【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 電 器 J1 釋 放，同 時(shí) C14 通 過(guò) Q R24 放 電 。當(dāng)輸 出降低后， Q2 截止，但 C14 通 過(guò) R15 和 Q3 發(fā)射結(jié) 充 電 ， Q3 繼續(xù)J13 A / 1 5VQ29 01 4Q39 01 4Q49 01 4R 2 34 7KR 2 41 0KR 1 51 2KR 2 52 7KRL8 / 3 0 WR 2 62 7KR w 35 0KC84 70 0 p F+ C 1 42 2u F+ C72 2u FD7I N 4 1 48D9I N 4 1 48D 1 0I N 4 0 07D8I N 4 1 48+ 15 V+ C?4 7u FC?1 uFC?0 .1 u FC?0 .0 1 uFOUT功放輸入P or tP or tT e x t T e x tT e x tT e x t實(shí)用低頻功率放大器設(shè)計(jì) 12導(dǎo) 通； 當(dāng) C14 充 電結(jié) 束后， Q3 截止， Q4 導(dǎo) 通 ，繼電 器 J1 吸合， 裝 置重 新輸 出。 C8 是 為 了吸收 個(gè)別 尖峰 脈沖 起 濾 波作用， Rw3 用于設(shè)定保護(hù)電壓 。本 電 路可以有效地保 護(hù)負(fù)載 不過(guò) 載 ， 對(duì) 功率放大器也有一定的保 護(hù) 作用。 實(shí)用低頻功率放大器設(shè)計(jì) 13 簡(jiǎn)要說(shuō) 明： 低頻小信 號(hào)功率放大器 系 統(tǒng)框圖見(jiàn)圖 ，原 理圖件附圖 1。由低 頻 功率放大器（前置放大器和功率放大器）、 波形變換電 路、直 流穩(wěn)壓供電電 路、保 護(hù)電 路、 數(shù) 據(jù)采集 處 理 電 路和 顯 示 電 路等 組 成。低 頻 功率放大器用 來(lái) 提供 5W 以上的 輸 出功率； 波形變換電路將 正弦信 號(hào)電壓轉(zhuǎn)換 成 規(guī) 定的方波信 號(hào)電壓 ；用 來(lái)測(cè)試放 大器的 時(shí) 域的特性指 標(biāo) ； 穩(wěn)壓電 源 為 功放 電 路和波形 變換電 路提供 穩(wěn) 定的直流 電源； 數(shù) 據(jù)采集 處 理 電 路和 顯示 電路 為實(shí)時(shí) 地 顯 示功率放大器的 轉(zhuǎn)換 效率。 由于系 統(tǒng)要 求 輸 出 額 定功率不小于 5W，考 慮 留出 50%的裕量， 故設(shè)計(jì)輸 出功率 應(yīng) 在 8W 以上，同 時(shí)輸 出 負(fù)載 8Ω， 則負(fù)載上正弦波輸出電壓幅值為： Uo=≈ 11V Ui的范圍是 5mV700mV之間，所以 系統(tǒng)的最大增益： AMAX =20lg〔 11V/(5 mV)〕 =≈ 68db 系統(tǒng)的最 小 增益： AMIN =20lg〔 11V/(700 mV)〕 =≈ 24db 整個(gè)放大電路的增益應(yīng)在 ～ 圍內(nèi)可調(diào) 。 為 了保 證放大器的性能， 單級(jí) 放大器的增益不宜 過(guò) 高，通常在 20db ～ 40db（放大倍 數(shù) 10 ～ 100倍） 之間 。故整 個(gè) 放大器增益通 過(guò) 三 級(jí) 放大 實(shí)現(xiàn) 。 為方便增益 可調(diào) ，可使功放 級(jí) （包括功率管和直接推 動(dòng) 功率管的 運(yùn) 放）增益固定，且必 須 小于 AMIN， 故增益取 20db。