功率放大器论文

低频功率放大器的设计与制作（第三题）

参赛者：蒲怀军薛虎张小军指导老师:付喜锦

摘要：功率放大是一种能量转换的电路，在输入信号的作用下，晶体管把直流电源

的能量，转换成随输入信号变化的输出功率送给负载.整个电路主要由稳压电源、前置放

大器、功率放大器、波形变换电路共4个部分构成,电路结构简单,所选器件价格便宜,并

给出了测试结果.功率放大器的主要任务是为了获得一定的不失真的输出功率，一般在

大信号状态下工作。实验结果表明该功率放大器在放大倍数、效率、等方面具有较好的

指标、较高的实用性,为功率放大器的设计提供了广阔的思路.

关键字：稳压电源，低频功率放大器

引言

功率放大器在家电、数码产品中的应用越来越广泛，与我们日常生活有着密切关

系。随着生活水平的提高，人们越来越注重视觉，音质的享受。在大多数情况下，增

强系统性能，如更好的声音效果，是促使消费者购买产品的一个重要因素。低频功率

放大器作为音响等电子设备的后即放大电路，它的主要作用是将前级的音频信号进行

功率放大以推动负载工作，获得良好的声音效果。同时低频功率放大器又是音响等电

声设备消耗电源能量的主要部分。因此设计出实用、简洁、低价格的低频功率放大器

是一个发展方向。本次低频功率放大器设计有两部分组成前置放大级和功率放大级。

前置放大级主要任务是完成小信号电压放大任务，同时要求低噪声、低温漂。功率放

大级主要任务是在允许的失真限度内,尽可能高效率地向负载提供足够大的功率，要求

是输出功率要大、效率要高。通过详尽的资料查询和严密的方案论证后，我们选择通

过集成运放NE5534、IRF9450、2N5551、2N5401的配套使用来使本电路系统设计简洁、

实用并且达到高增益、高保真、高效率、低噪声、宽频带、快响应的指标。

第一章方案设计与选择

1、方案讨论与选择

方案一：如图1所示是变压器耦合单管甲类功率放大器，图中T1为输入变压器，T2为

输出变压器， 、R 组成分压偏置电路，Re是直流负反馈电阻，用来稳定工作点，

R

b1b2

Ce是交流旁路电容，C 是偏置电路的旁路电容。

b

图1

1和V2两管的基极信号大小相等、方向相反。输出变压器

管工作于甲类状态，它的集电极电流I

C由电位器R W1

1

进行调节。 的一部分流经电位器R 及二极管D，给T、T 提供偏压。调节RW2，

I

C1 W2 2 3

可以使 、T 得到合适的静态电流而工作于甲、乙类状态，以克服交越失真。静态时

T

23

要求输出端中点A的电位，可以通过调节RW1来实现，又由于RW1的一端接在A点，因

此在电路中引入交、直流电压并联负反馈，一方面能够稳定放大器的静态工作点，同

时也改善了非线性失真。

当输入正弦交流信号U1时，经T1放大、倒相后同时作用于T2、T3的基极，U1的负半

周使T2管导通（T3管截止），有电流通过负载RL，同时向电容C0充电，在U1的正半周，

T3导通（T2截止），则已充好电的电容器C0起着电源的作用，通过负载RL放电，这样

在	L	上就得到完整的正弦波。C	2	和R 构成自举电路，用于提高输出电压正半周的幅度，
R

以得到大的动态范围。

C1

Rp1 47k

LS1

A

B

R10

R4

11k

100

2N551

R12

K1

100

R3 C2

Rp2

2SK2467

100K

1k

R2

NE5534

D1

R8

R6

1K

2

8

240

0.33

10uF

6

C4

C3

3

1

0.1

5

R1

D2

R11

0.1uF

600

100

R9

10uF

0.33

2N5401

R13

K2

R14

2SK2467

1K

R5

R7

100 Vin 7815 Vout GND

11K

240

图2

低频功率放大器电路图

Vout

Vin

经过对2个方案的分析，第一种方案由于变压器体积大、重量大、耗损大、频率特性

差、不易集成等都不如方案二。所以我们选择了第二种方案

第二章电源

下图就是我们做的输出直流+15V—15V稳压电源电路图：

