2022年音频功率放大器高频课程方案 .pdf
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1、个人资料整理仅限学习使用音 频 功 率 放 大 器 的 设 计 任 务 书1设 计 指 标1 ) 直 接 耦 合 的 功 率 放 大 器 , 额 定 输 出 功 率1 0 W, 负 载 阻 抗8 ;2 ) 具 有 频 响 宽 、 保 真 度 度 、 动 态 特 性 好 及 易 于 集 成 化 ;3 ) 采 用 分 立 元 件 设 计 ;4 ) 所 设 计 的 电 路 具 有 一 定 的 抗 干 扰 能 力 。2设 计 要 求1 ) 画 出 电 路 原 理 图 ;2 ) 确 定 元 器 件 及 元 件 参 数 ;3 ) 进 行 电 路 模 拟 仿 真 ;4 ) SC H 文 件 生 成 与 打
2、印 输 出 。3编 写 设 计 报 告写 出 设 计 的 全 过 程 , 附 上 有 关 资 料 和 图 纸 , 有 心 得 体 会 。4答 辩在 规 定 时 间 内 , 完 成 叙 述 并 回 答 问 题 。精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 1 页,共 12 页个人资料整理仅限学习使用音 频 功 率 放 大 器 设 计摘 要 : 这 款 功 放 采 用 了 典 型 的O C L功 放 电 路 , 为 全 互 补 对 称 式 纯甲 类 D C 结 构 , 功 放 的 每 一 级 放 大 均 工 作 于 甲 类 状 态 。 输 入 级
3、和 电压 放 大 级 采 用 线 性 较 好 的 沃 尔 漫 电 路 , 差 分 管 及 电 流 推 动 管 分 别 为很 出 名 的K 1 7 0 、 J7 4 的 电 容 。 Cm和Cc b的 关 系是 :Cm= ( 1 + Kv Cc b 1 )可 以 认 为Cm是 影 响 放 大 器 高 频 响 应 的 主 要 因 素 。 而 耦 合 电 容 的 容抗 主 要 影 响 放 大 器 低 频 频 响 。 这 些 因 素 与 电 路 组 态 有 关 。3. 2共 射 - 共 基 差 分 的 频 响3. 2. 1共 射 - 共 基 电 路通 过 学 习 我 们 知 道 共 基 放 大 器 由
4、于 基 极 交 流 接 地 , 集 电 极 电容Cc b的 反 馈 条 件 被 破 坏 , Cc b转 化 为CO 共 基 接 地 时 晶 体 管 的 输 出 电 容 ) 。其 影 响 比Cm自 然 小 得 多 , 而 集 电 极 与发 射 极 之 间 的 寄 生 电 容 基 电 路 有 很 好 的高 频 响 应 。 在 音 频 放 大 电 路 中 , 共 一 般极 小 , 管 子 内 部 反 馈 的 影 响 也 小 得 多 。所 以 共 基 电 路 不 单 独 作 用 , 而 是 与 共 射或 场 效 应 管 共 源 放 大 器 直 接 耦 合 组 成 共射 - 共 基 或 共 源 - 共
5、基 放 大 器 。 共 射 - 共T1T2R 31.5 kR 51.5 kRP11kVCCUiVbOUTT3T4图2共 射 - 共 基 差 分电 路精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 3 页,共 12 页个人资料整理仅限学习使用基 差 分 电 路 如 图 2 所 示 。这 种 放 大 器 取 两 种 放 大 器 之 长 而 避 其 短 , 不 仅 有 很 好 的 高 频响 应 和 较 高 的 增 益 , 而 且 使 共 射 管 有 恒 定 的 UC E。 因 T 1 有 很 高 的输 出 阻 抗 , T 3 有 很 低 的 输 入 阻
6、抗 , 所 以 T 3 可 将 T 1 的 电 流 变 化 转化 成 电 压 的 变 化 。 如 图2 示 , 这 就 为T 1提 供 了 恒 定 的UC E。 UC E恒 定 , 可 明 显改 善T 1 的 值 线 性 度 , 避 免 了 上 下 半 周放 大 量 不 一 致 而 导 致 的 失 真 。 所 以 共 射 -共 基 电 路 是 一 款 性 能 优 良 的 放 大 器 。3. 2. 2 共 源 - 共 基 电 路众 所 周 知 , 场 效 应 管 具 有 输 入 阻 抗高 , 动 态 范 围 大 , 噪 声 系 数 小 且 与 工 作 电流 基 本 无 关 的 特 点 。 所 以
