功率放大器的设计
作者：任灵 王舜 金巧咪
摘 要
随着大规模集成电路的发展，传统的由分离元件组成的功率放大器正在被高度集成化的功率模块所代替。这既节约了成本，又缩短了电路调试周期，同时增强了仪器的可靠性，对产品的规模化和标准化生带来很大的益处。本功率放大器以LM3886为核心，由电源模块和放大模块两部分组成其中电源模块主要由整流电桥构成，将交流电转换为直流电；放大模块主要由功率放大器LM3886构成，实现电路的功率放大。同时采用模块化设计方法，还使用了EDA工具Protel99并且自制印制板。
目 录
一、系统设计方案论证 ......................................................... 3
1. 电源部分模块 .......................................................... 3 2. 功率放大器模块 ........................................................ 3 二、电路整体框图及原理描述 ................................................... 4 三、单元电路设计 ............................................................. 5
1.稳压直流电源电路 ....................................................... 5
1.1电路的组成 ....................................................... 5 1.2电路的功能 ....................................................... 5 1.3工作原理 ......................................................... 5 2.功率放大电路 ........................................................... 6
2.1电路的组成 ....................................................... 6 2.2电路的功能 ....................................................... 6 2.3工作原理 ......................................................... 6
四、系统检测 ................................................................. 7
1.测试仪表 ............................................................... 7 2.测试方法 ............................................................... 7 3..测试结果 .............................................................. 7 五、总结..................................................................... 8 六、附录..................................................................... 8 七、参考文献 ................................................................. 9
一、系统设计方案论证
1. 电源部分模块
方案一：采用四个4700微法的电容作为滤波电路，此电路虽然可以实现，但是四个4700微法的电容会使成本照价提高，而且实现起来也不方便。
方案二：用两个10000微法的电容作为滤波电路，从而提高了电源的性能，也使它的成本降低，所以选择此方案。
2. 功率放大器模块
方案一：采用普通晶体管，仅由一只电子管6N11J，一块STK6153功放集成块及少量的电子元件组成，由于其中的电子管6N11J组成了线性较差，失真大，频响较低，高输出阻抗的SRPP电压放大级，不合要求。
方案二：采用高增益场效应晶体管的音频放大器电路，其增益可以达到500，由于功放电路的负载是电机绕组，很容易产生很强的反电势将功放管击穿，而且它是通过减小漏极电流，牺牲输入动态范围来提高增益，系统性能难以完美实现。
图1：采用高增益场效应晶体管的音频放大器电路
