集成功率放大器2.docx
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集成功率放大器2.docx
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集成功率放大器2
模拟电子技术课程设计
设计题目:
集成功率放大器
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年月日
引言
集成功率放大器由集成功放块和一些外部阻容元件组成。
它具有线路简单,性能优越,工作靠得住,调试方便等优势,已经成为在音频领域中应用十分普遍的功率放大器。
集成功放块的种类很多。
上图为集成功放LA4112的内部电路图,由三级电压放大,一级功率放大和偏置、恒流、反馈、退耦电路组成。
最要紧的组件为集成功放块,它的内部电路与一样分立元件功率放大器不同,通常包括前置级、推动级和功率级等几部份。
有些还具有一些特殊功能(排除噪声、短路爱惜等)的电路。
其电压增益较高(不加负反馈时,电压增益达70~80db,加典型负反馈时电压增益在40db以上)。
一、设计题目……………………………………………………………………4
二、设计要求……………………………………………………………………4
三、题目分析……………………………………………………………………4
四、整体构思……………………………………………………………………5
1.功率放大器特点…………………………………………………………5
2.功率放大器的状态………………………………………………………6
3.功率放大器的散热……………………………………………………6
五、具体实现……………………………………………………………………7
六、各部份定性说明和定量计算……………………………………………8
一、定性说明…………………………………………………………………8
二、定量计算………………………………………………………………11
七、在实验室实现进程中碰到的问题及排除方法……………………………12
八、设计心得体会………………………………………………………………12
九、参考文献……………………………………………………………………14
一、设计题目
集成功率放大器
二、设计要求
一、设计集成功率放大器电路图
二、计算最大不失真输出功率
3、计算集成功率电路的效率
4、测量输入灵敏度
五、噪声电压小于15mv
三、题目分析
集成功率放大器是由集成运算放大器进展而来的,它的内部电路一样也由
前置级、中间级、输出级、及偏置电路等组成,只是集成功率放大器的输出级输
率大、效率高。
另外,为了保证器件在大功率状态下平安靠得住工作,集成功率放
大器中还常设有过流、过压和过酷爱惜电路等。
在电子设备和自动操纵系统中,放大电路的末级或末前级一样是功率放大
级,以便将前置电压放大级送来的电压信号进行功率放大,使电路能够给出足够
大的功率,驱动执行机构工作。
例如,使扬声器发声,使电动机转动,使继电器
动作,是指针偏转等等。
电压放大电路和功率放大电路都利用三极管的放大作用
将直流电能转换成交流电能输出,从而将信号放大。
所不同的是电压放大电路输
入的是小信号,输出的是足够大的电压;而功率放大电路输入的是大的电压信号,
输出的信号具有足够大的功率,即信号的电压和电流都要足够大。
传统的功率放
大电路常采纳变压器耦合方式,其优势是可实现阻抗匹配,缺点是体积大、笨重,
且高、低频率特性均较差,已较少利用。
目前功率放大电路多采纳无输出变压器
的功率放大电路(OTL电路)及无输出电容的功率放大电路(OCL电路),在集成
运放中多采纳OCL电路。
四、整体构思
一、功率放大器特点
(1)输出功率大为此要求放大电路的输出电压和输出电流都要有足够大的
转变量。
所谓最大输出功率指在正弦波输入信号下,输出波形不超过规定的非线
性失真时,放大电路最大输出电压和最大输出电流有效值的乘积
(2)具有较高的效率放大电路输出给负载的功率是由直流电源提供的。
在
输出功率比较大的情形下,效率问题尤其突出。
若是功率放大电路的效率不高,
不仅将造成能量的浪费,而且消耗在电路内部的电能将转换成为热量,使管子、
元件等温度升高,因此要求选用较大容量的放大管和其他设备,很不经济。
(3)尽可能减小非线性失真由于在功率放大电路中,三极管的工作点在大范
