-u2,其波形與u2的正半波相同。 可見(jiàn)，在交流電壓u2變化一周時(shí)，負(fù)載Rl上得到的卻是單方向脈動(dòng)的電壓u0和電流i0。由于該電路在正弦電壓u2的正，負(fù)半周都有輸出，故稱這種整流方式為全波整流。 濾波電路主要由儲(chǔ)能元件電容，

9、電感組成。下面著重介紹小功率整流電路中最常用的形式電容濾波電路。2.3 濾波原理交流電壓經(jīng)整流電路整流后輸出的是脈動(dòng)直流，其中既有直流成分又有交流成份。濾波電路利用儲(chǔ)能元件電容兩端的電壓(或通過(guò)電感中的電流)不能突變的特性, 將電容與負(fù)載RL并聯(lián)(或?qū)㈦姼信c負(fù)載RL串聯(lián))，濾掉整流電路輸出電壓中的交流成份，保留其直流成份，達(dá)到平滑輸出電壓波形的目的。2.4 穩(wěn)壓電源穩(wěn)壓電路的作用（圖5）圖52.4.1 集成穩(wěn)壓電源隨著半導(dǎo)體工藝的發(fā)展,現(xiàn)在已生產(chǎn)并廣泛應(yīng)用的單片集成穩(wěn)壓電源，具有體積小,可靠性高,使用靈活,價(jià)格低廉等優(yōu)點(diǎn)。最簡(jiǎn)單的集成穩(wěn)壓電源只有輸入，輸出和公共引出端,故稱之為三端集成穩(wěn)壓器。

10、本節(jié)主要介紹常用的W7800系列三端集成穩(wěn)壓器，其內(nèi)部也是串聯(lián)型晶體管穩(wěn)壓電路。穩(wěn)壓器的硅片封裝在普通功率管的外殼內(nèi)，電路內(nèi)部附有短路和過(guò)熱保護(hù)環(huán)節(jié)。三端集成穩(wěn)壓器分為固定式和可調(diào)式。其中固定式分為正穩(wěn)壓W 78××和負(fù)穩(wěn)壓W 79××(型號(hào)后××兩位數(shù)字代表輸出電壓值)。W78系列（輸出正電壓）；W79系列（輸出負(fù)電壓）輸出電壓額定電壓值有：5V、9V、12V、18V、24V。第三章 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容1、靜態(tài)工作點(diǎn)的設(shè)置 設(shè)電路參數(shù)完全對(duì)稱。靜態(tài)時(shí)功放的輸出端O點(diǎn)對(duì)地的電位應(yīng)為0，即=0，常稱O點(diǎn)為“交流零點(diǎn)”。電阻接地，一方面決定了同向放

11、大器的輸入電阻，另一方面保證了靜態(tài)時(shí)同向電位為0，即=0.由于運(yùn)放的反相端經(jīng)，接交流零點(diǎn)，所以=0.靜態(tài)時(shí)運(yùn)放輸出=0.調(diào)節(jié)電位器可以改變功放的負(fù)反饋深度。電路的靜態(tài)工作點(diǎn)主要由決定，過(guò)小會(huì)使晶體管、工作在乙類(lèi)狀態(tài)，輸出信號(hào)會(huì)出現(xiàn)交越失真，過(guò)大會(huì)增加靜態(tài)功耗使功放的效率降低。綜合考慮，對(duì)于數(shù)瓦的功放，一般取=1mA3mA,以使、工作在甲乙類(lèi)狀態(tài)。2、第四章 安裝與調(diào)試過(guò)程1 準(zhǔn)備工作為了順利地完成元器件的組裝工作，特準(zhǔn)備了如下工具及焊接輔助用品： 1、電烙鐵1把 2、剪刀1把 3、萬(wàn)用表1只 4、示波器1臺(tái) 5、焊錫絲、松香若干2 布局為了減少系統(tǒng)硬件電路的錯(cuò)誤及故障，提高系統(tǒng)的可靠性，特采用

12、了如下一些抗干擾措施：1、在電源輸入端加濾波電容2、元器件和連線要排列整齊，按電路順序排列，輸入與輸出遠(yuǎn)離，導(dǎo)線不要并行，防止寄生藕合引起電路自激。元器件插腳和連線要盡量短而直，防止分布參數(shù)影響電路性能。3 組裝工作步驟：1、將集成電路IC插座按布局圖插在萬(wàn)能印刷板上，并用電烙鐵及焊錫絲焊接好。2、連線。為了排除連線焊接不良的現(xiàn)象，在進(jìn)行連線焊接前，首先用剝線鉗對(duì)連線的絕緣包皮剝?nèi)?.5mm左右，然后用松香和焊錫絲進(jìn)行表面處理，清除導(dǎo)線表面的氧化層，最后將連線焊接到印刷板上。3、在焊接電阻、電容前，首先用萬(wàn)用表對(duì)元器件進(jìn)行測(cè)量，排除一些不合格的元器件，以免留下后患。4、安裝過(guò)程中要注意以下幾點(diǎn)

13、：（1）分清三極管的基極、發(fā)射極、極電極（2）電容的正、負(fù)極所要接的元件（3）7815、7915三極管的三個(gè)引腳5、安裝完畢后，接通電源調(diào)試，先用萬(wàn)用表測(cè)量電源變壓器輸出為15V（15V左右可用），然后把函數(shù)信號(hào)發(fā)生器打到1K的檔位上，用示波器測(cè)量Ui和UO的波形，再用數(shù)字萬(wàn)用表負(fù)極（黑色）接地，正極（紅色）接A點(diǎn)，測(cè)得結(jié)果如下：UA= v, Uces= v,用交流毫伏表測(cè)量UO的值，得U0= mv，然后求得P0m=0.65w,PDC=1.28W =50.參考文獻(xiàn)：1李本印等，電工與電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)教程（第一版），陜西人民教育出版社，2012年5月2彭世林等.彩色電視機(jī)原理與維修M.蘭州大學(xué)出版社,2004年3陳郁發(fā)，印象集成電路大全，福建科學(xué)技術(shù)出版社，1990年4王延才，Protel DXP應(yīng)用教程（第二版），機(jī)械工業(yè)出版社，2009年1月5李可亮，場(chǎng)效應(yīng)管替換手冊(cè)，北京科學(xué)技術(shù)出版社，2000年5月6陳忠，家電維修，家電維修雜志社，2006年合訂本7康華光，電子技術(shù)基礎(chǔ) 模擬部分（第四版），高等教育出版社，1999年6月附錄