电子技术课程设计报告

电子技术课程设计报告——音频功率放大器的设计。

一﹑课程设计名称：音频功率放大器的设计。

二﹑用途：供家庭**中心装置中作主放大器用。

三﹑课程设计的目的：

一）巩固和加深对本课程基本知识的理解，提高综合运用本课程所学知识的能力。

二）培养根据课题需要选学参考书籍，查阅手册和文献资料的能力。

三）学会对实际电路方案进行分析比较﹑计算﹑选取元件﹑屏幕调试等环节的实施方法。

四）学会运用仪器设备寻找故障，从中分析解决办法，以使测试电路装置达到技术指标。

五）学会按设计任务书的要求，编写设计说明书。

四、主要技术指标：

1. 正弦波不失真输出功率po＞5w (f=1khz,rl=8ω)

2. 电源消耗功率pe＜10wpo＞5w )

3. 输入信号幅度vs=200～400mv （f=1khz，rl=8ω，po＞5w )

4. 输入电阻 ri＞10kf=1khz )

5. 频率响应 bw=50hz～15khz ( rl=8ω，po＞5w)

五、设计步骤：

一）选择otl电路形式：

otl功率放大器通常由功率输出级﹑推动级和输入级三部分组成。功率输出级有互补对称电路和复合管准互补对称电路之分，前者电路简单易行，但由于大功率管β不大，故推动级要求有一定功率，复合管准互补对称电路优点是大功率。

管可用同一型号，复合后β较大，推动级只要小功率管就可以了，但复合管饱和压降增大，故电源电压要相应高一些，晶体管数目要多一些。推动级通常是甲类放大，其工作电流应大于功率管基极推动电流，故有一定功率要求。由于推动级电压幅度与输出级相同，通常采用自举电路来达到，一般推动级都是共射极放大电路，具有一定的电压增益，输入级的目的是为增大开环增益，以便引入深度负反馈，改进电路的各项指标，输入级与推动级之间有阻容耦合和直接耦合多种形式。

本例采用较简单的互补对称otl 电路，电路结构如图1-1所示，电路中二极管d 是为消除交越失真而设。1ω电阻是稳定功放管静态电流用的。推动级的偏置由功放级引入电压并联负反馈形式进行，起稳定工作点作用。

整体交流电压串联负反馈改善放大器各项指标。

设计计算工作由后级逐渐推向前级。（二）电源电压的确定。

当负载电阻一定时，电源电压的大小直接与输出功率有关，其中n 为考虑各晶体管饱和压降及r1z 引起的损失而。

引入的电源电压利用系数，通常n=0.8左右，在本例中：

三）功率级的设计。

功放管的要求：i m c =vcc/2r l =22v/(2×8ω)=1.375a

v m c c =2

vcc=11v ，p m c =0.2p 。=1w

功率管推动电流： i b3m =i m c /β1.375a/50=27.5ma 耦合电容。

稳定电阻r 11：过大则功率损失太大，过小温度稳定性不良，通常取0.5～1ω.

01v vc c

现取1ω，2w . 四）推动级设计。

i c2﹥i b3m =27.5ma 取i c2=40ma v cc2m =vcc=22v ，p c2m =vcc/2 ﹒i c2=11﹒40=440mw

消除交越失真选二极管 2cp12（100ma,0.9v ）

r9+r10=ic2

v 2vcc

e3mb =（11-1）v/40ma=250ω 一般r10＞r9﹥﹥r l

取r9=80ω，r10=170ω

200f取200f/15v

i b2=i c2/β

0.4ma取i r8=2ma ， r8=0.7v/2ma=350ω r 7+w 2=

v c c /（i r8+i b2）=a 4m 211v

4.58k选r7=1.5k, w2=4.7k 进行调节以达最佳工作点。

当功放级达尽限运用时，推动级也达尽限运用，故推动级基极信号电流的峰值i b2m 应与静态值i b2相等，即0.4ma 。由于推动级用的是中功率晶体管，故其输入电阻为：

r e2b ≈（1+β）ei 26

66ω 推动级的负载可等效为：r 2l '=r10//r e3b +(1+β

r9//r l

其中，r e3b 为大功率管的输入电阻，由于乙类放大i e 是变化的，不好准确计算，只好以i m c /2为i e 的计算值。

r e3b ≈（1+β

ei 26

1.9ω 故 r 2l '=170//1.9+（1+50）80//8=372ω 推动级电压放大倍数a v2=-β

e2b l2

r r =-100×372/66=-564

推动级基极推动电压为： v b2m =v2cc

2v a =56411

0.02vr8对信号的分流为： i r8m =

b2mr v =0.02v/350ω

0.06ma =11v/4.58k=2.4ma

总推动信号交流峰值为：0.4+0.06+2.4=2.86ma

五）输入级设计。

由于推动级需要2.86ma 的交流推动信号，故输入级静态电流应大于2.86ma 。

取i c1=4ma 。推动级所需电压信号只0.2v ，故输入级电压的配置可较随便，取r 3﹑r 4为2k ω，r 6为1k ω，则r 3﹑r 4降落8v ，r 6降落4v ，vce=22v-2×8v-4v=2v , vce '=vcc-4v=18v ，取t1为3dg6（100mw,20v,20ma,β=100）。