則前置級(jí)需要兩級(jí)，其總增益應(yīng)在 4db ～ 48db之間可調(diào) 。 前置運(yùn)放電路的設(shè)計(jì) 目前有大量高性能的集成運(yùn)放和專(zhuān)用的低頻前置放大器集成電路，其開(kāi)環(huán)增益都在 100db 左右，能提供足夠的增益。 前置放大級(jí)主要完成小信號(hào)電壓放大的任務(wù)，其失真度和噪聲對(duì)系統(tǒng)的影響是優(yōu)先考慮的指標(biāo)。 實(shí)用低頻功率放大器設(shè)計(jì) 14 方案一：采用運(yùn)算放大器構(gòu)成的前置放大電路 設(shè)計(jì)前置放大級(jí)時(shí)可供選用的集成運(yùn)算放大器很多，如 National Semiconductor 公司的 LF34 LF35 LF357， Precision Monolithics 公司的 OP1 OP37,Sigics 公司的 NE553 NE5534 等。主要考慮的技術(shù)指標(biāo)是帶寬、電壓增益、轉(zhuǎn)換速率、噪聲和電流消耗等。 為了提高前置放大器電路的輸入阻抗和共模抑制性能，減少輸出噪聲，采用集成運(yùn)算放大器構(gòu)成前置放大器電路時(shí)，必須采用同相放大電路構(gòu)成。如圖 所示。 圖 4. 1 采用同相放 大電路構(gòu)成前置放大器電路 為了盡可能保證不失真的放大，圖 中采用兩級(jí)運(yùn)算放大器電路 A1 和 A2，每級(jí)放大器的增益取決于 R R2 和 R R4，即 121 1 RRAV ?? 342 1 RRAV ?? 由上述分析可知，低頻功率放大器的總增益為 68db，兩級(jí)前置放大器的增益安排在 50db 左右比較合適，每級(jí)增益在 25db 左右，以保 證充分發(fā) 揮每級(jí)的線(xiàn)性放大性能并滿(mǎn)足帶寬要求，從而保證不失真，即達(dá)到高保真放大質(zhì)量。 圖 中 C C2 分別為隔直流電容，是為了滿(mǎn)足各級(jí)直流反饋。穩(wěn)定直流工作點(diǎn)而加的。但對(duì)于交流反饋， C C2 必須呈現(xiàn)短路狀態(tài)，即要求 C C2 的容抗遠(yuǎn)小于 R R3 的阻值。 C C4 為耦合電容，為了保證低頻響應(yīng)，要求其容抗遠(yuǎn)小于放大器的輸入電阻。 RR6 為各級(jí)運(yùn)放輸入端的平衡電阻，通常 R5=R2,R6=R4。 +A1+A2C3C A PC1C A PC2C A PC4C A PR1R E S 2R2R E S 2R5R E S 2R3R E S 2R6R E S 2R4R E S 2R w 1R w 2P o r tP o r t實(shí)用低頻功率放大器設(shè)計(jì) 15前置放大采用集成運(yùn)放 NE5532,同眾多的運(yùn)放相比，它具有高精度、低噪聲、高阻抗、頻帶寬等優(yōu)良性能，具體指標(biāo)參數(shù)為：轉(zhuǎn)換 速率 9V/us，增益帶寬 10MHz，直流增益為 50000 倍，最高工作電壓為177。 22V，這種運(yùn)放的高速轉(zhuǎn)換性能可大大改善電路的瞬態(tài)性能，較寬的帶寬能保證信號(hào)在低、中、高頻段均能不失真地輸出，是電路的整體指針大大提高。 如圖 所示，一個(gè)采用兩級(jí) NE5532(IC)構(gòu)成的前置放大電路，各級(jí)均采用固定增益加輸出衰減組成，要求當(dāng)各級(jí)輸出不衰減，輸入 = 5mV 時(shí)，輸出 ≥ 。 