《分立元件功放制作》

——实验报告 功放类型：甲乙类互补对称功放电路

1 引言

OCL功率放大器的主要任务是不失真地向负载提供足够大的功率，这里所说的输出功

率是指低频交变电压和交变电流的乘积，即交流功率，直流成分产生的不是这里的输出功率，他具体有如下特点：

（1）

（2）

（3） 输出信号的幅值大，容易产生失真。 输出功率大，消耗在电路的功率也大，电源提供的能量效率对整机的影响很大。 为了得到尽可能大的输出功率，晶体管常常工作在极限应用状态：UCE最大

时会接近UCEO，IC最大时可以达ICM，晶体管的最大管耗可能接近PCM。

由于这些特点，要让它以最大效率工作并满足需求，所以要不断地调试与改进。 随着半导体工艺的发展，稳压电路也制成了集成器件。由于稳压芯片具有体积小，外接线路简单，使用方便，工作可靠性和通用性等优点，因此，在各种电子设备中应用十分普遍。集成稳压芯片的种类很多，从原理上可分为线性集成稳压芯片和开关型集成稳压芯片两种。鉴于此次设计主要以OCL功率放大电路为主，所以电源部分采用线性集成稳压芯片构成，制作简单，使用方便。

1背景

学习模电一学期以来，从未设计过电路，只了解了一些理论上的概念及分析方法，加上模电部分的不确定性，所以通过此次OCL功率放大电路的设计，去应用理论加深理解，学会分析问题，解决问题，并从中学些解决问题的经验。我们此次实验室以小组进行的，所以通过各组员的相互配合，相互指出不足，相互学习，培养我的交际能力和团队合作精神。

2 设计名称

甲乙类互补对称功放电路

3 参考资料

《电子技术基础》模拟部分 康华光主编 高等教育出版社20xx年第五版 《电子技术实验》 杨志名 马胜前主编 兰州大学出版社20xx年第一版 《模拟电子技术教程与实验》 赵桂钦编著 清华大学出版社20xx年第一版

《音频功率放大器设计手册》【英】Douglas Self 著 人民邮电出版社09年10月第一

版

《模拟电子技术基础》 康治德主编 科学出版社20xx年第一版 2实验原理

1 电源结构框图

2 电源结构原理图

图1

电源结构原理分析

图1中T1为输出交流正负12v的双输出变压器，D1为整流桥，型号为2W10，参数为2A/100V,C1,C2为两个4.7mf的电解电容（最高耐压值50V）,c3,c4为两个100nf的小电容。220V的交流电经变压器变压后，幅度变小，但仍为交流电，经整流桥整流后，变为不稳定的直流电，经4.7mf的电解电容滤波后，变为浮动范围较小的直流电，再经100nf的电容消除小纹波后，直流电源不稳定波动基本上稳定在0.5V之内。

接好电路后，测得输出电压： U0=±17.02V (基本上满足电路所需要的电压)

注意事项：在接入电解电容时，一定要注意电解电容的正负，不能接反，接反后的反应是电容剧烈发热，如不及时断掉电源，会有爆裂的危险。整流桥输出端有正负之分，须谨慎接入电路，不然会烧坏整流桥。

3.OCL功率放大电路分析

OCL功率放大电路在功放机中应用比较广泛，下面以此次电路进行分析。

电路组成：该电路主要由差动输入放大电路、电压放大电路、自举电路、交越失真消除电路、复合互补电路、负反馈电路、扬声器补偿电路等组成。

OCL功率个放大电路由于采用了全电路直接耦合方式，温度漂移对电路影响比较大，采用差动输入放大电路，抑制温度升高导致的零点漂移较为理想。图中Q1、Q8、R3、R2、R4 组成单端输入、单端输出的差动放大电路。该电路由于采用两个特性相同的三极管组成对称放大电路，并且发射极上共用电阻R4共同作用，达到抑制温度漂移的效果。一方面，共用发射极电阻，使两放大电路由于零点漂移产生的参数变化同时进行，零点漂移被抵消，具体过程如下：

