音频功率放大器设计 高低频电路设计pdf

本节以一个典型的实用功率放大器为例，详细介绍电路组成、元件作用、参数选取依据；在此基础上逐次递进引伸出一系列功率放大——电路结构由简到繁、输出功率由小到大；然后，逐一讲解各型功率放大器的原理与设计……

5.2.1 功率放大器基本电路

实用的功率放大器基本电路如图5-7所示。BG1是激励放大级，BG2、BG4、BG3、BG5组成输出级；BG2、BG4组合等效为NPN管，BG3、BG5组合等效为PNP管，增强末级的电流驱动能力，输出功率大为提升。

静态时OTL电路输出端（Q点）工作电压为电源电压的1/2，即E/2，这个电压需合理调节电阻R2（配和调节R5）得到——这也是分立元件功率放大器的特点。有关电路中元器件参数设计与选取的理论依据，在下面的叙述中将陆续展开，通过分析推演与严密的计算，会逐步揭开电路结构与参数的神秘面纱，请读者细心阅读。

一、激励放大级

激励放大级由BG1、R1、R2、Re1、Re2和Ce组成。从图中可以看出BG1及周围元件组成基极分压稳定工作点电路，当I_R1>5I_B1以上时，P点电压基本由R1、R2分压决定；Re1、Re2是发射极电阻，用于直流负反馈稳定工作点；Ce只旁路Re2，所以Re1还具有交流负反馈的作用。

C3虽然也属于激励放大级元件，但主要作高频补偿之用，一般分析时不作考虑。

1．R1参数的选择

根据经验激励放大级静态电流只需要几个毫安，发射极总电阻Re（=Re1+Re2）约为470Ω～1.2KΩ，现取Re1=100Ω、Re2=820Ω。

假设I_C1=2mA，U_E1=（Re1+Re2）·I_C1=1.84V，U_B1=U_BE1+U_E1≈2.44V；设晶体管BG1的β₁=100，则I_B1=20μA；若要求I_R1>5I_B1，则I_R1>100μA 。又I_R1=U_B1/R1，则R1

R1=U_B1/I_R1<2.44V/100μA =24.4 KΩ

原理图中给定R1为20K。

注意：I_C1=2mA并不是非它莫属的必选数值，选1.5m～3mA亦可，但最好不要超过5mA。

2．R2参数的选择

R2需根据电源的具体电压而定，已知电源电压E=32V，则要求U_Q=16V；由于前面推演已计算出U_B1=2.44V，忽略BG1基极电流I_B1不计（这就是前面要求I_R1>5I_B1的原因），故I_R1≈I_R2，则R2

R2≈111K

原理图中给定R2=110K，确切取值可以通过实际调试得到。

R1和R2在整个电路中起到直流负反馈作用。

具体控制作用如下：当Q点电压↑→经R1和R2反馈到BG1基极，即P电压↑→BG1导通增强↑→BG1集电极，即B电压↓→Q点电压↓。

另外，输入耦合电容C1给定为22μ，它对频率20Hz信号的阻抗为362Ω（注：电容容抗，代入参数得Z_C=1/2π·fC≈362Ω），C1容量稍大（比如22μF～47μF）或稍小（比（比如6.8μF～10μF）均可。

二、自举元件参数的选择

R3和C2组成自举电路，R3是起隔离作用。

1．R3、R4参数的选择

静态时，A点比Q点高2个发射结压降（U_BE2 、U_BE4），即U_A=E/2+1.2V，因此（R3+R4）两端压降为E-U_A=E/2－1.2V，也即BG2之c-b间压降；这时BG2～BG5处于微导通状态，I_C2～I_C5较小，I_B2～I_B5更小，可以忽略不计；因此，流经（R3+R4）的电流近似等于I_C1（=2mA），于是有（R3＋R4≈E/2－1.2V）/ I_C1，代入数据得（R3+R4）=7.4KΩ。

由于R4是BG1的交流负载电阻，应尽可能取大一点，R3一般取在1k之内；所以，实际将R3给定为820Ω、R4给定为6.8K，这时（R3+R4）=7.62KΩ，反求I_C1=1.94mA。

2．C2参数的选择

C2与R3构成自举电路，要求R3×C2＞0.1（注：经验公式各参数应选择法定标准单位，即电阻单位是Ω，电容单位是F）。因此，由R3×C2＞0.1可得C2=122μ，现在C2取值为220μ，效果更佳。实践证明：借助自举电路工作的半边复合管（BG2和BG4）的总电流放大率，应比不借助自举电路工作的另半边复合管（BG3和BG5）要小。

