功率放大器设计举例讲解

功率放大器的设计
一、概述
功率放大器是一种常用的电子元件，主要功能是把输入的小功率信号放大成更大的功率信号，用于驱动更大功率的负载，如扬声器。

功率放大器可以用各种技术进行设计，包括晶体管、继电器和模拟电路等。

本文主要讲述基于晶体管的功率放大器的设计。

二、工作原理
晶体管功率放大器的工作原理非常简单，基本上是一个二极管的输入信号控制一个功率输出晶体管的开关状态。

当输入信号的峰值电压超过二极管的饱和电压时，二极管就会导通，把电流放大传递给功率晶体管，从而把输入功率放大输出。

三、晶体管功率放大器的主要特点
1、低成本：由于功率放大器的主要元器件是晶体管，其制造成本相对较低，因此晶体管功率放大器的成本也是较低的。

2、小尺寸：晶体管功率放大器具有体积小、重量轻的特点，这使得它在设计系统时，可以很容易地符合机械尺寸的要求。

3、低噪声：晶体管功率放大器的噪声水平较低，可以更好地服务于高质量的音频应用。

4、稳定：晶体管功率放大器的输出电压、电流比较稳定，可以保证信号的稳定和精确性。

四、晶体管功率放大器的组成。

电子技术课程设计----OTL功率放大器课程设计报告课程名称：电子技术课程设计设计题目：OTL功率放大器课程设计摘要功率放大器的作用是给音响放大器的负载RL（扬声器）提供一定的输出功率。

当负载一定时，希望输出的功率尽可能大，输出的信号的非线形失真尽可能的小，效率尽可能的高。

功率放大器的常见电路形式有OTL电路和OCL电路。

有用继承运算放大器和晶体管组成的功率放大器，也有专集成电路功率放大器。

本文设计的是一个OTL 功率放大器，该放大器采用TDA2030音频放大器芯片，TDA2030音频放大器电路是最常用到的音频功率放大电路，TDA2030是高保真集成功率放大器芯片,输出功率大于10W,频率响应为10~1400Hz,输出电流峰值最大可达3.5A。

其内部电路包含输入级、中间级和输出级,且有短路保护和过热保护,可确保电路工作安全可靠。

采用正输出单电源供电。

文中介绍了该放大器和运用LM317三端可调正稳压器集成电路组成的可调稳压电源的具体设计。

其次本次实物产品采用PCB印制电路板制作（单面板）使其性能良好满足1课程设计设计要求和外表美观。

关键词：LM317三端可调正稳压器集成单电源供电电路；OTL功率放大电路；TDA2030音频放大器；交越失真；无输出耦合电容；输出功率；反馈网络；三端可调集成稳压电路；PCB单面板。

2课程设计目录设计要求........................................................................................................................ (1)1、方案论证与对比 (1)1.1、总体方案设计........................................................................................................................ . (1)1.2方案一........................................................................................................................ . (2)1.2 方案二........................................................................................................................ (3)1.3 两种方案的对比........................................................................................................................ .. 42、电源部分的设计 (5)2.1总体方案设计........................................................................................................................ . (5)2.2方案论证与对比........................................................................................................................ (5)2.2.1方案一........................................................................................................................ . (5)2.2.2方案二........................................................................................................................ . (6)2.2.3两种方案的对比........................................................................................................................ (7)3.单元电路设计及元器件选择和电路参数计算 (8)3.1 单元电路设计与原理说明 (8)3.2 电路参数计算........................................................................................................................ (9)3.3功率的计算........................................................................................................................ .. (9)3.4电源部分........................................................................................................................ . (10)4.2 绘制电路原理图.........................................................................................................................114.3 对实物电路进行调试并记录数据 (11)4.3.1电路调整与测试........................................................................................................................ . (11)4.3.2通电观察........................................................................................................................ . (14)4.3.3 OTL功放部分的检测.........................................................................................................................154.4 数据分析及误差分析 (15)5. 设计体会与总结 (15)6、元器件及仪器设备明细表 (16)7、参考文献........................................................................................................................ . (17)8 致谢........................................................................................................................ (18)9 附录........................................................................................................................ .. (18)附录A 相关电路图.........................................................................................................................18附录B：相关芯片资料 (20)3OTL功率放大器设计设计要求1. 额定输出功率P0>=10W2. 负载阻抗RL=8欧3. 采用全部或部分分立元件电路设计一种OTL音频功率放大器。

