1 摘要

1.1参数分析

功率放大电路是一种能量转化电路，在输入信号的作用下，晶体管把直流电源的能量，转换成随输入信号变化的输出功率送给负载，对功率放大要求如下：

输出功率要大：要增加放大器的输出功率，必须使晶体管运行在极限的工作区域附近。

效率要高:放大器的效率定义为交流输出功率与直流输出功率之比。

非线性失真在允许范围内：由于功率放大器在大信号下工作，所以非线性失真是难免的，问题是要把失真控制在允许范围内。

1.2功率放大器的分类

乙类功率放大器：只有半个信号周期内，存在集电极电流，按电路形式它又分为：

、双端推挽电路

、单端推挽电路

、平衡无变压器电流

1.3功率放大器的应用

为了克服交越失真，必须使用甲乙类电路。

2 理论方案选择

低频功率放大器主要可以分为两部分，一是前置放大电路，另外一个是功率放大输出电路。其中前置放大级基本都是一样的，功率放大级目前有三种方案可供选择：

方案一：采用专用集成MOS芯片功率放大器，它可以达到功率放大器的要求，一旦使用不可以改变各级参数和工作，不灵活而且成本高。

方案二：采用以三级管为核心的功率放大电路，这种功率电路输出小，效率低，功耗大，很难满足要求。

方案三：采用分立式MOS管功放电路，分立式元件低频功率放大器可对每级工作状态和性能逐级调节，而且有很大的灵活性。另外，波行稳定性好，成本低。

通过分析可以看出，分立式MOS功放电路能满足本题要求，而且与题目所给相一致。

3 总体思路设计

3.1前置级设计

为了提高输入级阻抗，应选择同相放大器。由于没有必要考虑直流信号，因而采用电容将直流信号隔离掉。同样输出也使用隔离直流的电容。

为了降低集成运放内部输入、输出电阻对带宽的影响，前置放大器反相输入端的接地电阻和反馈电阻应该选很低，接地电阻选100Ω，反馈电阻选择3kΩ。图中反馈电阻并联的小电容是为防止自激振荡。

3.2功放级设计

电路结构的选择

第二级放大与功率放大组合在一起，采用集成运算放大器驱动输出级的MOSFET.输出级输出方式不定。

具体分析：

选用漏极输出方式的最大好处的驱动电路的电源可以与MOSFET功率级采用同一电源，电源电路简单。但是漏极输出方式对于初学者来说，参数选择与调试有一定困难。不仅如此，漏极输出方式需要差动驱动信号。

选用源级输出方式的最大特点是仅需要一个信号驱动。由于MOSFET是增强型器件，对于标准的MOSFET来说，导通时需要栅极电压高于源级电压5-8V。如果驱动级与输出级采用同一电源电压，输出级的最高输出电压幅值将低于电源电压5-8V，这在低压功率放大器中是绝对不允许的。因而使用源级输出必须分别供电。

从电子设计角度分析，再从本试题特点考虑，选用源级输出方式较好。

但是，由于MOSFET栅极-源级之间存在导通阈值电压问题，如果呼市忽视将会产生交越失真。为了消除交越失真，必须使电路工作于甲乙类工作状态。最简单的方法就是在两个栅极之间连接二极管。通过测试我们知道，标准MOSFET栅极阈值电压为3.2V-3.5V，按3.5V计算，两个MOSFET栅极阈值电压之和为7V，相当于十个二极管的正向电压。考虑到十个二极管太多，改为两个稳压二极管，其温度特性接近。另外，考虑到静态工作点的稳定，一定要在静态偏置上引入电流负反馈，因而在MOSFET的源级串入电阻R3、R4。如图：

           源极输出电路             带有栅极偏置电压的输出级电路

2 MOSFET的确定

根据试题要求，输出电流幅值约为1.25A，为了尽可能的降低MOSFET的导通电阻以尽可能的减小MOSFET的电压降，MOSFET的额定电流至少为输出电流幅值的4倍。可以选择额定电流5A的MOSFET.

根据上述条件，可选用常见N沟道MOSFET为IRFZ24（60V/12A/0.1ΩΩ/栅极电荷25nC/米勒电荷11nC），P沟道MOSFET为IRF9Z24(60V/7.7A/0.28Ω/栅极电荷19nC/米勒电荷11nC)。

3 驱动电路的确定

首先必须清楚的是，集成运算放大器驱动电容性负载是比较难受的。其原因有：集成运算放大器的输出电压摆动速率、集成运算放大器的输出电流、大电容负载的稳定性问题以及满足输出幅度时的带宽等。

来看看100mA（相当于3只NE5334并联）时可以让栅极电压在多长时间内变化30V。在这里，栅极电荷将小于两个MOSFET栅极电荷的总和，按40nC计算，需要的时间为0.4us，等效电压摆动速率为75V/us。因此采用两只NE5534并联，甚至用单只NE5534就可以了。

4 输出电压摆动速率的影响

先看看集成运算放大器的输出电压摆动速率。NE5534的输出电压摆动速率为13V/us，对应输出电压幅值为接近10V。频率为12kHZ的条件下，需要的输出电压摆动速率至少为12.6V/us，明显低于NE5534的13V/us和带有22pF是6V/us的输出电压摆动速率。

5 集成运放的带负载能力

NE5534最大输出电流值为38mA,对于20kHZ正弦变化应用基本就可以了。如果觉得这个驱动能力不足，则需要用两个以上的NE5534接成跟随器形式，在输出端串接100Ω电阻后并联，这样就可以获得单只NE5534数倍驱动能力，可以满足驱动MOSFET的需要。

6 大电容负载的稳定

驱动MOSFET实际上就是驱动其栅极电荷，也就是驱动电容性负载，IRFZ24、IEF9Z24的栅极电容量约1000pF。在跟随器输出端串联一个22Ω电阻就可以避免大电容负载对集成运算放大器稳定性的影响。

7 满幅度输出宽带问题

NE5534在驱动22pF电容负载的满幅度输出宽带为75kHZ，由于NE5534并没有直接驱动MOSFET，因此这个数值是可以获得的。即使在MOSFET的栅极上，也高于20kHZ，可以满足试题要求。

8 功率放大级电路

综上得如下电路图：

4 电源设置

5 完整电路

试题完整电路图如下：

6 有关计算

6.1 前置放大级

放大倍数Au=31；通频带为0-173kHz；

6.2两级放大级

两级放大倍数9166.3功率放大级

放大倍数Au=

7心得体会

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