150瓦功率放大电路

功率放大器电路是具有最小输出阻抗的电路,用于驱动需要低阻抗高功率的负载,如扬声器。在这里,我们设计了一个功率放大器电路使用推拉AB类配置得到功率150W驱动负载8欧姆(扬声器)。

功率放大电路背后的原理:

这个电路背后的基本原理是双极结晶体管的不同偏置方式。麦克风输出的电信号很低。这种低电压信号被放大到一个可持续的水平,使用CE配置的BJT,在a级模式偏置。在这种模式下,输出是一个反向放大的信号。这个信号是一个低功率信号。两个达林顿功率晶体管排列在AB类配置放大这个信号的功率水平。一个配置在A类模式的晶体管被用来驱动这个晶体管。

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功率放大电路背后的原理:

这个电路的两个重要方面是AB类放大器和A类电压放大器。AB类偏压晶体管仅为输入信号的一半产生放大输出信号。因此,AB放大器由两个匹配的晶体管组成,其中一个传导输入信号的一半,另一个传导输入信号的另一半。一个实用的AB类放大器由二极管组成,使两个晶体管产生偏置,以消除交叉失真。该放大器由共发射极配置的晶体管驱动。

A类模偏压晶体管产生输入信号的反向。但是效率很低,输出阻抗也很低。

150W功率放大电路电路图:

150瓦功率放大器电路图
150W功率放大器电路图

功率放大电路设计:

AB类放大器级设计:
  1. 晶体管的选择:这里要求的输出功率是150W。考虑到晶体管的功耗,我们假设所需功率为200W左右。亚博彩票下载这里我们选择+/-50V双电源,即Vcc = 50V,负载为8欧姆。为了提高电路的效率,我们选择了达林顿对晶体管TIP142(NPN)和TIP147(PNP)。
  2. 偏置电阻的选择:偏置电阻上的电压应小于Vcc约1.4V。亚博彩票下载此外,由于平均集电极电流相当大,偏置电流相当小。因此使用大值电阻器。这里我们用3K的电阻。
  3. 选择二极管:-两个二极管为功率晶体管提供适当的偏置,以消除交叉失真。选择二极管时应使其热特性与晶体管相似。这里我们使用的是二极管1N4007。
  4. 输出电阻的选择-两个淹没电阻用于减少任何差异的特性,两个匹配的晶体管和提供热补偿。这些电阻应该是低值的,这里我们选择0.33欧姆。
  5. Bootstrap电阻和电容的选择:-采用自举的方法来增加达林顿晶体管的输入阻抗。这里我们选择10uF的电解液电容,这样它的电抗在最低20Hz时更小。为了提供高的输入阻抗,电阻器的值应该很大。这里我们选择3K的电阻。
驱动阶段设计:
  1. 晶体管的选择:这里我们选择了功率晶体管TIP41,以提供高功率、高增益输出。
  2. 发射极电阻的选择驱动晶体管的发射极电压是Vcc和Vbe的一半之差。由于Vcc为50V, Vbe为0.7V,我们得到发射极电压为24.3V。由于发射极电流与晶体管的静态集电极电流相同,我们得到电阻Re的值约为50欧姆。然而,这里我们选择一个40欧姆的电阻。
  3. 耦合电容器的选择:该耦合电容用于将前一放大器的输出级的交流信号提供给驱动级的输入级。这里我们选择10uF电解液电容器。
音频前置放大器设计阶段:
  1. 晶体管的选择由于这里的Vcc大约是50V,我们选择一个最大的开放源集电极到发射极电压大于Vcc的晶体管。为此,NPN晶体管BC546符合我们的要求。
  2. 负载电阻R3的选择从BC546的数据表中可以看到静止收集器电流约为2mA。负载电阻的值是这样选择的,当2mA的电流通过它时,它的电压是Vcc的一半。这给出负载电阻为12.5K。这里我们选择一个10K电阻。
  3. 偏置电阻R1和R2的选择:假定偏置电流为基极电流的10倍。由于BC546的小信号增益约为125,因此基电流约为0.016mA,偏置电流为0.16mA。亚博彩票下载同时,基极电压比发射极电压高0.7V。假设发射极电压Ve为Vcc的12%,即6V。

这给了,
R1 = (Vcc-Vb)/Ie = 24.5K。这里我们选择一个25K电阻
R2 = Vb/Ie = 3.35K。这里我们选择3K的电阻。

  1. 反馈电阻R5的选择:这里我们假设所需的增益Av = 50。由于负载电阻约为10K,反馈电阻计算值约为20亚博彩票下载0欧姆。
  2. 发射极电阻R4的选择:发射器总电阻值由Ve/Ie给出,即3K。然而,由于该电阻与反馈电阻共享,发射器电阻约为3K-200 = 2.8K。这里我们选择一个2K电阻。
  3. 发射极电容的选择该电容的值应使电抗小于发射极总电阻。这里我们选择了0.01uF的电解液电容器。
  4. 耦合电容器的选择:耦合电容器为10uF的电解液电容器。
组件
价值
R1
25 k
R2
3 k
R3
10 k
R4
2 k
R5
200欧姆
R6
3 k
R7
3 k
R8
40欧姆
R9机型,R10
0.33欧姆
C1, C2, C3
10佛罗里达大学,电解质
C4
0.01超滤,电解质
第一季度
TIP141, NPN型
第二季
TIP147, PNP型
第三季
TIP41
第四季度
BC546
Vcc
+ / -50 v

功率放大电路测试:

在Multisim上设计并绘制电路后,通过将一个交流信号电压源连接到前置放大器级的耦合电容来给出输入。输入设置为4Vpp, 1kHz。输出通过连接一个瓦特表来确定,电压端子穿过负载电阻连接8欧姆,电流端子连接输出端子和负载电阻之间。这里我们观察到最大输出功率约为200W。

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功率放大电路的应用:

  1. 该电路可用于驱动低输入阻抗的扬声器,用于音频放大。
  2. 我们也可以利用该电路驱动高功率天线进行远距离传输。
限制:
  1. 这个电路是理论的,输出包含失真。
  2. 使用像bjt这样的线性器件会导致更多的功耗,从而降低系统的效率。

5的反应

  1. 我可以使用TIP122代替TIP141,并且是必要的交流源“函数发生器”。我试图做一个扬声器,我可以进行我的XD

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