IC1↑→IB1↑ UBE1↓→IB1↓→IC1↓ T↑→↑→IC8↑→IB8↓→IB8↓→IC8↓

另一方面，共用电阻R4也作为负反馈电阻，通过电流负反馈作用，进一步减少工作点的零点漂移。当信号经过差动电路输出后到后一级三极管Q3，Q3为共发射级电路，共射级电路具有电压放大作用，所以信号经Q3电压放大后，输入到下一级，下一级Q4，Q9 组成对称互补放大电路，两个三极管都为共集电极电路，共集电极电路没有电压放大作用，电压放大倍数近似为1，但它有电流放大作用，经Q4，Q9两个互补对称三级管组成的电路放大后，信号电压和电流同时被放大，也就是功率（Ｐ＝ＵI）被放大，最后经功率放大三极管Q6,Q7输出，驱动扬声器发声。调节电位器R６可以改变Ｑ１的基集的电流，

从而改变前级差动放大电路的信号输出大小，影响后面的每一级放大电路，使功率放大级输出信号的功率增大或者减小，也就是使我们所听到的声音增大或者减小。

Q3和Q4基级和集电极都并联一个15pf的小电容，这个是为了防止自激而损坏电路而附加上去的。 扬声器补偿电路由R10、C4组成，由于扬声器为感性负载，在瞬间大动态信号作用下，容易损坏扬声器内的线圈。接入R10、C4组成容性负载，补偿由于感性负载产生的移相，保护扬声器。

3.系统调试与总结

1． 直流稳压电源的主要性能测

电压调节范围输出：

正电源： Uo = 17.02 V

负电源： Uo = -17.02 V

2. 电源部分的调试

电源部分的调试可以说是异常曲折，下面是我们前后几次所改进的电源电路。

第一次电源电路：

这个电路是我们团队的一名队员设计出来的，当时仿真时没有出现一点儿毛病，输出电压Uo稳定在20.4—20.5之间，与我们组需用的电源电压相差无几。但是当我按图焊接出来后，在测量电源电压的一刹那，变压器发烫，3.3uf的电容发烫并且鼓了起来，在立即断电后，才避免了电容爆掉的危险。

第一次实验失败了，肯定是电路出了毛病，最后更改了电路图，去掉了串联在电路中的3.3uf的电容。

改进了电路之后，又进行了第二次仿真，电路图如下：

我们所需用的电源电压为18v左右，但我们多用的变压器为输出交流±24v的双电压输出，按理论计算：24*2=33.936，故实际测得输出Uo=33.936

Uo＞＞18v，故这个输出电压不能满足我们的需求。需进一步改进电路。既然电压大，那么我们可以采取分压的方式，来达到我们所要求的电压。故改进后的电路如下：

这次在100nf电容的两端并联一个50K的电位器，电压可从4.953uf——33.936任意变化。 把电源输出电压调到±17v时，在把电源接入电路后，出现了很大的问题，在接入电路后，输出电压测量后变为0.706V，但当电源和电路断开后，测量输出电压，又变为±17v，这个

浪费了我很长时间去解决它，最后经我分析，我发现外电路相当于一个大电阻，电源电路中所串联的50K的电阻和外电路电阻产生了分压，导致电源输出电压达不到预先所设想的数值。

最后决定用18v稳压管，由于电源电路中的电流比较大，接入电流后稳压管发烫不止。这个设想又失败了。

最后决定用变压器的另一组输出为交流±12V的输出，如下为理论计算：12*=16.968v，比较接近我们所需要的电压。最终仿真图如下：

接入电路后，果然一切正常，电压值也没有大的变动，电压源部分完成。

电路部分焊接完成后一切正常，很幸运的是当电压源接入电路后，在输入端输入音频信号时，电路基本上就可以工作了，甲乙类的理论上发热会很小，但我的这个电路工作一小会儿功率三极管就会发烫，而且是Q6发烫，Q7基本上热量很小，我最后断开电路，测量了下差分对的两组电压，发现他们不是很对称，调节R3，最后使它们的电压接近理论仿真值，它们的发热程度最终达到了平衡。可能是由于电路图本身简单且比较不容易出问题的原因，到这时候用它放音乐，音质已经很好了。而且当我调节电位器R6时，声音还可以调节。但这只是第一步，为了让我的功放工作更稳定，音质更加完美，我逐一测试每个三极管的静态参数值，让它们更加接近理论仿真值。下面是仿真情况下，各静态工作点的的电压值。

