D类功放电路介绍(入门经典)

传统的音频功率放大器有a类、ab类、b类、c类等几种，其功率放大器件（电子管、晶体管、场效应管、集成电路等）均工作于线性放大区域，属线性放大器，其效率普遍不高，通常ab类放大器的效率不会超过60%。采用d类开关放大电路可明显提高功放的效率。d类功放将音频信号转变为宽度随信号幅度变化的高频脉冲，控制功率管以相应的频率饱和导通或截止，功率管输出的信号经低通滤波器驱动扬声器发声。因功率管大部分时间处于饱和导通和截止状态，功率损耗很小，其效率可达90%以上。典型的d类功放可提供200w输出，效率达94%，谐波失真在1%~2.8%。d类功放保真度不如线性放大器，但在很多场合已能满足要求，例如汽车音响系统只要求低功率输出时失真小于2%，满功率输出时小于5%，而且经过改进d类功放的性能还将有所提高。另外，d类功放不存在交越失真。d类开关放大器的概念源于50年前，但因其工作频率至少应为音频信号上限频率（20khz）的4~5倍，早期采用电子管、晶体管的电路在功率、效率等方面还不能充分体现其优越性。20世纪80年代出现了开关速度和导通损耗满足要求的mosfet，近年来又出现了集成前置驱动电路，如harris公司的hip4080，从而推动了d类功放的实用发展。d类功放所用的mosfet为n沟道型，因为n型沟道mosfet的导通损耗仅为相应规格的p沟道mosfet的1/3。d类开关放大器由积分器、占空比调制器、开关驱动电路及输出滤波器组成，图1(a)所示的电路为采用半桥驱动的d类功放，它采用了固定频率的占空比调制器，功率管输出的方波信号与音频信号混合作为负反馈信号送入积分器。积分器

兼有滤波作用，输出修正信号送占空比调制器，占空比调制器由比较器和三角波发生器组成[图1(b)]，用修正信号对三角波进行调制产生调制输出，推动功率管工作。负反馈应取自低通滤波器之前，否则因滤波后的信号与输入的信号有相位差（二阶滤波器可能引起180°的相位差），可能引起电路自激，需采用复杂的相位补偿电路。

驱动功率管的调制信号为占空比随音频输入信号变化的方波，半桥驱动电路以相反的相位驱动两个功率管，一个导通时另一个截止。采用方波驱动是为了使mosfet尽可能地改变工作状态，减少其处于线性放大区的时间，从而减少热损耗，提高效率。该电路的效率主要取决于功率管的开关损耗和导通损耗。输出滤波器将方波转变为放大的音频信号，推动扬声器发声。图2为全桥驱动d类功放的原理简图。全桥驱动电路中负载上的电压峰峰值两倍于电源电压，因而可用单电源代替半桥驱动电路

中的双电源供电。全桥驱动与半桥驱动电路工作原理相似，但采用了四个mosfet。反馈网络中的滤波电路也有所不同，该电路中负载采用浮动接法，需要两个低通滤波器来消除载波。四个功率管两两成对工作，为防止短路，驱动电路在关断一对功率管后过一段时间才开启另一对功率管。全桥中的功率管只需承受半桥中一半的电压，其导通损耗比半桥电路要小，这是因为mosfet导通时的漏源电阻rds(on)与漏源电压bvdss不成线性关系，串联的两个mosfet总的rds(on)比bvdss增加一倍时单管的rds(on)小。

图２全桥驱动d类功放电路简图功率管的选择需要考虑以下几点：峰值工作电压、工作电流、开关速度、开关损耗、导通损耗。峰值工作电压和电流决定了mosfet的规格，开关损耗、导通损耗及输出滤波损耗决定了输出级的效率。计算公式如下

例如，要在8ω负载上获得100w输出，vp为40v，ip为5a，考虑到工作电压应留25%的裕量，相应的mosfet规格为50v/5a。选择内部包含一个具有较短反向恢复时间的二极管的mosfet可减小开关损耗，目前较快的反向恢复时间约100ns。较低的工作频率、较小的栅—源电容及较高驱动能力的驱动电路都有助于减小开关损耗。工作频率过低会使输出滤波器的设计变得困难，过高又会导致开关损耗增加并产生射频干扰及电磁干扰，因此选择工作频率时需要综合考虑。解决了开关损耗问题之后，d类开关放大器的效率主要取决于功率管的导通损耗，换言之，选用rds(on)较小的mosfet可提高放大器的效率。例如，mosfet的rds(on)为200mω，放大器效率比理想状态下降5%，公式如下

δη=2xrds(on)/zl=0.4/8=0.05式中因子2对应于全桥驱动电路。同样，当rds(on)为80mω时，效率损失只有2%，也就是说效率取决于器件的制造工艺。图3所示为图2中反馈网络的电路，功率管输出信号经ic1c处理成为反馈信号，其幅值约为输出信号的1/11。音频输入信号经缓冲放大器ic1b放大，与反馈信号一同送至积分器ic1a，经处理产生修正信号送图3中驱动ic的比较器反相输入端，从而产生调制输出。图3中还有另一路反馈取自电流采样电阻，驱动ic据此对mosfet作过流保护。

图３全桥驱动d类功放反馈网络电路该放大器的输出采用了两个巴特沃斯滤波器为负载提供音频驱动电流，巴特沃斯滤波器保证了全频段内的平滑频响，可使放大器具有良好的动态响应。图4中四结巴特沃斯滤波器的截止频率为30khz，对250khz载波的衰减为74db，增加阶数或降低截止频率可更有效地消除载波。巴特沃斯滤波器工作时要求负载为恒定值，而扬声器在高频下将处于失控状态，因此扬声器两端并联了rc滤波网络补偿，以保证高频时电路的稳定。

图４截止频

率为30khz的四阶巴特沃斯滤波器该放大器驱动4ω负载输出100w 时，信号频率8khz以下的失真（thd+n）不到1%，如图5(a)所示，信号频率超过8khz时，放大器的非线性度增大，thd+n也随之增加，在12khz处达到最大(2.8%)，超过12khz，输出滤波器开始发挥作用，thd+n也随之下降。在通常工作的小功率情况下，失真状况有所改善，输出10w时全频带范围内的thd+n小于1.2%，如图5(b)所示。

图５带四阶滤波器d类功放失真曲线失真特性通过滤波器及反馈网络的选择加以修改，以适应不同场合的要求。反馈网络选用高素质的运放、修改补偿电路、提高三角波的线性度这几项措施均有助于降低失真和残余噪声。在实际应用中，输出滤波器与扬声器的阻抗相匹配可降低放大器的闭环频响，改善放大器的失真特性。

在音响领域里人们一直坚守着A类功放的阵地。认为A类功放声音最为清新透明，具有很高的保真度。但是，A类功放的低效率和高损耗

却是它无法克服的先天顽疾。B类功放虽然效率提高很多，但实际效率仅为50%左右，在小型便携式音响设备如汽车功放、笔记本电脑音频系统和专业超大功率功放场合，仍感效率偏低不能令人满意。所以，效率极高的D类功放，因其符合绿色革命的潮流正受着各方面的重视。

由于集成电路技术的发展，原来用分立元件制作的很复杂的调制电路，现在无论在技术上还是在价格上均已不成问题。而且近年来数字音响技术的发展，人们发现D类功放与数字音响有很多相通之处，进一步显示出D类功放的发展优势。