Av = 對(duì)于第一級(jí)放大器，要求信號(hào)在 最強(qiáng)時(shí)，輸出不失真，即在 p = 700mV 時(shí)，輸出 Uo≤ 11V（低于電源電壓 1V）。所以 POUUA?1 = 11/ = ≈ 15 當(dāng)輸入信號(hào)最小，即 = 10mV 而輸出不衰減時(shí) PPIPPO UAU ?? ?? . = 15 X 10 = 150mV 第二級(jí)放大要求輸出 ≥ ,考慮到元件誤差的影響，取 = 3V，而輸入信號(hào)最小為 150 mV，則第二級(jí)放大倍數(shù)為 PPOPPO UUA ??? . = 3/ = 20 取 A2 = 22。 因此，取 R6 =1K,R7 =15K, R17 =22K,R18 =1K。 圖 NE5532(IC)構(gòu)成的前置放大 R71 5KR?1MR?1MR61KV+8O U T B7I N B 6I N B +5O U T A1I N A 2I N A +3V4U1N E 55 3 2V+8O U T B7I N B 6I N B +5O U T A1I N A 2I N A +3V4U2N E 55 3 21 2J?C O N 2C?4 .7 u F123J?C O N 3+C?1 0u F+ C?4 7u F+C?1 0u F+ C?4 7u FR?1MR 1 81KR 1 72 2K 1 5 V+ 15 V+ 15 V 1 5 VR?33R?1M+ C?1 0u FR?33C?0 .1 u FC?0 .0 1 uFC?0 .1 u FC?0 .0 1 uF+C?4 7u F+C?4 7u F+C?4 7u F+ C?4 7u FC?0 .1 u FC?0 .0 1 uFC?0 .1 u FC?0 .0 1 uFC?1 uFC?1 uFP or tP or t實(shí)用低頻功率放大器設(shè)計(jì) 16 方案二：采用專(zhuān)用前置放大器 IC 構(gòu)成的前置放大電路 目前有很多性能優(yōu)越的專(zhuān)用低頻前置放大器 (IC)，如日本夏普公司的 IR3R1 IR3R16，工作電壓分別是 和 8V 單電源，閉環(huán)增益均為 45db，頻帶 BW =30Hz ～ 20KHz，在輸出峰值 UOM = 時(shí)失真系數(shù) γ ≤ 1%； NEC 公司的 upc1228H， Vcc =10V,閉環(huán)增益為40db， BW =30Hz ～ 20KHz, UOM = 2V 時(shí)，失真系數(shù) γ ≤ 1%；富士通公司的 MB3105， Vcc =，閉環(huán)增益為 42db， BW =30Hz ～ 20KHz， UOM = 2V 時(shí)，失真系數(shù) γ ≤ 1%；對(duì)于 MB3106， Vcc =6V，閉環(huán)增益為 42db， BW =30Hz ～ 20KHz, UOM = 時(shí)，失真系數(shù) γ ≤ 1%。 uPC1228H 片內(nèi)具有雙前置放大器，采用 8 引腳單列直插封裝。 圖 單級(jí) uPC1228H前置放大器電路 在本設(shè)計(jì)中，前置放大器所需要提供的閉環(huán)增益為 40db 以上，采用圖 所示單級(jí) uPC1228H前置放大器電路，其電壓增益為 AVC = 1 + 39 X 1000/330 = 專(zhuān)用前置集成放大級(jí)的優(yōu)點(diǎn)是外圍元件少，安裝方便，無(wú)需調(diào)整，與專(zhuān)用集成低頻功放電路配合進(jìn)行設(shè)計(jì)，器件優(yōu)越性更突出。 