4． 仿真部分

1. 静态工作点

由于电源部分在焊接完成后工作正常，所以没有仿真部分。下面是电路正常工作时电路仿真

的静态数据。通过仿真，最终的原理图如下：

下面是实际电路工作正常时测得三极管的数据，便于和上面仿真数据进行比较： Q8： Ube=0.62v Uce=-17.02v Q1: Ube=0.65v Uce=14.90v Q9: Ube=0.63v Uce=16.98v Q7: Ube=0.046v Uce=17.04v Q6: Ube=0.048v Uce=17.05v Q3： Ube=-0.67v Uce=-16.34v Q4： Ube=-0.61v Uce=-16.98v

2.下图为仿真的功放放大电路的信号及放大后的信号幅度：

3. 放大倍数、输入输出电阻的测试

用示波器测得：不失真最大输入电压Ui=0.86V

此时的输出U0=17V

β=17／0.86≈19.767

功放放大电路功率η

测得电压源输出电流I0=0.29A，输出电压为U02=35V

电压源提供的功率p0=U02×I0=0.29×35=10.15W

测得负载最大输出U0=17V，扬声器电阻R0=8Ω

最大输出功率为P1=U02R0=4.508W

算得: η=P14.508=×100％≈45％ P010.15

问题分析：在电路完工后，一切调试完毕后，我发现了一个问题，在我接通电源，但不输入信号时，把放大倍数开到最大时，扬声器补偿电路的电阻R10 出现严重发热现象，但在输入信号时这个问题又会不攻自破，这个令我很费解，我想这个应该就是自激了，查

了下资料，发现自激是由于电路中存在多级RC回路，当1+AF=0, Af =∞时，即使无信号输入，也有输出波形，便产生了自激振荡。

常用的消除自激振荡的方法有：通常采用的措施是在放大电路中加入由RC原件组成的校正电路。我的这个问题是由于地线内线引起的自激，地线也是有内阻存在的，各级电流流经地线时会通过地线内阻造成不利耦合，在数字电路中和高频电路中，由于任何导线都有电感，其阻抗远大于直流电阻。其阻抗产生的影响也较大，对于地线内阻引起的自激的排除方法是，减小的地线的内阻，就是把地线加粗，地线铜箔面积留大一些，对于数字电路中和高频电子电路中底线的电感作用，减小的方法是用扁平导线做地线，用多跟导线并联，但导线之间的距离不能过近，，另外，还要注意适当的接地方式及接地点的选择，一般要避免强电电路和弱电电路公用地线，数字电路和模拟电路公用地线。

5.实验心得与体会

通过假期准备到现在的完工调试，功放终于做成了， 通过功放电路的设计，我受益匪浅，感受颇深。

首先第一阶段仿真的过程，使我学会并且掌握了用Mutilsim这一款软件来模拟仿真电路的实验方法。用它来对电路的每一项参数进行改进，使我的进程加快了不少，也少走了许多弯路。如电源的制作过程可以算是十分曲折了，但这也使我认识到仿真与实际的差别，仿真的原件都是理想化的原件，它是没有最大电流，最大电压限制的，所以当一个电路在软件上仿真好了之后，也许在实际电路中就会出现发热，烧坏电路原件的可能。这种情况在我的电源制作过程中得到了充分的验证，我接入的18V的稳压管，在仿真时没有出现一点问题，可是在实际电路中稳压二极管却发烫不止，被迫只能改换其他电路。

第二阶段的买原件过程，让我知道了同样一个原件，却有如此多的封装，在买原件的过程中，也让我学会了如何去看一元件的质量好坏，并学会了从参数等各方面去考虑一个元件是否可以用到此处。从买原件中又认识了更多的元件，有待下一步去应用它。

