功放电路范文精选

作者：陈创　张德磊　田应伟　曾兴亮

摘要:本文总结了电子设计实验中常用的几种功率放大电路的设计方案,针对不同的设计要求和设计条件从电路搭建、注意事项及测试结果进行了说明,能满足大多数实验电路设计的需要。

关键词:功率放大;推挽输出;丙类功放

一.前言

在电子电路设计中,很多系统需要对输出信号进行放大,以提高其带负载能力,驱动后级电路,因此就要对信号进行功率放大。功率放大器的主要性能指标有输出功率及效率,其按照电流导通角的不同,可分为甲、乙、丙三类工作状态。甲类放大器电流的通角为180度,适用于小信号低频放大,效率最低;乙类放大器的通角约为90度,适于宽带大功率工作,大多数集成运放的末级输出都采用乙类推挽形式;丙类放大器的电流的通角则小于90度,电流波形失真太大,只适于以调谐回路为负载的窄带放大,但效率较甲、乙类高。【1】

二.电路设计

(一)大电流高摆幅运放

若不考虑成本限制,可直接采用大输出电流、高摆幅运算放大器作为输出级。设计重点在于运放的选择及电路连接。市面上有各种性能的buffer以及可用以驱动的运放,它们能满足大多数设计的要求。专门的驱动芯片如buf634,其输出电流达250ma,摆率为2000v/us。美国德州仪器公司也有许多相关产品,如ths3121,输出电流可达450ma,摆率达1500v/us。设计的关键在于芯片的正确使用,由于大多数为电流型运放,故反馈电阻的选取很重要,另外由于处理的是高频信号,所以电源去耦,电路布线方面也须十分注意。经实验测试,ths3121在反馈电阻取470ω、增益为2时在50ω负载时小信号-3db带宽达100mhz,-0.1db带宽达30mhz,并且在电压峰-峰值为10v的输出状态下,频率大于10mhz时仍无失真现象。

摘 要：功放机的保护电路是功放机的重要组成部分，各个厂家都推出自己的保护电路.并且在不断演化进步中。本文针对教学中的功放机型，全面分析其过载保护、功放输出中点电压保护、直流保护等多路保护电路的工作原理，进一步阐述其综合的功能。

关键词：功放机 工作原理 多路保护电路

中图分类号：TN722 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2014）02（a）-0200-02

功放机的功率放大电路大都采用OCL 电路，能够最大可能地拓宽输出频响，但其出现故障时输出端就会出现较高的直流电压，导致与其直接相连的扬声器因流过过大的直流电流而烧毁。所以功放机中都设置扬声器多路保护电路以实现其综合功能。下面以教学中所涉及的功放机为例，具体分析其多路保护电路的工作原理。

1 扬声器切断式多路保护电路

天龙PMA―780功放是笔者在教学中使用的一款传统功放机型，其采用典型的分立元器件多路保护电路，通过继电器切断扬声器来进行保护，如图1所示。该机保护电路由过载/短路保护电路、功放输出中点电压保护电路、开关机延时保护电路、功放管过热保护电路组成。

1.1 过载保护电路

该机的过载保护电路主要由R138、VT116、VD301、VT306、BC301等元件组成。当功放正常工作时，过载检测取样电阻R318两端压降经过R141、R142分压后的电压过低导致VT116截止，过载保护电路处于待命状态；当功放过载时，功放输出管VT113的集电极和发射极之间电流增加，此时R138两端电压升高，通过分压后加至VT116的基极，使VT116正偏导通。此时VT306的基极电位由于VD301的导通被拉低，从而使VT306反偏导通与R312、R314形成回路，降低R314两端电压。当降到触发阈值时，单向晶闸管BC301导通，将VT307基极电位拉低使其截止，从而使继电器RJ301失去电流切断扬声器与功放输出端，有效保护功放管不因过载而损坏。

摘要:在很多个人计算机PC或小家电音响数字功放设计中,电源部分由市电AC220V经整流、滤波和稳压电路等处理后供给,电路复杂,而且体积大而重。本方案音响功放采用了SWITCH-MODE POWER SUPPLY,使得供电变的简单灵活更实用。种低成本,低功耗,体积小,效率高,设计灵活使用方便的数字功率放大技术。在功能模块上主要有:供电部分,信号输入部分、信号处理,功率放大部分、输出部分最后由扬声

器或喇叭输出的解决方案.