D类功放是放大元件处于开关工作状态的一种放大模式。无信号输入时放大器处于截止状态，不耗电。工作时，靠输入信号让晶体管进入饱和状态，晶体管相当于一个接通的开关，把电源与负载直接接通。理想晶体管因为没有饱和压降而不耗电，实际上晶体管总会有很小的饱和压降而消耗部分电能。这种耗电只与管子的特性有关，而与信号输出的大小无关，所以特别有利于超大功率的场合。在理想情况下，D类功放的效率为100%，B类功放的效率为78.5%，A类功放的效率才50%或25%（按负载方式而定）。

D类功放实际上只具有开关功能，早期仅用于继电器和电机等执行元件的开关控制电路中。然而，开关功能（也就是产生数字信号的功能）随着数字音频技术研究的不断深入，用与Hi-Fi音频放大的道路却日益畅通。20世纪60年代，设计人员开始研究D类功放用于音

频的放大技术，70年代Bose公司就开始生产D类汽车功放。一方面汽车用蓄电池供电需要更高的效率，另一方面空间小无法放入有大散热板结构的功放，两者都希望有D类这样高效的放大器来放大音频信号。其中关键的一步就是对音频信号的调制。

图1是D类功放的基本结构，可分为三个部分：

图１D类功放基本结构

第一部分为调制器，最简单的只需用一只运放构成比较器即可完成。把原始音频信号加上一定直流偏置后放在运放的正输入端，另通过自激振荡生成一个三角形波加到运放的负输入端。当正端上的电位高于负端三角波电位时，比较器输出为高电平，反之则输出低电平。若音频输入信号为零、直流偏置三角波峰值的1/2，则比较器输出的高低电平持续的时间一样，输出就是一个占空比为1：1的方波。当有音频信号输入时，正半周期间，比较器输出高电平的时间比低电平长，方波的占空比大于1：1；负半周期间，由于还有直流偏置，所以比较器正输入端的电平还是大于零，但音频信号幅度高于三角波幅度的时间却大为减少，方波占空比小于1：1。这样，比较器输出的

波形就是一个脉冲宽度被音频信号幅度调制后的波形，称为PWM （Pulse Width Modulation脉宽调制）或PDM（Pulse Duration Modulation脉冲持续时间调制）波形。音频信息被调制到脉冲波形中。{{分页}}

第二部分就是D类功放，这是一个脉冲控制的大电流开关放大器，把比较器输出的PWM信号变成高电压、大电流的大功率PWM信号。能够输出的最大功率有负载、电源电压和晶体管允许流过的电流来决定。

第三部分需把大功率PWM波形中的声音信息还原出来。方法很简单，只需要用一个低通滤波器。但由于此时电流很大，RC结构的低通滤波器电阻会耗能，不能采用，必须使用LC低通滤波器。当占空比大于1：1的脉冲到来时，C的充电时间大于放电时间，输出电平上升；窄脉冲到来时，放电时间长，输出电平下降，正好与原音频信号的幅度变化相一致，所以原音频信号被恢复出来，见图2。

图２模拟D类功放工作原理

D类功放设计考虑的角度与AB类功放完全不同。此时功放管的线性已没有太大意义，更重要的开关响应和饱和压降。由于功放管处理的脉冲频率是音频信号的几十倍，且要求保持良好的脉冲前后沿，所以管子的开关响应要好。另外，整机的效率全在于管子饱和压降引起的管耗。所以，饱和管压降小不但效率高，功放管的散热结构也能得到简化。若干年前，这种高频大功率管的价格昂贵，在一定程度上限制了D类功放的发展。现在小电流控制大电流的MOSFET已普遍运用于工业领域，特别是近年来UHC MOSFET已在Hi-Fi功放上应用，器件的障碍已经消除。

调制电路也是D类功放的一个特殊环节。要把20KHz以下的音频调制成PWM信号，三角波的频率至少要达到200KHz。频率过低达到同样要求的THD标准，对无源LC低通滤波器的元件要求就高，结构复杂。频率高，输出波形的锯齿小，更加接近原波形，THD小，而且可以用低数值、小体积和精度要求相对差一些的电感和电容来制成滤波器，造价相应降低。但此时晶体管的开关损耗会随频率上升而上升，无源器件中的高频损耗、谢频的取肤效应都会使整机效率下降。更高的调制频率还会出现射频干扰，所以调制频率也不能高于1MHz。

同时，三角波形的形状、频率的准确性和时钟信号的抖晃都会影响到以后复原的信号与原信号不同而产生失真。所以要实现高保真，出现了很多与数字音响保真相同的考虑。

还有一个与音质有很大关系的因数就是位于驱动输出与负载之间的无源滤波器。该低通滤波器工作在大电流下，负载就是音箱。严格地讲，设计时应把音箱阻抗的变化一起考虑进去，但作为一个功放产品指定音箱是行不通的，所以D类功放与音箱的搭配中更有发烧友驰骋的天地。实际证明，当失真要求在0.5%以下时，用二阶Butterworth最平坦响应低通滤波器就能达到要求。如要求更高则需用四阶滤波器，这时成本和匹配等问题都必须加以考虑。

近年来，一般应用的D类功放已有集成电路芯片，用户只需按要求设计低通滤波器即可。

放大电路的组成及工作原理

2、4 放大电路的组成及工作原理 参考教材:《模拟电子技术基础》孙小子张企民主编西安:西安电子科技大学出版社 一、教学目标及要求 1、通过本次课的教学,使学生了解晶体管组成的基本放大电路的三种类型,掌 握放大电路的组成元器件及各元器件的作用,理解放大电路的工作原理。 2、通过本节课的学习,培养学生定性分析学习意识,使学生掌握理论结合生活 实际的分析能力。 二、教学重点 1、共发射极放大电路的组成元器件及各元器件作用; 2、共发射极放大电路的工作原理。 三、教学难点 1、共发射极放大电路的组成元器件及各元器件作用; 2、共发射极放大电路的工作原理。 四、教学方法及学时 1、讲授法 2、1个学时 五、教学过程 （一）导入新课 同学们,上节课我们已经学习了晶体管内部载流子运动的特性以及由此引起的晶体管的一些外部特性,比如说晶体管的输入输出特性等,在这里,我要强调一下,我们需要把更多的注意力放在关注晶体管的外部特性上,而没有必要细究内部载流子的特点。由晶体管的输出特性,我们知道,当晶体管的外部工作条件不同时,晶体管可以工作在三个不同的区间。分别为:放大区、截止区、饱与区,其中放大区就是我们日常生活中较为常用的一种工作区间。大家就是否还记得,晶体管工作在放大区时所需要的外部条件就是什么不(发射结正偏,集电结反偏)？这节课,我们将要进入一个晶体管工作在放大区时,在实际生活中应用的新内容学习。 2、4放大器的组成及工作原理 一、放大的概念 放大: 利用一定的外部工具,使原物体的形状或大小等一系列属性按一定的比例扩大的过程。日常生活中,利用扩音机放大声音,就是电子学中最常见的放大。其原理框图为: 声音声音 扩音器原理框图 由此例子,我们知道,放大器大致可以分为:输入信号、放大电路、直流电源、输出信号等四部分,它主要用于放大小信号,其输出电压或电流在幅度上得到了放大,输出信号的能量得到了加强。对放大电路的基本要求:一就是信号不失真,二就是要放大。 二、基本放大电路的组成