7、 由 场 效 应 管 和 三极 管 组 成 的 共 源 - 共 基 差 放 电 路 在 现 代 高保 真 放 大 器 中 应 用 更 为 广 泛 。 共 源 - 共 基 差 放 电 路 3 所 示 。3. 3互 补 对 称 放 大 器 的 失 真互 补 对 称 放 大 器 是 用 不 同 极 性 的 放 大 器 件 N 型 或P 型 ) 构 成的 高 保 真 放 大 器 中 最 常 用 的 放 大 器 。其 结 构 有 互 补 对 称 双 管 放 大 器 和 互 补对 称 差 分 放 大 器 两 种 。 信 号 由 不 同 极性 的 器 件 分 别 放 大 后 在 其 输 出 端 合成 。 由
8、 于 它 们 工 作 在 对 称 放 大 状 态 ,具 有 类 似 差 分 的 特 性 抵 消 失 真 中 的 偶次 谐 波 , 获 得 较 低 的 失 真 度 。 鉴 于此 , 我 在 这 里 用 了 沃 尔 漫 电 路 。 形 式如 图 4 所 示 。共 射 - 共 基 电 路 有 诸 多 优 点 , 在信 噪 比 方 面 的 表 现 也 不 逊 色 。4功 放 优 化 设 计4. 1D C 化 无 大 环 路 负 反 馈 功 放 电 路为 消 除 非 线 性 失 真 和 抑 制 零 飘 , 一 般 晶 体 管 功 放 的 输 出 端 与 输入 级 之 间 加 有 大 环 路 负 反 馈
9、。T1C2240T2C 2 24 0Q 2K 1 70Q 1K 17 0R 31.5 kR 51.5 kR P11kVCCUiVbOUT图3共 源 - 共 基差 放 电 路T1C 2 2 4 0T2C 2 2 4 0T4A 9 7 0T3A 9 7 0Q 2K 1 70Q 1K 1 7 0Q 3J 7 7Q 4J 7 7R 11 kR 2100kR 31.5 kR 420 kR 51.5 kR 611 kR 71 1 kR 81.5 kR 920 kR 1 01.5 kR P 11kINC1R1 1-VCC+VCCo uto uto uto ut图4沃 尔 漫 电 路精选学习资料 - - -
10、- - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 4 页,共 12 页个人资料整理仅限学习使用研 究 表 明 , 由 于 功 放 输 出 端 信 号 会 因 为 晶 体 管 极 间 电 容 的 充 电过 程 而 被 延 迟 , 使 输 出 信 号 相 位 滞 后 于 输 入 信 号 。 加 环 路 负 反 馈 后产 生T I M失 真 。 虽 然 晶 体 管 的 极 间 电 容 很 小 , 相 移 的 影 响 主 要 表现 在 高 频 段 。 但 对 波 形 前 沿 很 陡 的 音 频 信 号 仍 然 产 生 明 显 的 影 响 。要 避 免 T I M 失 真 , 减 少
11、电 路 相 移 量 的 方 法 为 治 本 之 策 。在 功 放 电 路 中 , 输 出 级 晶 体 管 的 极 间 电 容 最 大 , 可 达 几 百 皮 法上 千 皮 法 。 若 使 反 馈 环 路 避 开 输 出 级 , 反 馈 信 号 的 相 移 将 会 明 显 减少 。 T I M失 真 也 可 明 显 改 善 。 于 是 设 计 时 可 将 反 馈 信 号 的 提 取 点移 至 电 压 驱 动 级 的 输 出 端 , 使 输 出 级 不 介 入 环 路 负 反 馈 即 所 谓 无大 环 路 负 反 馈 ) 。 这 样 就 缩 短 了 反 馈 路 经 。 使 反 馈 信 号 的 相
12、移 量 尽可 能 小 , 同 时 又 保 留 了 负 反 馈 给 电 路 带 来 的 好 处 。 输 出 级 介 入 反馈 , 还 可 以 防 止 感 性 负 载 即 扬 声 器 ) 反 向 感 应 电 动 势 带 入 输 入级 , 引 起 交 叉 调 制 失 真 。5综 合 分 析主 电 路 部 分 如 图5 所 示 , 音 频 信 号 经R 1 缓 冲 进 入Q 1 和Q 2组 成 的 双 差 分 输 入 电 路 。 C 1和R 2 对 输 入 信 号 中 的 高 频 干 扰 起 到旁 路 的 作 用 。R 2作 为 输 入 电 阻 . Q 1 、 T 1 , Q 2 、 T 2 , Q
