分立元件音频功率放大器

音频功放要求:1、功率： 10W （8 负载）；2、效率： 50% ;3、带宽：20HZ20KHZ ；4、输入方式:差分；5、电路类型:OCL ;一、拟定方案以及模拟仿真1、方案原本为本组四人每人负责一功能块电路的设计与仿真，但因模拟电路理论知识掌 握不扎实以至设计时问题不断出现却无从下手解决。2、经四人商讨改为由网上选择电路图，后期修改参数以达到实验要求。3、实验电路如下所示：區E的原丐电珞用OCL音频功率放大器原理分析：一、直流稳压电源1、直流稳压电源选用了电容滤波电路。2、变压器采用18V双电源供电。3、整流部分采用常用的整流二极管IN4007。4、在未接负载的情况下由于电容充电到 V218V,由于市电电压范围为220V250V实际测 量为228V左右，所以实际整流稳压后的直流电压值为 26.3V左右。5、当加上负载之后由于滤波电容开始出现周期性的充放电现象，以至于出现了不可避免的纹 波电压波形。二、差分放大电路1、R1:保护输入端；2、 R2:防止电流偏移（电流偏移现象一般出现于三极管放大电路中 ，特别是深度反馈电路中 很可能是自激振荡引起的，电路在零输入情况时产生了正弦交流信号这一信号的频率如果和 输入信号接近，势必会与输入信号叠加，使波形发生变化此时电路的直流静态工作点会发生偏 移）。3、R3:提供差分输出信号、为VT3提供静态偏执；4、R4:引入一个共模负反馈，降低了共模电压放大倍数，减小每个管子输出端的零漂，但对 差模电压放大倍数没有影响，因此提高了共模抑制比。5、R5 C2提供交流负反馈；& C1:电容隔离直流，防止输入的直流信号一样进入被放大器。7、三极管VT1、VT2构成差分放大电路。三、甲乙类双电源互补对称电路1、VT3 VT4 VT5组成甲乙类双电源互补对称电路；2、VT4 VT6组成NPN型复合管；VT5 VT7组成PNP型复合管；3、R6:负反馈电阻：负反馈电阻越大反馈越小；4、R7、VD1:静态时其上产生的压降为 VT4 VT5提供一个适当偏置，使之处于微导通状态5、R8:为VT5提供基极静态偏置。6 R9:为VT4提供负反馈；7、R10为VT5提供负反馈；8、R11:为VT7集电极提供静态偏置电压；9、C3:负反馈电容：这个电容能起到对放大电路的稳定作用。其主要目的是消除放大电路的 高频自激所引起的啸叫（在低频放大电路中，高频放大电路的自激人耳听不到）。此外，在 低频放大电路中还能起到改善音质的作用。加入负反馈电容后，其放大倍数会有些降低。频率HZ1020501002005001000200050008000900010000120001500018000电压V10.520232425252215.324211888.51625伏频特性图30V 20压电1001020501002005001000200050008000900010000 12000 15000 18000频率HZ附录1：各类偏置电路1、射极偏置电路如图1所示的电路是广泛采用的一种电流负反馈式偏置电路。匸LT图躍遍蔥电路(1)电路组成Rb1、Rb2和Re组成放大电路的偏置电路，其中 Rb1为上偏置电阻，提供基极偏流IBQ, Rb2为下偏置电阻，对流经Rb1的电流起分流作用，Re为发射极电阻，起电流负反馈作用， Ce为发射极交流旁路电容。2)稳定静态工作点原理当温度上升时，由于三极管参数(I CBO B )的影响，使I CQ增大，发射极电位VeQ=I E(Re亦随 之增大，又因为极基电位 Vbq为固定值，必然导致加到发射结的正偏电压VBeq减小，Ibq随之减小，促使I CC减小。这样就牵制了 Icq的增大，从而使I CQ基本不随温度变化，稳定了静态工作 点。这种自动调节过程为直流电流负反馈。R越大，直流负反馈的作用就越强，I CQ温度稳定性也就越好。2、集电极-基极偏置电路下图为集电极-基极偏置电路，它是利用电压负反馈作用来稳定静态工作点的，称为电压 负反馈偏置电路。