低频功率放大器_低频功率放大器简单

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湖北民族学院

课程设计报告

课 程： 电子系统设计 专 业： 电子信息科学与技术 班 级： 学 号： 学生姓名： 指导教师： 谭建军

实验一

一、实验要求：

1.设计低频功率放大器，带宽：20HZ-20KHZ，输出功率0.5W，效率：65%，无明显失真。2.用multisim仿真。

3.搭建电路系统，测试设计主要参 4.写出设计报告。

重点:功率放大器设计方法；电路参数测试。

二、总体方案设计

低频功率放大器的整个电路主要由阻抗匹配电路、前置弱信号放大电路、功率放大电路组成。阻抗匹配电路，即电压跟随器，完成输入信号与放大电路之间的阻抗匹配；前置放大电路主要是对输入信号进行电压放大；功率放大电路完成对电压、电流的放大，为负载提供能量，增加带负载的能力。设计的电路结构简洁、实用，充分利用到了集成功放的优良性能。仿真实验结果表明该低频功率放大器在带宽、失真度、效率等方面具有较好的指标。对15HZ—149KHZ的弱信号都具有放大能力，通过调整，可严格控制在20Hz—20kHz，以达到我们我需要的实验要求。

在此次实验中，我们会用分别用到阻抗匹配电路、前置放大电路、功率放大电路。其中，阻抗匹配电路，即阻抗变换。在本电路中，由于输入阻抗可能很小，故采用电压跟随器来作阻抗变换。由于考虑到带宽、噪声等的影响，采用前置放大电路中的运放作为放大器。前置放大电路必须由低噪声、高保真、高增益、快响应、宽带音响集成放大器构成。符合上述条件的集成电路有：LM324、NE5532等。本系统设计选用NE5532，NE5532是一种双运放高性能低噪声运算放大器, 具有高精度、低噪音、高阻抗、高速、宽频带等优良性能。采用专用的集成功放芯片，TDA2030集成芯片，外围电路简单，且输出功率较大。因此用这三种来完成此次的实验。

三、方案论证

1.低频功率放大电路

方案一：采用分立元件构成低频功率放大器，其电路仿真图如图（1）所示。由图可知： 该电路是由分立元件构成的OTL低频功率放大器。其中，由三极管VT1构成推动级（也称前置放大级），VT2、VT3是一对参数对称的NPN和PNP型三极管，他们组成互补推挽OTL功率放大电路。由于每个管子都接成射级输出器形式，所以具有输出电阻低、负载能力强等特点，适合于作功率输出级。VT1管工作甲类状态，它的集电极电流Ic由电位器RP1进行调节。Ic1的一部分流经电位器RP2及二极管D1，给VT2、VT3提供偏置电压。调节RP2，可以使VT2、VT3得到适合的静态电流而工作于甲、乙类状态，以克服交越失真。该电路总体设计及设计方案带负载能力强、效率高，但所用器件较多，调节不方便且不易调节。

方案二：采用集成芯片TDA2030A构成低频功率放大器。TDA2030A是意大利SGS公司 的产品。它具有输出电流大，谐波失真和交叉失真都很小的特点，其电路内部设有短路保护系统来限制功耗过载，保护输出晶体管处于安全工作状态。TDA2030A能在最低±6V最高±22V的电压下工作在±19V、8Ω阻抗时能够输出16W的有效功率。由它构成的低频功率放大器的电路仿真图如图（2）所示。由图可知：该电路所用器件少，外围简单。因此本仿真系统选用方案二。

图（1）

图（2）

四、单元模块设计

1．阻抗匹配电路

跟随电路具有输入电阻大，输出电阻小的特点，可以做多级放大器的中间级，即缓冲级。即作阻抗变换，使前后级之间实现阻抗匹配。所以两级放大电路前加了跟随电路实现阻抗匹配。

