放大器的概念與音頻功率放大器的設(shè)計(jì)精選

1、放大器的概念(ginin)與音頻功率放大器的設(shè)計(jì)2014.5共三十四頁(yè)一、 放大器的基本概念1、什么是放大器？放大器是將幅度(fd)較小的電信號(hào)放大成幅度(fd)較大的電信號(hào)的電路。放大器的輸入、輸出信號(hào)可以是電流、電壓、功率，得到： 電壓放大器，電流放大器，功率放大器，電壓電流轉(zhuǎn)換器，電流電壓轉(zhuǎn)換器放大器只能消耗能量，不能產(chǎn)生能量。所以放大器嚴(yán)格來(lái)講是一個(gè)控制器或受控源。放大器的輸出是在輸入信號(hào)的控制下將電源提供的能量轉(zhuǎn)換為和輸入信號(hào)具有相同形式的能量輸出。共三十四頁(yè)一、放大器的基本概念2、放大器的主要技術(shù)指標(biāo)與測(cè)量方法（1）放大器增益或放大倍數(shù)： 電壓放大倍數(shù)定義為: AU=uo/ui 電

2、流放大倍數(shù)定義為: AI=io/ii 互阻增益定義為: Ar=uo/ii 互導(dǎo)增益定義為: Ag=io/ui 功率增益為： Ap=Po/Pi放大器增益測(cè)量注意的問(wèn)題： 放大器工作在線性狀態(tài)：失真與輸入輸出幅度有關(guān)，應(yīng)該在沒(méi)有明顯的失真獲失真小于規(guī)定值的情況下。非線性狀態(tài)下增益的測(cè)量沒(méi)有意義。 放大器工作在中心頻率(pnl)或增益最高的頻率(pnl)上：增益與頻率(pnl)有關(guān)，有些放大器對(duì)測(cè)試的頻點(diǎn)有要求。 電壓測(cè)量：要用高阻儀器，電壓表比示波器的精度要高，要排除儀器的干擾，有些放大器特別是寬帶放大器輸入輸出不能同時(shí)測(cè)量，會(huì)引起地線干擾。 電流一般不能直接測(cè)量，因?yàn)閺?fù)雜的儀器不能浮地使用。可以

3、使用電流探頭獲串接電阻間接測(cè)量。共三十四頁(yè)一、放大器的基本概念（2）放大器的幅頻特性 放大器對(duì)不同的頻率具有不同的放大能力，能夠放大的頻率范圍總是有限的，也就產(chǎn)生了按頻率劃分的各種放大器：直流、低頻、音頻、中頻、高頻、寬帶、射頻等。能夠放大的頻率范圍稱為通頻帶。頻帶內(nèi)的最大增益與最小增益差稱為帶內(nèi)波動(dòng)。測(cè)量時(shí)注意事項(xiàng)：可以用信號(hào)源+示波器（或電壓表）逐點(diǎn)描圖的方式(fngsh)，但必須保證輸入信號(hào)的幅度不變，放大器工作在正常狀態(tài)?？梢允褂脪哳l儀（頻率特性測(cè)試儀）測(cè)量，射頻的使用頻譜分析儀或網(wǎng)絡(luò)分析儀測(cè)量。對(duì)于高增益放大器，選用輸出信號(hào)小的信號(hào)源或加裝衰減器，小信號(hào)測(cè)量時(shí)注意干擾和早上的影響。通

4、頻帶(pndi)：fbw=fHfL共三十四頁(yè)一、放大器的基本概念（3）放大器的輸入、輸出阻抗 輸入阻抗是從放大器輸入端看進(jìn)去的等效阻抗；輸出(shch)阻抗是從輸出(shch)端看進(jìn)去的等效阻抗。一般來(lái)說(shuō)， Ri越大越好。Ri越大，ii就越小，從信號(hào)源索取的電流越小。當(dāng)信號(hào)源有內(nèi)阻時(shí)， Ri越大， ui就越接近uS。輸出電阻是表明放大電路帶負(fù)載能力的，Ro越小，放大電路帶負(fù)載的能力越強(qiáng)，反之則差。射頻放大器要求阻抗匹配。測(cè)量時(shí)主義的問(wèn)題：輸入電流不能直接測(cè)量，串接電阻的阻值和輸入電阻相當(dāng)；輸出電阻 不能按定義直接測(cè)量，更不能采用開(kāi)路電壓和短路電流法測(cè)量。一般是給定輸入下通過(guò)改變負(fù)載電阻（已知）