A

C1

C3

C5

220V

C2

7915

C4

C6

B

直流输出稳压电源

图3

稳压电源由变压部分、整流部分、滤波部分、稳压部分组成，下面就各个部分分别介

绍：

2.1变压器

变压器是变换交流电压、电流和阻抗的器件，当初级线圈中通有交流电流时，铁

芯（或磁芯）中便产生交流磁通，使次级线圈中感应出电压（或电流）。变压器由铁芯

（或磁芯）和线圈组成，线圈有两个或两个以上的绕组，其中接电源的绕组叫初级线

圈，其余的绕组叫次级线圈。

2.2桥式整流电路

整流电路是利用二极管的单向导电作用将交流电变换成单方向的直流电的。因此，

二极管是构成整流电路的关键元件。常见的小功率整流电路，有半波整流、全波整流、

和桥式整流等几种。其中以桥式整流电路最为常用。

为分析简单起见，我们把二极管当作理想元件处理，即二极管的正向导通电阻为零，

反向电阻为无穷大

2.2.1电路组成和工作原理

单相桥式整流电路如图3所示，图中，四个整流二极管D1～D4接成电桥形式（故名

桥式整流电路），其输入是来自电源变压器T副边的正弦交流电压u2(=2Usinwt)，其

输出加至要求直流供电的负载电阻上。需特别指出的是，整流桥的四个二极管，必须

严格按照图3（A）所示的方式连接于A,B,C,D四点之间，否则，将导致变压器短路。

图4（B）是桥式整流电路的简化画法。

图4（A）

图4（B）

由二极管的单向导电性，不难得出桥式整流电路的工作波形。当u2=（2Usinwt）

处于正半周时，图（A）所示电路中的A点电位高于B点二极管D1和D3处于正向偏置

而导通,D2,D4则因反偏而截止。电源经D1,D3向负载供电，输出一个与u2正半波相同的

电压，同理，当 为负半周时，B点电位高于A点，D,D转为反偏而截止，与 则

uD D

2 1 3 24

因正偏而导通。电源经D,D 向负载供电，此时，u=-u ,其波形与的正半波相同。

u

2 4 0 2 2

可见，在交流电压 变化一周时，负载R 上得到的却是单方向脉动的电压u 和电

u

2 l 0

流 。由于该电路在正弦电压u 的正，负半周都有输出，故称这种整流方式为全波整

i

02

流。

滤波电路主要由储能元件电容，电感组成。下面着重介绍小功率整流电路中最常

用的形式——电容滤波电路。

2.3滤波原理

交流电压经整流电路整流后输出的是脉动直流，其中既有直流成分又有交流成份。

滤波电路利用储能元件电容两端的电压(或通过电感中的电流)不能突变的特性, 将电

容与负载RL并联(或将电感与负载RL串联)，滤掉整流电路输出电压中的交流成份，保留其直流成份，达到平滑输出电压波形的目的。

2.4稳压电源

稳压电路的作用（图5）

图5

2.4.1集成稳压电源

随着半导体工艺的发展,现在已生产并广泛应用的单片集成稳压电源，具有体积小,

可靠性高,使用灵活,价格低廉等优点。最简单的集成稳压电源只有输入，输出和公共引出端,故称之为三端集成稳压器。

本节主要介绍常用的W7800系列三端集成稳压器，其内部也是串联型晶体管稳压电路。

稳压器的硅片封装在普通功率管的外壳内，电路内部附有短路和过热保护环节。

三端集成稳压器分为固定式和可调式。其中固定式分为正稳压W78××和负稳压

W79××(型号后××两位数字代表输出电压值)。W78系列（输出正电压）；W79系列（输出负电压）输出电压额定电压值有：5V、9V、12V、18V、24V。

第三章 实验内容

1、静态工作点的设置

设电路参数完全对称。静态时功放的输出端O点对地的电位应为0，即Vo=0，常称O点为“交流零点”。电阻R1接地，一方面决定了同向放大器的输入电阻，另一方面保证了静态时同向电位为0，即V?=0.由于运放的反相端经R3，RP1接交流零点，所以V?=0.静态时运放输出Vc=0.调节RP1电位器可以改变功放的负反馈深度。电路的静态工作点主要由I0决定，I0过小会使晶体管T2、T4工作在乙类状态，输出信号会出现交越失真，I0过大会增加静态功耗使功放的效率降低。综合考虑，对于数瓦的功放，一般取I0=1mA~3mA,以使T2、T4工作在甲乙类状态。