图2集电极-基极偏宣电路稳定静态工作点原理当温度上升时，由于三极管参数的影响，使 Icq增大，集电极负载电阻RC上的电压降随之 增大，导致Vceq减小，Ibc减小，促使Icq减小，这样就牵制了 Icq的增大，从而使I cc基本不随 温度变化，稳定了静态工作点。这种调节过程称为直流电压负反馈。集电极 -基极偏置电路不 适合Rc值很小的放大电路。3、温度补偿偏置电路温度补偿偏置电路是利用热敏元件（如热敏电阻、半导体二极管等）的温度特性来补偿放 大器件的温度特性，以减小放大电路静态工作点的温度漂移，达到稳定静态工作点的目的。 包括热敏电阻补偿电路和 二极管补偿电路等。3熬徹电阻H偿电蹈C上面两个电路均利用热敏电阻 RT进行温度补偿。RT具有负温度系数，其阻值随着温度 的升高而减小。总结：射极偏置电路在较宽的温度变化范围内都能稳定静态工作点，而且更换B值不同 的三极管也具有稳定静态工作点的效果；集电极 -基极偏置电路能够克服三极管的I CBO和VBe的 温度特性对Icq的影响，但不利于克服B变化对Icq的影响；采用热敏电阻补偿，需通过实验 来选配合适的RT值及特性，也可使静态工作点稳定；二极管补偿，可在一定程度上进一步提 高静态工作点的稳定性。附录2:三种基本放大电路共射极电路共集电极电路共基极电路?=-电压增益Av?坊?+ (1 + ?(?= ? /?(1 + ?= - 唸?+(1+ ?(?= ?勿 /?)V0与V的相位关系反相同相最大电流增益A?输入电阻?= ?1 /?2 /?+ (1 + ?= ? /?+ (1 + ?输出电阻?疋?+ ?/?苗 j + ? /z?= ?= ?)?= ?(?= ?/?同相? ?= ?/?1 + ? Q ?特点及用途1、输出信号与输入信号相位相 反；2、电压、电流、功率放大倍数 都比较大，输入电阻和输出电 阻适中；3、主要用于多级放大器的中间 级。1、输出信号与输入信号相位相 同；2、电压放大倍数接近于 1,而 小于1 ；3、输入电阻高，输出电阻低，带负载能力强；4、主要用于输入级、输岀级和 缓冲级。1、输出信号与输入信号相位相 同；2、电压放大倍数与共射级放大电 路一样，但电流放大倍数小于1；3、输入电阻很低，输出电阻适 中；4、主要用于高频和恒流源电路；、基本共射极放大电路共射极放大电路中，信号由基极输入输出电极输集电极电阻有关电适的低频情流增益都大于1,输入电阻在三种组态中居中下作多级放大电路的中间级如左图，其中BJT是核心元件，起放大作用。直流电源 US通过电阻R给BJT的发射极提供正 偏电压，并产生基极直流电流lb(常称为偏流，而提供偏流的电路称为偏置电路)。直流电源UCc通过电阻并与U和R.配合，给集电极提供反 偏电压，使BJT工作于放大状态。电阻 R的另一个 作用是将集电极电流的变化转化为电压的变化，再 送到放大电路的输出端输入信号V=0时，放大电路的工作状态称为静 态或直流工作状态。此时，电路中的电压电流都是 直流量。静态时，BJT各电极间的直流电压分别用lb、Vbe、Vce表示，这些电流电压的数值可用 BJT特 性曲线上的一个确定点表示，该点习惯上称为静态 工作点Q在放大电路中设置静态工作点是必不可 少的。因为放大电路的作用是将微弱的输入信号进行不失真的放大，为此，电路中的 须始终工作在放大区域当FU 氐的阻值大小选择适当，能满足IiIbq使12=11时，可认为基极直流电位基本 上为一固定值，即Vbc=R32V：c/(R b1+R32),与环境温度几乎无关。在此条件下，当温度升高引起静 态电流Icc(=IeQ)增加时，发射极直流电位 VEQ(=IeQR)也增加。由于基极电位 VBq基本不变，此 外外加在发射结上的电压 Vbe(=Vb(-V e()将自动减少，使I EQ跟着减少，结果抑制了 Icq的增加， 使Icq基本维持不变，达到自动稳定静态工作点的目的。