基于運(yùn)放的低頻功率放大器設(shè)計(jì)

自主設(shè)計(jì)一低頻功率放大器，滿足如下要求：

（1）輸入正弦信號(hào)電壓有效值為5mV，在8Ω電阻負(fù)載（一端接地）上，輸出功率大于1W，輸出波形無(wú)明顯失真；

（2）通頻帶為20Hz~20kHz；

（3）輸入電阻為600 Ω。

實(shí)驗(yàn)具體要求如下：

（1）設(shè)計(jì)電路，利用Multisim軟件繪制電路原理圖。

（2）闡述功率放大原理。

（3）在輸入信號(hào)有效值為5mV下，測(cè)量負(fù)載電壓有效值，計(jì)算實(shí)際輸出功率，驗(yàn)證是否滿足1W。

（4）測(cè)量電路電源輸出電流，計(jì)算電源輸出總功率和所設(shè)計(jì)功率放大器的效率。

（5）測(cè)量整個(gè)電路的通頻帶，記錄3dB帶寬的截止頻率，計(jì)算截止頻率的誤差。

實(shí)驗(yàn)結(jié)果

（1）在下方列出所設(shè)計(jì)電路的原理圖，并進(jìn)行電路原理的闡述，說(shuō)明電路放大倍數(shù)和輸入電阻的設(shè)計(jì)原理。

圖5-1整機(jī)電路圖

電路組成：前置放大部分，濾波部分，功率放大部分

前置放大部分，采用反向比例放大電路，根據(jù)反向比例放大公式Av=Vout/Vin= - R2/R1取R2為10kΩ，R1為100Ω，算得放大倍數(shù)為100倍，輸入電阻通過(guò)R20與R21并聯(lián)，計(jì)算得到600Ω

帶通濾波器

要實(shí)現(xiàn)的功能為20Hz-20kHz的帶通濾波，由于帶寬較寬且要求通帶平坦，四階帶通濾波器并不適用，所以選擇四階高通濾波器與四階低通濾波器級(jí)聯(lián)實(shí)現(xiàn)四階帶通濾波的功能。

二階低通VCVS電路元件值

根據(jù)查表法，確定濾波器部分各元件值為如圖所示

此時(shí)3DB帶寬為20-20kHz

功率放大部分
采用反向比例放大電路，放大10倍，所以電阻選擇R9=3k，R7=30k，3k/30k=10

在輸入信號(hào)有效值為5mV下，測(cè)量負(fù)載電壓有效值（給出仿真圖），計(jì)算實(shí)際輸出功率，驗(yàn)證是否滿足1W。
輸入信號(hào)有效值5mv，各運(yùn)放外加電源+-12v的條件下，8Ω負(fù)載兩端電流為

8Ω負(fù)載兩端電壓為

實(shí)際輸出功率計(jì)算：

輸出功率=U2/R=10.5442/8=13.89W>1W

測(cè)量電路電源輸出電流，計(jì)算電源輸出總功率和所設(shè)計(jì)功率放大器的效率。
輸出電壓為12v

輸出電流=12/8=1.5A

輸出功率=12*12/8=18w

所以轉(zhuǎn)換效率η=13.89/18=77.16%

測(cè)量整個(gè)電路的通頻帶（給出幅頻特性圖），記錄3dB帶寬的截止頻率，計(jì)算截止頻率的誤差。

兩端誤差分別為：

Y1=（20.115-20）/20=0.5%

Y2=（20.161-20）/20=0.8%

實(shí)驗(yàn)思考題

1、實(shí)測(cè)中功放的效率應(yīng)該如何測(cè)量？

答：首先確定負(fù)載的阻值，然后測(cè)量負(fù)載的電壓或者電流，使用I2R或U2/R計(jì)算得出功率。測(cè)量需要使用電壓表，示波器等儀器。

2、D類功率放大器的優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)是什么？

答：、d類功放具有很高的能量使用轉(zhuǎn)換率，而且它的體積很小，具有很強(qiáng)的可靠性。d類功放的電池使用率可以達(dá)到90%以上，符合綠色環(huán)保的要求。

2、d類功放的使用范圍很廣，其連接的負(fù)載阻抗最低值可以達(dá)到很低，另外不管負(fù)載阻抗值如何變化，其電池的轉(zhuǎn)換率基本上可以說(shuō)是不變

3、d類功放沒(méi)有高頻、中頻、低頻的相對(duì)變化，它的聲音非常清晰，而且聲像有很準(zhǔn)確的定位。

4、d類功放非常適合產(chǎn)品的大批量生產(chǎn)。只要確保安裝對(duì)元器件，就可以使產(chǎn)品具有的很好的一致性，而且生產(chǎn)的過(guò)程中不需要任何的調(diào)試，安全可靠。

5、d類功放可以直接實(shí)現(xiàn)群控、遙控、監(jiān)測(cè)等功能，而不需要添加任何的裝置。

D類功率放大器的缺點(diǎn)

D類功率放大器雖然有很多優(yōu)點(diǎn)，但是也同樣有很多缺點(diǎn)，而且這些缺點(diǎn)嚴(yán)重影響著D類功率放大器的發(fā)展，下面我就具體來(lái)說(shuō)說(shuō)D類功率放大器的缺點(diǎn)。

1、D類功率放大器的沒(méi)有專 門(mén) 的 開(kāi)關(guān) ，若是安裝的功率晶體管和其他器件匹配的不好，會(huì)導(dǎo)致整個(gè)產(chǎn)品質(zhì)量不過(guò)關(guān)。

2、D類功率放大器的功率晶體管在其剛開(kāi)始連接和最后的關(guān)閉過(guò)程中，緊靠 地面 的電位會(huì)發(fā)生波動(dòng)等情況，從而增加了噪音。

3、D類功率放大器的輸出電路有可能會(huì)出現(xiàn)死區(qū)等情況。

4、D類功率放大器的揚(yáng)聲器可能會(huì)因?yàn)槟撤N原因而出現(xiàn)失真等情況。