浅谈音响功放的工作原理

浅谈音响功放的工作原理 音响中的功放是整个音响设备中的关键部件,所以音响发烧友们都在其上不惜花费人力物力财力进行"摩机",在电源部分,电路的整体布局,用料等方面进行不断改良.本人并不是超级发烧友,充其量算是一位音响爱好者吧,为此在这里我就以一个音响爱好者的身份谈一谈我对音响功放的看法. 功放分胆机与石机,先讨论石机.石机最初的功放为甲类功放,这类功放的功放管的工作点选在管子的线性放大区,所以就算在没有信号输入的情况下,管子也有较大的电流流过,且其负载是一个输出变压器,在信号较强时由于电流大,输出变压器容易出现磁饱和而产生失真,另外为了防止管子进入非线性区,此类放大器往往都加有较深度的负反馈,所以这种功放电路效率低,动态范围小,且频响特性较差.对此人们又推出了一种乙类推挽式功率放大器,这类功放电路其功放管工作在乙类状态,即管子的工作点选在微道通状态,两个放大管分别放大信号的正半周和负半周,然后由输出变压器合成输出.所以流过输出变压器的两组线圈电流方向相反,这就大大地减少了输出变压器的磁饱和现象.另外由于管子工作在乙类状态,这样不仅大大的提高了放大器的效率且也大大的提高了放大器的动态范围,使输出功率大大提高.所以这种功放电路曾流行一时.但人们很快发现,此种功电路由于其功放管工作在乙类工作状态,所以存在小信号交越失真的问题,而且电路需使用两个变压器(一个输出变压器,一个输入变压器),由于变压器是感性负载,所以在整个音频段内,负载特性不均衡,相移失真较严重.为此人们又推出了一种称为OTL的功率放大电路.这种电路的形式其实也是一种推挽电路形式,只不过是去掉了两个变压器,用一个电容器和输出负载进行藕合,这样一来大大的改善了功放的频响特性.晶体管构成的功放电路有了质的飞跃,后来人们又改良了此种电路,推出了OCL和BTL电路,这种电路将输出电容也去掉了,放大器与扬声器采取直接藕合方式,直到现在由晶体管组成的功放电路,其结构基本上是OCL电路或BTL电路.OCL电路与OTL电路不同之处是采取了正负电源供电法,从而能将输出电容取消掉.BTL电路是由两个完全独立的功放模块搭建组成,如图C所示.IC1放大输出的信号一部分通过IC2反相输入端,经IC2反相放大输出,负载(扬声器)则接在两放大器输出之间,这样扬声器就获得由IC1和IC2放大相位相差180度的合成信号了. 不论是OCL或BTL功放电路,由于其去除了输出变压器和输出电容器,使放大器的频响得到展宽。与扬声器配接方面，当功率放大器连接一个标称阻抗低于

经典运放电路分析(经典)

从虚断，虚短分析基本运放电路 运算放大器组成的电路五花八门，令人眼花瞭乱，是模拟电路中学习的重点。在分析它的工作原理时倘没有抓住核心，往往令人头大。为此本人特搜罗天下运放电路之应用，来个“庖丁解牛”，希望各位看完后有所斩获。 遍观所有模拟电子技朮的书籍和课程，在介绍运算放大器电路的时候，无非是先给电路来个定性，比如这是一个同向放大器，然后去推导它的输出与输入的关系，然后得出Vo=(1+Rf)Vi，那是一个反向放大器，然后得出 Vo=-Rf*Vi……最后学生往往得出这样一个印象：记住公式就可以了！如果我们将电路稍稍变换一下，他们就找不着北了！ 今天，教各位战无不胜的两招，这两招在所有运放电路的教材里都写得明白，就是“虚短”和“虚断”，不过要把它运用得出神入化，就要有较深厚的功底了。 虚短和虚断的概念 由于运放的电压放大倍数很大，一般通用型运算放大器的开环电压放大倍数都在80 dB以上。而运放的输出电压是有限的，一般在 10 V～14 V。因此运放的差模输入电压不足1 mV，两输入端近似等电位，相当于“短路”。开环电压放大倍数越大，两输入端的电位越接近相等。 “虚短”是指在分析运算放大器处于线性状态时，可把两输入端视为等电位，这一特性称为虚假短路，简称虚短。显然不能将两输入端真正短路。 由于运放的差模输入电阻也很大，一般通用型运算放大器的输入电阻都在1MΩ以上。因此流入运放输入端的电流往往不足1uA，远小于输入端外电路的电流。故通常可把运放的两输入端视为开路，且输入电阻越大，两输

入端越接近开路。“虚断”是指在分析运放处于线性状态时，可以把两输入端视为等效开路，这一特性称为虚假开路，简称虚断。显然不能将两输入端真正断路。 在分析运放电路工作原理时，首先请各位暂时忘掉什么同向放大、反向放大，什么加法器、减法器，什么差动输入……暂时忘掉那些输入输出关系的公式……这些东东只会干扰你，让你更糊涂﹔也请各位暂时不要理会输入偏置电流、共模抑制比、失调电压等电路参数，这是设计者要考虑的事情。我们理解的就是理想放大器（其实在维修中和大多数设计过程中，把实际放大器当做理想放大器来分析也不会有问题）。 好了，让我们抓过两把“板斧”------“虚短”和“虚断”，开始“庖丁解牛”了。 1）反向放大器： 图1 图一运放的同向端接地=0V，反向端和同向端虚短，所以也是0V，反向输入端输入电阻很高，虚断，几乎没有电流注入和流出，那么R1和R2相当于是串联的，

功放电路设计说明书

功率放大器（OTL ） 一、基本原理及原理图 下图为乙类推挽功率放大器的电路原理图。图中，Q1和Q2为两个特 性配对的互补功率管（NPN 型和PNP 型）；若忽略功率管发射结导通电压，则当V1正半周时，NPN 型Q1管导通、PNP 型Q2管截止，i 1C （≈i 1E ）为处于正半周的半个正弦波；当V1负半周时，Q1管截止、Q2管导通，i 1C （≈i 1E ）为处于负半周的半个正弦波，通过R L 的电流i L ＝ i 1E －i 2E ，合成完整的正弦波。但在实际电路中由于有导通电压，零偏置会使输出电压波形产生交越失真，图中选用二极管偏置电路为互补功率管加合适的偏置电压，使之工作在乙类状态，减小失真且具有高热稳定性；采用单电源供电（加大容量的C3）使两互补管电压均是2 1V CC ；互补管间加两个电阻帮助两管散热；输入信号为互补功率管提供振幅接近电源电压的推动电压，产生自举效应；设计合适的参数使此电路高效地使功率放大相应的倍数驱动负载。 功率放大器电路原理图 二、设计步骤 1.设计要求： （分立元件）设计并仿真功率放大器（OTL ），要求： ① 电压增益：5倍以上

②负载：0.5W以上（8Ω扬声器） ③频率范围：20Hz~20kHz 2.设计过程： ①电源的选取： 由P＝I2R L ＝U2／R L （R L ＝8Ω）得U＝2V ∴U P P-＝2×2√2≈5.7V ∴V CC ＝15V ②电阻的选取： P＝I2R L ＝U2／R L ，令U=3v，I L R ＝ 2 1U P P- ／R L ≈350mA (β＝100) ∴i 1 B ＝I L R ／β＝3.5mA 取i 3 R ＝20mA ∴R 5＋R 6 ＝3／（20mA）≈150 ∴R 5 ＝10Ω，R 6 ＝90Ω ∵R2／（R 1＋R 2 ＋R 9 ）＝3＋0.7＝3.7 即R 1 ／（R 2 ＋R 9 ）≈4 取调试好的R 1＝10kΩ，R 2 ＝41kΩ（R 2 为1kΩ，起保护作用；R 9 可 调） 令R 3＝600Ω，R 4 可调，不要取太大，起到作用即可 取R 7＝R 8 ＝1Ω（一般取小点） ③电容的选取： C1＝10uF，C2＝47uF，C3＝470 uF (电容大，交流压降趋于零) 三、仿真调试 1. 仿真电路图：

