【文章內(nèi)容簡介】 如此大數(shù)值的電容，所以功放輸出級智能采用無輸出耦合電容CL 的OCL (output capacitorless)電路形式。OCL 電路形式需要采用對稱式電源供電。設(shè)計要求的非線性失真系數(shù)(γ ≤ 3% )和效率(η≥ 55%) 兩個指標是相互關(guān)聯(lián)。若要求非線性失真小，則末級功放就必須工作在甲乙類，這時候效率必然降低。因此，設(shè)計時兩者必須相互兼顧。(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、功率激勵級和OCL輸出級三部分。為了確保電路的低頻響應(yīng)采用直接耦合形式，同時為了使電路工作穩(wěn)定，輸入級采用雙管差分放大器。電路中各級的直流工作點分別采用三個可調(diào)電阻RwRwRw3進行調(diào)整。為提高整個功放電路的直流穩(wěn)定性，電路中采用了RCR7組成的反饋網(wǎng)絡(luò)，使輸出至輸入級的差放管Q2基極實現(xiàn)直流負反饋。采用了互補復(fù)合管推挽輸出電路來提高線性放大及降低波形失真。圖中的QQ6復(fù)合成NPN型功率管，QQ7復(fù)合成PNP型功率管，從而形成全互補推挽輸出。為了簡化結(jié)構(gòu)，差分輸入級沒有采用鏡像電流源作負載和偏置，R2（12K）和Rw2()作射級共模電阻，偏置采用基極電壓偏置 (用Rw1調(diào)整偏置電壓)。電路中還取消了自舉電容，以保證電路的穩(wěn)定和瞬態(tài)響應(yīng)。圖中Q3的集基極間的電容C2和并在R10上的C3均為高頻防振電容，數(shù)值均為10uF。電路中7只三極管的參數(shù)分別要求：QQ2的β≥ 200，fT ＞100MHz，并希望參數(shù)對稱；Q3的 β≥ 100，fT ＞ 100MHz；QQ5的β≥ 80，fT ＞ 100MHz；要求Q4為NPN管而Q5為PNP管；Q6為NPN型大功率管，要求其β≥ 20PCM ≥ ，fT ＞ ；Q7為NPN型大功率管，要求其 β ≥ 20，PCM ≥ ，fT ＞ 。末級推挽輸出電路工作在甲乙類狀態(tài)，這既保證了線性不失真放大，又可使效率達到指標。為保證甲乙類工作的溫度穩(wěn)定性，電路中增加了DDD4溫度補償二極管和串在功率管射極的反饋電阻R11～R14。R13 和R14串在大功率管QQ7的發(fā)射極，為減少功耗。輸出端的喇叭阻抗RL =8歐姆，并聯(lián)的C4()和R15(10)事喇叭的均衡網(wǎng)絡(luò)，用來抵消喇叭的感抗。 分立元件構(gòu)成的OCL低頻功率放大器電路(2)采用分立元件構(gòu)成的DC(direct coupled,直接耦合)低頻功率放大器電路DC低頻功率放大器電路是一種全直流化的OCL電路，輸入電路采用互補平衡差分放大電路形式，輸出還采用OCL結(jié)構(gòu)，電路的如 ?；パa差放平衡激勵是DC低功放電路的關(guān)鍵技術(shù)?；パa差放由4個三極管組成，～Q4所示。這4個三極管的參數(shù)應(yīng)嚴格對稱，則各管的基極電流為Ib1=Ib2，Ib3=Ib4。顯然，基極電阻R1和R6中無直流基極電流流過，因此消除了基極回路電流變化對輸出地影響，同時對輸入信號中的共模分量也有良好的平衡抑制作用，提高了共模抑制比，對穩(wěn)定中點電位有好處。 DC低頻功率放大器電路 由于互補差放電路平衡，因此可以輸出幅度相等、相位相反的激勵信號給Q5和Q6。當輸入信號處于正版周期時（0～π），互補差放電路QQ3工作，QQ4截止。正半周期心海差分放大后，由Q1集極輸出。因為是反向放大，故Q1輸出為負的0～π半周期信號。Q5導(dǎo)通放大，Q6作為Q5的恒流負載，Q5輸出0～π半周期信號（又是反向放大），去激勵QQ9 OCL(非)電路。