音频放大器的设计

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一、实验目的

1、学会根据一定的技术指标，设计音频放大器；

2、掌握晶体管放大器工作点的设置与调整方法，放大器基本性能指标（Av、Ri、Ro、fH、fL、Vop-p）的测试方法、负反馈对放大器性能指标的影响、放大器的调试技术。

二、实验原理

1、单级音频放大器的模型和性能

（1）单级音频放大器的模型：

  音频放大器能将频率从20Hz~200Hz的音频信号进行不失真的放大，是放大器中最基本的放大器。音频放大器根据性能不同，可分为基本放声器和负反馈放大器。

  从放大器的输出端取出信号电压（或电流）经过反馈网络得到反馈信号电压或电流送回放大器的输入端称为反馈，反馈放大器的原理框图如图1所示，若反馈信号的极性与原输入信号的极性相反，则为负反馈。

根据输出端的取样信号（电压或电流）与送回输入端的连接方式（串联或并联）的不同，—般可分为四种反馈类型——电压串联反馈．电流串联反馈．电压并联反馈和电流并联反馈，负反馈是改变放大器及其它电子系统特性的—种重要手段，负反馈使放大器的净输入信号减小，因此放大器的增益下降：同时改善了放大器的其他性能提高了增益稳定性，展宽了通频带，减小了非线性失真，以及改变了放大器的输入阻抗和输出阻抗，负反馈对输入阻抗和输出阻抗的影响跟反馈类型有关，由于串联负反馈是在基本放大器的输入回路中串接了一个反馈电压，因而提高了输入阻抗，而并联负反馈是在输入回路上并联了一个反馈电流，从而降低了输入阻抗，凡是电压负反馈都有保持输出电压稳定的趋势，与此恒压相关的是输出阻抗减小；凡是电流负反馈都有保持输出电流稳定的趋势，与此恒流相关的是输出阻抗增大．

（2）单极电流串联负反馈入大器与基本放大器的性能比较：

图2是分压式偏置的共射基本放大电路，未引入交流负反馈；

图3是图2基础上，去射极旁路CE，引入电流串联负反馈；

图4在图2基础上，将Rb1改接至集电极，引入电压并联负反馈。

（3）射极输出器功能：

电路图5是射极输出器，它是单级电压串联负反馈电路，由于他的交流输出电压VQ全部反馈回输入端，故电压增益：Avf=(1+β) R’L/ rbe +(1+β) R’L <<1

输入电阻：Rif=Rb//[ rbe +(1+β) R’L]式中R’L = Rc//RL

输出电阻：Rof=Re//[(Rb//Rs)+ rbe] /(1+β)

当信号源内阻：Rs=0，Re>100Ω时，Rof = rbe /(1+β)

射极输出器由于Avf=1，故有电压跟随特性，且输入电阻低的特点，在多级放大电路中常作为隔离器，起阻抗变换作用。

三、实验仪器

1、直流稳压电源

2、数字函数信号发生器

3、数字万用表

4、电子技术综合试验箱

5、数字示波器

四、实验内容

1、单级共射电流串联负反馈放大器（前置放大器）设计

要求和指标

（1）已知：Vcc=5V，RL=5.6K，Rs=50Ω，三极管为9011，β测得182；

（2）要求：电路静态工作点：Ic=0.5mA、VCQ=2.5V;

（3）性能指标：Av∞=60，Ri>=4KΩ，Ro<=5.6K，fL<=100Hz,fH>=100KHz

设计方法

注：电阻标号见图1，图1中电阻为实际测量值。

（1）RL≈Rc，所以图中R5=Rc≈5.6k；

（2）由电压增益Avf=-βR’L/ [rbe +(1+β)Re]=-60解得图中R6=Re30~40Ω，其中rbe≈(1+β)26mV/IEQ=9.5k；

要求RiRif=RB1//RB2//[rbe+(1+β)RE]>=4KΩ，得Rb2应大于6.8k。一般情况下以经验公式，可设R3=Rb2=7k，通过仿真，改变Rb1的值，使得Ic=0.5mA、VCQ=2.5V。通过具体实验，得到图中R2=32k，R3=6.8k；

（3）增加图中C10，R13是为了稳定静态工作点。

2、单级共射电压并联负反馈放大器（推动放大器）设计

要求和指标

（1）已知：Vcc=5V，RL=5.6K，Rs=5.65KΩ，三极管为9011，β测得186；

（2）要求：电路静态工作点：Ic=4.5mA、VCQ=2V;

（3）性能指标：Av>=70,Avs>=1.5,Ri<=100Ω,Ro<=120Ω,

fL<=100Hz,fH>=100KHz

设计方法

注：电阻标号见图2，图2中电阻为实际测量值。

（1）图中R5=Rc=(Vcc-VCQ)/ICQ≈670Ω；

（2）根据Avs≈Rf/Rs，得Rf>8.5k；具体实验中取Rf=11k；

（3）通过仿真，根据静态工作点改变Rb的值，具体实验中，Rb测得为9k左右。

3、OTL功率放大器设计

    根据射极输出器输入阻抗高，输出阻抗低，利用互补对称管对输入信号正负半周进行放大，提供较大电流，驱动大的负载。

4、总的电路图

五、实验结果

放大倍数：

Av≈54；

输入输出最大值：

Vimax=53.5mV，Vomax=2.90V；

通频带：

41Hz~42.98kHz

六、误差分析

（1）OTL功率放大器的两个三极管的β值并不完全一致，无法做到完全对称；

（2）计算理论值时，很多情况下是取一定条件下的等效公式，没办法避免误差。

（3）三极管的β，Vbe(on)等参数与温度等外在因素密切相关，只能尽可能减小误差，不能完全避免；

（4）实验室提供电阻值与实际阻值有差距。

七、实验总结

（1）第一级前置放大器：掌握了各个电阻的计算方法，学会调试静态工作点和动态范围，复习了输入输出电阻，通频带的测量步骤，接触了电流串联负反馈电路；

（2）第二级推动放大器：接触了电压并联负反馈电路，巩固了模电的书本理论知识；

（3）OTL功率放大器：初步了解功率放大器的设计方法，为下学期的进一步学习打下基础；

（4）对系统设计一个音频放大器的具体步骤有个初步认识，是今后设计大型电路的铺垫。

音频放大器的设计

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原文地址：http://www.cnblogs.com/vanker/p/4189963.html