围内转变,使管子特性曲线的非线性问题充分暴露出来,因此输出波形的非线性
失真比之小信号放大电路要严峻得多。
在实际的功率放大电路中,应依照负载的
要求来规定许诺的失真度范围。
(4)性能指标分析以功率为主着重计算输出功率,管子消耗功率、电源供
给功率和效率。
由于功率管处于大信号工作状态,分析计算时只能采纳图解法估
算,不能用微变等效电路法分析。
二、功率放大器的工作状态
在分析电路工作情形时,经常使用三极管在信号的一个周期内导通的角度作为工
作状态分类的标准。
在整个输入信号周期内,管子都有电流流通,即导通角θ=2
π,称为甲类工作状态,如以下图(a)所示,现在三极管的静态工作电流
比较大;
在整个输入信号周内,管子只有半周期有电流流通的,即导通角θ=π的称为
乙类工作状态,如图(b)所示;在整个输入信号周期内,管子有半个多周
期有电流流通,即导通角π<θ<2π,那么称为甲乙类工作状态,如图(c)所示。
甲类放大的优势是波形失真小,但由于静态工作电流大,故管耗大,放大电
路效率低,因此要紧应用于小功率放大电路中。
乙类与甲乙类放大由于管耗小,
放大电路效率高,在功率放大器中已取得普遍的应用。
3、功率放大器的散热
在功率放大器中,功率管中流过的信号电流大,管子又存在必然压降,因此
功率管功率消耗较大,其中大多被处于较高反偏电压的集电结经受转化为热量,
使集电结温度升高。
当温度超过手册中规定的最高许诺结温TjM时,将使管子
损坏。
这就限制了功率管的管耗。
若是采纳散热方法,在相同结温下,可提高管
子所经受许诺最大管耗,使功率放大电路有较大功率输出而不损坏管子。
一样功率管极限功耗的大小与管子环境温度、散热途径和散热状况有关。
为
了描述管子的散热情形,在管芯温度与环境温度存在的温差下,将热量传输时所
受的阻力用热阻RT表示,类似于电流流过导体时,存在电阻对电流阻力的概念,
与U1-U2=IR关系相类似,那么有TjM-Ta=PCMaⅹRT
(1)
式中Ta为环境温度,PCMa表示在Ta=25℃时而结温上升到TjM时管子许诺所能
经受最大功耗。
RT那么表示传输单位功率时温差转变度数,其单位为℃/W。
PCMa
和TjM均为大功率管手册上可查阅给定的极限参数。
在相同热阻RT的条件下,假设环境温度变成T2,现在管子结温达到TjM许诺
最大功耗PCM2与热阻有以下关系TjM-T2=PCM2ⅹRT
由式
(1)和
(2)可得
五、具体实现
LA4112电路中最要紧的组件为集成功放块,它的内部电路与一样分立元件
功率放大器不同,通常包括前置级、推动级和功率级等几部份。
有些还具有一些
特殊功能(排除噪声、短路爱惜等)的电路。
其电压增益较高(不加负反馈时,
电压增益达70~80db,加典型负反馈时电压增益在40db以上)。
LA4112,它的
内部电路如以下图所示,由三级电压放大,一级功率放大和偏置、恒流、反馈、
退耦电路组成。
:
LA4112内部电路:
应用电路:
六、各部份定性说明和定量计算
一、定性说明
(1)电压放大级
第一级选用由T1和T2管组成的差动放大器,这种直接耦合的放大器零漂较小,第二级的T3管完成直接耦合电路中的电平移动,T4是T3管的恒流源负载,以取得较大的增益;第三级由T6管等组成,此级增益最高,为避免显现自激振荡,需在该管的B、C极之间外接消振电容。
2)功率放大级
由T8-T13等组成复合互补推挽电路。
为提高输出级增益和正向输出幅度,需外接“自举”电容。
3)偏置电路
为成立各级适合的静态工作点而设立。
除上述要紧部份外,为了使电路工作正常,还需要和外部元件一路组成反馈电路来稳固和操纵增益。
同时,还设有退耦电路来排除各级间的不良阻碍。
图17-1LA4112内部电路图
LA4112集成功放块是一种塑料封装十四脚的双列直插器件。
它的外形如图17-2所示。
表17-一、2是它的极限参数和电参数。
图17-2LA4112外形及管脚排列图
与LA4112集成功放块技术指标相同的国内外产品还有FD403;FY4112;D4112等,能够相互替代利用。
表17-1
参数
符号与单位
额定值
最大电源电压
UCCmax(V)
13(有信号时)
允许功耗
PO(W)
(50×50mm2铜箔散热片)
工作温度
TOpr(℃)
-20~+70
表17-2
参数
符号与单位
测试条件
典型值
工作电压
UCC(V)
9
静态电流
ICCQ(mA)