运算放大器11种经典电路

运算放大器组成的电路五花八门，令人眼花瞭乱，是模拟电路中学习的重点。在分析它的工作原理时倘没有抓住核心，往往令人头大。特搜罗天下运放电路之应用，来个“庖丁解牛”，希望各位从事电路板维修的同行，看完后有所收获。 遍观所有模拟电子技朮的书籍和课程，在介绍运算放大器电路的时候，无非是先给电路来个定性，比如这是一个同向放大器，然后去推导它的输出与输入的关系，然后得出Vo=(1+Rf)Vi，那是一个反向放大器，然后得出 Vo=-Rf*Vi……最后学生往往得出这样一个印象：记住公式就可以了！如果我们将电路稍稍变换一下，他们就找不着北了！偶曾经面试过至少100个以上的大专以上学历的电子专业应聘者，结果能将我给出的运算放大器电路分析得一点不错的没有超过10个人！其它专业毕业的更是可想而知了。 今天，芯片级维修教各位战无不胜的两招，这两招在所有运放电路的教材里都写得明白，就是“虚短”和“虚断”，不过要把它运用得出神入化，就要有较深厚的功底了。 虚短和虚断的概念 由于运放的电压放大倍数很大，一般通用型运算放大器的开环电压放大倍数都在80 dB以上。而运放的输出电压是有限的，一般在 10 V～14 V。因此运放的差模输入电压不足1 mV，两输入端近似等电位，相当于“短路”。开环电压放大倍数越大，两输入端的电位越接近相等。 “虚短”是指在分析运算放大器处于线性状态时，可把两输入端视为等电位，这一特性称为虚假短路，简称虚短。显然不能将两输入端真正短路。 由于运放的差模输入电阻很大，一般通用型运算放大器的输入电阻都在1MΩ以上。因此流入运放输入端的电流往往不足1uA，远小于输入端外电路的电流。故通常可把运放的两输入端视为开路，且输入电阻越大，两输入端越接近开路。“虚断”是指在分析运放处于线性状态时，可以把两输入端视为等效开路，这一特性称为虚假开路，简称虚断。显然不能将两输入端真正断路。 在分析运放电路工作原理时，首先请各位暂时忘掉什么同向放大、反向放大，什么加法器、减法器，什么差动输入……暂时忘掉那些输入输出关系的公式……这些东东只会干扰你，让你更糊涂﹔也请各位暂时不要理会输入偏置电流、共模抑制比、失调电压等电路参数，这是设计者要考虑的事情。我们理解的就是理想放大器（其实在维修中和大多数设计过程中，把实际放大器当做理想放大器来分析也不会有问题）。

OCL功率放大器的设计报告解析

课程设计报告 题目：由集成运放和晶体管组成的OCL 功率放大器的设计 学生姓名：郭二珍 学生学号： 07 系别：电气学院 专业：自动化 届别： 2015年 指导教师：廖晓纬 电气信息工程学院制 2014年3月

OCL功率放大器的设计 学生：郭二珍 指导老师：廖晓纬 电气学院10级自动化 1、绪论 功率放大器(简称功放)的作用是给音频放大器的负载R L(扬声器)提供一定的输出功率。当负载一定时，希望输出的功率尽可能大，输出信号的非线性失真尽可能地小，效率尽可能高。 OCL是英文Output Capacitor Less的缩写，意为无输出电容的功率放大器。采用了两组电源供电，使用了正负电源。在输入电压不太高的情况下，也能获得较大的输出频率。省去了输出端的耦合电容，使放大器的频率特性得到扩展。OCL 功率放大器是一种直接耦合的功率放大器，它具有频响宽、保真度高、动态特性好及易于集成化等特点。性能优良的集成功率放大器给电子电路功放级的调试带来了极大的方便。集成功率放大电路还具有输出功率大、外围元件少、使用方便等优点，因此在收音机、电视机、扩音器、伺服放大电路中也得到了广泛的应用。 功率放大器可分为三种工作状态：(1)甲类工作状态Q点在交流负载的中点，输出的是一种没有削波失真的完整信号，但效率较低。(2)乙类工作状态Q点在交流负载线和IB=0输出特性曲线的交界处，放大器只有半波输出，存在严重的失真。 (3)甲乙类工作状态Q点在交流负载线上略高于乙类工作点处，克服了乙类互补电路产生交越失真，提高了效率。 因此，本设计可采用甲乙类互补电路。

2、内容摘要 本设计中要求设计一个由集成运放和晶体管组成的OCL功率放大器。在输入正弦波幅度Ui等于200mV，负载电阻R L等于8Ω的条件下最大输出不失真功率P ≥2W，功率放大器的频带宽度BW≥80Hz~10KHZ o 功率放大电路实质上是能量转换电路，它主要要求输出功率尽可能大，效率尽可能的高，非线性失真尽可能要小，功率器件的散热较好。 本设计选用的是双电源供电的OCL互补推挽对称功放电路。 此推挽功率放大器的工作状态为甲乙类，其目的是为了减少“交越失真”。 由于两管的工作点稍高于截止点，因而均有一很小的静态工作电流I CQ。这样，便可克服管子的死区电压，使两管交替工作处的负载中电流能按正弦规律变化，从而克服了交越失真。 OCL互补推挽对称功放电路一般包括驱动级和功率输出级，前者为后者提供一定的电压幅度，后者则向负载提供足够的信号频率，以驱动负载工作。 因此，需要设计两部分，即驱动级和功率输出级。

功率放大器,功率放大器的特点及原理

功率放大器,功率放大器的特点及原理是什么? 利用三极管的电流控制作用或场效应管的电压控制作用将电源的功率转换为按照输入信号变化的电流。因为声音是不同振幅和不同频率的波，即交流信号电流，三极管的集电极电流永远是基极电流的β倍，β是三极管的交流放大倍数，应用这一点，若将小信号注入基极，则集电极流过的电流会等于基极电流的β倍，然后将这个信号用隔直电容隔离出来，就得到了电流(或电压)是原先的β倍的大信号，这现象成为三极管的放大作用。经过不断的电流及电压放大，就完成了功率放大。 功率放大器，简称“功放”。很多情况下主机的额定输出功率不能胜任带动整个音响系统的任务，这时就要在主机和播放设备之间加装功率放大器来补充所需的功率缺口，而功率放大器在整个音响系统中起到了“组织、协调”的枢纽作用，在某种程度上主宰着整个系统能否提供良好的音质输出。 一、功率放大器的特点 向负载提供信号功率的放大器，通常称为功率放大器。功率放大器工作时，信号电压和电流的幅度都比较大，因此具有许多不同于小信号放大器的特点。 l．功率放大器的效率 功串放大的实质是通过晶体管的控制作用，把电源提供给放大器的直流功率转换成负载上的交流功率。交流输出功串和直流电源功率息息相关。一个功率放大器的直流电源提供的功率究竟能有多少转换成交流输出功率呢？我们当然希望功率放大器最好能把直流功率（PE= EcIc）百分之百转换成交流输出功率（Psc＝Uscisc）实际上却是不可能的。因为晶体管自身要有一定的功率消耗，各种电路元件（电阻、变压器等）要消耗一定的功率，这就有个效率问题了。放大器的效率η指输出功率Psc与电源供给的直流动率PE之比，即通常用百分比表示： η=Psc/PE 通常用百分比表示： η=Psc/PE×100% 效率越高，表示功率放大器的性能越好。 晶休管在大信号工作条件下，工作点会上下大幅度摆动。一旦工作点跳出输入或输出特性曲线的线性区，就会出现非线性失真。所以对声频功率放大器来说，输出功率总要和非线性失真联系在一起考虑。一般声频功率放大器都有两个指标棗最大输出功率和最大不失真输