简单平衡的功放电路制作实例这里要向大家介绍的是一台真正的平衡BTL桥接功率放大器的制作，这个放大器可以直接输入XLR的平衡信号，也可以直接输入RCA 的单端信号，而不必经过额外的电路去进行转换将RCA转换到XLR信号。

一. 平衡技术简介平衡式音频技术已不是什么新鲜事物了。

早在电话刚发明的初期它就已经诞生，其应用使得话音信息在作长距离传送时仍能保持很低的噪声电平。

而这也正是平衡式信号传输现在还被应用在高档音响中的原因：它允许我们以一种能够抵制噪声与失真的方式来传送信息(音频信号)。

两组镜像相对称、相位相反的信号被同时传输着。

也就是说，两组信号所真正搭载的并非音频信息，而是它们之间的电压差。

为了获得更高的信噪比、更大的动态对比度和巨细无遗的分析力，在音响器材内应用平衡放大技术是不少知名厂家的必要手段，像Mark Levinson就是使用此项技术的典范，但他们的售价也是全世界最昂贵之一。

剑有双锋，只有在实际正确运用的情况下，平衡式技术才会对音响器材的表现带来正面影响。

如果音频信号两个信号通路没有做到精确的镜像对称，那么噪声与失真便会加入到音频信号中去，这时平衡技术反而成为影响音质的致命原因。

因此，要想发掘出蕴藏在平衡式设计里的诸多好处，还须具备熟练的设计操控能力和慎重细致的电路结构，而目前市场上一些所谓“平衡功放”并没有应用真正的平衡技术，只是简单地将两个单端输入的放大器组合在一起而已。

一台平衡放大器实际是数台放大器的一个集合体。

因为机箱里的信号放大电路其实就是每声道两个对称平衡放大器。

这种“双平衡”式设计在给前级提供平衡负载阻抗的同时，有效地抑制了共模噪声与失真。

而无论输入是普通的单端RCA信号还是真正平衡的XLR信号，都会在这两个平衡放大器输入级开始首先被转化为一对极性互相相反的双端信号，然后再送到两个放大器的输出级。

平衡放大器的输出是属于BTL方式，可以轻易获得高达数百上千瓦的输出功率而只需要使用一般OCL功放电路的一半电源电压，这样使电容、三极管等器件选取自由度更大，在低电压的工作环境下也大幅地提高了安全性。

一、O PA300放大电路OPA300放大电路功能说明：通过设定电阻R4=3R3 来设定该放大器的放大倍数为四倍，即Vout=(1+Rf / R) Vin ，将VCA810的输出信号放大到能满足检波需要的信号。

二、高栅负压的电子管功放电路图下图中R3既是前级的直流负载电阻。

又是给后级提供栅负压的偏值电阻。

它适用于栅负压较高的功率管制作的功放电路。

电路比较简单。

电路中两个竹子的灯丝接地端。

应接在各自阴极电阻的下端。

同样要求电源变压器有两个灯丝绕组，功率级与前级的灯丝分别供电。

电路是用6Pl做的实验，虽然栅负压较低，但工作很正常，说明电路是成功的。

同样要注意的是：一定要在插上前级管子后再开电源，否则不能加电。

三、推挽式功率放大级的正偏压电路此电路用EL34管。

在两只功放管阴极电路中串入一只50Ω左右的线绕电位器或半可变线绕电阻，中点接地即可。

调整电位器W使两管的阴极电压平衡、对称，再放音就会有出色的表现。

正偏压的方式也可以用在ABI类自给偏压的推挽式功率放大级中。

四、AD8656双运放芯片组成的接收放大电路使用AD8656双运放芯片组成接收放大电路。

该运放适合+2.7～+5.5 V电源电压供电，是具有低噪声性能的精密双运算放大器。

AD8656型CMOS放大器在满共模电压(VCM)范围内提供250 mV精密失调电压最大值，且在10 kHz处提供低电压噪声谱密度和0.008%的低真，无需外部三极管增益级或多个并行的放大器以减小系统噪声。