輸入信號負半周時（π ～2π ），QQ4工作，Q2反相輸出正半周的π ～2π 信號，Q6放大輸出π ～2π 負半周信號區(qū)激勵QQ10 OCL電路，這時Q5作為Q6的有源恒流負載。由于平衡輸出，且QQ6交替互為恒流負載，因此這種方法增益高，失真小，使OCL輸出級獲得足夠的激勵，故輸出功率大，效率高。 DC低頻功率放大器電路可實現(xiàn)如下指標：≥20W閉環(huán)增益為26db,電壓頻率響應(yīng)范圍 BW =0 ～(1V,1db),失真系數(shù) γ ≤%。(3)采用MOSFET構(gòu)成的低頻功率放大器電路 MOSFET 功率管具有激勵功率小，輸出功率大，輸出漏極電流具有負溫度系數(shù)，安全可靠，無須加保護措施，而且還具有工作頻率高、偏置簡單等優(yōu)點，因此，采用MOSFET 功率設(shè)計功放電路既簡單又方便。采用NE5534(NE5532中的一個運放)和大功率MOSFET 。圖中NE5534擔(dān)任電壓驅(qū)動激勵級，大功率MOSFET 配對管模塊TN9NP10 擔(dān)任OCL功率放大。調(diào)整Rw可使TN9NP10 的靜態(tài)電流在15～ 20mA 左右，即為正常工作狀態(tài)。 圖中所示的MOSFET功率管OCL低頻功率放大器電路可實現(xiàn)指標為：最大輸出功率 ≥25W,頻率響應(yīng)范圍BW =20Hz ～200KHz，失真系數(shù)γ≤ %，效率η＞65%。 NE5534的封裝 NE5534的應(yīng)用電路 集成運算放大器NE5534 是一款低噪聲優(yōu)質(zhì)運放，其轉(zhuǎn)換速率SR高達14V/us，功率帶寬達200KHz，功耗達800mW。采用NE5534作OCL低頻功率放大器電路的電壓驅(qū)動級，是非常合適的。(1)采用集成功放uPC1188H構(gòu)成的低頻功率放大電路 uPC1188H 構(gòu)成的低頻功率放大器電路，采用uPC1188H 構(gòu)成的低頻功率放大器電路。uPC1188H 的技術(shù)參數(shù)如下：Vc =177。22V，RI =200歐姆，RL =8，閉環(huán)增益GV =40db。POR =18W，BW =20Hz～20KHz，失真系數(shù)γ≤1%； POR =10W,BW =20Hz～20KHz，失真系數(shù)γ≤%；當Vcc適當取值為177。15V左右時，POR 降至≥10W，BW和失真系數(shù)γ將變好。片內(nèi)具有保護電路和靜噪控制電路，采用單列10引腳直插式塑封。電路中RR2是決定閉環(huán)增益Gv的反饋網(wǎng)絡(luò)，調(diào)節(jié)R1或R2（調(diào)節(jié)R2較合適）可以調(diào)節(jié)Gv，從而可以調(diào)節(jié)輸出功率。(2)采用集成功放HA1397構(gòu)成低頻功率放大器電路 HA1397(IC)構(gòu)成的低頻功率放大器電路，HA1397的技術(shù)參數(shù)如下：Vcc =177。22V，RI =600歐姆，RL =8，閉環(huán)增益GV =38db，POR =20W，BW =5Hz ～120KHz，失真系數(shù)γ≤%。 片內(nèi)具有完善的保護電路和靜噪聲控制電路，采用12引腳單列直插塑封（付散熱片）形式。(3) 采用集成功放LM1875構(gòu)成低頻功率放大器電路采用集成功放LM1875 。LM1875是一個輸出功率最大可達到30W的音頻功率放大器，AVO為 90db,%(1KHz，20W)，帶寬為70KHz，具有AC和DC短路保護電路和熱保護電路，電源電壓范圍：16～60V，94db 的紋波抑制，采用TO220封裝。 L1875 構(gòu)成的低頻功率放大器電路 ，RR4組成反饋網(wǎng)絡(luò)；C2為直流負反饋電容；R2為輸入接地電阻，防止輸入開路時引入感應(yīng)噪聲；C1為信號耦合電容，R5和C5組成輸出退耦電路，防止功放產(chǎn)生高頻自激；CCCC7是電源退耦電容；電源電壓采用177。