方案三：采用LM3886芯片，外围所需元器件较少，输出功率大失真度小，而且经过采样保持，功率补偿，等措施硬件教容易实现，改进后在听感上中高频纤细耐听许多，低频继承了电流反馈的下潜很深有力度的优点，所以选择此方案。
二、电路整体框图及原理描述
图2：电路整体框图
电路主要由电源部分和功率放大部分组成，将交流电网220V电压变为所需要的电压值，然后经过电源部分进行整流、滤波、稳压。以LM3886为核心对功率放大部分进行了重点设计。接通电源经过变压器和稳压电源部分后得到功放所需的直流电源，并向功率放大电路输入音频输入信号，从LM3886的输出端将输出一个放大的信号，通过喇叭表现出来。
三、单元电路设计
1.稳压直流电源电路
1.1电路的组成
电路主要由变压器（输出电压为±28v的交流电）、整流电桥和一些电阻电容元器件组成，整流电桥是四个整流二级管组成的单相桥式整流电路。其电路图如下图3所示：
+40vC1R11000uF20K4D12T11C30.1uFR2C220K1000uFC40.1uF-40v3
图3：稳压直流电源电路
1.2电路的功能
电路的功能就是将220v的交流电转换为大约±40v直流电。
1.3工作原理
通过变压器获得所需要的交流电压，再经过整流电桥获得所需要直流。电源变压器的作用是将电网220v的交流电压变换成整流滤波电路所需要的交流电压，在这里变压器直接由实验室提供；整流电桥则将交流电压变到脉动的支流电压，再经过电容滤除纹波，输出直流电压。
2.功率放大电路
2.1电路的组成
电路主要由LM3886构成。其电路组成如下图4所示：
+VCCC60.1uF1J121R31k105IC1LM3886I1J23R220kC5220pC4330p9R11012748C80.1uFC2100UFR45k-VCCR520kC310UFC70.1uFR630kJ3+VCC-VCCC110p123
图4：功率放大电路
2.2电路的功能
电路的功能就是放大功率，即将输入的音频信号放大。
2.3工作原理
功率放大电路主体为LM3886放大器，由R7、C3组成补偿电路防止反相，R4、C4组成吸收网络。放大器负极接一个电容C6保证了直流反馈达到100%。为了防止二次协波，由R、C1组成。电感线圈L1用来防止电流突变对系统造成影。R7、C3组成的回路消除了开机时产
生的燥声，提高了系统的性能。当有音频输入信号输入时，通过LM3886放大器获得一个放大的音频信号，通过喇叭再转换为模拟信号，从而实现音频放大。
四、系统检测
1.测试仪表
采用UT51标准型数字万用表。XJ4323示波器、EE12B1型信号发生器。
2.测试方法
采用直接测量和间接测量的方法。
3..测试结果
放大倍数的计算公式：
Av=Vo/Vi=R6/R4
功率放大部分：
输入电压/V 4.7 4.3 4.6
输出电压/V 28.7 24.1 26.7 理论放大倍数 6 6 6 实际放大倍数 6.1 5.6 5.8 五、总结
本系统由于使用了大约±40v的直流稳压电源，配合LM3886集成芯片，够成了一个很好的功率放大系统。本系统可以带动一个8欧姆的扬声器。几个芯片并联组合成一个多路功率放大电路，可以产生更好的音响效果。
六、附录
1.LM3886的引脚图：
2.LM3886的引脚功能：
LM3886是美国国家半导体公司（NSC）生产的一款高保真功率放大器，采用11脚TO-220封装，芯片和散热间不需要绝缘，各引脚的功能如下： ①1脚和5脚：正电源输入； ②3脚：输出；
③4脚：负电源输入； ④7脚：接地； ⑤8脚：静音控制； ⑥9脚：反相输入； ⑦10脚：同相输入；
⑧2脚6脚和11脚：空脚。 3.LM3886具有的特性：
①具有输出电压短路保护和电流开路保护功能； ②具有过压和过热保护功能；
③具有欠压保护功能，即供电电压于10v将自动停止工作。 4.LM3886的主要参数
LM3886主要参数表 参数 电源电压 静态电流 输出功率 开环电压增益 转折电压增益 信噪比 最小值 +10/-10 30 38 90 8 92.5 典型值 +15/-15 50 68 115 19 110 最大值 +42/-42 85 135/peak 单位 V mA W dB v/us dB 5.LM3886的性能如下：
①VCC=±28V OUTPUT=68W/4Ω、38W/8Ω ②VCC=±35V OUTPUT=50W/8Ω ③峰值功率：135W ④≥92db
⑤转换率：19V/us ⑥互调失真：0。04% ⑦11脚TO-220封装 ⑧静音功能
⑨SPiKeTM保护功能
七、参考文献
[1] 康华光（.）[电子技术基础模拟部分（[M].）]（.）北京（：）高等教育出版社（，）1999年（.）
[2] 陈大钦（.）[电子技术基础实验（[M].）]（.）北京（：）高等教育出版社（，）2003年（.） [3] 谢自美（.）[电子线路设计实验测试（[M].）]（.）武汉（：）华中科技大学出版社（，）2002年（.）
[4] 扬绪东（.）[实用电子电路精选（[M].）]（.）北京（：）化学工业出版社（，）2000年（.）