13、3 、 T 3 和Q 4 、 T 4构 成 共 射 共 基 电 路 也 称 沃 尔 漫 电 路 ) 这 种 电 路 最 显 著的 特 点 是 具 有 失 真 低 、 频 响 宽 、 增 益 高 、 线 性 好 。 R 4 、 R 6 、R P1 、 R 7 、 R 9构 成 分 压 电 路 给T 1 、 T 2 、 T 3 、 T 4的 基 极 提 供T1C2240T2C2240T9D667T7D669T8D667T5B647T6B647T4A 970T3A 970Q2K170Q1K 170Q3J77Q4J77Q5K 214Q6J77R11kR2100kR31.5 kR420kR51.5 kR
14、611kR711kR81.5 kR920kR101.5 kR111kR121MR1310kR14150R15300R1639k/1WR176.8 kR1820/2W*2R19470R20470R21RP11kRP21kRP310kD1D27.5 vD31N4148C1100pC20.1 uC30.1uC42.2 uC5C60.1 uC7C80.1 uC968pC1068pINOUTOUT图5前 置 低 放 电 路精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 5 页,共 12 页个人资料整理仅限学习使用1 2 V基 极 偏 压 。 这 样 , Q
15、1 Q 4 四 只 结 型 场 效 应 管 的 漏 极 工 作 电压 只 有1 1. 3 V 为输 入 电 路 静 态 电 流 的 调 节 电 阻 , 设 计 时 输 入 级 静 态 电 流 设 定 在1. 4 m A左 右 。 这 样 , R 3 、 R 8上 产 生2. 1 V压 降 作 为 下 一 级 电 路的 偏 置 电 压 。电 压 放 大 级 同 样 是 由T 5 、 T 6 、 T 7 、 T 8构 成 共 射 共 基 电路 。 D 1 、 R 1 6 、 D 2为T 6 、 T 8的 基 极 供 基 准 工 作 电 压 。 调 节R P3将 该 级 的 电 流 设 定 在4.
16、8 m A左 右 , R 3 6上 电 压 降 为1. 4 5 V 。 正 负 半 周 的 信 号 经 T 9T 1 3 共 射 放 大 电 路 后 由 其 集 电 极 进入T 1 0 、T 1 2组 成 的 共 基 电 路 , 并 从 两管 的 集 电 极 输 出 , 经R 37 、 R 3 8缓 冲 送 入Q 5 、 Q 6组 成 的 末 级 电 路 。 T 7 、R 1 7 、D 3 、 R P3构 成 恒 压 电 路 , 调 节R P 3 可 以 改 变Q 5 , Q 6 两 管 栅 极电 位 差 , 从 而 改 变 末 级 静 态 工 作 电 流 。 C 6 、 C 7及 输 入 级
17、 的C 2 、C 3 为 高 频 退 耦 电 容 , 减 少 了 电 源 的 调 频 内 阻 过 大 引 起 自 激 的 可能 。 关 于 末 级 管 5 、 6电 流 到 底 设 计 在 多 大 , 以 前 有 人 作 过 探讨 , 结 论 是 静 态 电 流 大 于8 0 m A后 , 胆 味 才 更 浓 郁 。 为 了 获 得1 0 W 左 右 的 功 率 , 本 设 计 中 将Q 5 、 Q 6 的 静 态 电 流 设 计 在8 0 m A左 右 。 如 果 想 得 到 更 大 一 点 的 功 率 , 我 们 可 以 改 变 末 级 功 放 的 电 源电 压 , 把 场 效 应 管 的
18、 漏 极 电 流 调 到 1 0 0 m A 左 右 。 这 样 , 不 仅 有 大的 功 率 , 而 且 有 胆 机 的 味 道 。 场 效 应 管 属 电 压 控 制 器 件 , 栅 极 输 入阻 抗 高 , 静 态 电 流 调 大 时 , 会 产 生 寄 生 振 荡 , 解 决 的 办 法 是 在Q 5 、 Q 6 的 栅 漏 之 间 并 联 C 10 、 C 9 来 消 除 。 R 1 8 、 R 2 1 为 末 级管 的 源 级 电 阻 , 当 该 级 电 流 为10 0 m A时 , 其 上 的 压 降 为2 V左右 。R 1 1 、 R 1 2 、 R 1 3 、 C 4 、 C
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