2、

第四章安装与调试过程

1准备工作

为了顺利地完成元器件的组装工作，特准备了如下工具及焊接辅助用品：

1、电烙铁1把

2、剪刀1把

3、万用表1只

4、示波器1台

5、焊锡丝、松香若干

2布局

为了减少系统硬件电路的错误及故障，提高系统的可靠性，特采用了如下一些抗干扰

措施：

1、在电源输入端加滤波电容

2、元器件和连线要排列整齐，按电路顺序排列，输入与输出远离，导线不要并行，防

止寄生藕合引起电路自激。元器件插脚和连线要尽量短而直，防止分布参数影响电路

性能。

3组装

工作步骤：

1、将集成电路IC插座按布局图插在万能印刷板上，并用电烙铁及焊锡丝焊接好。

2、连线。为了排除连线焊接不良的现象，在进行连线焊接前，首先用剥线钳对连线的

绝缘包皮剥去1.5mm左右，然后用松香和焊锡丝进行表面处理，清除导线表面的氧化

层，最后将连线焊接到印刷板上。

3、在焊接电阻、电容前，首先用万用表对元器件进行测量，排除一些不合格的元器件，

以免留下后患。

4、安装过程中要注意以下几点：

（1）分清三极管的基极、发射极、极电极

（2）电容的正、负极所要接的元件

（3）7815、7915三极管的三个引脚

5、安装完毕后，接通电源调试，先用万用表测量电源变压器输出为15V（15V左右可

用），然后把函数信号发生器打到1K的档位上，用示波器测量Ui和UO的波形，再用

数字万用表负极（黑色）接地，正极（红色）接A点，测得结果如下：UA=v, Uces=

v,用交流毫伏表测量UO的值，得U0=mv，然后求得P0m=0.65w,PDC=1.28Wη=50％.

参考文献：

[1]李本印等，电工与电子技术实验教程（第一版），陕西人民教育出版社，2012年5月

[2]彭世林等.彩色电视机原理与维修[M].兰州大学出版社,2004年

[3]陈郁发，印象集成电路大全，福建科学技术出版社，1990年

[4]王延才，ProtelDXP应用教程（第二版），机械工业出版社，2009年1月

[5]李可亮，场效应管替换手册，北京科学技术出版社，2000年5月

[6]陈忠，家电维修，《家电维修》杂志社，2006年合订本

[7]康华光，电子技术基础模拟部分（第四版），高等教育出版社，1999年6月

附录一

元件清单

序号	名称	规格型号	位号	数量
1	电阻器	1K	R2	1支
2	电阻器	11K	R4 、R11	1支
3	电阻器	0.33Ω	R8、R9	2支
4	电阻器	240Ω	R6 、R7 、R10	2支
5	电阻器	100Ω	R13、R12、R11	2支
6	电源变压器	输入220V		1个
7	极性电容	输出15V 10uF	C1、C2	1个
8	非极性电容	0.1uF	C3 、C4	2支
9	三极管	2N5551、2N5401	T1、T2	2支
10	滑动变阻器	1K、47K	RP1 、RP2	2支
11	扬声器	8Ω	LS	1个
12	二极管	IRF9450	D1、D2	1个
13	插头			若干个

附录二：

A

C1

Rp1

2

R4

R10

LS1

B

47k

100

11k

R12

2N551

R3

NE5534

Rp2

R6

100

K1

2SK2467

100K C2

1k

D1

R2

R8

1K

8

240

0.33

10uF

R1

3

6

D2

C4

1

C3

0.1

5

R11

Vin 7815 Vout GND

0.1uF

600

100

R9

10uF

2N5401

R13

0.33

K2

R14

R5

R7

100

2SK2467

1K

11K

Vout

Vin

240

图一：低频功率放大器电路图

A

C1

C3

C5

220V

C2

7915

C4

C6

B

图二：直流稳压电源电路图