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本帖最后由 gk320830 于 2015-3-7 19:46 编辑 本电路是一款采用集电极输出，并具有补偿和调零功能的实用低频功率放大器。该设计包括前置放大、功率放大、电源、波形变换、功率指示输出保护电路等部分组成。 关键词：集电极输出 工作点漂移补偿 交直流电压负反馈 高频响应特性 幅频特性 引入： 将输入信号放大并向负载提供足够大功率的放大器叫功率放大器。由于功率放大器运行中的信号幅度（电压、电流）大，其突出的问题是要解决非线性失真和各种瞬态失真。所以功率放大器的主要任务是在不失真前提下，放大信号的功率。一般在电路结构上采用不同形式，来减小信号的失真，提高输出功率，满足人们对音响设备的不同需求。经过多方查阅、试验，并对各种方案进行了对比，根据现有的条件进行了设计。 常见的音频功率放大器可分为甲类、乙类和甲乙类三种。另外为了完全消除甲乙类和乙类功率放大器产生的交越失真，近来又出现了超甲类放大器和直流放大器等，可供选择的方案有很多。根据设计题目要求，可供选择的功率放大可由分立元件组成，也可由集成电路完成。由分立元件组成的功放，如果电路选择得好，参数恰当，元件性能优越，且制作和调试得好，则性能很可能高过较好的集成功放。许多优质功放均是分立功放。但其中只要有一个环节出现问题或搭配不当，则性能很可能低于一般集成功放，为了不至于因过载、过流、过热等损坏还得加复杂的保护电路。 现在市场上也有许多性能优良的集成功放芯片，厚膜块可供选择，典型的例如：LM1875、TDA2040A、TDA1514、TDA1521，功放厚膜块 STK4044XL。集成功放具有工作可靠，外围电路简单，保护功能较完善，易制作易调试等特点，虽不及顶级功放的性能，但已能满足实际的需要。 我们熟悉的集成功放有LM185、TDA2040A、TDAPC1225等，其中TDA2040A功率裕量不大，TDA1514外围电路较复杂，且易自激。这两种功放的低频特性都欠佳，LM1875外围电路简单，电路成熟，低频特性好，保护功能齐全，它的不足之处是高频特性较差（BW≤70kHz）。而 NE5534无论在噪声、转换速率、增益宽积等方面性能都很优异，因此选用NE5534作推动级的功率放大。 设计要求前置放大输入交流短接到地时，RL=8Ω的电阻负载上的交流噪声功率低于10mV,因此要选用低噪声运放。本装置选用优质低噪声运放NE5532N。设计要求放大电压幅度为5～700mV时,输出都能以P0≥10W满功率不失真输出,信号需放大几十倍;又考虑到运放的放大倍数与通频带的关系,固应采用两级放大.增益调节可用电位器手动调节,也可用自动增益控制,但考虑到题目中的“实用”两字(例如输入信号不是正弦信号,而是大动态音乐信号),本装置采用手动增益调节. 电路原理图见图A-1-1～图A-1-4。 本电路功率推动级选择NE5534，主要承担电压放大任务，由于其在噪声、转换速率、增益宽积等方面优异的指标，而且具有一定的输出电流，做功率推动级很合适。T1、T3分别与T2、T4构成达林顿管，等效为相当于双射随输出，承担电流放大和阻抗匹配任务。本电路比较简洁，调整方便，可兼顾多方面的指标要求，所以选择此方案。 图A-1-1 前置放大级原理 
一、 主要电路的设计及计算 1． 输出额定功率及增益分配 考虑到功率要求，初步选定输出功率P0=16W，由于负载为9Ω（市场上大功率电阻无Ω标称值），则要求输出正弦波幅值为 Vom=(2·po·R)1/2=(2×16×9)1/2≈17(V) 这一幅值同电源电压选择及效率密切相关，将在此后的电源部分进一步讨论。 由于输入正弦波幅值最小为5mV，故整个放大通道的电压增益为 AVO=20Lg(17/5×10-3)≈71dB 功率放大仍采用大环电压并联负反馈，电压增益为 AV2=20lg(R3/R1)≈20lg(270kΩ/22kΩ) 所以，前置放大级电压增益为：AV1= AVo- AV2=71-22=49dB确定前置级采用现两级。 2．前置放大级设计 前置放大级主要完成小信号的电压放大任务，其失真度和噪声对系统的影响最大，是应该优先考虑的指标。据此两级放大器都设计为带有并联负反馈的放大器，因电压并联负反馈具有良好的抗共模干扰能力。 