i b1=i c1/β=4ma/100=0.04ma ，取i r2=4i b1=0.16ma

则 r2=(4ma ×2k ω+0.7v)/0.16ma=54.4k ω取 r2=51k ω

r1=（18v-8.7v ）/0.16ma=58.1k ω 取r1=58k ω

耦合电容凭经验选取c2=c3=10f/10v, c4=（100-200）f/15v （六）负反馈设计。

取r5=8ω，不要太大，以免降低总开环倍数。

r e1b =200+（1+β1）26/i e1=200+657=857ω

总开环倍数为：

**o=**1﹒**2﹒**3.4=（-0.42）×（564）×1=237（倍）

根据题意要求：a vf =vi vo =mv

o 3o r p l o =21倍。

故 1+a vo f v =vf

vo a a =237/21=11.3＞10，所以是深度负反馈。 a vf =v

f 1=（r 12+r 5）/r 5≈21，故 r 12≈160ω 取 r 12=100ω（电阻）+470ω（电位器）以便于调试。

七）电路指标验算：

不失真功率po

设t 3、t 4的v es c 等大约要损失电源电压2v ，则实际输出幅度。

v m o =vcc/2-2=9v ∴po=l 2

mo 2r v =92/(2×8)=5.06w ＞5w

电源消耗功率p e =l

m o c c r v v π=7.88w ＜10w ⒊ 灵敏度（可计算闭环增益a vf ）

a vf =(r f +r 5)/r 5=(160+8)/8=21， a vf =vi

vo =i l v r p o ∴vi=vf l

o r p a =21

8o65=303mv ，满足要求若不满足可调r f 。

输入电阻ri ri=

11.1k ω＞10k ω，符合指标要求。

5.频率响应的分析：

低频响应取决于各级耦合电容及旁路电容，开环选取已考虑足够大，再加负反馈已无问题。

高频响应主要由2z730决定，因它的f β≈5kc,而其它硅npn 晶体管频率都较高，由于深度负反馈，故高频响应提高到10kc 应当也无问题。图中增加了一只c8，是为消除寄生振荡而设的，若实际使用时没有寄生振荡，则以不用为好，因为用了c8，高频响应将会差一些。c7电容是为消除电源引线太长引起的寄生。

振荡，通常用一只不太大的电容即可，现取100f/22v的电容值。

六、电路**及调试。

静态调试：输出级中点电压vo=1/2vcc=11v

安装完毕并检查电路，接线无误后，可接上负载和电源，首先用万用表电压档测量功放级中点电压。调节电位器w2可改变中点电压的数值，将中点电压的数值固定在电源电压的一半（约11v）,由下图可知：vo=10.

95v。

动态调试。输出功率po：

8ω，输出波形基本不失真时，测出输出电压值vo 在f=1khz，r

l必须大于6.325v,计算出输出功率大于5w。

逐步加大输入信号，观察示波器波形，直到出现切峰失真为止，这时毫伏表读数应能达到6.325v 以上。

由下图可知：vo=6.335v ∴po=l

2r vo =5.02w ＞

5w ②灵敏度测试：在 f=1khz ，rl=8ω， po ＞5w 时，测出vs 的值，必须控制在200～400mv 之间。

方法：将信号略减小使输出保持约6.325伏，测输入电压的值。由下图可知：vs=250mv ， vo=6.335v

电源消耗功率：用电流表测量电源电流，计算电源消耗的功率。

由下图可知：i

e =418.4ma，∴pevcci

e9.2w

输入电阻ri

在放大器输入端串一只10k 电阻r1，保持输出5w 功率，分别测出r1前端电压值v1和后端电压值v2，计算出输入电阻。r i =2

12_v v v r 1 由下图可知：v1=600mv ，v2=600mv-271.6mv=328.4mv

r i =212_v v v r 1=328.4х10k ω/600-328.4)=12.09k ω＞10k ω

频率响应。在上述情况下增加或降低输入信号频率（幅度不变），输出电压随之下降，当其下降到原来的0.707倍时，或输出波形产生明显失真，记。

下放大器的上、下限频率值。

由上图可知：下限频率为13.0729hz ，上限频率为634.8492mhz 。

七、小结。这次课程设计锻炼了我查阅资料、进行方案构思、独立学习的能力。在设计过程中，我按照指导老师的要求逐步完善设计方案，完成了设计任务，但在设计过程中也出现了好多问题。

由于理论知识的不足，再加上平时没有什么设计经验，一开始不知从何入手，但在经过仔细查询资料和同学们的热心帮助下，我顺利地完成了设计。在设计过程中，参数的选取是十分重要的，如果选取得不合适，波形就会出现失真现象，这时，就应该调整参数，重新连接电路并调试。计算过程比较复杂，在计算时要仔细认真，否则，数据很容易就会算错。

这几天的忙碌让我感到很充实，看看自己做出来的东西，感到很高兴。课程设计不仅是对前面所学知识的一种检验，而且也是对自己能力的一种提升。这次课程设计使我明白了自己原来的电路知识还不是很好，要学的东西还有很多，以前老觉得自己好多东西都懂了、都会了，现在才发现自己是眼高手低。

通过这次课程设计，我才明白学习是一个长期积累的过程，在以后的生活中我应该不断的学习，努力提高自己的综合素质。

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