5、測(cè)量輸出電壓進(jìn)行計(jì)算。輸出電阻一般是在額定輸出狀態(tài)下測(cè)量。測(cè)量時(shí)注意散熱和放大器安全。交流測(cè)量應(yīng)注意分布參數(shù)和儀表的影響。共三十四頁(yè)一、放大器的基本概念（4）放大器的瞬態(tài)響應(yīng)和壓擺率在輸入為理想上升沿或下降沿時(shí)，輸出信號(hào)的變化速率，既輸出電壓在脈沖時(shí)的最大擺動(dòng)(bidng)速率或轉(zhuǎn)換速率。一般情況下，速率高的放大器帶寬也寬。帶寬是穩(wěn)態(tài)參數(shù)，壓擺率是瞬態(tài)參數(shù)。他們之間的近似關(guān)系： 設(shè) 則 共三十四頁(yè)一、放大器的基本概念（5）放大器的失真度 嚴(yán)格來(lái)說(shuō)，放大器是非線性的，都會(huì)存在非線性失真，是輸出端產(chǎn)生(chnshng)了輸入端所沒(méi)有的新頻率分量。失真的大小用失真度來(lái)衡量，其定義是信號(hào)中全部諧波分量

6、電壓的有效值與基波分量電壓的有效值之比。失真度的測(cè)量基本上有兩種方法：濾波法和頻譜分析法。 對(duì)于音頻功放來(lái)講，要求失真度越小越好，失真度小的音響稱為高保真度音響，即HIFI。有些地方也會(huì)提到線性失真的概念共三十四頁(yè)二、音頻(ynpn)功率放大器分析1、主要要求 額定輸出功率大： 小功率：1瓦以下，中功率1-10瓦；大功率10瓦以上 工作效率盡可能高：甲類50%; 甲乙類78.5%; ?。―）類：95%左右。 失真度盡可能低： 一般在0.1%以下， 壓擺率： 失真度與壓擺率的矛盾，是反饋與開(kāi)環(huán)的矛盾，穩(wěn)態(tài)與瞬態(tài)的矛盾 頻率范圍： 一般 60Hz-15kHz，20Hz-20kHz，直流-100kH

7、z 輸出電阻： 幾十毫歐 負(fù)載阻抗： 4歐或8歐 電源功率： 滿足功放的使用，裕量足夠，動(dòng)態(tài)特性好 散熱能力： 控制溫升 功率管安全：高電壓、大電流、高耗散功率，不能擊穿不能燒壞2、其他(qt)功能： 音調(diào)控制，頻譜顯示，立體聲解碼，DB降噪，數(shù)字音量，混響，各種保護(hù)等3、音頻功率放大器的： 音響擴(kuò)音，大功率負(fù)載驅(qū)動(dòng)，功率信號(hào)源等共三十四頁(yè)4. 甲類功率(gngl)放大器分析（1）三極管的靜態(tài)(jngti)功耗：若電源提供的平均功耗：則IcuceQuceQIcQ2022/7/219共三十四頁(yè)（2）動(dòng)態(tài)功耗(n ho)當(dāng)輸入信號(hào)(xnho)Ui 輸出功率: 要想PO大，就要使功率三角形的面積大，

8、即必須使Vom 和Iom 都要大。最大輸出功率:MNUomIom功率三角形iCuCEQUCEQICQVCC10此電路的最高效率 輸出功率小， 靜態(tài)功率大，效率低共三十四頁(yè)（3）BJT的幾種工作(gngzu)狀態(tài)甲類：Q點(diǎn)適中，在正弦信號(hào)的整個(gè)周期(zhuq)內(nèi)均有電流流過(guò)BJT。甲乙類：介于兩者之間，導(dǎo)通角大于180iCuCEQ1UCEQICQVCCiCuCEQ3ICQVCC乙類：靜態(tài)電流為0，BJT只在正弦信號(hào)的半個(gè)周期內(nèi)均導(dǎo)通。iCuCEQ2ICQVCC2022/7/2111共三十四頁(yè)結(jié)構(gòu)互補(bǔ)對(duì)稱： 電路中采用兩個(gè)(lin )晶體管：NPN、PNP各一支； 兩管特性一致。組成互補(bǔ)對(duì)稱式射極