通过干电池提供3V单电源供电，接收放大电路如图2所示。

放大电路由AD8656进行两级放大，抵消线圈所感应到的信号电压幅值因距离的增加而产生的衰减，放大所接收到的微弱信号，增加无线传输距离。

系统接收电路经D8656放大后的输出电压输至单片机进行A/D转换，对数据进行编解码，而未采用检波解调电路，可有效简化电路结构。

五、高频信号放大电路的性能比较分析一、高频管(UHF)9018fTl00(MHz)的信号放大电路电视高频头输出的第一中频信号和音频信号通过高频管9018放大后也确有显效。

基于ADS的功率放大器设计实例与仿真分析基于ADS（Advanced Design System）的功率放大器设计实例与仿真分析，可以从功率放大器的设计步骤、ADS的使用方法以及仿真分析结果等方面进行详细阐述。

以下是一个关于微带带通滤波器的功率放大器设计实例与仿真分析的论述。

第一步是设计微带带通滤波器，该滤波器会被用作后续功率放大器的输入端。

为了实现滤波器的设计，可以使用ADS中的电路设计工具。

首先，根据输入信号的频率要求和滤波器的通频带范围，可以设置滤波器的中心频率和带宽。

然后，可以选择合适的滤波器拓扑结构，如二阶椭圆滤波器或Butterworth滤波器等。

接下来，可以计算并选取滤波器所需的阻抗、电感和电容等元件数值。

最后，将设计好的滤波器电路进行布线，并进行仿真分析。

接下来是功率放大器的设计。

在滤波器的输出端，接入功率放大器电路。

首先，可以选择适当的功率放大器拓扑结构，如BJT放大器、MOSFET放大器或GaAsHEMT放大器等。

然后，根据输出信号要求和功率放大器的增益、线性度要求，可以计算并选取合适的偏置电流和工作电压等参数。

接下来，根据电路的参数和设计需求，可以进行功率放大器电路的分析和调整。

通过调整各个参数和拓扑结构，可以获得较好的功率放大器的设计效果。

在进行功率放大器的AD仿真时，将滤波器和功率放大器电路进行连接，并将输入信号的频率与幅度设置为所需的值。

可以通过修改电路参数，如管子的偏置点、交叉点的电阻等，来观察功率放大器在不同工作条件下的性能表现，并且可以分析功率放大器电路的输入输出特性、增益、功率效率等指标。

