功率放大器

成员：

摘要：功率放大器简称功放，可以说是各类音响器材中最大的一个家族了，其作用主要是将音源器材输入的较微弱信号进行放大后，产生足够大的电流去推动扬声器进行声音的重放。该功放用了芯片TDA2003 2个，10uF，22uF电容各2个，0.1uF电容3个，1Ω，100Ω，300Ω电阻各两个，1个变压器，2个电位器和1个喇叭等元件。得到了一个能稳定放大，功耗低的功率放大器。

关键字：音响放大器，功率放大，稳压，滤波电路

一、 引言

功率放大器是机电一体化中不可缺少的部分，也是其最基本的部分，功率放大器发展至今已有许多种类和应用。在工业方面，有数控机床的电机驱动，也有运用于新型磁轴承开关，也有在电力电子控制中的应用。在通讯方面，有几百毫瓦的蜂窝电话发射机、有基站几十瓦的功率放大器、也有上千瓦的电视信号发射机。但所有的功率放大器，其设计所遵循的基本规律几乎是相同的。而它的设计包含了电子电路技术、模拟控制理论、测试技术以及实现智能化的单片机控制技术等。因此以电子管音频功率放大器设计制作作为载体。实现兴趣与理论实践相结合，使整个设计过程不枯燥乏味，从而既实现了对功率发达器的理论学习，又进行一次高性能智能型产品设计。同时，通过实际设计与制作，进一步发挥和巩固四年来所学的知识，在实践中锻炼自己，在锻炼

中提高自己的专业水品。

二、 正文

1、 功放原理

首先通过变压器将220V交流电变成12V的直流电，输出电压通过滤波之后作用于功率放大器。当信号输入时，信号经过放大后输出。再通过两个电位器的调节控制高低音和音量的调节，就可以输出高保真的音乐。

功放的原理是利用三级管的电流控制作用将电源的功率转化为按照输入信号变化的电流。因为声音是不同振幅和不同频率的波，即交流信号电流，三极管的集电极电流永远是基极电流的β倍，β是三极管的交流放大倍数，应用这一点，若将小信号注入基极，则集电极流过的电流会等于基极的β倍，然后将这个信号用隔直电容隔离出来，就得到了电流是原来的β倍的大信号，这现象成为三极管的放大作用。经过不断的电流电压放大作用，就完成了功率放大。

对于滤波来说，电容越大，阻抗越小，用过的频率越高。但实际上超过1uF的电容大多为电解电容，有很大的电感成分，所以频率高反而阻抗会增大。用一个电容量较大的电解电容和一个小电容并联，这是大电容通低频，小电容通高频。电容的作用就是通高频阻低频。电容越大低频越容易通过。在滤波中，大电容滤低频，小电容滤高频。

滤波就是充分电的过程。

2、功放电路图

三、 结论

这次模拟电子基础课程设计的学习，学到了很多关于模电理论知识方面和实践方面的知识，受益匪浅。我们对这门课程设计非常感兴趣。不仅锻炼了自己的动手能力，也加深了对模电功率放大器方面知识的理解。

我们最先要做的是绘制一份合理的高保真音频功率放大器的电路原理图，在这过程中我们根据各种元件的用途、型号及实际应用效果，查找了许多有关方面的资料，也观察分析了许多功率放大器的电路图，学会了如何绘制一张实际的功率放大器电路原理图。

期间我们发现了很多问题，经过反复的思考及资料的查询，发现原来许多理论功率放大器原理图与实践有很大的区别。在开始时，我们根据资料选择了TDA2030芯片，而并没买到，因而换成了TDA2003芯片，却没考虑到芯片之间的差异，导致第一次做出一个不能放音乐的功放。我们耐心的对原理图以及相关元件的研究和分析最终找到问题的关键在于未了解芯片的相关参数和使用。经过修改后，才得到了理想的效果。下面是实验测得的相关数据和图形：

输入时输出波行：

五、实测数据：

RL=4Ω,Po=6W, Pom=4.14W

η=69%

四、 参考文献

【1】《电工技术》/林郁兹主编

【2】《模拟电子技术基础》/童诗白主编

【3】《电子线路EDA仿真技术》

【4】李炎清.毕业论文写作与范例.厦门大学出版社

 