15V 。LM1875 開環(huán)增益為26db，即放大倍數(shù) A =20。因為要求輸出到負載8歐姆電阻上的功率 P0＞ 5W，而還應(yīng)留出大于50%的裕量，則P0不小于 8W。直接將P0取值為 10W。 = ∴ UOM = V，再加上功率管管壓降2 V左右，∴ U = UOM + 2 = V 取電源電壓為177。15V 。 ∴ ICM = A ∴ PV = W所以效率的計算為 η = ( P0/PV) * 100% = %輸出最大不失真電壓UOM = V,故 = X 2 = 功放增益取 AF = 10,則輸入信號 = 綜合以上分析：采用分立元件構(gòu)成OCL低頻功率放大電路時，電路工作穩(wěn)定性不是很好，非線性失真和波形失真控制不是很理想；采用集成運算放大器結(jié)合MOSFET構(gòu)成低頻功率放大器電路時，對元器件的性能要求高，電路選擇要好，制作的機械誤差要??；所以從元器件的實際值和標識值有誤差，從電路板設(shè)計、制作的機械誤差，性價比等方面比較，本設(shè)計采用集成芯片LM1875制作功率放大器電路。 波形變換電路的設(shè)計簡要說明：由頻譜特性可知，脈沖前后沿越陡峭，TR 和TF越 小，則其頻譜所占的帶寬越寬。如果要一個網(wǎng)絡(luò)不失真的傳輸這個脈沖，它就必須有足夠的帶寬。同時，脈沖波形的頂部斜降δ 和波形的低頻特性有關(guān)，可以用下式表示： tP :脈沖寬度， VM 處的脈沖時間表示 fL ：系統(tǒng)的低頻下限頻率一般的集成運放的fL 可以做到直流，所以采用集成運放構(gòu)成波形變換電路，脈沖波形的頂部斜降會很小。(1)方案一：利用運放的正反饋作用,使轉(zhuǎn)換部分的波形上升沿和下降沿都變得很陡,利用穩(wěn)壓管將電壓穩(wěn)定在6. 2 V 左右,然后利用電阻分壓得到要求的正負對稱的峰峰值為200 mV ， 。 (2)方案二 ：波形變換電路可以采用施密特觸發(fā)器電路，即電壓比較器結(jié)構(gòu)。 SR ＞ 10V/us,增益帶寬積 GBW ＞ 10MHz的運放芯片，如LF35OP1NE5534等。電路接成遲滯電壓比較器結(jié)構(gòu)，為保證輸出方波幅度穩(wěn)定輸出使用2只穩(wěn)壓二極管DD2，穩(wěn)定電壓值VZ = 177。3V。R4為穩(wěn)壓二極管的限流電阻，把流過DD2的電流限定在6mA 左右。CC2為脈沖加速電容，它可以進一步減少方波脈沖的上升時間和下降時間。假設(shè)遲滯比較器的遲滯寬度 △V = ，則R3可用下式來確定 R3 = ( 2VZ/△V 1)R2 ∴ R3 = 取R3 = 75K。本設(shè)計采用LF357集成運放。調(diào)節(jié)Rw，輸出幅值可以調(diào)節(jié)到200mV ,滿足設(shè)計的指標要求。 濾波電路的設(shè)計 本系統(tǒng)要求設(shè)計一個f0 = 50Hz,BW = 40Hz ～60Hz的BEF （凹型濾波器）。BEF 用于消減噪聲等單一頻率。在正反饋中，既有采用無源BEF 方式，也有采用回轉(zhuǎn)器方式的。(1) 方案一：正反饋方式（雙T）C = C3 = R = 1/(2piCf0) ≈150K R3 = 雙T網(wǎng)絡(luò)，則電路的Q值很低。要想得到較大的Q值，可將雙T網(wǎng)絡(luò)和電壓跟隨器按自舉擴展 （正反饋）方式連接在一起。 自舉連接Q值需要改變時（可改變Q凹型濾波器）。圖中VR 為運算放大器的負載，因而不能取得太小，一般為10K左右。 BEF(2)方案二：由回轉(zhuǎn)器構(gòu)成的 BEF這是一種利用由回轉(zhuǎn)器和電容所產(chǎn)生的串聯(lián)諧振電路。回轉(zhuǎn)器條件：R0 1/