几个常用经典差动放大器应用电路详解资料

几个常用经典差动放大器应用电路详解 成德广营浏览数：1507发布日期：2016-10-10 10:48 经典的四电阻差动放大器（Differential amplifier，差分放大器）似乎很简单，但其在电路中的性能不佳。本文从实际生产设计出发，讨论了分立式电阻、滤波、交流共模抑制和高噪声增益的不足之处。关键词：CMRR差动放大器差分放大器 简介 经典的四电阻差动放大器（Differential amplifier，差分放大器）似乎很简单，但其在电路中的性能不佳。本文从实际生产设计出发，讨论了分立式电阻、滤波、交流共模抑制和高噪声增益的不足之处。 大学里的电子学课程说明了理想运算放大器的应用，包括反相和同相放大器，然后将它们进行组合，构建差动放大器。图 1 所示的经典四电阻差动放大器非常有用，教科书和讲座 40 多年来一直在介绍该器件。 图 1. 经典差动放大器 该放大器的传递函数为： 若R1 = R3 且R2 = R4，则公式 1 简化为：

这种简化可以在教科书中看到，但现实中无法这样做，因为电阻永远不可能完全相等。此外，基本电路在其他方面的改变可产生意想不到的行为。下列示例虽经过简化以显示出问题的本质，但来源于实际的应用问题。 CMRR 差动放大器的一项重要功能是抑制两路输入的共模信号。如图1 所示，假设V2 为 5 V，V1 为 3 V，则4V为共模输入。V2 比共模电压高 1 V，而V1 低 1 V。二者之差为 2 V，因此R2/R1的“理想”增益施加于2 V。如果电阻非理想，则共模电压的一部分将被差动放大器放大，并作为V1 和V2 之间的有效电压差出现在VOUT ，无法与真实信号相区别。差动放大器抑制这一部分电压的能力称为共模抑制（CMR）。该参数可以表示为比率的形式（CMRR），也可以转换为分贝（dB）。 在1991 年的一篇文章中，Ramón Pallás-Areny和John Webster指出，假定运算放大器为理想运算放大器，则共模抑制可以表示为： 其中，Ad为差动放大器的增益， t 为电阻容差。因此，在单位增益和 1%电阻情况下，CMRR 等于 50 V/V（或约为 34 dB）；在 0.1%电阻情况下，CMRR等于 500 V/V（或约为 54 dB）-- 甚至假定运算放大器为理想器件，具有无限的共模抑制能力。若运算放大器的共模抑制能力足够高，则总CMRR受限于电阻匹配。某些低成本运算放大器具有 60 dB至 70 dB的最小CMRR，使计算更为复杂。 低容差电阻 第一个次优设计如图 2 所示。该设计为采用OP291 的低端电流检测应用。R1 至R4 为分立式 0.5%电阻。由Pallás-Areny文章中的公式可知，最佳CMR为 64 dB.幸运的是，共模电压离接地很近，因此CMR并非该应用中主要误差源。具有 1%容差的电流检测电阻会产生 1%误差，但该初始容差可以校准或调整。然而，由于工作范围超过 80°C，因此必须考虑电阻的温度系数。

基于LM386的功放电路设计

基于LM386的简单功放系统设计 一、系统概述、设计思路 功率放大器的作用是给音响放大器的负载（扬声器）提供一定的输出概率。当负载一定时，希望输出的功率尽可能大，输出的信号的非线性失真尽可能小，效率尽可能高。 LM386是美国的国家半导体公司生产的音频功率放大器，主要应用于低电压消费类产品。为使外围元件最少，电压增益内置为20，但在1脚和8脚之间增加一只外接电阻或电容，便可将电压增益调为任意值，直至200。输入端以地为参考，同时输出端被自动地偏置到电源电压的一半，工作电压范围宽，4~12V 或5~18V，在6V电源电压下，它的静态功耗仅为24mV，且外围元件少。 二、系统组成及工作原理 （1）外形与引脚功能 LM386是8引脚双排直插式塑料封装结构，其外形与引脚排列如图所示， 2脚为反向输入端，3脚为同向输入端，5脚为输出端，6脚与4脚分别为电源和地端，1脚和8脚为电压增益设定端；使用时，引脚7和地之间接旁路电容，通常为10uf。 （2）其内部电路如下 由图可知，该集成OTL型功放电路的常见类型，与通用型集成运放的特性相似，是一个三级放大电路：第一级为差分放大电路；第二级为共射放大电路；第三级

为准互补输出级功放电路。 第一级为差分放大电路，T1和T3、T2和T4分别构成复合管，作为差分放大电路的放大管；T5和T6组成镜像电流源作为T1和T2的有源负载；T3和T4信号从管的基极输入，从T2管的集电极输出，为双端输入单端输出差分电路。使用镜像电流源作为差分放大电路有源负载，可使单端输出电路的增益近似等于双端输出电容的增益。 第二级为共射放大电路，T7为放大管，恒流源作有源负载，以增大放大倍数。第三级中的T8和T9管复合成PNP型管，与NPN型管T10构成准互补输出级。二极管D1和D2为输出级提供合适的偏置电压，可以消除交越失真。 引脚2为反相输入端，引脚3为同相输入端。电路由单电源供电，故为OTL电路。输出端（引脚5）应外接输出电容后再接负载。 电阻R7从输出端连接到T2的发射极，形成反馈通路，并与R5和R6构成反馈网络，从而引入了深度电压串联负反馈，使整个电路具有稳定的电压增益。 当1脚和8脚之间开路时，电压增益为26db；若在1脚和8脚之间接阻容串联元件，则增益可达46DB，改变阻容值则增益可在26db-46db之间任意选取。电阻值越小增益越大。 （3）功能框图 LM386集成功放属于直接耦合的多级放大器结构，它是一个三级放大电路，如下图所示。 输入级由差分放大器组成，它可以克服直接耦合产生的零漂现象，使电路工作稳定。中间放大要求有较高的电压增益，因此由共射放大电路组成，它为输出级提供足够大的信号电压。输出级要驱动负载，所以要求输出电阻小，输出电压幅度高，输出功率大，因此采用互补对称功放电路。 （4）设计电路图

