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1、西安电子科技大学电路信号与系统实验中心第21-1页XIDIAN UNIVERSITY Gao Jianning10/28/2022实验四集成运放音频功率放大电路分析西安电子科技大学电路信号与系统实验中心第21-2页XIDIAN UNIVERSITY Gao Jianning10/28/2022总 述音频功率放大电路的设计不仅要求对音频信号音频功率放大电路的设计不仅要求对音频信号进行功率放大以有足够的功率驱动扬声器发声，同进行功率放大以有足够的功率驱动扬声器发声，同时要求音质效果良好。时要求音质效果良好。要实现功率放大，不仅要求对电流进行放大，要实现功率放大，不仅要求对电流进行放大，而且要求有足
2、够的电压放大倍数。而且要求有足够的电压放大倍数。利用集成运放对电压信号进行放大，不仅可减小利用集成运放对电压信号进行放大，不仅可减小元器件的数量，而且会使电路更加稳定。元器件的数量，而且会使电路更加稳定。西安电子科技大学电路信号与系统实验中心第21-3页XIDIAN UNIVERSITY Gao Jianning10/28/2022根据设计要求，在输入电压幅度为（根据设计要求，在输入电压幅度为（510）mV、等效、等效负载电阻负载电阻RL为为8时时，放大通道，放大通道应满应满足足额额定定输输出功率出功率Po2W。设输出电压有效值为设输出电压有效值为Ursm，输出功率为，输出功率为Po，则，则所
3、以，总体电路要求的电压放大倍数为预期的输出电压所以，总体电路要求的电压放大倍数为预期的输出电压有效值除以输出电压有效值再加上一定的设计余量，电压放有效值除以输出电压有效值再加上一定的设计余量，电压放大倍数约为大倍数约为4001000倍。倍。单级电路不易实现如此大的放大倍数同时保持电路性能，单级电路不易实现如此大的放大倍数同时保持电路性能，所以需要采用多级放大电路。考虑到多级放大电路虽然可以所以需要采用多级放大电路。考虑到多级放大电路虽然可以提高电路的增益，但级数太多也会使通频带变窄，所以，下提高电路的增益，但级数太多也会使通频带变窄，所以，下面采用三级放大设计。面采用三级放大设计。西安电子科技
4、大学电路信号与系统实验中心第21-4页XIDIAN UNIVERSITY Gao Jianning10/28/2022三级放大设计基本思路：三级放大设计基本思路：一级、二级电路组合以实现电压放大（各提供约一级、二级电路组合以实现电压放大（各提供约20倍的放大倍的放大倍数），同时加入改善音质的设计（滤波器）；第三级功放放大电倍数），同时加入改善音质的设计（滤波器）；第三级功放放大电流，同时对电压倍数进行调节。流，同时对电压倍数进行调节。三级放大设计基本思路：三级放大设计基本思路：西安电子科技大学电路信号与系统实验中心第21-5页XIDIAN UNIVERSITY Gao Jianning10/2
5、8/2022所以，最大输出电压所以，最大输出电压VOM应根据最大输出功率应根据最大输出功率POM来计算：来计算：考虑晶体管饱和压降等因素，放大器考虑晶体管饱和压降等因素，放大器VOM总是小于电源电压。总是小于电源电压。令电源电压利用率：令电源电压利用率：一般为：一般为：为了保证电路安全可靠，通常使电路最大输出功率为了保证电路安全可靠，通常使电路最大输出功率POM比额比额定输出功率定输出功率Po要大一些，则一般取要大一些，则一般取考虑功放的供电电源大小，最后选择电源考虑功放的供电电源大小，最后选择电源VCC为为15V。西安电子科技大学电路信号与系统实验中心第21-6页XIDIAN UNIVERS
6、ITY Gao Jianning10/28/2022前置放大电路的作用是对微弱输入信号进行放大，如图所示前置放大电路的作用是对微弱输入信号进行放大，如图所示电路，为一个反相比例放大器，其电压放大倍数为电路，为一个反相比例放大器，其电压放大倍数为20。前置放大电路设计电路的输入信号约为电路的输入信号约为10mV、20Hz30kHz的交流信号。的交流信号。音频功率放大器的设计要求电路有足够的带宽，噪声足够小，音频功率放大器的设计要求电路有足够的带宽，噪声足够小，以及谐波失真足够小，这就要求以及谐波失真足够小，这就要求选择各级电路中合适的运算放大器选择各级电路中合适的运算放大器。1 1、如何选合适的
7、运算放大器？、如何选合适的运算放大器？问题：问题：2、电路中的、电路中的R1和和R3电阻如何选择？电阻如何选择？西安电子科技大学电路信号与系统实验中心第21-7页XIDIAN UNIVERSITY Gao Jianning10/28/2022电压放大倍数为电压放大倍数为2020的前置放大器电路的前置放大器电路西安电子科技大学电路信号与系统实验中心第21-8页XIDIAN UNIVERSITY Gao Jianning10/28/2022电路性能分析要求：电路性能分析要求：3、交流分析，即频率响应分析，测量截止频率，以及截止频、交流分析，即频率响应分析，测量截止频率，以及截止频率处的相位差；率处