如果发现电路存在问题或者不满足设计需求，可以通过改变电路的参数、调整滤波器的结构等方式进行优化，再次进行仿真分析。

最后，根据仿真结果，可以对功率放大器进行性能评估和分析。

通过比较仿真结果与设计要求，可以判断设计的功率放大器是否满足预期的性能指标。

如果仿真结果不理想，可以进行参数调整、电路优化等方法来改善电路性能。

基于ADS的功率放大器设计实例与仿真分析功率放大器是一种常见的电子设备，用于放大低功率信号到较高功率输出。

在本文中，我们将基于ADS软件对功率放大器进行设计实例和仿真分析。

设计目标：设计一个用于射频信号放大的功率放大器。

设计的功率放大器需要满足以下要求：1.工作频率范围在1GHz到2GHz之间；2.输出功率为10W，并保持高线性度。

设计流程：1.选择合适的功率放大器类型；2.搭建电路设计原型；3.仿真分析电路的性能；4.优化设计以满足要求；5.制备和测试原型电路。

选择功率放大器类型：功率放大器有多种类型，包括B级、C级和D级。

根据设计要求，我们选择D级功率放大器，因为它能够提供较高的效率和较好的线性特性。

搭建电路设计原型：使用ADS软件搭建功率放大器电路原型。

我们选择HEMT晶体管作为放大器的活性器件，并添加适当的匹配电路，并进行偏置设计。

电路包括输入匹配网络、输出匹配网络和偏置电路。

输入匹配网络用于将输入端口与源混频器或射频信号源匹配，输出匹配网络用于将输出端口与负载匹配，偏置电路用于为晶体管提供合适的工作偏置。

仿真分析电路性能：使用ADS软件进行电路的射频参数仿真。

通过检查电路的S参数和功率输出特性，可以评估电路的性能。

确认电路在给定频率范围内具有良好的回波损耗和传输系数，并且能够提供满足要求的输出功率。

优化设计：基于仿真结果，对电路进行优化设计以满足要求。

这可能涉及调整匹配电路的元件值和尺寸以提高回波损耗，以及调整偏置电路以提供更好的工作点。

制备和测试原型电路：基于优化设计的结果，制备并测试原型电路。

在测试中，记录电路的实际性能，如功率输出、功率增益和效率，并与仿真结果进行比较。

如果实际性能与设计要求相符，那么原型电路可以被认为是成功的。

通过以上设计流程，我们能够设计和优化出满足要求的功率放大器电路。

通过ADS软件的仿真和实验测试，我们可以验证电路的性能，并作出进一步的改进。

这种设计过程可以应用于其他功率放大器的设计，以满足不同的需求和应用场景。

课程实习报告实习名称：电子技术课程设计学生姓名：师凯学号：专业班级：指导教师：杨峰完成时间：报告成绩：OCL 功率放大器目录第一章OCL功率放大器设计方案论证、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、1.1OCL功率放大器的应用意义、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、1.2OCL功率放大器的设计要求及参数、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、1.3设计方案论证、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、1.4总体设计方案图及分析、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、第二章OCL功率放大器各单元电路设计、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、2.1直流稳压电源的设计、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、2.2前置放大级设计、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、2.3功率放大器设计、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、第三章OCL功率放大器整体电路设计、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、3.1整体电路图及工作原理、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、3.2电路参数计算、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、3.3整体电路性能分析、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、3.4元器件清单列表、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、第四章设计总结、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、致谢、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、参考文献、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、第一章OCL功率放大器设计方案论证1.1 OCL功率放大器的应用意义OCL（Output Capacitorless 无输出电容器）电路是采用正负极两组对称电源供电，没有输出电容器的直接耦合电路，负载接在两只输出管中点和电源中点。

