一、實驗目的

掌握功率放大器的設計方法。

了解功率放大器的測試方法。

二、實驗內容及結果

實驗內容

自主設計一低頻功率放大器，滿足如下要求：

(1)輸入正弦信號電壓有效值為5mV，在8Ω電阻負載(一端接地)上，輸出功率大于1W，輸出波形無明顯失真;

(2)通頻帶為20Hz~20kHz;

(3)輸入電阻為600 Ω。

實驗具體要求如下：

(1)設計電路，利用Multisim軟件繪制電路原理圖。

(2)闡述功率放大原理。

(3)在輸入信號有效值為5mV下，測量負載電壓有效值，計算實際輸出功率，驗證是否滿足1W。

(4)測量電路電源輸出電流，計算電源輸出總功率和所設計功率放大器的效率。

(5)測量整個電路的通頻帶，記錄3dB帶寬的截止頻率，計算截止頻率的誤差。

實驗結果

(1)在下方列出所設計電路的原理圖，并進行電路原理的闡述，說明電路放大倍數和輸入電阻的設計原理。

整機電路圖

示波器顯示如下，可以看到達到功率放大要求且輸出信號沒有失真

電路分為3個部分：

前置放大部分，為反向比例放大電路，需放大150倍，所以電阻選擇R1=90.9k，R2=600，90.9k/600=150。

帶通濾波器部分，由一個低通和高通濾波器構成，由于通頻帶為20Hz~20kHz，由查表法可以選出電阻。

由查表法得到R5=1.422KΩ，R6=5.399KΩ，C4=6500pF，C1=1588pF;C2=4uF，C3=7uF，R7=2.251KΩ，R8=1.125KΩ。

功率放大部分，為反向比例放大電路，需放大10倍，所以電阻選擇R9=3k，R10=30k，3k/30k=10。

(2)在輸入信號有效值為5mV下，測量負載電壓有效值(給出仿真圖)，計算實際輸出功率，驗證是否滿足大于1W。

整體仿真圖如下：

8Ω兩端電流:

8Ω兩端電壓：

(3)測量電路電源輸出電流，計算電源輸出總功率和所設計功率放大器的效率。

電源輸出電流：15V/8Ω=1.875A

電源輸出電壓：15V

電源輸出功率為Pi=15^2/8=28.125W

實際電路輸出功率如圖：

同樣計算可得到相同值Po=13.372^2/8≈22.4W

所以轉換效率η=22.4/28.125=79.64%

(4)測量整個電路的通頻帶(給出幅頻特性圖)，記錄3dB帶寬的截止頻率，計算截止頻率的誤差。

仿真結果如圖滿足3dB帶寬要求：

?

由查表法得到的元器件值和Ap值，計算過程如下：

理論低通與高通濾波器通帶增益均為：Ap=1+0=1

理論低通濾波器上限截止頻率：fc=1/(2πR2C1) ≈ 18572.8Hz=18.5728kHz

理論高通濾波器下限截止頻率：fc=1/(2πR4C3) ≈ 20.2Hz

計算得出下限截止頻率誤差≈2.39%，上限截止頻率誤差≈8.45%。

三、實驗思考題

1、實測中功放的效率應該如何測量?

答：測量實際輸出功率，需要音頻信號發(fā)生器和音頻電壓表(或示波器等)，根據其在固定負載件下的輸出電壓幅度計算。

2、D類功率放大器的優(yōu)點和缺點是什么?

答：

優(yōu)點：D類功放具有很高的能量使用轉換率,而且它的體積很小,具有很強的可靠性。

D類功放可以直接實現群控、遙控、監(jiān)測等功能,而不需要添加任何的裝置。

D類功放沒有高頻、中頻、低頻的相對變化,它的聲音非常清晰,而且聲響有很準確的定位。

D類功放的使用范圍很廣,其連接的負載阻抗最低值可以達到很低,另外不管負載阻抗值如何變化其電池轉換率基本不變。

缺點：D類功放保真度比甲類和甲乙類功放差