第二篇：模电课程设计报告《OCL功率放大器设计》

一、课程设计任务及要求

1、设计目的

①学习音频功率放大器的设计方法

②了解集成功率放大器内部电路工作原理

?根据设计要求,完成对音频功率放大器的设计,进一步加强对模拟电子技术的了解

④采用集成运放与晶体管原件设计OCL功率放大器

⑤培养实践技能,提高分析和解决实际问题的能力

2、设计指标

①频率响应:50Hz≤f≤20KHz

②额定输出功率:P_o=10

③负载电阻:R_L=8Ω

④非线性失真尽量小

⑤输入信号:U_i=100mv

3、设计要求

①画出电路原理图

②元器件及参数选择

③电路的仿真与调试

分析设计要求，明确性能指标；查阅资料、设计方案分析对比。

4、制作要求

论证并确定合理的总体设计方案，绘制结构框图。

5、OCL功率放大器各单元具体电路设计。总体方案分解成若干子系统或单元电路，逐个设计，计算电路元件参数；分析工作性能。

6、完成整体电路设计及论证。

7、编写设计报告

写出设计与制作的全过程，附上有关资料和图纸，有心得体会。

二、总体方案设计

1、设计思路

功率放大器的作用是给负载R_l提供一定的输出功率，当R_I一定时，希望输出功率尽可能大，输出信号的非线性失真尽可能小，且效率尽可能高。

由于OCL电路采用直接耦合方式，为了保证工作稳定，必须采用有效措施抑制零点漂移，为了获得足够大的输出功率驱动负载工作，故需要有足够高的电压放大倍数。因此，性能良好的OCL功率放大器应由输入级，推动级和输出机等部分组成。

2、OCL功放各级的作用和电路结构特征

①输入级：主要作用是抑制零点漂移，保证电路工作稳定，同时对前级（音调控制级）送来的信号作用低失真，低噪声放大。为此，采用带恒流源的，由复合管组成的差动放大电路，且设置的静态偏置电流较小。

②推动级作用是获得足够高的电压放大倍数，以及为输出级提供足够大的驱动电流，为此，可采带集电极有源负载的共射放大电路，其静态偏置电流比输入级要大。

③输出级的作用是给负载提供足够大的输出信号功率，可采用有复合管构成的甲乙类互补对称功放或准互补功放电路。

此外，还应考虑为稳定静态工作点须设置交流负反馈电路，为稳定电压放大倍数和改善电路性能须设置交流负反馈电路，以及过流保护电路等。电路设计时各级应设置合适的静态工作点，在组装完毕后须进行静态和动态测试，在波形不失真的情况下，使输出功率最大。动态测试时，要注意消振和接好保险丝，以防损坏元器件。

三、单元电路的选择与设计

1、设计方案

利用三极管的电流控制作用或场效应管的电压控制作用将电源的功率转换为按照输入信号变化的电流。因为声音是不同振幅和不同频率的波，即交流信号电流，三极管的集电极电流永远是基极电流的β倍，β是三极管的交流放大倍数，应用这一点，若将小信号注入基极，则集电极流过的电流会等于基极电流的β倍，然后将这个信号用隔直电容隔离出来，就得到了电流(或电压)是原先的β倍的大信号，这现象成为三极管的放大作用。经过不断的电流及电压放大，就完成了功率放大。

2、确定工作电压

为了达到输出功率10W的设计要求，同时使电路安全可靠地工作，电路的最大输出功率P应比设计指标大些，一般取P≈（1.5～2）P。即本设计中电路的最大输出功率应按6～8W来考虑。

    由于是    

                        P=U

因此，最大输出电压为

                        U=

考虑到输出功率管V₂，V₄的饱和压降和发射极电阻R₁₀，R₁₁的压降，电源电压常取

                        V=（1.2—1.5）U

3、功率输出级的设计

 ①输出功率管的选择

输出功率管V₄，V₆为同类型的NPN型大功率管，其承受的最大反向电压U≈2V，每个管的最大集电极电流为I≈V/R14+R，每个管的最大集电极功耗为P≈0.2P。

②复合管的选择

     V1,V3分别与V2,V4组成复合管,它们承受的最大电压均为2 V,考虑到R7,R8的分流作用和晶体管的损耗,在估算V1,V3的集电极最大电流和最大管耗时,可近似为

              I= I≈(1.1—1.5)

              P=P≈(1.1—1.5)

