摘要：隨著科技的進(jìn)步與創(chuàng)新，時(shí)代的發(fā)展與前進(jìn)，集成電路產(chǎn)業(yè)不斷地飛躍，集成電路已經(jīng)滲透在我們生活中的各處領(lǐng)域，特別是便攜式的電子產(chǎn)品。作為消費(fèi)類(lèi)的音頻功率放大器采用集成方式實(shí)現(xiàn)，也是集成電路領(lǐng)域中重要的一部分。因此，對(duì)高性能音頻功率放大器的研究與設(shè)計(jì)具有重要的實(shí)際意義。本文首先對(duì)基本共發(fā)射極與共集電極放大電路的結(jié)構(gòu)和基本工作原理進(jìn)行初步了解，再掌握功率放大電路和構(gòu)成集成運(yùn)算放大器中的基本單元電路——差分放大電路與電流源電路。最后針對(duì)功率放大器的非線性失真小，靜態(tài)功耗小，電源效率盡可能高等性能，選擇差動(dòng)輸入級(jí)功率放大器，利用Multisim仿真。

　　關(guān)鍵詞：晶體管；集成運(yùn)算放大器；Multisim10

　　音頻功率放大器的設(shè)計(jì)

　　電壓放大器

　　電壓放大器（共發(fā)射極放大器），電壓放大器是將電壓輸入信號(hào)的電壓放大，需要非常高的電壓振幅。

　　電流放大器

　　電流放大器（互補(bǔ)對(duì)稱功率放大器）要非常大的電流輸出，用來(lái)驅(qū)動(dòng)負(fù)載，使聲器發(fā)聲，采用射跟隨器輸出阻抗沒(méi)有電壓放大，輸出的阻抗非常小。

　　電流與電壓放大器出現(xiàn)的問(wèn)題及辦法

　　交越失真：需要對(duì)電壓放大級(jí)的電平信號(hào)進(jìn)行處理，插入防止交越失真電路。為防止交越失真，要用二極管的正向通道壓降對(duì)晶體管的基極與發(fā)射極間額電壓進(jìn)行抵消。

　　各級(jí)的介紹

　　將功放電路分為三級(jí)：

　　輸入級(jí)：差分對(duì)，差動(dòng)輸入級(jí)，低輸出電阻的多級(jí)直接耦合放大電路。中間級(jí)：偏置電路提供偏置電流。輸出級(jí)：射級(jí)跟隨器，降低輸出電阻，放大提高帶載能力。

　　圖3.1集成運(yùn)放電路方框圖

　　1.差分輸入級(jí)：輸入級(jí)是差分對(duì)，運(yùn)用差分對(duì)的基極與發(fā)射極間的電壓相互抵消，獲得較低的失調(diào)電壓。電路以兩只管子的集電極電位差作為輸出，克服了溫度漂移。耦合電容C1通交流，阻直流，高頻信號(hào)容易通過(guò)，低頻信號(hào)難通過(guò)，直流信號(hào)被隔離。R4作為偏置電阻，為VT2晶體管基極提供靜態(tài)工作電流，因?yàn)椴顒?dòng)放大器無(wú)負(fù)反饋，差模電壓增益大，容易出現(xiàn)失真，所以串聯(lián)R5與R6衰減電阻降低增益。

　　2.激勵(lì)級(jí)：電容C8與C9用于降低電源對(duì)GND的交流阻抗，濾除高頻雜波。在晶體管VT8的基極與集電極間接入一只幾十皮法的補(bǔ)償電容C4，增大高頻信號(hào)的本級(jí)負(fù)反饋，保證電路的穩(wěn)定性。采用恒流源改善交流特性，供給靜態(tài)電流，直接耦合，與激勵(lì)級(jí)共用一個(gè)穩(wěn)定的基準(zhǔn)電壓,R7偏置電阻，為VT1，VT6提供偏置電流。R1,VT1與R10，VT6構(gòu)成比例式電流源，具有更高的溫度穩(wěn)定性，恒流源作為差分對(duì)的尾巴電路，共模抑制比電源紋波的抑制兩方面有很大的好處。恒流源作為激勵(lì)級(jí)集電極負(fù)載，大大提高動(dòng)態(tài)電阻。R8,R9反饋電阻與采樣電阻，C2濾波，為R9提供了交流接地通路。