如何设计一个简单的功率放大器电路在电子电路设计中，功率放大器电路是非常重要的一部分。

它可以将输入信号的能量放大，提供给输出负载。

本文将介绍如何设计一个简单的功率放大器电路，以帮助读者更好地理解和应用功率放大器电路的原理。

一、功率放大器电路的基本原理功率放大器是一种将低功率信号转化为高功率信号的电路设备。

它的基本原理是利用放大器管件（如晶体管、场效应管等）的放大功能，将输入信号的功率放大到所需的输出功率。

二、功率放大器电路的设计步骤1. 确定功率放大器的需求：首先要确定所需的输出功率和频率范围，以及对信号的失真和噪声要求。

这些需求将直接影响功率放大器电路的选择和设计。

2. 选择适当的放大器管件：根据功率放大器的需求，选择合适的放大器管件类型。

不同类型的放大器管件有不同的特性和工作条件，需要根据具体情况加以考虑。

3. 计算偏置电路参数：为了保证放大器的稳定性和线性度，需要设计一个适当的偏置电路。

通过计算放大器管件的输入电阻、输出电阻和增益等参数，确定适当的偏置电路参数。

4. 设计输入和输出匹配电路：为了提高功率放大器的效率和线性度，需要设计输入和输出的匹配电路。

匹配电路可以提高信号的传输效率，并减少功率放大器对外部负载的影响。

5. 设置功率放大器的稳定性：在功率放大器的设计过程中，需要考虑其稳定性问题。

利用负反馈和补偿电路可以增强功率放大器的稳定性，并减少因工作条件变化而引起的失真。

6. 进行仿真和调试：在设计功率放大器电路后，可以利用电子仿真软件进行仿真，并对其性能进行评估。

如果有必要，可以进行一些调试和优化，以达到更好的电路性能。

三、案例分析：设计一个简单的功率放大器电路以晶体管为例，设计一个简单的功率放大器电路。

假设所需的输出功率为10W，频率范围为1MHz至10MHz。

1. 选择晶体管：根据功率放大器的需求，选择合适的晶体管。

考虑到功率放大器的输出功率要求和频率范围，可以选择一个高频功率晶体管。

一、50W甲乙类功率放大器电路原理图电路如下图所示，VT1~VT4组成一、二级差分放大，VT6~VT7构成功率输出管，VT8、VT9提供偏压。

电路的增益由R6、R7控制为30倍左右，整个电路简洁明了，一目了然。

本机的调整非常简单：调整RP1使中点电位为0V；调整PR2，使R13两端电压为0.1V左右。

反复调整几次即可设入使用。

二、200W全对称功放电路原理图在近年来的很多发烧文章中，简洁至上一直是很多发烧友津津乐道的话题。

下面所介绍的正是这样一款电路简洁而效果上佳的完全对称功放电路。

电路原理如图3-49所示。

STK6004C是日本三洋公司制造的一块超大功率厚膜电路、内部有三组大电流图腾柱式输出对，每组耐压都不低于200V，电流不小于15A，灌有导热良好的透明硅凝胶，自带散热且与内部电路缘。

因内部电路十分复杂具部分已固化，本文对其进行改造，取出精华部分成为图3-50的电路，并把它安排在全对称功放的后级。

而第一、二级均采用普通的差分电路，各级都用电阻作负载，其特点是电路简洁、失真小、频响宽、音质佳。

因采用自装的开关电源带有多重保护，故该功放的保护电路特别简单。

电路三、用STK4044制作高保真功放电路原理图如用LM1875、TDA1514等器件制作功放、但最后总是嫌它们功率太小，经不起大动态的考验。

但用一对日本三洋STK4044功放厚模块，则为理想，重新组建自己的“重炮”。

STK4044为单身道功放模块，推荐使用电压为正负5V，极限电压正负70V、静态电流120MA，平均输出功率100W，失真率为0.008%，电路如图3-48所示。

四、STK4040X1制作的HI-FI功放电路原理图本功放电路极为简洁，信噪比高，超低失真度，音色佳，功率容量大性价比高，易制作。

电路原理：STK4040X1是一种优选的HI-FI功放电路，有极佳的电参数：在U＝正负42.5V，RL=8欧条件下，额定输出功率不小于70W，最大谐波失真仅为0.008%，典型值为0.003%,3DB频响为20HZ~20KHZ。

设计题目：OCL功率放大器设计姓名：学号：班级：14级专业：电子信息工程设计时间：20162016年 7 月 4 日目录概述 (3)一、任务及要求： (4)1.设计任务 (4)2.设计要求 (4)二．总体方案设计 (4)1.设计思路 (4)2. OCL功放各级的作用和电路结构特征 (4)三．单元电路的选择及设计 (5)1、设计方案 (5)2、设计选择 (5)(1)设计一个放大器所需要的直流稳压电源 (5)(2)差分放大电路电路图 (6)(3)复合管放大电路电路图 (7)(4)U的倍增电路电路图 (7)BE四.总体电路图 (9)五．元器件参数的选择： (10)a.确定工作电压V (10)CCb.功率输出级的设计： (11)c.推动级（V4）的设计 (12)d.输入级的设计 (13)六、总结与体会 (15)概述(1)放大电路实质上都是能量转换电路。

从能量控制的观点来看，功率放大电路和电压放大电路没有本质的区别。

但是，功率放大电路和电压放大电路所要完成的任务是不同的。

对电压放大电路的主要的要求是使其输出端得到不失真的电压信号，讨论的主要指标是电压增益，输入和输出阻抗等，输出的功率并不一定大。

而功率放大电路则不同，它主要要求获得一定的不失真（或失真较小）的输出功率，因此功率放大电路包含这一系列在电压放大电路中没有出现过的特殊问题，这些问题是：要求输出功率尽可能大为了获得大的功率输出，要求功放管的电压和电流都有足够大的输出幅度，因此器件往往在接近极限运用状态下工作。

效率更高(2)由于输出功率大，因此直流电源消耗的功率也大，这就存在一个效率问题。

所谓效率就是负载得到的有用信号功率和电源供给的直流功率的比值。

这个比值越大，意味着效率越高。

非线性失真小(3)功率放大电路是在大信号下工作，所以不可避免地会产生非线性失真，而且同一功放管输出功率越大，非线性失真往往越严重，这就使输出功率和非线性失真成为一对主要矛盾。