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音频功率放大器

发布时间:2019-12-05 11:20:44? 文章来源:/? 作者:岳编辑? 阅读:次


(天津理工大学电气电子工程学院,天津市 300384)

摘要:随着科技的进步与创新,时代的发展与前进,集成电路产业不断地飞跃,集成电路已经渗透在我们生活中的各处领域,特别是便携式的电子产品。作为消费类的音频功率放大器采用集成方式实现,也是集成电路领域中重要的一部分。因此,对高性能音频功率放大器的研究与设计具有重要的实际意义。本文首先对基本共发射极与共集电极放大电路的结构和基本工作原理进行初步了解,再掌握功率放大电路和构成集成运算放大器中的基本单元电路——差分放大电路与电流源电路。最后针对功率放大器的非线性失真小,静态功耗小,电源效率尽可能高等性能,选择差动输入级功率放大器,利用Multisim仿真。

关键词:晶体管;集成运算放大器;Multisim10


音频功率放大器的设计

电压放大器

电压放大器(共发射极放大器),电压放大器是将电压输入信号的电压放大,需要非常高的电压振幅。

电流放大器

电流放大器(互补对称功率放大器)要非常大的电流输出,用来驱动负载,使声器发声,采用射跟随器输出阻抗没有电压放大,输出的阻抗非常小。

电流与电压放大器出现的问题及办法

交越失真:需要对电压放大级的电平信号进行处理,插入防止交越失真电路。为防止交越失真,要用二极管的正向通道压降对晶体管的基极与发射极间额电压进行抵消。

各级的介绍

将功放电路分为三级:

输入级:差分对,差动输入级,低输出电阻的多级直接耦合放大电路。中间级:偏置电路提供偏置电流。输出级:射级跟随器,降低输出电阻,放大提高带载能力。

图3.1 集成运放电路方框图

1.差分输入级:输入级是差分对,运用差分对的基极与发射极间的电压相互抵消,获得较低的失调电压。电路以两只管子的集电极电位差作为输出,克服了温度漂移。耦合电容C1通交流,阻直流,高频信号容易通过,低频信号难通过,直流信号被隔离。R4作为偏置电阻,为VT2晶体管基极提供静态工作电流,因为差动放大器无负反馈,差模电压增益大,容易出现失真,所以串联R5与R6衰减电阻降低增益。

2.激励级:电容C8与C9用于降低电源对GND的交流阻抗,滤除高频杂波。在晶体管VT8的基极与集电极间接入一只几十皮法的补偿电容C4,增大高频信号的本级负反馈,保证电路的稳定性。采用恒流源改善交流特性,供给静态电流,直接耦合,与激励级共用一个稳定的基准电压,R7偏置电阻,为VT1,VT6提供偏置电流。R1,VT1与R10,VT6构成比例式电流源,具有更高的温度稳定性,恒流源作为差分对的尾巴电路,共模抑制比电源纹波的抑制两方面有很大的好处。恒流源作为激励级集电极负载,大大提高动态电阻。R8,R9反馈电阻与采样电阻,C2滤波,为R9提供了交流接地通路。

3.输出级:因为输入级为电压放大电路,那么,作为电压放大电路的输出级,我设计的输出级需要满足两个要求,第一:输出电阻低。第二:最大不失真输出电压尽可能大。共集放大电路可以满足,但是,当攻击放大电路加负载后,静态工作点发生变化,输出不失真电压也减小。所以采用互补输出级,R12与R13的作用是消除交越失真。输出级的电流最大。双电源OCL电路增强输出带载能力。

图3.2 放大器设计图

音频功率放大器的仿真

直流工作点分析(DC Operating Point)

主要是用来分析电路的直流工作点。在通直流电源时,交流源被看作是零输出,电容看作开路,电感看作短路,电路中的数字器件看作高阻接地,固定状态是保持不变的。

交流分析(AC Analysis)

计算机线性电路的频率响应,包括频度和相位。在分析过程中,针对所有的非线性元器件小信号模型,计算各自的直流工作点,Multisim中会自动直流工作点分析,信号发生器是正弦波,如果设置为输出方波或者三角波,那么会自动转换为正弦波。

瞬态分析(Transient Analysis)

时域瞬态分析,激励信号的时域响应,时间的函数计算电路的响应。对所选电路节点进行时域响应分析,可以在有激励信号的情况下计算电路的时域响应,也可以无任何激励信号。

电路性能分析

会很容易的产生噪声,与此同时,通过定量的分析电路中噪声的大小。噪声防止的方法:合理的接地,采取差分放大电路传输模拟信号,电路电源输出端加上去耦电容,模拟数字地分开,信号线两边走底线,地线隔离等方法。

失真分析(Distortion Analysis)

在电路中,如果增益与相位不一样一定会造成放大电路的输出信号的失真。一般情况下,增益的非线性可能会导致谐波失真,相位的偏移会导致互调失真(内调制失真)。互调失真指的两个或两个以上的输入信号同时的输入到放大器的输入端,信号源相互之间的影响会产生互调失真。

傅里叶分析(Fourier Analysis)

用来分析复杂的周期波形,周期性非正弦信号的分析。其本质是傅里叶的公式展开,分析非正弦周期信号的直流分量,基频分量,谐波分量。一个周期信号:

参考文献

[1]童诗白,华成英.模拟电子技术基础.第三版.北京:高等教育出版社,2000.470

[2]康华光.模拟电子技术基础.第四版.北京:高等教育出版社,1996.240

[3]葛中海.音频功率放大器设计.北京:电子工业出版社,2017.49.



本文来源:音频功率放大器:/lunwen/4390.html

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