③电阻R₆-R₁₁的估算

     R₇,R₈用来减小复合管的穿透电流,其值太小会影响复合管的稳定性,太  大又会影响输出功率,一般取R7=R8=(5--10)R_i2。R_i2为V₂管输入端的等效输入电阻，其大小为R_i2=r+（1+β）R₁₀（大功率管的 r约为10欧）输出管V₂，V₄的发射极电阻R₁₀，R₁₁用于获得电流负反馈作用，使电路工作更加稳定，一般取R₁₀=R₁₁=（0.05—0.1）R。

 由于V₁，V₃管的类型不同，接法也不一样，因此两管的输入阻抗不一样，会使加到V₁，V₃的基极输入端的信号不对称。为此，加R₆，R₉作为平衡电阻，使两管的输入电阻相等。

④ 确定偏置电路

为了克服交越失真，二极管V₈，V₉和R₇，R₈共同组成输出级的偏置电路，以使输出级工作于甲乙类状态。其中V₈，V₉选择与复合管V₄，V₅相同材料的硅二极管，可获得较好的的温度补偿作用。

⑤方案设计电路图

集成运放放大器与晶体管组成的功率放大器

图一

各单元电路设计、参数计算和元器件选择：

       元器件清单：电阻：

R1=4.7KΩ;        R2=4.3KΩ;

                               R3=47KΩ;      R7=6.8KΩ;

                               R8=1KΩ(电位器)：

                               R9=10ΩK；     R10=22Ω;

                               R11=220Ω;     R12=22Ω;

                               R13=220Ω;     R14=0.5Ω;

                               R16=8Ω;

                       电容：

C1=C2=10μF;

                               C4=C5=220μF;

                               C6=C7=0.01μF

四、总电路图及其工作原理

工作原理：

1．用差分放大输入级抑制零漂，如前所述，为了使R在静态时没有直流电流通过，即A点的静态直流电位为零，所以采用正，负对称的两个小电源（+V，-V）。但是温度的变化又会引起零漂，所以应采用差分放大器作为输入级，用它来抑制A点电位因受温度等因素影响而产生的零漂。

2．其他元器件的作用。V₃管为激励级，它把V₁管输出信号再进行一次放大后去推动功率输出级的功放管工作，故该级又称为推动级。C5是高频负反馈电容，防止V₃高频自激。

3．R₇，V₈，V₉为功放管提供静态偏置，防止交越失真，把V₄，V₅基极直流电信分开，并利用V₈，V₉补偿功放管的温度特性，以稳定功放管的基极偏流。

4．R₅，C₃，R₆组成电压串联负反馈电路。C₃对低频信号短路，分压比R₆/（R₅+R₆）为反馈系数，R₆越大，反馈量越大，反馈越强。分压比适当则既可减小信号非线性失真，又不致造成放大器增益下降太多。

5．R₁₆，C₆称中和电路，防止由于感性负载而引起高频自激。

6．R₄，C₂是差动放大器的电源滤波电路。

7．C₄称自举电容，用来提高功率输出级的增益。

由图可知，当输入信号U₁为正半周时，经V₁，V₂和V₃次放大并反相，u也为正半周，则V₄，V₆复合管导通，信号放大后经R₁₄，R，地，+V返回V₄，V₆形成回路，在负载R上有放大了的正半周电流i₁通过，其方向如图中的实线所示。同理可知负半周上的i₂通过，如图中虚线所示。这样轮流推挽工作，在R上就获得功率放大后的完整信号。

五、功率放大器元件明细表

六、总结

课设的过程是艰辛的，但是收获是巨大的。首先，我们再一次的加深巩固了对已有的知识的理解及认识；其次，我们第一次将课本知识运用到了实际设计，使得所学知识在更深的层次上得到了加深。再次，因为这次课程设计的确在某些方面存有一定难度，这对我们来讲都是一种锻炼，培养了我们自学、查阅搜集资料的能力；再有，计算操作过程中，我们曾经面临过失败、品味过茫然，但是最终我们还是坚持下来了，这就是我们意志、耐力和新年上的胜利，在今后的日子里，它必将成为我们的宝贵财富。

参考文献：

1.《电子设计技术》陆 坤 张义中

电子科技大学出版 1998.10

2.《现代音响技术设计》张飞碧 项 钰

机械工业出版社 2004.7

3.《集成电路应用800例》陈永莆

电子工业出版社 2000.1

4.《新型集成电路及其应用实例》何希才

科技出版社

5. 《模拟电路技术》张英全 刘芸 樊爱华

机械工业出版社

6.《模拟电子技术基础》（第三版）童诗白 华成英 主编

高等教育出版社

系（教研室）主任签字：

指导教师签字：       

20##年6 月 17 日