　　3.輸出級(jí)：因?yàn)檩斎爰?jí)為電壓放大電路，那么，作為電壓放大電路的輸出級(jí)，我設(shè)計(jì)的輸出級(jí)需要滿足兩個(gè)要求，第一：輸出電阻低。第二：最大不失真輸出電壓盡可能大。共集放大電路可以滿足，但是，當(dāng)攻擊放大電路加負(fù)載后，靜態(tài)工作點(diǎn)發(fā)生變化，輸出不失真電壓也減小。所以采用互補(bǔ)輸出級(jí)，R12與R13的作用是消除交越失真。輸出級(jí)的電流最大。雙電源OCL電路增強(qiáng)輸出帶載能力。

　　圖3.2放大器設(shè)計(jì)圖

　　音頻功率放大器的仿真

　　直流工作點(diǎn)分析(DCOperatingPoint)

　　主要是用來(lái)分析電路的直流工作點(diǎn)。在通直流電源時(shí)，交流源被看作是零輸出，電容看作開(kāi)路，電感看作短路，電路中的數(shù)字器件看作高阻接地，固定狀態(tài)是保持不變的。

　　交流分析（ACAnalysis）

　　計(jì)算機(jī)線性電路的頻率響應(yīng)，包括頻度和相位。在分析過(guò)程中，針對(duì)所有的非線性元器件小信號(hào)模型，計(jì)算各自的直流工作點(diǎn)，Multisim中會(huì)自動(dòng)直流工作點(diǎn)分析，信號(hào)發(fā)生器是正弦波，如果設(shè)置為輸出方波或者三角波，那么會(huì)自動(dòng)轉(zhuǎn)換為正弦波。

　　瞬態(tài)分析（TransientAnalysis）

　　時(shí)域瞬態(tài)分析，激勵(lì)信號(hào)的時(shí)域響應(yīng)，時(shí)間的函數(shù)計(jì)算電路的響應(yīng)。對(duì)所選電路節(jié)點(diǎn)進(jìn)行時(shí)域響應(yīng)分析，可以在有激勵(lì)信號(hào)的情況下計(jì)算電路的時(shí)域響應(yīng)，也可以無(wú)任何激勵(lì)信號(hào)。

　　電路性能分析

　　會(huì)很容易的產(chǎn)生噪聲，與此同時(shí)，通過(guò)定量的分析電路中噪聲的大小。噪聲防止的方法：合理的接地，采取差分放大電路傳輸模擬信號(hào)，電路電源輸出端加上去耦電容，模擬數(shù)字地分開(kāi)，信號(hào)線兩邊走底線，地線隔離等方法。

　　失真分析（DistortionAnalysis）

　　在電路中，如果增益與相位不一樣一定會(huì)造成放大電路的輸出信號(hào)的失真。一般情況下，增益的非線性可能會(huì)導(dǎo)致諧波失真，相位的偏移會(huì)導(dǎo)致互調(diào)失真（內(nèi)調(diào)制失真）?；フ{(diào)失真指的兩個(gè)或兩個(gè)以上的輸入信號(hào)同時(shí)的輸入到放大器的輸入端，信號(hào)源相互之間的影響會(huì)產(chǎn)生互調(diào)失真。

　　傅里葉分析（FourierAnalysis）

　　用來(lái)分析復(fù)雜的周期波形，周期性非正弦信號(hào)的分析。其本質(zhì)是傅里葉的公式展開(kāi)，分析非正弦周期信號(hào)的直流分量，基頻分量，諧波分量。

　　參考文獻(xiàn)

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　　作者蘇慧君