下一步就是焊接的过程，以前做的各种焊接，一般不考虑它的布局与元件的合理性，焊接上就行，只要焊接没问题，电路一般情况下都能运行，但这次功放制作过程中，让我知道了要是电路布局不合理时，就会产生一些相当难以解决的问题，比如自激，这样的毛病一般情况下查原因时却是比较难的。另外，在焊接时还要考虑到在后面调试及改进的更换问题，

所以元件的分布不要太密，减少直接用引脚带来的更换元件时的困难。还有，别小看一根导线，它也要根据一条通路中电流大小而选择导线的粗细。

虽然模电中的好多参数是具体不确定的，但分析过程还是以理论为基础的，再分析过程中，让我感觉到了理论基础的不足，工具运用不熟练等问题，但我学会了把理论和实际结合起来。调试起来真的太费事，电路板上的元件反复更换，由固定的电阻换为滑动变阻器，改变电位器，则电路中各点电压都跟着改变，分析后应该是合理的，但测量中却不合适。更换中反而带来了更多的问题，有时会烧坏别的元件。调试过程中我们经常用手摸的方法，去防止三极管饱和导通，温度连续上升而烧坏，所以有时感觉到的不只是热，还有电击，由于三极管tip41c是金属外壳封装，功率较大，发热也高，所以在调试时应该密切关注它的发热状况，只要温度高到不正常的地步，要及时断开电源，再一次检查电路。

看似很简单的电路，但原理分析起来却是十分难的，因为需要考虑许多的东西，考虑各电路之间的相互影响。加之模电的不确定性，有时真的使人难以把握。还好，电路图没有问题，在我焊接好之后，基本上就能出来音质比较好的声音。在以后的调试之后，基本上就已经完工了。

 

第二篇：音频功率放大器设计报告

功率放大类电路设计论文

一、设计要求和设计目的

音频功率放大器具体要求：

POR大于12W。

电源电压20V以下。

BW在50HZ到10KHZ。

在POR.BW下，非线性失真<=5%。

在POR下n>55%。

根据设计要求，完成对音频功率放大器的设计。

二、设计总体方案

1设计思路

设计思路如下：

2 音频功放各级的作用和电路结构特征

电路采用NE5532芯片，芯片内部已包含了放大功能和音量控制功能，故省去了前置放大的一部分电路，使电路不用那么复杂。

图中前置放大由芯片NE5532实现，并通过变阻器P1实现音调的控制，最后一级采用互补功率放大电路。最后扬声器用负载电阻R11代替。

3简要原理分析

电路为音频功率放大器原理图, 其中NE5532A 是高性能低噪声运放，这使得该IC特别适合应用于高质量和专业音响设备、仪器仪表及控制电路,和电话信道功率放大器。其输出功率在9.5 – 11.5W的范围内，电源轨不能超过+-18V。其内部电路包含输入级、中间级和输出级,且有短路保护和过热保护,可确保电路工作安全可靠。一般这种电路的低音被牺牲了，所以植入一个低音提升控制插入电路中（电路图中下方电路部分）。P1是音量调节电位器，C1是输入耦合电容,P2提供更多的低音线性提升。

  3.2参数计算

3.1参数计算

R1是NE5532A同相输入端偏置电阻；

C2/C3/C4/C9为滤波电容

由R5/R6/R7/R8/C6/C7/C8组成级间负反馈回路作用是产生20—350Hz低频提升

当Q1/Q2相同时，不需要R3，但实际上需要一个500R以上的电阻

 3.2功率的计算

1、 计算输出功率P_o输出功率用输出电压有效值V₀和输出电流I₀的乘积来表示。设输出电压的幅值为V_om，则　因为I_om=V_om/R_L，所以.当输入信号足够大，使V_im=V_om= V_cem= V_CC- V_CES ≈V_CC和I_om=I_cm时，可获得最大的输出功率　　　　
　  由上述对P_o的讨论可知，要提供放大器的输出功率，可以增大电源电压V_CC或降低负载阻抗R_L。

以下为仿真电路图中函数发生器是采用 6kHz 200mVp 的正弦函数

其中XMW1功率表是测量输出功率的

其中XMW2功率表是测量代替喇叭的8欧姆定制电阻功率的

22K变阻器是从10%开始上升，每一次提高10%

三.电源设计

1.设计一个稳压直流电源，电路图如下