关键词:数字功放信号输入 扬声器 信号处理 PCB

ABSTRACT:In more and more digit power amplifier design of personal computer and home appliance, most of power supplies by AC220V, it works to go through commutate, filtering, voltage regulation atc. The circuit is not only complicated but also much larger and heavier.This proposal use SWITCH-MODE POWER SUPPLY directly. It is to make power supply more simpleness, flexible, practical.It is low cost,low power dissipation,small bulk, efficient,and design flexible. The functional module have power supply, Signal input, Signal process, power amplification and output by loudspeaker… …

KEY WORDS:Digital power amplifier, Signal input, Loudspeaker,Signal process,PCB

1 前言

目前,在很多个人计算机PC或小家电音响数字功放设计中,电源部分由市电AC220V经整流、滤波和稳压电路等处理后供给,电路复杂,而且体积大而重,另外复杂功放电路使得印制电路板(PCB)面积和成本增大从而占用了大量空间;而且功率高,长时期使用可能导致过热,机内需要留足够空间散热。更重要的是其成本昂贵,给现代个人小家电音响功放设计造成众多不便!

2 技术方案设计

【摘要】功率放大器的静态电流随温度的变化而变化，这对功率放大器的性能有很大影响。针对这一问题，经过对功率放大器的实际测试和数据分析，在偏置电路中增加了温度补偿电路，对电路中各电阻的取值进行了分析。测试表明，加入温度补偿电路后，在-40℃～75℃功率放大器的静态电流基本恒定，饱和输出功率的一致性有所提高，功率芯片损坏的几率大大减小，并且电路结构简单，容易实现。

【关键词】功率放大器；偏置电路；静态电流；温度补偿

随着我国对北斗卫星通信产业的进一步投入和推广，北斗用户机作为北斗导航系统的重要组成部分引起了广泛关注[1]。功率放大器是北斗用户机中必不可少的一部分，其性能的好坏直接影响到北斗用户机的性能，因此其电路结构和芯片的选型非常重要。LDMOS功放管具有增益大、输出功率高、线性度良好、低成本、高可靠性等优点[2]，因此成为功率放大器设计的首选器件。然而LDMOS的静态电流会随着温度变化而变化，这对功率放大器的增益、饱和输出功率等参数都有很大影响，在高温环境下，这些参数的变化甚至会导致功率放大芯片损坏，因此设计一种针对LDMOS的温度补偿电路对功率放大器的性能至关重要。

1功率放大器设计

在北斗用户机的功率放大器的应用中，功率放大芯片的选取非常重要，除了要求功放芯片在北斗频率上能够达到要求的功率外，还有考虑最大容许工作电流、最大耗散功率、芯片的结温度等因素[3]，并且要留有足够的余量。本设计在北斗频率上要求最大输出功率在10W以上，工作温度大于75℃，经过比较，最终选取HMC308和HMC454为驱动芯片，以英飞凌公司的LDMOSFETPTFA220121M作为功率放大芯片设计一款北斗用户机功率放大器。合适的静态工作点不仅能保证芯片的正常工作，还会影响功率放大器的最佳匹配负载、效率等参数[3]，因此选择正确的静态工作点是设计电路的第一步。由datasheet可知，PTFA220121M的偏置电路中栅极电压为2.5V左右，漏极经过一个四分之一波长线接+28V，常温下功率放大器工作的静态电流为150mA。为了向负载传输最大功率，需要在电路中加入匹配网络，使得负载阻抗等于信号源阻抗的共轭，此外，匹配网络还决定着放大器的驻波比、功率增益、1dB压缩点等指标是否满足设计要求。在PTFA220121Mdatasheet中读取出在1616MHz处的输入输出阻抗，利用ADS软件对芯片做输入输出匹配电路，使得功率放大器的功放管工作在趋近饱和区[4]。由于在北斗频点上采用微带线做匹配电路，电路的面积会非常大，所以电路的匹配采用集总器件做匹配电路.对电路PCB进行加工并测试得到其小信号增益为42dB左右，饱和输出功率在10W以上。在高低温箱内放置两个功率放大器，以20℃为步进，测试每个功率放大器在-45℃～75℃时的特性，使功率放大器在每个温度下保持30分钟后，测得两个功率放大器PTFA220121M的静态电流分别为I1、I2，饱和输出功率分别为P1、P2，画出四个参数随温度变化的曲线，如图1所示。分析数据可知，随着温度的升高，功率放大器的静态电流增加了50mA，即功率放大器在-40℃～75℃内的工作点具有正温度系数，得出温度对功率放大器的饱和输出功率一致性有很大影响。在测试过程中，在没有加激励的情况下，当温度升高到75℃时，功率放大器加电瞬间芯片损坏。功放芯片的结温度和工作环境温度及芯片本身的功耗有关，当温度升高时，芯片的静态电流增加，使得芯片的功耗增加，这两个因素同时增大使得芯片的结温度超过其能承受的最大温度，故而损坏，而北斗用户机实际的工作温度要求能承受75℃，所以要降低芯片在高温下的静态电流来保护芯片。为了保证功率放大器各性能的稳定，在功放芯片的偏置电路中加上温度补偿电路，使栅极电压随温度的升高而降低[5]，保证芯片的静态电流在各个温度下的恒定，从而提高功率放大器性能的一致性。