UCC=9V
15
开环电压增益
AVO(db)
70
输出功率
PO(W)
RL=4Ωf=1KHz
输入阻抗
Ri(KΩ)
20
集成功率放大器LA4112的应用电路如图17-3所示,该电路中各电容和电阻的作用简要说明如下:
C1、C9—输入、输出耦合电容,隔直作用。
C2和Rf—反馈元件,决定电路的闭环增益。
C3、C4、C8—滤波、退耦电容。
C5、C6、C10—消振电容,排除寄生振荡。
C7—自举电容,假设无此电容,将显现输出波形半边被削波的现象。
二、定量计算
功率放大电路的参数要紧有输出功率、电源供给功率、管耗及效率等参数。
(1)输出功率Po
负载RL上的电流io和电压uo有效值的乘积确实是放大电路的输出功率,即:
(2)直流电源的供给功率
由于两个管子连番半个周期,每一个管子的集电极电流平均值为
因为每一个电源只提供半周期的电流,因此两个电源供给的总功率为
直流电源供给功率为
(3)效率
效率是负载取得的信号功率Po与直流电源供给功率PDC之比。
(4)管耗
直流电源提供的功率除负载取得的功率外便为V1、V2管消耗的功
率,即管耗,用PC表示。
每一个晶体管的管耗为
可见,管耗PC与输出信号Uom有关。
为求管耗最大值与输出电压幅度的关系,令
,那么得
由此可见,当
时,
达到最大值,那么每管的最大管耗为
七、在实验室实现进程中碰到的问题及排除方法
(1)电源电压不许诺超过极限值,不许诺极性接反,不然集成块将遭损
(2)电路工作时绝对幸免负载短路,不然将烧毁集成块。
(3)接通电源后,时刻注意集成块的温度,有时,未加输入信号集成块就
发烧过甚,同时直流毫安表指示出较大电流及示波器显示出幅度较大,频率较高的波形,说明电路有自激现象,应即关机,然后进行故障分析,处置。
待自激振荡排除后,才能从头进行实验。
(4)输入信号不要过大。
八、心得体会
通过这次设计我明白了很多,设计需要团队的合作,设计给人以创作的冲动。
在画家眼里,设计是一幅清明上河图或是一幅向日葵;在建筑师眼中,设计是旧日鎏金般的圆明园或是今日一塑自由女神像;在电子工程师心中,设计是贝尔实验室的机或是华为的程控互换机。
凡此各类,但凡涉及设计都是一件良好的情形,因为她能给人以美的空想,因为她能给人以金般财富,因为她能给人以成绩之感,更为现实的是她能给人以成长和成长所需的营养,而这种营养更是一种福祉,一生消受不竭享用不尽。
我确实是以此心态对待这次《模拟电子技术》课程设计的,所谓“态度决定一切”,于是偶然又必然地收成了诸多。
一、温故而知新。
课程设计发端之始,思绪全无,步履维艰,关于理论知识学习不够扎实的我深感“书到历时方恨少”,于是想起圣人之言“温故而知新”,便重拾教材与实验手册,对知识系统而全面进行了梳理,碰到难处先是苦思冥想再向同窗请教,终于熟练把握了大体理论知识,而且领会诸多平常学习难以明白得把握的较难知识,学会了如何试探的思维方式,找到了设计的灵感。
二、思路即前途。
当初没有思路,诚如步履维艰,茫茫大地,不见道路。
在对理论知识梳理把握以后,茅塞顿开,柳暗花明,思路如泉涌,高歌“条条大路通罗马”。
顿悟,没有思路便无前途,原先思路即前途。
三、实践出真知。
文革以后,关于真理的大讨论最终结果是“实践是查验真理的唯一标准”,自从耳闻以来,便一直以为马克思主义中国化生成的教条。
时至今日,课程设计大体告成,才领会“实践是查验真理的唯一标准”,才明晓实践出真知。
因为在教材上,集成电路也确实是几个所熟识的器件组合罢了,也便不搭建电路图,结果电路显现诸多问题,譬如在接线中元件散布排线走向不合理,造成电路无法正常工作,弄得措手不及,不为那么不知,无为那么无知,实践出真知。
综上所述,课程设计诚然是一门专业课,给我很多专业知识和专业技术上的提升,同时又是一门讲道课,一门辩思课,给了我许多道理,给了我很多思,给了我莫大的空间。
至于建议,一言以蔽之,大学教育当如此。
九、参考文献
模拟电子技术…………胡宴如高等教育出版社2000
电子技术基础…………康华光高等教育出版社2006
电子线路设计…………谢自美华中科技大学出版社2000
现代电子设计技术……李良荣机械工业出版社2004
全国大学生电子设计竞赛训练教程……黄智伟电子工业出版社2005
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- 关 键 词:
- 集成 功率放大器