實(shí)用低頻功率放大器設(shè)計(jì) 17綜合上面方案一和方案二，從性?xún)r(jià)比方面比較選擇方案一，不一定要用專(zhuān)用的前置放大器 uPC1228H,而且集成芯片 NE5532 同眾多的運(yùn)放相比，它具有高精度、低噪聲、高阻抗、頻帶寬等優(yōu)良性能 (轉(zhuǎn)換速率 9V/us，增益帶寬 10MHz，直流增益為 50000 倍，最高工作電壓為177。 22V）， 這種運(yùn)放的高速轉(zhuǎn)換性能可大大改善電路的瞬態(tài)性能，較寬的帶寬能保證信號(hào)在低、中、高頻段均能不失真地輸出。完成前置放大器電路是很理想的。 功率放大器電路設(shè)計(jì) 簡(jiǎn)要說(shuō)明： 功率放大器的輸出功率：功率放大電路的任務(wù)是推 動(dòng)負(fù)載，因此，功率放大電路的重要指標(biāo)是輸出功率而不是電壓放大倍數(shù) 。功率放大級(jí)電路的非線(xiàn)性失真：功率放大電路工作在大信號(hào)時(shí)，非線(xiàn)性失真不是必須考慮的問(wèn)題。因此，功率放大電路不能用小信號(hào)的等效電路進(jìn)行分析，而只能用圖解法進(jìn)行分析； 功率放大電路的效率：效率的定義為：輸出信號(hào)功率與直流 電源供給功率之比。功率 放大電路的實(shí)質(zhì)就是能量轉(zhuǎn)換電路，因此它存在著轉(zhuǎn)換效率。 甲類(lèi)功率放大電路，在信號(hào)全范圍內(nèi)均導(dǎo)通，非線(xiàn)性失真小，但輸出功率和效率低，因此低頻功率放大電路中主要用乙類(lèi)或甲乙類(lèi)功率放大電路。 設(shè)計(jì)要求放大器的帶寬 BW ≥ 10Hz ～ 50KHz，為了滿(mǎn)足 10Hz 的低頻響應(yīng)，要求各級(jí)的輸入耦合電容和輸出耦合電容必須足夠大，特別是耦合到負(fù)載 RL =8Ω 的 電容 CL，根據(jù) 1/wCL ﹤﹤ RL，可以得到 CL 1/wRL =1/2π X 10 X 8 = 。為了滿(mǎn)足耦合要求， CL 應(yīng)大于1/wRL 值的 50 倍，即必須選用 CL =50 X = uf 實(shí)際設(shè)計(jì)無(wú)法選用如此大數(shù)值的電容，所以功放輸出級(jí)智能采用無(wú)輸出耦合電容 CL 的 OCL (output capacitorless)電路形式。 OCL 電路形式需要采用對(duì)稱(chēng)式電源供電。 設(shè)計(jì)要求的非線(xiàn)性失真系數(shù) (γ ≤ 3% )和效率 (η ≥ 55%) 兩個(gè)指標(biāo)是相互關(guān)聯(lián)。若要求非線(xiàn)性失真小，則末級(jí)功放就必須工作在甲乙類(lèi)，這時(shí)候效率必然降低。因此，設(shè)計(jì) 時(shí)兩者必須相互兼顧。 實(shí)用低頻功率放大器設(shè)計(jì) 18 采用分立元件構(gòu)成的低頻功率放大器電路 (1)采用分立元件構(gòu)成的 OCL 低頻功率放大器電路 分立元件構(gòu)成的低頻功率放大器電路課分為輸入級(jí)、功率激勵(lì)級(jí)和OCL 輸出級(jí)三部分。如圖 所示。 為了確保電路的低頻響應(yīng)采用直接耦合形式，同時(shí)為了使電路工 作穩(wěn)定，輸入級(jí)采用雙管差分放大器。電路中各級(jí)的直流工作點(diǎn)分別 采用三個(gè)可調(diào)電阻 Rw Rw Rw3 進(jìn)行調(diào)整。為提高整個(gè)功放電路的直流穩(wěn)定性，電路中采用了 R1