9、輸出器。輪流交替工作（4） 乙類互補(bǔ)(h b)對(duì)稱功率放大電路 2022/7/2112ic1ic2uiuououo 死區(qū)電壓交越失真共三十四頁(yè)組合特性(txng)分析圖解法負(fù)載上的最大不失真(sh zhn)電壓為Uom=VCC- UCESiC1uCEiC2QVCCUCESUCESUom2022/7/2113共三十四頁(yè)最大不失真(sh zhn)輸出功率Pomax1.輸出功率Po分析計(jì)算(j sun)2022/7/2114共三十四頁(yè)一個(gè)(y )管子的管耗 2.管耗PT兩管管(un un)耗2022/7/2115共三十四頁(yè)3.電源(dinyun)供給的功率PE當(dāng)4.效率(xio l)最高效率max2

10、022/7/2116共三十四頁(yè)三極管的最大管耗 問(wèn)：Uom=？ PT1最大, PT1max=？用PT1對(duì)Uom求導(dǎo)，并令導(dǎo)數(shù)=0，得出(d ch)：PT1max發(fā)生在Uom=0.64VCC處。將Uom=0.64VCC代入PT1表達(dá)式：2022/7/2117共三十四頁(yè)選功率管的原則(yunz)：1. PCM PT1max =0.2PoM22022/7/2118共三十四頁(yè) tuo交越失真ui t存在(cnzi)交越失真乙類互補(bǔ)對(duì)稱(duchn)功放的缺點(diǎn)2022/7/2119共三十四頁(yè) 靜態(tài)時(shí): T1、T2兩管發(fā)射結(jié)電壓分別為二極管D1、 D2的正向?qū)▔航?，致使兩管均處于微?wiru)導(dǎo)通狀態(tài)

11、甲乙類工作狀態(tài)動(dòng)態(tài)時(shí)：設(shè) ui 加入正弦信號(hào)。正半周 T2 截止，T1 基極電位(din wi)進(jìn)一步提高，進(jìn)入良好的導(dǎo)通狀態(tài)；負(fù)半周T1截止，T2 基極電位進(jìn)一步降低，進(jìn)入良好的導(dǎo)通狀態(tài)。電路中增加 R1、D1、D2、R2支路1.基本原理 （5）甲乙類互補(bǔ)對(duì)稱功率放大電路一. 甲乙類雙電源互補(bǔ)對(duì)稱電路2022/7/2120共三十四頁(yè)uB1tUTtiBIBQ波形(b xn)關(guān)系：ICQiCuBEiBib特點(diǎn)：存在較小的靜態(tài)電流 ICQ 、IBQ 。每管導(dǎo)通時(shí)間大于半個(gè)周期，基本(jbn)不失真。 iCQuceVCC /ReVCCIBQ2022/7/2121共三十四頁(yè)2.帶前置(qin zh)放

12、大級(jí)的功率放大器 （甲乙類互補(bǔ)對(duì)稱(duchn)電路的計(jì)算同乙類）2022/7/2122共三十四頁(yè)3. 電路(dinl)中增加復(fù)合管增加復(fù)合管的目的：擴(kuò)大電流的驅(qū)動(dòng)(q dn)能力。 1 2晶體管的類型由復(fù)合管中的第一支管子決定。復(fù)合NPN型復(fù)合PNP型2022/7/2123共三十四頁(yè)4. 帶復(fù)合管的OCL互補(bǔ)(h b)輸出功放電路： T1：電壓推動(dòng)(tu dng)級(jí)（前置級(jí)） T2、R1、R2：UBE擴(kuò)大電路 T3、T4、T5、T6：復(fù)合管構(gòu)成互補(bǔ)對(duì)稱功放 輸出級(jí)中的T4、T6均為NPN型晶體管，兩者特性容易對(duì)稱。 合理選擇R1、R2，b3、b5間可得到 UBE2 任意倍的電壓。2022/7