功放的工作原理与作用

功放的工作原理与作用 功放的作用就是把来自音源或前级放大器的弱信号放大，以推动扬声器放声。一套良好的音响系统功放的作用功不可没。 功放作为各类音响器材中的大块头，它主要是将音源器材输入的较弱信号进行放大后，产生足够大的电流去推动扬声器进行声音的重放。由于考虑功率、阻抗、失真、动态以及不同的使用范围和控制调节功能，不同的功放在内部的信号处理、线路设计和生产工艺上也不尽相同。 汽车功放电路图 汽车音响系统跟家用音响一样，使用功率放大器才能使整个系统完整。如果是刚接触汽车音响的人，对于在汽车中也安装功率放大器，甚至是安装多个功率放大器，可能会觉得不可思议。这个要从汽车自身来讲开，因为汽车的电源电压一般只有14.4V，功率(P)＝电压(U)x电流(I)，最多能达到4x55W。如果只用主机自身的功率放大器，只能推动功率小的扬声器，而且音量开大就会失真，声音听起来生硬，缺乏弹性。人耳听觉是有限度的，其下限比所能听到的音量上限还要少，这个可解释为何声音在一开始时感觉比较强烈，慢慢会觉得微弱下去。要让任何声音达到最逼真的状态，对于目前技术还无法解决。挡风玻璃，内装饰，发动机以及车底盘和轮胎在路面行驶时所发出的噪音，对聆听环境造成不可忽视的影响。只能加装功率放大器，才能解决低声压级和后级功率不足的缺陷，来重播音乐的全部信息。如果车用功率放大器内部使用逆变电源，将电源电压提高到40V左右，功率也会随之得到提高，这样便可推动大功率扬声器。由于储备功率加大，提高音量就不会产生失真，音质有力且富有弹性。尤其在推动大尺寸的低音扬声器时，低音区更加延伸，声音变得丰满，这样这个难题就能迎刃而解。

实际上功放是高保真地还原音频信号。我们来打个简单的比方，其实功放就好比复印机工作。为何要把这两个风马不相及的概念扯在一块，听我仔细一一道来。它们的实质作用都是复制某物，正如复印机可以把较小的纸张复印成较大的纸张。假如你去复印A4的纸张原件，那么你除了可以得到A4纸张的复印件，还可以得到A3或A1，甚至更大的纸张，新的复印件其实就是就是原件的放大版，这个你自己根据需要可以去控制调节。功放酷似复印机，复印件并非本源的原件。经过功放加工的信号就是原音频的还原加强版，音量比源音频输入要大。它改变的只是音频输入的音量，而音色并无改变。如果它的音色也改变了.那么它的波长及频率也相应有所改变。对于此话题本文将不做详细且有深度的阐述。这个比方通俗易懂，恰如其分。现在，我想大家对于功放应该有了大致的认识。总而言之.车载功放就是把输入端(主机、CD播放机等等)的音频输入还原放大，同时使它达到足够的强度，以至于能够带动喇叭工作。 功率放大器的工作原理就是靠电压来控制电流通道的大小来达到控制电流大小的目的。利用三极管的电流控制作用或场效应管的电压控制作用将电源的功率转换为按照输入信号变化的电流。因为声音是不同振幅和不同频率的波，即交流信号电流，三极管的集电极电流永远是基极电流的β倍，β是三极管的交流放大倍数，应用这一点，若将小信号注入基极，则集电极流过的电流会等于基极电流的β倍，然后将这个信号用隔直电容隔离出来，就得到了电流(或电压)是原先的β倍的大信号，这现象成为三极管的放大作用。经过不断的电流及电压放大，就完成了功率放大。而场效应管则是用栅极电压来控制源极与漏极的电流，其控制作用用跨导表示，即栅极变化一毫伏，源极电流变化一安，就称跨导为1，功率放大器就是利用这些作用来实现小信号控制大信号，从而使多级放大器实现了大功率的输出，并非真的将功率放大了！它们是转化的电源功率，而不是对能量的放大。以我们目前的技术我们还是要遵守能量守恒定律的。

各类典型功放电路大比拼

各类典型功放电路大比拼 笔者对音响的热爱已十几年,特别是自己动手,由当年的卡座到如今CD，转盘，解码器，前后级，音箱等，虽说不上精通，却也有一定的认识。早年喜欢到处试听人家的进口器材，有时还傻愣愣地捧着自己的土作品去撼人家十几倍价位的进口器材，当然那时是无法与人家比拟，无数的失败，尝试，差距却日益接近，到了两年前，已经可以用进口器材十分一的土作品去撼倒对方。当然，由于物理工艺，即外壳强度的处理，如今我所做的功放最高只能到七八千元一台的价钱去卖给人家。从我所卖出的功放，只要价钱上了千五元以上，从来都不会让买主有意见的，至于千五元以下的，勉强相当于六七千的进口纯功放，性价比反而不及贵的功放。 这么多年来，经我制作卖出的功放已愈千部，电路也是五花八门，基本上的典型电路都做过了，所以在此谈谈各种电路的音质差别。以下对比是在电源，外壳，元件，输出级，搭配的其它器材等各方面都一致的情况为依据的，所不同之处仅电路而已。 1双电源不对称两级差动电路（如PIONEER M22K）详细电路 2双电源对称，第一级典型差动，第二级共射放大（如PHILIP 的LHH1000）

3双电源对称，第一级共射共基差动，第二级共射共基（如金嗓子E-305V） 详细电路 4双电源对称，第一，二级共射共基差动，第三级共射共基（如金嗓子A-100）详细电路

电路1，这是很多进口八千元以下的低档机的常用电路，不少人认为这样是属于单端甲类电压放大模式，可杜绝交越失真。在实际试听中，这种电路给人一种柔慢的感觉，低频较松，人声的感情比较丰富，相当突出，有一定的厚度但量感不足，高频有衰落的表现（实测闭环增益在10-60000Hz），有一种雾里看花的感觉，乐器的轮廓让人很难定得准。总体而言，音色方面是较接近于胆机的表现。这跟进口八千元以下的纯功放音色表现相近。 电路2，这种电路在进口器材中采用得相对较少，可能是它高不成低不就吧，通常是几千到万五元的档次。在这样机中我采用了直流伺服，因而低频表现好于电路1，控制力比较合适，清晰度也有一定的改进，人声中的喉音，鼻音清晰可闻，量感也不错，中高频通透，只是乐器的轮廓还稍嫌不够，总体表现优于电路1。 电路3，与前两种电路差距拉大了，不少几万元的进口高中档机也使用这种电路模式。尤其是中高频段的清晰度，可能是归功于采用了共射共基电路吧，音色表现出式，人声，乐器的质与量相当充足，再没有蒙胧的感觉，尤其是人声与小提琴，忧怨，轻快，稳重，演绎者的感情都能清楚地交代，高频比前两种电路顺了不少，没有一点衰落的感觉。 电路4，曾经有不定期一段时期，国内的发烧友十分推崇“简洁至上”的理论，当时笔者也属 于人云亦云的时期，因而那时常用电路1与2，后来，随着经验增多，对电路进行一点点的缓慢

实用功放电路设计

题目五：实用低频功率放大器 一、设计任务与要求: (一)、任务： 设计并制作具有弱信号放大能力的低频功率放大器。 其原理示意图如下： (二)、要求： 1．在放大通道在正弦信号输入电压幅度为(5-700)mV，等效负值载电阻R1。：812下，放大通道应满足： a、额定输出功率P oK≥10W； b、带宽BW≥(50-1000)HZ； c、在P oK下和BW内的非线性失真系数≤3％； d、在P oK下的效率≥55％； e、在前置放大级输人端交流短路接地时，R L=8Ω上的交流声功率≤10mV。 2。自行设计并制作满足设计要求的稳压电源。 (三)、发挥部分(选作部分)： 1. 测放大器的时间响应： a、方波发生器：由外供正弦信号源经变换电路产生正、负极性的对称方波。频率为1000HZ；上升和下降时间1≤uS；峰一峰值电压为200mV b、用上述方波激励放大通道时，在R8下，放大通道应满足 (1)、额定验出功率P ok≥10W； (2)、P oK下，输出波形上升或下降时间12≤uS； (3)、在P oK下，输出波形顶部斜降≤2％ (4)、在P oK下，输出波形过冲电压≤5％ (四)、设计电路、画布线图、编写调试步骤以及调试方法：根据任务要求，设计该低频功率 放大电路及电源电路，要求有电路、有参数及设计过程，画出布线图，并在面包板上插接、调试。 (五) 答辨： 答辨前必须完成下列资料 1．设计说明书：方案选择、设计过程、原理图、布线图及说明； 2．总结调试方法、测试技术指标： 整理原始记录数据 故障处理、(出现何现象、原因及解决办法)。 (六)、参考元器件型号： STK465 集成功率放大电路 uA741 0P-27／0P-37 电阻、电容、电位器、稳压块等。