2温度补偿电路设计

功率放大芯片在工作点附近通常具有正的温度特性，即在一定的栅压下，当工作温度升高时其静态电流升高，当工作温度降低时静态电流降低[6]。由图1的实验结果可知，工作温度的升高使得最大输出功率的波动很大，本设计通过在偏置电路加一个电压补偿网络实现温度的补偿[7]。温度补偿电路采用了温度传感器LMT84，封装大小为2.4mm*2.2mm，其输出电压随着温度的升高而降低。将LMT84的输出端与PTFA220121M的栅极经过电阻相连，通过分析实验数据来分配电阻值，使得温度升高时栅极电压下降，计算得到静态电流下降的幅度正好抵消静态电流增加的幅度，从而保证芯片的静态电流不随温度变化。对两个功率放大器做如下处理：在PTFA220121M栅极和地之间接上屏蔽电缆，在非接地电缆的另一端接电位器。将它们放入高低温箱内，温度设定为-45℃～75℃，每20℃一个步进，功率放大器在每个温度下存储30分钟，测试各个温度下PTFA220121M的静态电流。通过调节电位器的阻值使得PTFA220121M的静态电流在各个温度下保持在150mA，用万用表测试出对应温度下栅极的电压，温度补偿电路如图3所示，PTFA220121M栅极电流为1uA，为了使芯片栅极电压的波动对A点电压影响足够小，选取电阻时保证流过R1的电流I1为50uA左右。LMT84的最大输出电流为50uA，I2取值为40uA。根据叠加定理，电路中各器件之间的关系满足等式(1)、(2)、(3)、(4)，其中UA1、UA2为图2直线中0℃和20℃对应的电压值，UB1、UB2为LMT84工作曲线中的0℃和20℃对应的电压值，计算出各个电阻值，取标称值为：R1=30kΩ，R2=18kΩ，R3=13kΩ，R4=20kΩ。电路设计时要求温度不变时UA1的变化范围为ΔV=±10mV，供电电压为U，为了求出补偿电路中所选电阻和电源芯片输出电压的精度，对等式（2）中UA1在R1=30kΩ、R2=18kΩ、R3=13kΩ、R4=20kΩ、U=5V处对R1、R2、R3、R4、U求偏导数，计算得出ΔR1=±0.8%R1，R2=±1%R2，R3=±3%R3，R4=±60%R4，ΔU=±9%U。由计算结果可知，R1的变化对UA1的影响最大，所以要求其精度最高，由于市面上常用的贴片电阻最高精度是±1%，所以取R1=(30±1%)kΩ。R4的变化对UA1的影响很小，对其精度几乎没有什么要求。电路中供电芯片选用的是LDO，其输出电压精度在±1%，满足设计要求。最后确定电阻值为：R1=(30±1%)kΩ，R2=(18±1%)kΩ，R1=(13±1%)kΩ，R4=(20±10%)kΩ。