8、的相位差；1、瞬态分析，即输入输出响应分析；、瞬态分析，即输入输出响应分析；2、电路稳定性分析，即电路的零极点分析；、电路稳定性分析，即电路的零极点分析；4、分析电路的直流小信号增益和输入、输出阻抗；、分析电路的直流小信号增益和输入、输出阻抗；西安电子科技大学电路信号与系统实验中心第21-9页XIDIAN UNIVERSITY Gao Jianning10/28/2022二级放大电路的作用是进一步提供放大倍数，同时加入音色二级放大电路的作用是进一步提供放大倍数，同时加入音色处理电路，并可对输出的幅度进行调节，如图所示电路，为一个电处理电路，并可对输出的幅度进行调节，如图所示电路，为一个电压放大
9、倍数约为压放大倍数约为20倍的反相比例放大器。倍的反相比例放大器。二级放大电路设计要求二级放大电路的输入信号要求二级放大电路的输入信号约为约为200mV200mV、通带为通带为30Hz130kHz。西安电子科技大学电路信号与系统实验中心第21-10页XIDIAN UNIVERSITY Gao Jianning10/28/2022电压放大倍数为电压放大倍数为2020的二级放大器电路的二级放大器电路西安电子科技大学电路信号与系统实验中心第21-11页XIDIAN UNIVERSITY Gao Jianning10/28/2022电路性能分析要求：电路性能分析要求：3、交流分析，即频率响应分析，测量
10、截止频率，以及截止、交流分析，即频率响应分析，测量截止频率，以及截止频率处的相位差；频率处的相位差；1、瞬态分析，即输入输出响应分析；、瞬态分析，即输入输出响应分析；2、电路稳定性分析，即电路的零极点分析；、电路稳定性分析，即电路的零极点分析；4、分析电路的直流小信号增益和输入、输出阻抗；、分析电路的直流小信号增益和输入、输出阻抗；西安电子科技大学电路信号与系统实验中心第21-12页XIDIAN UNIVERSITY Gao Jianning10/28/2022选择甲乙类（选择甲乙类（OCL）电路为输出功率放大器，其前）电路为输出功率放大器，其前端接一同相运算放大器作为推动电路。端接一同相运算
11、放大器作为推动电路。功率放大电路设计同相运算放大器的电压放大倍数为同相运算放大器的电压放大倍数为可控制输出电压的大小，电阻可控制输出电压的大小，电阻RV2连接到输出端，引入了负连接到输出端，引入了负反馈，稳定电路系统。为了不使电阻上消耗太大的功率，反馈，稳定电路系统。为了不使电阻上消耗太大的功率，R12和和R13的阻值应小于的阻值应小于。输输出端的出端的扬扬声器阻声器阻值为值为8。，调节，调节R3的阻值，的阻值，问题：问题：1、选择合适的运算放大器，说明选择的理由；、选择合适的运算放大器，说明选择的理由；2、同相运算放大器的放大倍数如何选择？说明理由。、同相运算放大器的放大倍数如何选择？说明理
12、由。西安电子科技大学电路信号与系统实验中心第21-13页XIDIAN UNIVERSITY Gao Jianning10/28/2022功率放大器电路功率放大器电路西安电子科技大学电路信号与系统实验中心第21-14页XIDIAN UNIVERSITY Gao Jianning10/28/2022电路性能分析要求：电路性能分析要求：3、交流分析，即频率响应分析，测量截止频率，以及截止、交流分析，即频率响应分析，测量截止频率，以及截止频率处的相位差；频率处的相位差；1、瞬态分析，即输入输出响应分析；、瞬态分析，即输入输出响应分析；2、电路稳定性分析，即电路的零极点分析；、电路稳定性分析，即电路的零
13、极点分析；4、分析电路的直流小信号增益和输入、输出阻抗；、分析电路的直流小信号增益和输入、输出阻抗；西安电子科技大学电路信号与系统实验中心第21-15页XIDIAN UNIVERSITY Gao Jianning10/28/2022综合电路分析集成运放功率放大器综合电路集成运放功率放大器综合电路西安电子科技大学电路信号与系统实验中心第21-16页XIDIAN UNIVERSITY Gao Jianning10/28/2022电路性能分析要求：电路性能分析要求：3、交流分析，即频率响应分析，测量截止频率，以及截止、交流分析，即频率响应分析，测量截止频率，以及截止频率处的相位差；频率处的相位差；1
14、、瞬态分析，即输入输出响应分析；、瞬态分析，即输入输出响应分析；5、噪声分析；、噪声分析；2、电路稳定性分析，即电路的零极点分析；、电路稳定性分析，即电路的零极点分析；4、静态工作点分析；、静态工作点分析；6、失真分析；、失真分析；西安电子科技大学电路信号与系统实验中心第21-17页XIDIAN UNIVERSITY Gao Jianning10/28/2022实验报告要求2、要求打印出仿真分析曲线，并要有分析结论；、要求打印出仿真分析曲线，并要有分析结论；1、要求用西电实验报告封面，以及西电实验报告纸；、要求用西电实验报告封面，以及西电实验报告纸；4、对音频功率放大电路的设计方案有何更好的改进建议？、对音频功率放大电路的设计方案有何更好的改进建议？3、对各级电路所提问题及电路性能分析要求均要进行解答；、对各级电路所提问题及电路性能分析要求均要进行解答；