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班级现浇箱梁施工 电子信息工程学院
学号
时间 2011-5-22
音频功率（100W）放大电路的设计
Xxx
北京交通大学 电子信息工程学院
摘 要：随着现代电子技术的发展，集成电路被广泛地应用于各类电子电路中。随着半导体技术的进，功率放大电路也得到了飞速的发展和应用。音频功率放大器是功率集成电路的重要组成部分，并且广泛应用于消费类电子产品中。我国是全球最大的消费类电子商品市场和生产基地，音频功率放大器的需求日益倍增。因此研究音频功率放大器有着非常重要的现实意义。液晶屏保护膜
本文通过对音频功率放大电路知识和技术指标的学习及研究，设计了一款100W的音频功率放大电路，对这个电路分别进行了仿真，并且对并进行了比较。这款功率放大电路采用甲乙类（也就是AB类）互补推挽功率放大电路中的OCL互补功率放大电路。
关键词：音频放大电路；功率放大电路；OCL互补功率放大
中图分类号： 文献标志码：A
Audio power (100W) amplifier design
XXX
Electronics and Information Engineering,Beijing Jiaotong University
Abstract: With modern electronic technology, integrated circuits are widely used in various types of electronic circuits. With the progress of semiconductor technology, power amplifier has also been rapid development and application. Audio power amplifier is an important part of power integrated circuits, and is widely used in consumer electronics products. China is the world's largest consumer electronics market and production base, increasing the demand for double audio power amplifier. Therefore, the audio power amplifier research has very important practical significance.
Based on the audio power amplifier circuits of knowledge and technical indicators of learning and research, designed a 100W audio power amplifier circuit, this circuit was simulated, respectively, and on and compared. The power amplifier circuit is Class A and B (that is, class AB) complementary push-pull power amplifier circuit Power Amplifier OCL complementary.
Key words: Audio Amplifier ; Power amplifier ; Complementary power amplifier OCL
1.综述(引言)
1.1音频功率集成电路概况
音频功率放大电路是一种很常用的电子电路，广泛应用于家庭影院、音响系统、立体声唱机、伺服系统、车载娱乐系统、手机、掌上电脑以及工业制造中的电机驱动等电子系统。六十年代以前，电子管功率放大器一直占据主导地位。高保真的功放主要有A类和AB类两种，通过变压器与负载耦合，因此体积比较庞大。随着半导体器件的出现和发展，功率放大电路也得到了飞速的发展，根据市场需求，功率放大器逐步向模块化，小型化，集成化
的方向发展。晶体管功率放大器出现于六七十年代，由于单芯片集成，功率放大器的元件数、互连数和焊点数减少了，不仅系统的可靠性、稳定性得到提高，而且系统的功耗、体积、重量和成本得到了减小了，但由于当时的功率器件主要为双极型晶体管、GTO等，功率器件所需的驱动电流大，驱动和保护电路比较复杂，功率放大器的研究并未取得实质性进展。直至八十年代，具有MOS栅控制、高输入阻抗、低驱动功耗、容易保护等特点的新型MOS类功率器件的出现，使得驱动电路得以简化，也因此迅速带动了功率放大器的发展，但复杂的系统设计和昂贵的工艺成本限制了功率放大器的应用。进入九十年代后，功率放大器的设计与工艺水平不断提高，性能价格比也随之上升，功率放大器逐步进入了实用阶段砸。在半导体器件出现之前，高品质音频功放的类别仅限于A类和AB类，因为当时只有电子管这样的器件，B类电子管音频功放产生的失真太严重，即使用于公共广播都难以被人们接受。随着半导体器件的出现和电子技术的飞速发展，晶体管音频功放的设计也随之产生，而且设计方法不断增多。为适应各种不同的要求，人们设计出各种不同的音频功率电路，大致可分为以下五种类型：A类，AB类，B类，C类和D类。前四种属于模拟音频功放，就是将模拟音频信号直接输入，被放大后推动扬声器发声。D类也称为数字音频放大器。下面逐一介绍五种功放。