图1 2．前置放大电路

本设计采用的是集成运算放大器方案,设计前置放大器可供选用的集成运算放大器有很多,有LF347、OP-

37、NE5532等。为提高前置放大器电路输入电阻和共模抑制性能,减少输出噪声,采用集成运算放大器构成前置放大器电路时,必须采用同相放大电路结构,电路如图3所示

图2 为了尽可能保证不失真放大,图中只采用一级运算放大器电路U2A,该级放大器的增益取决于R1和R2,即Av1=1+R2/R1。为保证前级有较大的电压放大能力，因此可取相应的电阻值，即R2=100KΩ,R1=10KΩ。由上述分析可知,低频功率放大器的放大倍数理论上为11倍，能保证充分发挥线性放大性能并满足带宽要求,从而可保证不失真,即达到保真放大质量。C2为耦合电容,为保证低频响应,要求其容抗远小于放大器的输入电阻。R5各级运放输入端的平衡电阻,对静态工作点具有调节作用。而实际测得当输入V1=0.1时，频率为1kHz时，输出VO=1.06V。鉴于以上情形，可取前级放大A2=10 对于前置放大器,要求信号最强时,输出不失真,即在V2pp=1.00v时, 当输入信号Vi=0.1V，而输出不衰减时 V01=Vi*A1=0.10V*10=1.00V。功率放大要求输出V02≧2V，考虑到元件误差的影响,取V02=3V，而输入信号最小为0.1 V,则第二级放大器倍数为A2=V01/V02=3.75,取A2=4。要求TDA2030具有4倍以上的放大电压的能力。3．功率放大电路

本设计采用集成功率放大电路，该电路具有低频性能好，内部设计具有复合保护电路，可以增加其工作的可靠性，还可外加散热片解决散热问题。以下介绍采用集成芯片TDA2030构成功率放大电路。

图3 TDA2030A是德律风根生产的音频功放芯片，采用V型5 脚单列直插式塑料封装结构，其主要特点有；外接元件非常少。输出功率大，Po=18W(RL=4Ω).内含各种保护电路，因此工作安全可靠。TDA2030A能在最低±6V最高±22V的电压下工作在±19V、8Ω阻抗时能够输出16W的有效功率。无疑，用它来做电脑有源音箱的功率放大部分或小型功放再合适不过了。在电路中，功率放大后从4脚输出加到扬声器R3。R9、C7串联接在输出端用以抑制高频噪声。R1、R2和电位器R5组成增益可调的反馈网络；C2为直流负反馈电容；直流负反馈的作用是稳定静态工作点，而对放大电路的各项动态性能没有影响，动态性能指放大倍数、通频带、输入及输出电阻等。R4为输入接地电阻，防止输入时引起感应噪声；电源电压采用双电源供电。在此电路中,A2=1+R4/(R5+R6)。而R4=100K,R5=20K，电位器R6在0~50K之间可变，理论上A2可在2.5~6之间可调。因为要求输出到8Ω电阻负载上的功率Po≥0.5W，而Uom=√2RL*Pc=2.0v,而现测得实际输出电压为VO=2.0V,输出功率为Po=VO2*VO2/2Rl=1.0w.五、功率与效率分析

总功率为电源提供的功率和信号源的功率，由于信号源的功率太小，固主要是电源提供的功率，测得前级电源的电流为1.776uA，功率放大时电源电流为51.23mA 因此可以认为后级电源提供功率就为总功

因此可以认为后级电源提供功率就为总功率为：

PV0.0551.32V V2VCCICM212所以计算效率为：

PO1.0V100%100%75.2%P1.32VV

六、仿真与分析 6.1输入输出波形

输入信号频率为1KHZ时的波形

从波形上看没有出现明显失真，但是输入与输出之间产生了相移，分析原因，可能是由于耦合电容和放大器内部电容构成的高通网络造成的。功率能达到要求，但是从仿真图上可以看出，输入和输出之间有相位差，分析各部分，原因可能是耦合电容和放大器内部电容构成的高通网络，对于频率较低时产生了相移.6.2频率响应分析

如图所示，由波特图测得该系统的同频带为15Hz~149kHz,因此对于20Hz~20kHz的声音信号，有很好的放大能力。

功率参数

题目设计要求输出功率为0.5W,而仿真出来的输出功率为0.493W，能满足题目的设计要求。则效率值为：493×100%=65.9% 能满足题目的设计要求。总结

详细介绍了一种简单实用、价格低的低频功率放大器的电路设计方法，整套设计只需几十元。从实验的各项数据分析，本电路具有很好的频率响应特性，从测得的带宽看出，该功率放大器可以很好的实现对低频功率的放大作用，能较好的达到实际要求，也符合理论上的要求。

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