低频功率放大器的设计与研究

【前言】低频功率放大器的设计与研究由文秘帮小编整理而成，但愿对你的学习工作带来帮助。2 系统设计中的主要技术指标 本文中设计的低频功率放大器的主要功能是：用开关将信号源提供的正弦波弱电压信号进行转换，工作方式是先将电压进行放大，在将功率进行放大，进而为等效负载电阻提供一定的输出功率，在设计过程中有很多技术指标，主要的技术指标有： 额定...

摘 要 本文介绍了制作低频功率放大器的基本原理、具体内容、相关的技术知识。同时介绍了整个电路由前置放大器、波形变换电路、稳压电源以及功率放大器四个组成部分组成，根据电路设计的要求：电压放大倍数为1，放大器的增益闭环是0，进行设计低频功率放大器，在设计过程中电路结构简单，所选器件便宜，通过测试结果可以看出设计的低频放大器符合设计要求，在失真率以及效率等方面具有较好的指标，实用性较强，为低频放大器的设计提供了一定的设计思路。

【关键词】低频功率 放大器 前置放大 单元元件 带阻滤波器

低频功率放大器在我们的日常生活扮演者重要的角色，我们使用的电子产品的音响都会装有低频巩固率放大器这样的设备，同时在控制系统以及测量系统等领域都有较广泛的使用，经过多年的技术研究与发展，低频功率放大器有了突飞猛进的进步，具有了成熟了技术线路，同时在思想认识上也有了进步，尽管这样，随着无线通讯的飞速发展，无线收发器作为无线通信里的核心部分，人们对它的要求越来越高，需要更低的功耗、更高的效率还要体积越来越小，但是功率放大器作为收发器的最后一级，但是消耗的功率是整个收发器功率的60%～90%，这样对系统的性能具有很大的影响，因此需要设计一种高效低频低功耗的功率放大器对于提高收发器的性能有着至关重要的作用。本文就是针对目前功率放大器的不足进行设计与研究。

1 系统总体设计

低频功率放大器系统的组成分别是电压放大电路、滤波器、功率放大电路、输出级电路还有人机接口显示电路等五个部分组成，在该设计中要求电压放大倍数为1，放大器的增益闭环是0，因此采取两级放大电路为低频功率放大器提供较大的输出功率，同时选用带阻滤波器对40 ～ 60Hz 的信号衰减，进而通过功率放大器进行放大功率，经过功率放大之后在对其进行显示设计，最后通过稳压电源提供稳定的直流电，设计出低耗、实用、廉价的低频功率放大器。

2 系统设计中的主要技术指标

本文中设计的低频功率放大器的主要功能是：用开关将信号源提供的正弦波弱电压信号进行转换，工作方式是先将电压进行放大，在将功率进行放大，进而为等效负载电阻提供一定的输出功率，在设计过程中有很多技术指标，主要的技术指标有：

额定输出功率POR：当输出信号失真度小于一定的规定值时，额定的负载电阻上最大的功率。

带宽BW：低频功率放大器的正常频率范围。

非线性是真系数：在额定输出功率POR下和一定的带宽BW内，输出信号的非线性失真程度。

噪声电压：当低频功率放大器的输入值为零的时候，负载上的电压值。

效率η：负载上输出的额定功率POR与消耗的电源功率PDC之比。

3 电路设计

3.1 电压放大电路设计

电压放大电路是系统设计的首要单元，电压放大电路的主要作用是将小信号进行放大，通过这种运放的高速转换性能可以改善电路的瞬态性能，这样在较宽的带宽下，信号就可以在不同程度的频段也可以不失真地输出，极大地提高了电路的稳定性。在电压放大电路的设计过程中前置放大是由两级NE5532和电路构成，NE5532 的优点是精度高、噪声低、阻抗高、频带宽，而其他的各级放大电路采用固定增益和输出衰减组成，电压的放大倍数可以通过调节电路增益达到。

3.2 功率放大电路

在允许的失真限度内，高效率的向负载提供足够大的功率这是功率放大器的主要作用，功率放大电路的理论基础、工作状态、电路的形式等都与电压放大电路的设计不同。功率放大电路的主要结构元件是NE5532、IRF530、功率末级的两个场 效 应 管IRF9530，这三个元器件对管的特性要求大致一致，这样就可以减小功率放大器的失真现象，IRF530 的主要任务是放大电路，放大倍数是R3 /R1，NE5532的脚1和脚8接到调零电阻上，脚5和脚8之间接到补偿电容上，这样就可以弥补运放过程中产生的零漂和减小失真现象。

3.3 带阻滤波器电路设计

带阻滤波器的主要作用是可以消除50Hz交流电所引起的干扰，该设计过程中采用的是反相型带通滤波器组成的带通滤波器，反相型带通滤波器以及加法运算放大器主要是有2 个 OP07 构成，主要的工作流程是反相型带通滤波器输出的是输入信号反相带通信号，进而输入信号与加法运算放大器相加，得到了带阻信号。二阶带阻滤波器的性能的好坏是由中心角频率系数和带阻滤波器的品质因素Q决定。

3.4 转换电路设计

主要采用的器件是单片机内部的10位AD转换器，但是在设计过程中通过实验发现采用单片机内部10位AD转换器处理的效果不是很理想，通过再次研究决定采用两个AD转换芯片对负载输出的信号进行转换，再通过单片机进行计算，在液晶显示屏上显示出功率和效率。

3.5 显示电路

显示电路的设计采用的器件是12864液晶显示屏，显示屏主要显示输出的功率、直流电源供给的功率以及整个功率放大器的效率，采用这种液晶显示屏的优点是屏幕的反应速度快、较高的对比度以及低功耗。人机之间的交互可以良好的进行，在设计过程中采用串口连接，在单片机的控制下按照规定要求进行显示固定格式的数据或者字符等信息。

4 结语

随着科技的进步，电子产品在人们的日常生活中扮演着重要的角色，低频功率放大器作为电子产品的重要元件，其质量的好坏、性能的高低直接影响了电子产品的使用效果，本文中详细介绍了一种简单实用、性能较高、功耗较低、价格低廉的低频功率放大器的设计方案，在设计过程中满足了输出的波形没有明显的失真，电压放大倍数为1，放大器的增益闭环是0的要求，并最大限度的挖掘单片机的资源，进而功率放大器设计的需求，通过测得发现该电路具有很好的频率响应特性，功率放大器对低频信号具有较好的放大作用，符合实际使用过程中的要求，同时设计价格低廉，只需要几十元，可以被电子产品、音频功率放大器广泛的应用。

参考文献

[1]张琰.基于《单管低频交流小信号电压放大分析》实验的改进[J].郑州铁路职业技术学院学报，2005（02）.

[2]赵闪，余华兵，王麟煜，孙长瑜.基于IGBT的低频水声功放技术[J].江南大学学报（自然科学版）， 2012（05）.

[3]蔡卓恩，郭宁，董红生.具备参数检测及显示功能的低频功率放大器的设计[J].兰州工业高等专科学校学报，2010（02） .

作者单位

河北大学 河北省保定市 071000