A类功放(也称甲类放大)：该类功放的静态工作点一般选在负载线的中点，在输入信号的整个周期内任何元件都不会出现电流截止，功放处于良好的线性工作状态，几乎没有非线性失真，但效率太低。由于不会产生开关失真和交越失真，只要偏置和动态范围值得当，仅从失真的角度来看，A类功放是回放音乐的理想选择。但工作在A反垃圾邮箱
类的功率放大器，电源始终不断地输送功率，即使在没有信号输入的情况下，电路器件也通有静态电流，并以热量的形式耗散出去。因此A功率放大器的发热量非常惊人，为了有效处理散热问题，必须增加大型散热器。A类功率放大电路的效率相对较低，在理想情况下最高只能达到50%，因此A类功率放大器仅用于小功率的收音机，助听器中，有的也用于高级的Hi--Fi光栅化功放。 肖秀丹B类功放(也称乙类放大)：该类功放的静态工作点一般选在负载线的零点，当无信号输入时，输出晶体管不导电，所以不消耗功率。当有信号时，每对输出管各放大一半波形，彼此一开一关轮流工作完成一个全波放大。但在两个输出晶体管轮换工作过程中容易发生交越失真，形成非线性的输出信号。在信号非常低时失真相对严重，但该功放在无信号输入时发热量小。B类功放的效率比较高，平均约为75％。
AB类功放(也称甲乙类功放)：其工作电流大小介于甲类与乙类之间，AB类功放通常有两个
偏压，在无信号时也有少量电流流过输出晶体管。它在信号小时工作时处于A类工作模式，获得最佳线性，当信号提升到某一电平时自动为B类工作模式以获得较高的效率。AB类功放在工作的大部分时间内处于A类模式，只在出现音乐态强音时才转为B类。这种设计可以获得优良的音质并提升效率减少热量，是一种颇为合乎逻辑的设计。
AB类和B类推挽放大器较A类具有效率较高、失真较小，功放晶体管功耗较小，散热问题容易解决等优点，是目前音频功率放大器的基本电路形式。此类放大器在高保真家庭影院等对于音质要求相对较高、对效率有一定容忍度的音响系统中占有统治地位。需要说明一点：目前部分用音频功放生产商家为了减少小信号的失真度，通常给B类音频功放的功率输出管加入一定的偏置，使其恰好进入线性区，导致B类功放的静态工作电流和AB类功放已没有明显的差别，从理论上讲，B类已经渗透到AB可控硅散热器类领域，在很多情况下没有严格的划分。
C类放大器是把静态工作点设置在截止点之下，只有当正半周的输入信号足够大时，晶体管才会导通，因此晶体管导通时间小于半个周期，效率更高。但由于失真过大，难用于音频功放，在高频功放中被用作倍频电路，主要用于射频放大，可用于无线电台和电视发射系统。
D类功放(丁类功放)实际上是开关型功放。D类功率放大器由输入信号处理电路、开关信号形成电路、大功率开关电路(半桥式和全桥式)和低通滤波器(LC)等四部分组成u-8|。D类放大器是利用极高频率的转换开关电路来放大音频信号的，输出管工作在关状态。当有信号输入时，输出功率管饱和导通，其内阻几乎接近零；没有输入信号时，输出功率管的电流为零，内阻几乎接近无穷大。这样可以使输出功率管的静态功耗大为减少，效率大幅度提高，理想情况下可达100％。D类功率放大器的优点是效率最高，比AB类、B类要高很多，几乎不产生热量，且供电器小，因此无需大型散热器，机身体积与重量显著减少，理论上失真低、线性佳。但这种功放成本高、技术复杂、响度不及其它模拟功放。所以真正成功的产品甚少，售价也不便宜。主要应用于便携式设备如手机等系统中，可充分发挥其节能的特点，但音质方面目前还不能与模拟音频功放相比。音响产品的数字化是必然趋势。数字音频功放有很多优点，例如功率大、体积小、效率高、可与数字音源的无缝结合、能有效降低信号间的传递干扰，可以实现高保真等。在数字音源已经大量普及的时代，数字功放将会取代现有的模拟功放[1]。
1.2音频功率放大电路概述
音频功率放大器是音响系统中的关键部分，其作用是将传声元器件获得的微弱信号放大到足够的强度去推动放声系统中的扬声器或其他电声元器件，使原声响重现。其电路一般可分为两部分，前一部分进行小信号电压幅值放大，后一部分采用功率放大器，与扬声器相连。一般扬声器的阻值较低，仅有8左右，需要较大的输出电流才能达到较大的输出功率，因此，需要功率放大器提供足够功率，一般电脑的有源音箱大多采用这种方式。其简单的构成框图如图1-1所示[4]:
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