3实验结果和数据分析

【摘要】本文从电路的基本理论出发，结合相关电路图及波形对D类音频功放电路的组成、工作原理进行详细的分析和阐述。

【关键词】音频功放;调制器;低通滤波器

D类音频功率放大器与A类、B类功率放大器相比它最大的优点是效率高，功率放大管工作在开关状态，在理想情况下电路的效率可以达到100%。因此，有着广泛的应用。

D类音频功放电路由调制器、开关功率放大器及低通滤波器三部分电路组成，如图1所示，其工作原理是：音频信号经过调制器进行脉宽调制后转换成脉宽调制信号，脉宽调制信号由开关功率放大器进行放大，放大后的脉宽调制信号通过低通滤波器滤波后还原成放大了的音频信号送入扬声器。

图1 D类音频功放电路组成框图

下面结合如图2所示D类音频功率放大电路，对其电路组成及工作原理进行分析。电路中运放A1、A2、A3、A4及元件构成调制器，场效应管T1、T2构成开关功率放大器，电感L和电容C5构成低通滤波器。

图2 D类音频功率放大电路

图3 方波与三角波变换波形图

摘 要：笔者学校针对现电子技术基础教材理论知识深而不详，实践操作内容与理论知识脱节的弊端，对现行的专业教材进行了精简、补充、组合，形成了模块式自编教材，并对其中的重点、难点进行了详细剖析。

关键词：自举电容 Proteus仿真 仿真电路调整

目前，职业学校电子技术基础专业教材版本较多，大多数理论教材以OTL互补对称功率放大电路为例讲解电路的组成、电路工作原理和功放的交越失真，而实习教材采用的是带自举电容的实用OTL功放电路。这两种教材衔接不紧密，内容介绍比较笼统，给教学带来一定困难。

图 实用OTL功率放大电路

如上图所示，若将理论教材上我们通常采用的功率放大电路应用于实际电路，实习教材上的实用OTL功率放大电路（电压表、四通道示波器是为电路仿真所设）它至少还存在下述几个问题。

一、设置静态工作点

首先，在电路中我们要设置直流偏置，否则放大信号将产生失真，对于直接耦合的放大器如何保证其静态工作点稳定，即保证中点A点电压为电源电压的一半。我们通过增加一个电阻R2（R2=R2+RW1，以下类同）的方法解决，其静态工作点及其稳定过程如下：

R2是Q1基极的上偏置电阻，其偏置电压取自中点电压VA，由于VA为中点电压，所以VB必须调整满足。因为，VB=Vcel，Vce1=Vcc-Ic1（R3+RW2）（RW2=RW2+RD1，以下类同），所以VB=Vcc-Ic1（R3+RW2），我们可以通过调整Q1的偏置电阻R2来达到改变Ic1的大小，使。注意的是调整R2的主要目的并不是要改变Ic1的大小，而是要使，即中点电压等于电源电压的一半。由于Q1发射结偏置电压通过R2取自中点电压VA，所以是中点电压的稳定得到了自动控制。下面我们来分析其自动控制过程。

摘 要：功率放大器作为无线通信系统中核心部件，对于无线通信系统的通信质量有着突出的作用和影响，尤其是随着无线通信技术的发展以及移动通信用户数量的不断增加，进行功率放大器及其电路的设计研究，具有十分突出的作用意义和影响。本文将以射频功率放大器为例，在对于射频功率放大器的工作原理分析基础上，采用ADS软件进行射频功率放大器及其电路的设计分析，以促进射频功率放大器在无线通信领域中的推广应用。

关键词：射频 功率放大器 电路设计 无线通信 设计

中图分类号：TN92 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2014）04（c）-0087-02