当温度降低时，各电量向相反方向变 化，Q点也能稳定，这种利用Icq的变化，通过电阻R取样反过来控制Vbeq使l不变的变化的的自动调节作用称为负反馈Q点的估算在 I 1=l BQ的条件下有 VbC=R2*Vcc/(B b1+R)2)集电极电流 l cq=I eO=(VbqVbeQ/R e=VBdR 由此式可见，该电路中集电极静态电流icq只与直流电压及电阻Re有关，因此B随温度变化时，Ice基本不变基极电流 l bcfIc(/ B集电极-射极电压 V cefVCc-I MRc+Re)(3)动态性能分析电路的小信号等效电路如所示，则可求的电压增益Vo=- BibR(式中 R |R i) Vi=Ibrbe+(1+ B )l所以 A =Vo/Vi=- BRl /r be+(1+ B )Re式中负号表示该电路中输出电压与输入电压相位相反。.，电压Vo由集电极取出，发射极虽未直接接共同端，但它既在输入回路中，所以此电路属于共 射极放大电路接入电阻Re后，提高了静态工作点的稳定性，但增益也下降了，R越大，A下降越多。为了解决这个矛盾，通常在 艮两端并联一只大容量的电容Ce (称为发射极旁路电容)，他对一定 频率范围内的交流信号可视为短路，因此对交流信号而言，发射极和”地”直接相连，则电 压增益不会下降。当BJTC、变,BJT必zn?eq l cq基本保持Av、输入电阻Ri和输出电阻Ro.bR由于输入电压.V在BJT的基极，输出性基此电位固定，并在发射极电路接一电阻R，便可提高输出电阻，以提高电路的恒流特v=- 3R l /r beVi=i br be+(1+ B )Re,i i =i b+i Rb=Vi/r be+(1+ B )Re+vi/R bi+Vi/Rb2所以 R=FL|R b2|r be+(1+ B )Re在集极回路和集电极回路里，根据KVL可得I b(r be+R ) + (i b+i c)Re=0(Rs =R|R b)*-(i c- Bi b)r ce-(i b + i c)Re=0由前式得 i b =-R ei c/(r be+R, +R) 则有 R=vt/i t =vt/(i c+iRc)=R |R c 通常 Rr r, r)=r.二共集电极放大电路共集组态放大电路没有电压放大作用，只有电流放大作用，属于同相放大电路，是三种 组态中输入电阻最大、输出电阻最小的电路，具有电压跟随的特点，频率特性较好。常用于 做电压放大电路的输入级、输出级和缓冲级。静态分析由图可知，由于电阻R对静态工作点的自动调节作用，该电路的Q点基本稳定。由直流通路可得I bq=(VcCVbeq)/R b + (1+ B )ReVceq=V；cIeq动态分析根据电压增益Av、输入电阻Ri的定义，则有Av=vo/v i= (1+ B )i bR /i br be+(1+ BR i )=(1+ B )Rl /r be+(1+ B )Ri式中R=R|Rl。则共集电极放大电路的电压增益Av(Rs + r be)/(1+ B)所以 R 0= (R+rbe) /( 1 + B )由R0的表达式可知，射极电压跟随器的输出电阻 与信号源内阻R或前一级放大电路的输出电阻有关。由于通常情况下信号源内阻 R很小，且R. 跟时，A=1,即输出电压vo与输入电压vi大小接近相等，因此共集电极放 大电路又称为射极电压跟随器。三.共基极放大电路共基组态放大电路没有电流放大，只有电压放大作用，且具有电流跟随作用，输入电阻 最小，电压放大倍数、输出电阻与共射组态相当，属同相放大电路。常用于高频或宽频带低 输入阻抗的场合。是三种电路中高频特性最好的。静态分析上图的直流通路与基极分压式射极偏置电路的直流通路是一样的，因而Q点的求法是样的。2 动态分析(1)电压增益Vo=- B ibR v i=-i br be于是 A=vo/v i = BR i /r be 式中 R 二RC|R i则只要电路参数选择适当，共基极放大电路也是具有电压放大作用，而且输出电压和输 入电压相位相同。输入电阻RI i=i re-i e = ire-(1+ B )i b i re=Vi/Re i b=- Vi/r be所以 R=Vi/i i=R|r be/(1+ B)则共基极放大电路的输入电阻远小于共射极放大电路的输入电阻。(3)输出电阻R)由上图可得共基极放大电路的输出电阻为R=R由上式可得共基极放大电路的输出电阻与共 射极放大电路的输出电阻相同，近似等于集电极 电阻。