摘要：隨著科技的進步與創新，時代的發展與前進，集成電路產業不斷地飛躍，集成電路已經滲透在我們生活中的各處領域，特別是便攜式的電子產品。作為消費類的音頻功率放大器采用集成方式實現，也是集成電路領域中重要的一部分。因此，對高性能音頻功率放大器的研究與設計具有重要的實際意義。本文首先對基本共發射極與共集電極放大電路的結構和基本工作原理進行初步了解，再掌握功率放大電路和構成集成運算放大器中的基本單元電路——差分放大電路與電流源電路。最后針對功率放大器的非線性失真小，靜態功耗小，電源效率盡可能高等性能，選擇差動輸入級功率放大器，利用Multisim仿真。

　　關鍵詞：晶體管；集成運算放大器；Multisim10

　　音頻功率放大器的設計

　　電壓放大器

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

　　電流放大器

　　電流放大器（互補對稱功率放大器）要非常大的電流輸出，用來驅動負載，使聲器發聲，采用射跟隨器輸出阻抗沒有電壓放大，輸出的阻抗非常小。

　　電流與電壓放大器出現的問題及辦法

　　交越失真：需要對電壓放大級的電平信號進行處理，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晶體管的基極與發射極間額電壓進行抵消。

　　各級的介紹

　　將功放電路分為三級：

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

　　圖3.1集成運放電路方框圖

　　1.差分輸入級：輸入級是差分對，運用差分對的基極與發射極間的電壓相互抵消，獲得較低的失調電壓。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，高頻信號容易通過，低頻信號難通過，直流信號被隔離。R4作為偏置電阻，為VT2晶體管基極提供靜態工作電流，因為差動放大器無負反饋，差模電壓增益大，容易出現失真，所以串聯R5與R6衰減電阻降低增益。

　　2.激勵級：電容C8與C9用于降低電源對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償電容C4，增大高頻信號的本級負反饋，保證電路的穩定性。采用恒流源改善交流特性，供給靜態電流，直接耦合，與激勵級共用一個穩定的基準電壓,R7偏置電阻，為VT1，VT6提供偏置電流。R1,VT1與R10，VT6構成比例式電流源，具有更高的溫度穩定性，恒流源作為差分對的尾巴電路，共模抑制比電源紋波的抑制兩方面有很大的好處。恒流源作為激勵級集電極負載，大大提高動態電阻。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：因為輸入級為電壓放大電路，那么，作為電壓放大電路的輸出級，我設計的輸出級需要滿足兩個要求，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，當攻擊放大電路加負載后，靜態工作點發生變化，輸出不失真電壓也減小。所以采用互補輸出級，R12與R13的作用是消除交越失真。輸出級的電流最大。雙電源OCL電路增強輸出帶載能力。

　　圖3.2放大器設計圖

　　音頻功率放大器的仿真

　　直流工作點分析(DCOperatingPoint)

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

　　交流分析（ACAnalysis）

　　計算機線性電路的頻率響應，包括頻度和相位。在分析過程中，針對所有的非線性元器件小信號模型，計算各自的直流工作點，Multisim中會自動直流工作點分析，信號發生器是正弦波，如果設置為輸出方波或者三角波，那么會自動轉換為正弦波。

　　瞬態分析（TransientAnalysis）

　　時域瞬態分析，激勵信號的時域響應，時間的函數計算電路的響應。對所選電路節點進行時域響應分析，可以在有激勵信號的情況下計算電路的時域響應，也可以無任何激勵信號。

　　電路性能分析

　　會很容易的產生噪聲，與此同時，通過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，電路電源輸出端加上去耦電容，模擬數字地分開，信號線兩邊走底線，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造成放大電路的輸出信號的失真。一般情況下，增益的非線性可能會導致諧波失真，相位的偏移會導致互調失真（內調制失真）。互調失真指的兩個或兩個以上的輸入信號同時的輸入到放大器的輸入端，信號源相互之間的影響會產生互調失真。

　　傅里葉分析（FourierAnalysis）

　　用來分析復雜的周期波形，周期性非正弦信號的分析。其本質是傅里葉的公式展開，分析非正弦周期信號的直流分量，基頻分量，諧波分量。

　　參考文獻

　　[1]童詩白，華成英.模擬電子技術基礎.第三版.北京：高等教育出版社，2000.470

　　[2]康華光.模擬電子技術基礎.第四版.北京：高等教育出版社，1996.240

　　[3]葛中海.音頻功率放大器設計.北京：電子工業出版社，2017.49.

　　作者蘇慧君