在无线通信技术领域中，GaN高电子迁移率晶体管作为最新的半导体功率器件，由于其本身具有宽禁带以及击穿场强高、功率密度高等特征优势，在高频以及高功率的功率器件中具有较为突出的适用性，在电子信息系统性能提升方面具有较为明显和突出的作用优势，在无线通信技术领域的应用比较广泛。针对这一情况，本文在进行射频功率放大器及其电路的设计中，专门采用ADS仿真软件对于射频功率放大器及其电路的设计进行研究分析，并对于仿真设计实现的射频功率放大器在无线通信技术领域中的应用和参数设置进行分析论述，以提高射频功率放大器的设计水平，促进在无线通信技术领域中的推广应用。

1 射频功率放大器的结构原理分析

结合功率放大器在无线通信系统中的功能作用以及对于无线通信技术的影响，在进行射频功率放大器的设计中，结合要进行设计实现的射频功率放大器的工作频带以及输出功率等特点要求，以满足射频功率放大器的设计与应用要求。在进行本文中的射频功率放大器设计中，主要通过分级设计与级联设置的方式，首先进行射频功率放大器的功率放大级以及驱动级设计实现，最终通过电路设计对于射频功率放大器的两个不同级进行连接，以在无线通信中实现其作用功能的发挥，完成对于射频功率放大器的设计。需要注意的是，在进行射频功率放大器的功率放大级结构模块设计中，主要应用GaN高电子迁移率晶体管进行射频功率放大器功率放大级结构模块的设计实现，同时在功率放大级结构模块的电路设计中，注重对于输出功率保障的设计；其次，在进行射频功率放大器的驱动级结构模块设计中，以C波段的功率放大模块设置为主，电路设计则以增益提升设计为主，并对于增益平坦度和输出输入驻波进行保障。如图1所示，即为射频功率放大器的功率放大级模块设计示意图。

2 射频功率放大器及其电路的设计分析

结合上述对于射频功率放大器的结构原理分析，在进行射频功率放大器的设计中，主要包括射频功率放大器的功率放大级设计和驱动级水，此外，对于射频功率放大器电路的设计，也需要结合两个结构模块的实际需求进行设计实现的。

文章摘要：随着我国经济的发展，人们对于视听娱乐的需求越来越大。在这样的情况下，作为音响器材的重要组成部分，新型的数字功率放大器呼之欲出。然而目前我国在这方面的技术还不是很成熟，数字集成功率放大器的研发之路还比较长。作者将在文中简要介绍新型数字集成功率放大器的整体电路设计，以供读者参考。

关键词：数字集成；放大器；整体电路

本文主要介绍的设计思路，是以运用TDA7481为主进行设计的思路。使用这种芯片为核心，可以在多种模式下做到对电路的自由切换，大大提升了整机的实用性。而且，这套设计采用的是数字轻触式的按键控制系统，可以更加轻松地实现对音量的控制，这种设计相比于传统的按键设计而言，不仅可以方便操作，而且能够大大增加机器的使用寿命。另外，这种设计比传统的设计输出功率更高，传出的声音也不容易失真，成为很多音响制造企业应用的首选。正是因为如此，本文才会选用这样的设计进行介绍。

1.音频功率放大器的发展历程以及研究的目的与意义

音频功率放大器是一个技术已经相当成熟的领域，最近的几十年以来,随着无数科学工作者的不懈努力，功率放大器无论是线路技术还是元器件，甚至于人们的思想认识都有了长足的进步。回顾一下功率放大器的发展历程,我们可以很清楚地发现,音频功率放大器的发展与电子技术的发展是紧密联系的。正如电子计算机经历了电子管、晶体管、集成电路的发展历程一样，音频功率放大器也经历了类似的发展过程。从最初的电子管放大器，到现在的数字集成放大器，音频功率放大器正在一步步走向成熟。在现今，数字集成功率播放器已经成为了一种越来越主流的发展趋势，这种功率放大器以其较高的输出效率、较好的声音保真效果，正在受到更多人的青睐与肯定。长期以来,高品质的音频放大器的按照工作类别进行划分,只有A类和AB类两种。造成这种现象的主要原因就是，一直以来，功率放大器的元器件都是以电子管为主,在这种情况下，单纯的B类功率放大器的播放效果会严重失真，难以被人们所接受。而只有A类功率放大器能有效保障声音的真实性。现在，随着科技的发展，以数字集成方式进行工作的功率放大器开始出现，这种新型的功率放大器以输出的功率大、效率高、生意失真小等优势一跃成为音响制造企业的新宠儿。然而对于我国的企业来说，这项新技术我们还知之甚少，相关的研究工作困难重重。虽然一些科研团队已经取得了不错的成绩，但是这还远远不够。只有真正了解了数值集成功率放大器的整体电路设计，才能在之后的设计工作中事半功倍，真正生产出属于我们自己的数字集成功率放大器。

