模拟音频功率放大器设计

　　模拟音频功率放大器设计 面向工程应用，理论联系实际，通过大量详实具体的电路实验，通俗易懂地介绍音频功率放大器的设计理念与制作细节，并以大量的电路资料向读者展现功率放大电路“从小到大，由简到繁”的演化过程，充满了关于音频功放设计的哲理与睿思。本书主要内容包括晶体管工作原理，共发射极放大器的性能与设计，共集电极（射极跟随器）放大器的性能与应用电路，小功率音频放大器的设计与制作，单管输入级功率放大器的设计与制作，差动放大器工作原理、设计及在集成运放中的应用，差动输入级功率放大器的设计与制作，小信号放大级深入研究，功率放大器实例分析和A类功率放大器的设计与制作。为便于读者学习，本书在重要知识点的相关图文旁边附有视频，用手机扫描即可浏览相关的视频。无论是学习功放电路知识的爱好者，还是设计音频功放的从业人员，能在本书中找到相关设计原则和实践数据。本书适用对象是电子行业工程技术人员以及相关专业高等院校师生，还有广大的电子技术爱好者。

　　葛中海 河南信阳人，中山市技师学院高 级讲师。1994年毕业于东北重型机械学院电气自动化专业，是年分配到郑州白鸽（集团）有限公司。1995年秋，因朋友引荐来到广东省这片民营企业的“热土”，先后在中山爱多、广东金正和步步高电子公司从事VCD、DVD设计研发工作，对音视频编解码、音响技术、开关电源有深入的研究。 2004年秋，因身体原因回中山市技师学院任教，先后在《无线电》《家电维修》《电子产品世界》等杂志发表40多篇专业论文。荣获第六届、第七届广东省职业技能和技工教育教学成果二等奖；2010年电子专业人才设计与技能大赛，荣获广东赛区优 秀指导教师奖；2017年广东省CAD机械设计职业技能大赛，荣获优 秀指导教师称号。出版《电工基础》、Protel Dxp2004简明教程与考证指南》，《模拟电子技术基础》，《开关电源实例电路测试分析与设计》和《音频功率放大器设计》。