第一级前置级增益为 AV1=(R2/R1)=(150KΩ/10KΩ)=15≈24dB 第二级前置级增益为 AV2=(R5/R4)=(150KΩ/10KΩ)=15≈24dB 考虑到输入信号的变化范围很大，用RW1做分压器来改变整个系统的增益.为了稳定功放的工作点,前置级与功放级之间采用钽电容(CA)耦合. 3.功率放大级设计 (1)选择功率末级的推动管和输出管 一般推动管T1、T3的电流增益β1在100左右，输出管T2、T4的电流增益β2在40左右。这两类管子的两个关键参数为特征频率ｆT与集电极最大允许耗散功率PCM. 特征频率ｆT与放大电路上限(下降3dB)频率ｆH有如下关系： ｆT≈ｆh·β 系统阶跃响应的上升时间tr与放大电路上限频率ｆh如下关系： tr·ｆh≈0.35 推动管T1、T3的特征频率 ｆT≥(0.35/ tr) β1=(0.35/12×10-5) ×100≈3MHz 输出管T2、T4特征频率为 ｆT≥(0.35/ tr) β2=(0.35/12×10-5) ×100≈1MHz 对乙类OCL 放大器来说,PTM≈0.2POM. POM为单管最大管耗, POM最大不失真输出功率(假设为16W),甲乙类OCL应大于此。因此输出管PCM＞0.2×16W≈3W. 根据以上计算,并考虑到指标提高及工程实际,推动管选用对管2SB649﹑不2SD669,其参数ｆT=140MHz,PCM=15W,VCEO=180V.输出管选用对管2SA6114,2SC2707,其参数为ｆT=60MHZ,PCM=150W,VCEO=180,可以满足设计要求. （2）功率放大器各管的工作点 考虑到本电路工作于甲乙类，若设效率为70%，则允许末级管耗PT为输出功率之30%。 PT=2VCC×Ieo=0.3PO(VCC≈21V,) Ieo=(0.3×16/42)=0.114(A) VR14=0.7+ Ieo·R14=0.725(V) Ie1≈(VR14/R)=0.022(A) Ub1≈0.7+ Ie1·R10=1.18(V) RW2=(Vcc-Ub1)/｛(Ub1—Ud1)/[ R8＋(RW3/2)]｝ ≈(21-1.18)/(0.48/250)=9.8(kΩ) （3）要做到尽量小的失真 由于采用OCL电路，首先要保证正、负两边放大电路的对称，包括电源值的对称，T1与T3，T2与T4的放大倍数β相等，对应电阻值、二极管压降相等；第二为了减小交越失真，应把T1～T4的工作点适当提高。实际上电源值很难达到对称，尤其是推动管T1、T3和输出管T2、T4的β值更做不到对称相等。补偿方法一是通过调节RW2，RW4，RW1使输出点TP2-2的静态电位尽量接近零伏，二是为了补偿由于管结温的升高其β值的增加，采用具有负温度系数的二极管D1、D2（IN4148）对其进行补偿。同理具有负温度系数的热敏电阻RT也具有相同的作用(见图A-1-2).
4.电源电路的设计 ⑴如前所述,本电路输出正弦波幅值为Π=17V,从提高效率考虑，功放级电源电压越接近17越好，但考虑到管压降等因素，选取用了一个双18V变压器。经整流滤波可得VCC≈±21V电压。在这种情况下，若本电路工作于乙类，则效率η为 η=∏/VCC=17/21≈64% 实际上，由于工作于甲乙类，效率将更低，若初步将效率定为60%，则要求变压器的输出功率Pdc为 Pdc=P0M/η=16/0.6=26.7W （2）考虑系统其他部分的耗能及留有裕量，选择了一个40W、双18V输出变压器。 整个系统既存在大信号（功放级），也存在小信号（前置级），所以抗干扰也要引起足够的重视。因为如果功放级的大电流流过公共地线，会产生一个压降。这样就会对前置级产生干抗。因此要采取单点接地的抗干扰措施，即前置级单独用一个地，功放级单独用一个地，最后两地单点接到变压器的公共地上（见图A- 1-3）。
5．功率指示和保护 本电路附加了一功率指示和功率保护电路，其原理简述如下：从图A-1-3中F 点输出的信号经一电阻采样，送入TA7366（5位电平指示器，见图A-1-4），适当调整采样电阻的值，使电平指示的最高位对准本功放的临界失真功率。当最高位LED点亮时，其压降约1.8V，以此电压触发单向可控硅，再推动继电路，将功放通道的电源断开。不需要保护时只需将可控硅的阳极断开。 6.各部件的安放位置 变压器远离前置板和输入点；散热片靠外，远离前置板；IN4148，RT尽量靠近散热片。
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