三、功放级偏置元件参数的选择

可变电阻R5、D1、D2组成BG2、BG3互补管的偏置电路，给BG2、BG3提供适当静态工作电流。改变R5阻值可改变BG2、BG3基极间偏置电压，从而实现对其静态工作电流的调整，在能够消除交越失真情况下R5尽量取较小阻值。与R5串联的D1、D2可以补偿BG2、BG3发射结死区电压随温度发生的变化，使互补管静态工作点稳定，可选用1N4148或高速二极管。

C3是防止BG1产生高频自激的交流负反馈电容，一般取为47P～200P。C4并联在BG2、BG3基极之间——用于R5、D1和D2的交流旁路，可使动态工作时的减小，一般取值47μ即可——这个器件在理论模型电路中没有出现，但在实际工程设计时须作考量。

四、功放级元件参数的选择

1．R6、R7参数的选择

R6和R7分别是BG4和BG5静态工作点（调整）分流电阻，动态工作时的分流作用可以忽略不计。电路调节合适时U_BE4≈U_BE5≈0.6V（标准参数），互补电流放大级BG2、BG3 的静态工作电流（I_C2、I_C3）应该为3mA～4mA，由此计算得R6=R7≈150Ω～220Ω（=0.6V/3mA～4mA）。

需要指出的是，这里忽略了BG4和BG5基极的分流作用，若计入之，R6和R7可适 当选大一些，现取值为220Ω。若取值过大，BG4和BG5基极电流增大，I_C增大，静态功耗增大。

2．R8和R9参的选择及特别处理

R8和R9分别是防止BG4和BG过流的限流保护电阻，一般取在0.2Ω～0.5Ω之间。可用长200mm、直径Φ0.08的漆包线两端分别焊接在1k以上电阻两端，对折起来绕在电阻上，相当于熔断保险管的作用，属于最简单的非智能型限流烧断保护方式。

3．C5和C6参数的选择及特别处理

C5和C6是功率输出电容，用一只小容量电容与大容量电容并联起来使用，可消除大容量电容内部具有的较大电感对高频率信号的阻碍。

注意：C5和C6实际上是起到中点浮动电源作用，所以电容量不是按照对通频带低频端交流信号的阻抗应为多大来确定，而是按输出功率的大小进行计算。若电容量偏小，在中点浮动电源电压随输出电流波动而导致输出信号截波时，就会产生严重削波失真。

4．BG1～ BG5的选择要求

BG1起电压放大作用，在该电路中被称为激励级，要求U_（BR）CEO＞E、I_ceo≤I_C1/400＝5μA、β＝100～200，所以应选用小功率低噪声三极管[1]。

BG2和BG3是互补电流放大级，分别与BG4和BG5构成复合管对输出电流进行放大，要求U_（BR）CEO＞E、I_CEO≤I_C2/100＝30μA、β＝100～200。BG2与BG3需要提供给后级大功率三级管超过100mA的峰值驱动电流，因此应使用中功率三级管。

BG4和BG5是负责放大输出电流的大功率三级管，静态工作电流可取在10mA～30mA，要求U_（BR）CEO＞E、I_CEO≤I_C4/100＝0.1mA、β＝50～100。根据经验BG4和BG5的最大极限电流I_CM应该比输出电流最大幅值大1倍，即I_CM>2I_O。实际上，大功率管U_BE可能相差较大，BG4和BG5的U_BE需通过实测进行配对使用。

五、系统参数

1．电压放大倍数

分析电压放大倍数时，把信号耦合、旁路电容看成短路，这时与放大倍数相关的简化电路如图5-8a所示。把三极管画成小信号等效模型，等效电路如图5-8b所示。输出信号由R2反馈到输入端，这样输出信号和输入信号 建立某种数量关系。

（1）当5mA时，由经验公式可以得到BG1的等效电阻

（5-4）

式中，I_E1指BG1管的静态射极电流，单位为mA。已知I_E1≈I_c1=1.94mA，代入式（5-4），于是得

2．输出功率

忽略电阻R8、R9和BG4、BG5饱和导通时的管压降，由式（1-2）得基本功率放大器的输出功率。

注：这只是理论最大值，实际输出功率小于理论值。

2012.4.28年，笔者搭接一个电路，原理图如下。设置电源电压为25.5V，实测一组数据：

相同输入信号的情况下，带6Ω电阻负载，输出削波失真会改善，如下图：

LM3886制作立体声功放(1)

LM3886制作立体声功放(2)---LM3886

LM3886制作立体声功放(3)_局部特写

[1] U_（BR）CEO、I_CEO分别为晶体管的击穿电压和截止时的穿透电流，晶体管安全工作的关键参数。

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