OCL功放电路的分析

§（OCL）功放电路的分析教案 授课人：周克建 学习目标：1、分析该电路的工作特点 2、分析该电路的工作原理 计划课时：2学时 教学重点：分析该电路的工作原理 教学难点：分析该电路的工作原理 教学方法：当堂练习、小组讨论、软件仿真投影教学 〖本节课的学习目标〗 1、学生了解该电路的工作特点 2、学生能分析该电路的工作原理 教学过程 课前通过预习卡预习 一、课堂引入（5分钟） 通过仿真了解OCL功率放大器放大现象让同学知道本节课的主要内容。

Q1 2N2102 Q2 2N2904 VDD 12V VEE -12V V1 1 Vpk 500 Hz 0° XSC1 Tektronix 1234T G P 7 VDD 2 VEE 了解其优点 二、课堂自学讨论并提问（15分钟） 利用以下的问题引出今天上课的重点内容 1、功放电路的主要要求是什么?

A、有足够的输出功率 B、功放管散热要好 C、非线性失真要小 D、效率要高 2、怎么设计才能满足第一要求？ A．功放管应该工作在极限状态 B．输入到功放电路的信号电压要足够的强3、怎么设计才能满足第二要求? A．采用大功率三极管 B．给功放管装散热片 C．采用过载保护措施 4、怎么设计才能满足第三要求? 设计原理是什么？

设立静态工作点三极管工作于放大状态 回忆以前讲解的共射放大电路其实就是一种典型的功放 只有给放大电路设立合适的静态工作点就能避免三极管所带来的非线性失真 利用仿真来观察其波形了解其特点 5、怎么设计才能满足第四要求? 设计原理是什么？ 不设立静态工作点，三极管工作于截止状态 根据效率公式：PO／PDC 可知只有减小静态工作点所带来的损耗才能提高效率

经典OCL电路详细分析

经典OCL电路详细分析（胡穷） 在紧张忙碌的学习中，如弹指一挥却已近三个月。这一段学习即将结束我观察到大家的心情都不平静，也许是因为工作，也许是天太热，也许是莫名的恐惧。。。。这两天老师催促我们尽快把前几天的答辩项目整理出来上交，我也很烦躁我并不打算写，因为我感觉我跟自己的学习目标差的太远了，有什么写的出手。今天我转念想想哎！也许是我定的目标太高，也许是别的，但自己要对自己学到的知识要肯定，也是对自己的肯定吧！ 我答辩的项目是OCL分立功放电路，之前也看过一些别人的论述，也请教了一位功放老师父，但得到的结果我感到还是不尽如人意。初次做项目我就初生牛犊不怕虎，阴差阳错整了个高难度的，话说模拟电路俗称“魔鬼电路”，OCL 分立又是魔鬼中的东方不败呀！当然这是后话了，废话不多说进入正题了。 在讲之前我先设立几个问题： 1.OTL、OCL 、BTL是什么意思? 2.本电路属于上面那一项那？它的优点，不足那？ 3.如何来认识本电路的工作原理？ 4.你知道具体每一分路的作用吗？ 5.你知道具体每个元件的作用吗？知道电路中三极管的参数吗？ 6.扩展，这个图跟本电路原理类似你能看懂吗？有何高明之处？

在讲之前我们还是先来看一下电源！ 看完了电源的图我来讲一下：220V的交流市电经过双联变压器的变压，得到两个电压为20V的交流电源，再经过4个4007（耐反压1000V）的二极管（硅管压降0.7v）整流得到一个28.28V的直流电源，后经过2200uf和103pf的电容滤波，最后的到两个正负电压为26.8V的稳定直流源。具体的计算方法是；变压器的额定变压输出电压乘以根号2，得的值就是电源最后输出电压的理论值。理论输出电流可根据变压器额定功率和理论输出电压之比求的。 下面先看看这幅图了解一下功放电路！（图太大了看不清可以放大显示比例）

功放供电电路设计

射频功放设计规范和指南

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目录 前言 ...........................................................................................................................错误！未定义书签。第一章射频功放设计步骤 (5) 1.1定设计方案 (5) 1.1.1 GSM及PHS基站系统 (5) 1.1.2 CDMA及WCDMA基站系统 (7) 1.2选择确定具体线路形式及关键器件 (9) 1.2.1射频放大链路形式与关键器件选择及确定 (9) 1.2.2控制电路的确定 (12) 1.3进行专题实验或一板实验 (13) 1.4结构设计及PCB详细设计 (13) 1.5进行可生产性、可测试性的设计与分析 (13) 第二章功放设计中的检测及保护电路 (14) 2.1引起功放失效的原因 (14) 2.2功放保护电路设计类型 (15) 2.3功率放大器的保护模型 (16) 2.4功放的状态监测 (17) 2.5状态的比较判断 (18) 2.6保护执行装置 (19) 2.7保护电路举例分析 (19) -1-

第三章功放中增益补偿电路的实现 (21) 3.1模拟环路增益控制 (21) 3.2数字环路增益控制 (21) 3.3温度系数衰减器 (22) 第四章功放供电电路设计 (23) 4.1功放电路的供电形式 (23) 4.1.1 LDMOS器件供电电路 (23) 4.1.2 GaAs器件供电路。 (25) 4.2电源偏置 (26) 4.3布局 (26) 4.4电容的选用 (26) 第五章输入输出匹配及功率合成技术 (28) 5.1用集总参数元件进行阻抗匹配电路的原理及设计实例 ............................ 错误！未定义书签。 5.1.1输入阻抗中含感性特性的匹配设计.................................................. 错误！未定义书签。 5.1.2输出阻抗中含容性特性的匹配设计.................................................. 错误！未定义书签。 5.2用分布参数来进行阻抗匹配........................................................................ 错误！未定义书签。 5.3功率合成技术................................................................................................ 错误！未定义书签。 5.3.1功率分配和合成单元。...................................................................... 错误！未定义书签。第六章功放设计中的前馈技术 .. (40) 6.1前馈技术 (40) 6.2实现方案 (43) 6.2.1方案介绍 (43) 6.2.2主功放模块（MAM） (45) 6.2.3误差放大器模块 (46) -2-