13、/2124共三十四頁(yè)1、基本原理. 單電源(dinyun)供電；. 輸出(shch)加有大電容。（1）靜態(tài)偏置二. 甲乙類單電源互補(bǔ)對(duì)稱電路 調(diào)整RW阻值的大小，可使此時(shí)電容上電壓2022/7/2125共三十四頁(yè)（2）動(dòng)態(tài)分析（電容起到了負(fù)電源(dinyun)的作用）Ui負(fù)半周時(shí)，T1導(dǎo)通、T2截止(jizh)；Ui正半周時(shí)，T1截止、T2導(dǎo)通。2022/7/2126共三十四頁(yè)（3）輸出功率及效率(xio l)若忽略交越失真的(zhn de)影響。則：此電路存在的問(wèn)題：輸出電壓正方向變化的幅度受到限制，達(dá)不到VCC/2。2022/7/2127共三十四頁(yè)2. 帶自舉電路(dinl)的單電源功放靜

14、態(tài)(jngti)時(shí)C1充電后，其兩端有一固定電壓動(dòng)態(tài)時(shí)由于C1很大，兩端電壓基本不變，使C1上端電位隨輸出電壓升高而升高。保證輸出幅度達(dá)到VCC/2。C1、R7為自舉電路2022/7/2128共三十四頁(yè)3.帶運(yùn)放前置放大(fngd)級(jí)的功率放大(fngd)電路運(yùn)放A接成同相輸入方式作前置放大級(jí)。引入了電壓串聯(lián)負(fù)反饋。整個(gè)(zhngg)電路的電壓放大倍數(shù)： 2022/7/2129共三十四頁(yè)總結(jié)(zngji)：互補(bǔ)對(duì)稱功放的類型 互補(bǔ)對(duì)稱(duchn)功放的類型 雙電源電路又稱OCL電路 （無(wú)輸出電容）單電源電路又稱OTL電路 （無(wú)輸出變壓器）2022/7/2130橋式電路又稱BTL電路 （兩個(gè)O

15、CL或OTL）共三十四頁(yè)其他有關(guān)問(wèn)題：音調(diào)控制與音頻均衡(jnhng)保護(hù)電路反饋深度，大小反饋環(huán)路問(wèn)題與瞬態(tài)響應(yīng)問(wèn)題直流放大問(wèn)題，頻帶寬度問(wèn)題VMOS管放大器的問(wèn)題高、中、低音喇叭和分頻器問(wèn)題，低音炮問(wèn)題多聲道問(wèn)題：立體聲，5.1聲道，DTS影響音質(zhì)的因素，混響、反射與矯正問(wèn)題數(shù)字信號(hào)處理問(wèn)題動(dòng)態(tài)范圍問(wèn)題電源與散熱共三十四頁(yè)音頻功放設(shè)計(jì)注意問(wèn)題：增益問(wèn)題，取決于音源和輸出功率以及負(fù)載輸入阻抗輸出阻抗反饋，穩(wěn)定性電路結(jié)構(gòu)和器件選擇電源電壓、單雙、功率選擇，機(jī)箱結(jié)構(gòu)與散熱分頻器與喇叭的選擇印制板的設(shè)計(jì)：導(dǎo)線寬度要寬電路結(jié)構(gòu)符合原理邏輯接線方便，端子電流大控制件的位置和機(jī)箱配合抗干擾措施盡量用單面板元件(yunjin)的功率要考慮共三十四頁(yè)集成(j chn)功率放大器簡(jiǎn)介：TDA2030TDA175LM3886LM3862022/7/2133共三十四頁(yè)內(nèi)容摘要放大器的概念與音頻功率放大器的設(shè)計(jì)。放大器的輸入、輸出信號(hào)可以是電流、電壓、功率，得到：。放大器只能消耗能量，不能產(chǎn)生能量。電流一般不能直