2.数字集成功率放大器整体电路的设计理念

本文所要介绍的数字集成功率放大器采用以TDA7481芯片为核心的设计理念，主要由数字音量控制器、音频选择集合而成的D类功率放大器。具体的设计可以分为三个部分进行介绍，即输入切换部分、音量调整部分以及功率放大器部分。采用这样的设计，功率放大器的输出效率可以达到80%以上，真正实现对音频的高清播放。

3.输入切换部分的设计

【摘要】LM3886作为音频功放模块，功率较大，电路的构造简单方便，性能稳定，使得它在近几年音响制作中广泛的应用。许多成品功放机中就直接应用它担任后级功放或作为重低音放大电路。本文从参考资料到实际使用，对LM3886作为大功率功放进行了综合的分析。

【关键词】LM3886音频功放电路调试

LM3886TF是美国NS公司推出的新型的大功率音频放大集成电路（TF为全绝缘封装）。其特点有：输出功率大（连续输出功率68W）、失真度小（总失真加噪声

以下为LM3886TF的电气参数及引脚封装：

LM3886TF在Vcc=Vee=28V、4Ω负载时能达到68W的连续平均功率，在Vcc=Vee=35V，8Ω负载时能达到50W的平均功率。

总谐波失真+噪声：60W 20Hz≤F≤20kHz

转换速率（SLEW RATE）：VIN=2.0Vp-p、tRISE=2ns时的值为19V/us

总静态电流：50mA输入偏流：0.2uA

摘要:考虑到D类音频功放对振荡器频率稳定的要求，本文在参考基本充电放电振荡器的基础上，提出了一种改进型的固定频率振荡器，该振荡器能有效处理电流发生突变时所产生的尖冲，以适应D类功放中对三角波线性度的要求。

关键词:D类音频功;三角波产生;振荡波形;振荡器

1前言

D类音频功放采用PWM脉宽调制，效率高，由于输入的音频信息都包含在脉宽中，经过调制后的信号要真实的反映输入信号，才能使输出不产生失真，要求振荡器产生的三角波频率稳定而且有较高的线性度。采用双边PWM调制方案实现的D类音频功放，其优点是在任一时刻它所包含和处理的信息量都是单边PWM调制方案的两倍，其电路主要由前置运算放大器、三角波发生器、积分电路和输出级电路构成，并且通常采用全H－bridge输出，包含两个反馈环路，第一个环路用于确定运放的增益，第二个环路则用来在输入音频信号与三角波信号比较前对其进行整形。

2三角波产生电路设计

2．1电路原理及整体设计

在D类音频功放设计中，三角波频率的选择，既不能太低，也不能太高;如果太低则滤波器难以将脉冲成分和音频信号彻底分离;如果太高则开关电路损耗增大。本文采用的频率是250kHz。考虑到集成的实现，三角波产生电路设计原理基于传统的CMOS基本充电放电振荡器并改进设计的最终结果由电容C1充放电来完成振荡，假设开始触发器珚Q为低电平，那么由M3和M4组成的反相器中PMOS管M3导通，电流I2经M3向电容充电，电容器上的电压成线性上升，当上升到VH时，比较器的输出翻转，触发器触发，珚Q变为高电平，同时，Q端为低电平，NMOS管M4导通，电容通过M4和它下面的两个NMOS管对地放电，放电到VL时，下面的比较器翻转，电容上的电压就在VH和VL之间充电放电形成振荡。由于在D类功放中要求振荡器产生三角波，所以设计中采用充电电流和放电电流相等，即I1=I2那么若不考虑比较器的延时.下面我们阐述设计中重点考虑影响频率的两个主要因素以及相应的处理。

2．2振荡波形的顶端尖冲的处理