基于运放的功率放大器设计

自主设计一低频功率放大器，满足如下要求：

（1）输入正弦信号电压有效值为5mV，在8Ω电阻负载（一端接地）上，输出功率大于1W，输出波形无明显失真；

（2）通频带为20Hz~20kHz；

（3）输入电阻为600 Ω。

实验具体要求如下：

（1）设计电路，利用Multisim软件绘制电路原理图。

（2）阐述功率放大原理。

（3）在输入信号有效值为5mV下，测量负载电压有效值，计算实际输出功率，验证是否满足1W。

（4）测量电路电源输出电流，计算电源输出总功率和所设计功率放大器的效率。

（5）测量整个电路的通频带，记录3dB带宽的截止频率，计算截止频率的误差。

2. 实验结果

（1）在下方列出所设计电路的原理图，并进行电路原理的阐述，说明电路放大倍数和输入电阻的设计原理。

图5-1整机电路图

电路组成：前置放大部分，滤波部分，功率放大部分

前置放大部分，采用反向比例放大电路，根据反向比例放大公式Av=Vout/Vin= - R2/R1

取R2为10kΩ，R1为100Ω，算得放大倍数为100倍，输入电阻通过R20与R21并联，计算得到600Ω

带通滤波器

要实现的功能为20Hz-20kHz的带通滤波，由于带宽较宽且要求通带平坦，四阶带通滤波器并不适用，所以选择四阶高通滤波器与四阶低通滤波器级联实现四阶带通滤波的功能。

二阶低通VCVS电路元件值

根据查表法，确定滤波器部分各元件值为如图所示

此时3DB带宽为20-20kHz

功率放大部分

采用反向比例放大电路，放大10倍，所以电阻选择R9=3k，R7=30k，3k/30k=10

在输入信号有效值为5mV下，测量负载电压有效值（给出仿真图），计算实际输出功率，验证是否满足1W。

输入信号有效值5mv，各运放外加电源+-12v的条件下，

8Ω负载两端电流为 8Ω负载两端电压为

实际输出功率计算：

输出功率=U2/R=10.5442/8=13.89W>1W

测量电路电源输出电流，计算电源输出总功率和所设计功率放大器的效率。

输出电压为12v

输出电流=12/8=1.5A

输出功率=12*12/8=18w

所以转换效率η=13.89/18=77.16%

测量整个电路的通频带（给出幅频特性图），记录3dB带宽的截止频率，计算截止频率的误差。

两端误差分别为：

Y1=（20.115-20）/20=0.5%

Y2=（20.161-20）/20=0.8%

三、实验思考题

1、实测中功放的效率应该如何测量？

答：首先确定负载的阻值，然后测量负载的电压或者电流，使用I2R或U2/R计算得出功率。测量需要使用电压表，示波器等仪器。

2、D类功率放大器的优点和缺点是什么？

答：、d类功放具有很高的能量使用转换率，而且它的体积很小，具有很强的可靠性。d类功放的电池使用率可以达到90%以上，符合绿色环保的要求。

2、d类功放的使用范围很广，其连接的负载阻抗最低值可以达到很低，另外不管负载阻抗值如何变化，其电池的转换率基本上可以说是不变

3、d类功放没有高频、中频、低频的相对变化，它的声音非常清晰，而且声像有很准确的定位。

4、d类功放非常适合产品的大批量生产。只要确保安装对元器件，就可以使产品具有的很好的一致性，而且生产的过程中不需要任何的调试，安全可靠。

5、d类功放可以直接实现群控、遥控、监测等功能，而不需要添加任何的装置。

D类功率放大器的缺点

D类功率放大器虽然有很多优点，但是也同样有很多缺点，而且这些缺点严重影响着D类功率放大器的发展，下面我就具体来说说D类功率放大器的缺点。

1、D类功率放大器的没有专门的开关，若是安装的功率晶体管和其他器件匹配的不好，会导致整个产品质量不过关。

2、D类功率放大器的功率晶体管在其刚开始连接和最后的关闭过程中，紧靠地面的电位会发生波动等情况，从而增加了噪音。

3、D类功率放大器的输出电路有可能会出现死区等情况。

4、D类功率放大器的扬声器可能会因为某种原因而出现失真等情况。

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