功率放大器电路设计「建议收藏」

全栈程序员-站长 • 2022年6月6日上午8:16 • 未分类 • 阅读 31

大家好，又见面了，我是你们的朋友全栈君。

一、实验目的

掌握功率放大器的设计方法。
了解功率放大器的测试方法。

二、实验内容及结果

实验内容
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。
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。multisim仿真电路文件资源链接.

整机电路图

示波器显示如下，可以看到达到功率放大要求且输出信号没有失真
在这里插入图片描述
电路分为3个部分：

前置放大部分，为反向比例放大电路，需放大150倍，所以电阻选择R1=90.9k，R2=600，90.9k/600=150。
带通滤波器部分，由一个低通和高通滤波器构成，由于通频带为20Hz~20kHz，由查表法可以选出电阻。

由查表法得到R5=1.422KΩ，R6=5.399KΩ，C4=6500pF，C1=1588pF；C2=4uF，C3=7uF，R7=2.251KΩ，R8=1.125KΩ。
功率放大部分，为反向比例放大电路，需放大10倍，所以电阻选择R9=3k，R10=30k，3k/30k=10。

（2）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，验证是否满足大于1W。
整体仿真图如下：

8Ω两端电流:

8Ω两端电压：
在这里插入图片描述

（3）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。
电源输出电流：15V/8Ω=1.875A
电源输出电压：15V
电源输出功率为Pi=15^2/8=28.125W
实际电路输出功率如图：
在这里插入图片描述
同样计算可得到相同值Po=13.372^2/8≈22.4W

所以转换效率η=22.4/28.125=79.64%

（4）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。
仿真结果如图满足3dB带宽要求：

在这里插入图片描述

由查表法得到的元器件值和Ap值，计算过程如下：
理论低通与高通滤波器通带增益均为：Ap=1+0=1
理论低通滤波器上限截止频率：fc=1/(2πR2C1) ≈ 18572.8Hz=18.5728kHz
理论高通滤波器下限截止频率：fc=1/(2πR4C3) ≈ 20.2Hz
计算得出下限截止频率误差≈2.39%，上限截止频率误差≈8.45%。

三、实验思考题
1、实测中功放的效率应该如何测量？
答：
测量实际输出功率，需要音频信号发生器和音频电压表（或示波器等），根据其在固定负载件下的输出电压幅度计算。
2、D类功率放大器的优点和缺点是什么？
答：
优点：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,而且声响有很准确的定位。
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转换率基本不变。
缺点：D类功放保真度比甲类和甲乙类功放差

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