第 1章　概述 1
1．1　功率放大电路的预备知识　1
1．1．1　理想化的“黑盒子”电路　1
1．1．2　分立件功放的优点　2
1．2　晶体管和FET的工作原理　3
1．2．1　晶体管或FET是怎么进行
“放大”的？　3
1．2．2　晶体管的工作原理　4
1．2．3　晶体管的各端子电流之间的关系　5
1．2．4　用数字万用表判断晶体管的类型　6
1．2．5　用数字万用表测量晶体管的直流放大倍数　7
1．2．6　FET的工作原理　7
第　2章 共发射极放大器　9
2．1　观察共发射极放大器的波形　9
2．1．1　5倍的电压放大　9
2．1．2　基极与发射极电位及波形　11
2．1．3　集电极与发射极电位及波形　12
2．2　直流参数与电压增益　14
2．2．1　直流参数　15
2．2．2　电压增益　15
2．3　放大电路的设计　17
2．3．1　确定电源电压　17
2．3．2　晶体管的选择　17
2．3．3　确定发射极的静态电流　19
2．3．4　发射极电阻的确定　20
2．3．5　集电极电阻的确定　21
2．3．6　晶体管的静态损耗　21
2．3．7　基极偏置电路的设计　21
2．3．8　最大不失真输出电压　23
2．3．9　确定耦合电容Cin与Cout的容量　25
2．3．10　确定电源去耦电容C1与C2的容量　26
2．4　放大电路的交流性能　27
2．4．1　输入阻抗Ri　27
2．4．2　输出阻抗Ro　28
2．4．3　幅频特性　30
2．4．4　频率特性不扩展的原因　32
2．4．5　提高电压放大倍数的方法　33
2．4．6　噪声电压　34
2．4．7　总谐波失真　34
第3章　共集电极放大器　36
3．1　观察射极跟随器的波形　36
3．1．1　射极跟随器的工作波形　36
3．1．2　较低的阻抗输出　38
3．2　射极跟随器的设计　39
3．2．1　确定电源电压　39
3．2．2　晶体管的选择　39
3．2．3　晶体管集电极损耗　40
3．2．4　发射极电阻Re的确定　40
3．2．5　基极偏置电路的确定　41
3．2．6　输入输出电容的确定　41
3．3　射极跟随器的交流性能　41
3．3．1　输入输出阻抗　41
3．3．2　加重负载或增大输入信号时的工作状况　42
3．3．3　互补对称功率放大器　45
3．3．4　改进后的互补对称功率放大器　46
3．3．5　幅频与相频特性　48
3．3．6　噪声及总谐波失真　49
第4章　小功率音频放大器　51
4．1　“发热”是功率放大器的重要问题　51
4．1．1　功率放大器的基本架构　51
4．1．2　功率管热击穿的机理　52
4．1．3　UBE倍增管与功率管热耦合防止热击穿　54
4．2　小功率放大器的设计　55
4．2．1　设计规格　55
4．2．2　电源电压的确定　57
4．2．3　静态电流的确定　57
4．2．4　集电极与发射极电阻的确定　58
4．2．5　基极偏置电阻的确定　58
4．2．6　UBE倍增电路　59
4．2．7　功率管的损耗　61
4．2．8　输出电路周边的元件　63
4．3　小功率放大器的性能　63
4．3．1　静态电流调整　63
4．3．2　工作波形与电压增益　63
4．3．3　2kΩ的输入阻抗　65
4．3．4　最大不失真输出电压　67
4．3．5　用PNP管作为放大极　68
4．4　小功率音频放大器设计实例　69
4．4．1　电路结构及工作原理　69
4．4．2　功率管TIP41与TIP42　70
第5章　单管输入级功率放大器　73
5．1　单管输入级小功率放大器　73
5．1．1　单管输入功放的电路结构　73
5．1．2　直流参数　74
5．1．3　提高的输入阻抗　75
5．1．4　电压放大倍数　75
5．1．5　负载扬声器（8Ω）的工作波形　76
5．1．6　恒流源取代R5提高输出电压振幅　77
5．1．7　负反馈对电路性能的改善　80
5．1．8　用NPN管作前置级的小功率放大器　82
5．2　复合管输出级中功率放大器　83
5．2．1　复合管输出级的电路结构　83
5．2．2　静态参数　85
5．2．3　自举电路给激励级供电的工作波形　86
5．2．4　恒流源给激励级供电的工作波形　89
5．2．5　激励级输入端虚地　89
5．2．6　双电源供电的OCL电路　91
5．2．7　茹贝尔电路　91
第6章　差动放大器　93
6．1　差动放大器的工作原理　93
6．1．1　温度漂移　93
6．1．2　电路组成　94
6．1．3　对共模信号的抑制作用　95
6．1．4　对差模信号的放大作用　96
6．1．5　差动放大器的电压传输特性　97
6．2　差动放大器的其他3种接法　100
6．2．1　双端输入—单端输出　100
6．2．2　单端输入—双端输出　101
6．2．3　单端输入—单端输出　102
6．2．4　差分对管参数对称的重要性　103
6．3　观察差动放大器的波形　103
6．3．1　实验用差动放大器电路结构　103
6．3．2　差模放大的工作波形　105
6．3．3　共模放大的工作波形　108
6．3．4　共模电压放大倍数与共模抑制比　110
6．3．5　发射极串接衰减电阻降低增益　111
6．3．6　输入输出阻抗　113
6．4　差动放大器的设计　114
6．4．1　恒流源参数的确定　114
6．4．2　电源电压的确定　115
6．4．3　恒流源电流的确定　115
6．4．4　集电极电阻的确定　116
6．5　差动放大器在集成运放中的应用　116
第7章　差动输入级功率放大器　119
7．1　功放历史、电路结构与工作方式　119
7．1．1　功放的简要历史　119
7．1．2　三级功放的电路结构　120
7．1．3　功放的工作方式　121
7．2　差动功放的基本原理　122
7．2．1　差动功放是如何工作的？　122
7．2．2　功放的增益带宽积　124
7．2．3　功放的主极点频率　125
7．2．4　功放中的负反馈　125
7．3　差动输入级功率放大器　126
7．3．1　差动功放的电路结构　126
7．3．2　静态参数计算（电源电压为±15．5V）　129
7．3．3　动态参数估算　130
7．3．4　工作波形　132
7．3．5　用NPN管作输入级的功放　135
7．4　输出级的结构类型　136
7．4．1　射极跟随器类型　136
7．4．2　倒置达林顿类型　137
7．4．3　准互补输出级　138
7．4．4　三重结构输出级　138
7．4．5　大信号失真的机理　139
7．4．6　功率输出管并联能减小失真　140
7．4．7　功率管并联输出的功放电路　140
第8章　深入研究小信号放大级　145
8．1　差动输入级　145
8．1．1　输入级产生的失真　145
8．1．2　单独测量输入级的失真　147
8．1．3　直流平衡能减小总谐波失真　149
8．1．4　镜像电流源负载能迫使差分对管电流精确平衡　151
8．1．5　输入级的恒定跨导变换　152
8．1．6　直流失调电压　153
8．2　电压放大级　156
8．2．1　电压放大级的失真　156
8．2．2　改善电压放大级的线性：有源负载技术　157
8．2．3　电压放大级的强化　158
8．2．4　50W（B类）Hi-Fi功放　159
8．2．5　“小钢炮”—平衡式电压放大级功放电路实例　162
8．3　转换速率　164
8．3．1　放大器速率限制的基础知识　164
8．3．2　转换速率的提高　165
8．3．3　晶体管极间电容穿透效应对转换速率
的影响　166
8．3．4　现实中的速率限制　166
8．3．5　其他影响速率的因素　167
8．3．6　具有电流补偿功能的UBE倍增电路　168
8．3．7　改进转换速率的50W（AB类）Hi-Fi功放设计实例　168
第9章　功率放大器设计实例分析　179
9．1　全互补对称功率放大器　179
9．1．1　互补对称差分输入级　179
9．1．2　电压放大级　183
9．1．3　功率输出级　183
9．1．4　输出电感的作用　184
9．1．5　大功率2SC2500和2SA1943对管　184
9．2　功率放大电路的安全运行　187
9．2．1　功率管的二次击穿　187
9．2．2　功率管的安全工作区　187
9．2．3　功率管的散热问题　188
9．3　用LM3886制作双声道功放　190
9．3．1　LM3886简介　190
9．3．2　电路结构及工作原理　192
第　10章 A类功率放大器设计　201
10．1　准A类功率放大器　201
10．1．1　A类功放输出级工作分析　201
10．1．2　准A类功放输入级的工作状况　203
10．1．3　准A类功放激励级的静态电流　205
10．1．4　输出级的电流分配　205
10．1．5　功率输出级的电流波形　205
10．1．6　电源电路及指示　208
10．1．7　场效应管2SK246、晶体管2SC2240和2SA970　209
10．2　集成运放+分立元件甲类功放　212
10．2．1　概述　212
10．2．2　元器件资料　215
10．3　A类功放　221
10．3．1　输入级的工作状况　221
10．3．2　电源电路　223
10．3．3　元器件资料　224
10．3．4　输入级的级联接法并没有多大好处　228
10．4　音响发烧友经验问答　230
结束语　233