类功放电路介绍入门

传统的音频功率放大器有a类、ab类、b类、c类等几种，其功率放大器件（电子管、晶体管、场效应管、集成电路等）均工作于线性放大区域，属线性放大器，其效率普遍不高，通常ab类放大器的效率不会超过60%。采用d类开关放大电路可明显提高功放的效率。d 类功放将音频信号转变为宽度随信号幅度变化的高频脉冲，控制功率管以相应的频率饱和导通或截止，功率管输出的信号经低通滤波器驱动扬声器发声。因功率管大部分时间处于饱和导通和截止状态，功率损耗很小，其效率可达90%以上。典型的d 类功放可提供200w 输出，效率达94%，谐波失真在1%~2.8%。d类功放保真度不如线性放大器，但在很多场合已能满足要求，例如汽车音响系统只要求低功率输出时失真小于2%，满功率输出时小于5%，而且经过改进d类功放的性能还将有所提高。另外，d类功放不存在交越失真。d类开关放大器的概念源于50年前，但因其工作频率至少应为音频信号上限频率（20khz）的4~5倍，早期采用电子管、晶体管的电路在功率、效率等方面还不能充分体现其优越性。20 世纪80 年代出现了开关速度和导通损耗满足要求的mosfet近年来又出现了集成前置驱动电 路，如harris公司的hip4080,从而推动了d类功放的实用发展。d类功放所用的mosfet为n沟道型，因为n型沟道mosfet的导通损耗仅为相应规格的p沟道mosfet的1/3。d类开关放大器由积分器、占空比调制器、开关驱动电路及输出滤波器组成，图1（a）所示的电路为采用半桥驱动的d类功放，它采用了固定频率的占空比调制器，功率管输出的方波信号与音频信号混合作为负反馈信号送入积分器。积分器兼有滤波作用，输出修正信号送占空比调制器，占空比调制器由比较器和三角波发生器组成［图1（b）］，用修正信号对三角波进行调制产生调制输出，推动功率管工作。负反馈应取自低通滤波器之前，否则因滤波后的信号与输入的信号有相位差（二阶滤波器可能引起180°的相位差），可能引

BTL功放电路设计

第二章 BTL简介 (3) 2.1 BTL功率放大电路简介 (3) 2.2 BTL电路的组成及工作原 (4) 2.3 BTL集成功放电路的构成. (5) 第三章BTL功放工作原理 (6) 3.1 BTL功放电路 (6) 3.2 BTL功放电路工作原理 (6) 3.3. BTL功放电路特点 (6) 3.4 OCL功放电路 (6) 3.5 OCL电路特点 (7) 第四章双声道BTL功放电路原理图设计 (7) 4.1 电路原理结构框图 (7) 4.2 BTL电路原理图 (8) 第五章双声道BTL功放单元电路设计 (9) 5.1 电源电路 (9) 5.2 前置放大电路 (10) 5.3 功率放大电路 (11) 5.4 音量控制电路 (1) 第一章BTL简介 2.1 BTL功率放大电路简介 (Bridge-Tied-load)意为桥接式负载。负载的两端分别接在两个放大器的输出端。其 - 1 -

中一个放大器的输出是另外一个放大器的镜像输出，也就是说加在负载两端的信号仅在相位上相差180°。负载上将得到原来单端输出的2倍电压。从理论上来讲电路的输出功率将增加4倍。BTL电路能充分利用系统电压，因此BTL结构常应用于低电压系统或电池供电系统中。在汽车音响中当每声道功率超过10w时，大多采用BTL形式。BTL形式不同于推挽形式，BTL的每一个放大器放大的信号都是完整的信号，只是两个放大器的输出信号反相而已。用集成功放块构成一个BTL放大器需要一个双声道或两个单声道的功放块。但是并不是所有的功放块都适用于BTL形式，BTL形式的几种接法也各有优劣。典型的功放集成块有TDA2030A LM1875 LM4766 LM3886 TDA1514等. BTL（Balanced Transformer Less）电路，称为平衡桥式功放电路。它由两组对称的OTL或OCL电路组成，扬声器接在两组OTL或OCL电路输出端之间，即扬声器两端都不接地。BTL电路的主要特点有：可采用单电源供电，两个输出端直流电位相等，无直流电流通过扬声器，与OTL、OCL电路相比，在相同电源电压、相同负载情况下，BTL 电路输出电压可增大一倍，输出功率可增大四倍，这意味着在较低的电源电压时也可获得较大的输出功率，但是，扬声器没有接地端，给检修工作带来不便。 功率放大器电路形式的判断：可根据功放对管的输出端与扬声器的接法来判断其电路结构形式。OTL功放电路的输出端的直流电位为电源电压的一半，扬声器一端接地，另一端通过大容量耦合电容与功放输出端相接；OCL功放电路采用双电源供电，使其输出端的直流电位为零，扬声器一端接地，另一端直接与功放输出端相接；BTL功放电路采用两个功放对，扬声器直接连接在两个功放对的输出端，不需要耦合电容。 为了实现单电源供电，且不用变压器和大电容，可采用桥式推挽功率放大电路，简称BTL电路。 BTL电路的优点有只需要单电源供电，(但还是有用双电源)且不用变压器和大电容，输出功率高。缺点是所用管子数量多，很难做到管子特性理想对称，且管子总损耗大，转换效率低。 2．2 BTL电路的组成及工作原理 OCL和OTL两种功放电路的效率虽很高，但是它们的缺点就是电源的利用率都不高，其主要原因是在输入正弦信号时，在每半个信号周期中，电路只有一个晶体管和一个电源在工作。为了提高电源的利用率，也就是在较低电源电压的作用下，使负载获得较大的输出功率，一般采用平衡式无输出变压器电路，又称为BTL电路，如图1所示。

功率放大器的基本结构和工作原理

功率放大器的基本结构和工作原理 功率放大器的基本结构和工作原理 扩音机是一种对声音信号进行放大的电子设备，其基本结构如图5-1所示，常分为前置放大器(简称前级)和功率放大器(简称后级)两大部分。 前置放大器通常由输人选择与均衡放大电路、等响音量控制电路、音调控制电路等组成，而功率放大器常由功率放大电路和扬声器保护电路组成。 扩音机工作时，输人选择电路主要对收音调谐器、录音座、CD唱机和Av辅助输入等信号源的信号进行选择切换控制，得出所需的信号输入，输入后的信号经均衡放大电路进行频率特性的校正和放大，使输入信号的频率特性变得较为平坦，同时使各种信号源输入的信号电平基本趋于一致，避免在转换不同的信号源时，声音响度出现较大的变化，影响使用效果。均衡放大后的信号则由等响音量控制电路控制信号的强弱，从而调节音量的大小。等响控制的目的主要是在音量较小时提升高、低频信号成分，以补偿人耳听觉的不足，在低响度时得到较丰满的声音信号。而音调控制电路则主要是根据个人的喜好调节电路的频率特性，适当提升或衰减声音中的高、低频成分，以满足听音者的需求。经前置放大器放大处理后的信号被送人功率放大器进行功率放大，以推动扬声器重放出声音。扩音机中为了保护扬声器免受电路冲击电流的干扰，或在电路出现故障时烧毁扬声器，常在功率放大器中加入扬声器保护电路。 在高保真的音响设备中，扩音机常有两种组合结构形式，一种是把前置放大器和功率放大器组合在一起，称作合并式扩音机，这种形式把“前置”和“功放”合并在一起，这时由于小信号电压放大的前置级和大信号电流放大的功率放大在电性能上不能互相兼顾，因而不能使扩音机达到最佳的工作状态，特别是前、后级的电源馈电，电源变压器的电磁干扰，印制电路板的走线排列，共用地线的走向等方面总会存在一定的相互干扰，影响整机性能的提高。另一形式是在设计制造上把前置放大器和功率放大器彻底分开，分别使用独立电源，单独的机壳，使前、后级之间互不干扰，形成前、后级分体式的结构，在使用时再把它们用信号传输线连接起来，这种分体式结构的扩音机可获得极高的性能指标。