MOS管功率放大器电路图及原理图文并茂解析

放大器电路的分类

本文介绍MOS管功率放(fang)(fang)大(da)器(qi)(qi)电(dian)(dian)路(lu)(lu)图，先(xian)来看(kan)看(kan)放(fang)(fang)大(da)器(qi)(qi)电(dian)(dian)路(lu)(lu)的分类，按(an)功率放(fang)(fang)大(da)器(qi)(qi)电(dian)(dian)路(lu)(lu)中晶体(ti)管导通时间的不同(tong)可分：甲(jia)类功率放(fang)(fang)大(da)器(qi)(qi)电(dian)(dian)路(lu)(lu)、乙类功率放(fang)(fang)大(da)器(qi)(qi)电(dian)(dian)路(lu)(lu)和丙类功率放(fang)(fang)大(da)器(qi)(qi)电(dian)(dian)路(lu)(lu)。

甲类功率(lv)放(fang)大器(qi)电路，在(zai)信号(hao)全范围内均导通，非线性失真小(xiao)，但输出功率(lv)和效率(lv)低，因此低频功率(lv)放(fang)大器(qi)电路中主要用乙类或甲乙类功率(lv)放(fang)大电路。

功率放大器是根(gen)据信号的导(dao)通角分为(wei)(wei)A、B、AB、C和D类,我国亦称为(wei)(wei)甲、乙、甲乙、丙和丁类。

功率放大器电路的特殊问题

（1）放大器电路的功率

功(gong)率放(fang)大(da)器电路(lu)的(de)(de)任(ren)务是(shi)推动负载，因此功(gong)率放(fang)大(da)电路(lu)的(de)(de)重要指标是(shi)输出功(gong)率，而不(bu)是(shi)电压放(fang)大(da)倍数。

（2）放大器电路的非线形失真

功(gong)率(lv)放大器电(dian)路(lu)工作在大信(xin)号的(de)情况(kuang)时，非线性失真时必须考虑的(de)问题(ti)。因此，功(gong)率(lv)放大电(dian)路(lu)不能用小信(xin)号的(de)等效电(dian)路(lu)进行分析(xi)，而只能用图(tu)解法进行分析(xi)。

（3）放大器电路的效率

效率(lv)定(ding)义(yi)为：输出信号功率(lv)与直流电(dian)源供给(ji)频率(lv)之比(bi)。放大(da)电(dian)路的实(shi)质就是能量转(zhuan)换电(dian)路，因(yin)此它就存在着转(zhuan)换效率(lv)。

常用MOS管功率放大器电路图

MOS管功(gong)率放(fang)大(da)器电(dian)(dian)(dian)路图是(shi)由电(dian)(dian)(dian)路稳压(ya)(ya)电(dian)(dian)(dian)源模(mo)块(kuai)、带(dai)阻滤波(bo)模(mo)块(kuai)、电(dian)(dian)(dian)压(ya)(ya)放(fang)大(da)模(mo)块(kuai)、功(gong)率放(fang)大(da)模(mo)块(kuai)、AD转换模(mo)块(kuai)以及液(ye)晶(jing)显示模(mo)块(kuai)组(zu)成。

（一）MOS管功率放大器电路图-系统设计

电(dian)路实现简(jian)单(dan)，功(gong)(gong)耗低，性价(jia)比很高。该电(dian)路，图(tu)1所示是(shi)其组成框图(tu)。电(dian)路稳(wen)压电(dian)源模(mo)(mo)(mo)块为(wei)系统提供能量；带阻滤(lv)波电(dian)路要实现50Hz频率点(dian)输出(chu)功(gong)(gong)率衰(shuai)减；电(dian)压放(fang)大(da)(da)模(mo)(mo)(mo)块采用(yong)两级放(fang)大(da)(da)来(lai)将小信号放(fang)大(da)(da)，以便为(wei)功(gong)(gong)率放(fang)大(da)(da)提供足够电(dian)压；功(gong)(gong)率放(fang)大(da)(da)模(mo)(mo)(mo)块主(zhu)要提高负载能力；AD转换模(mo)(mo)(mo)块便于单(dan)片机(ji)信号采集；显示模(mo)(mo)(mo)块则实时显示功(gong)(gong)率和整机(ji)效率。

（二）MOS管功率放大器电路图-硬件电路设计

1、带阻滤波电路的设计

采用OP07组成的二阶(jie)带(dai)阻滤(lv)波器的阻带(dai)范围为40～60 Hz，其电路如图2所示(shi)。带(dai)阻滤(lv)波器的性能参数有中心频率ω0或f0，带(dai)宽BW和(he)品质因数Q。Q值越高(gao)，阻带(dai)越窄，陷波效果越好。

2、放大电路的设计

电(dian)(dian)压(ya)放(fang)大(da)(da)(da)电(dian)(dian)路可选(xuan)用两(liang)个(ge)INA128芯片来(lai)对微弱信号进行放(fang)大(da)(da)(da)。若采用一级放(fang)大(da)(da)(da)，当(dang)放(fang)大(da)(da)(da)倍数(shu)较大(da)(da)(da)时，电(dian)(dian)路可能不稳定(ding)，故(gu)应采用两(liang)级放(fang)大(da)(da)(da)，并(bing)在级间采用电(dian)(dian)容(rong)耦(ou)合电(dian)(dian)路，图(tu)3所示是其电(dian)(dian)路图(tu)。图(tu)中，INA128具(ju)有低失调电(dian)(dian)压(ya)漂移和低噪声(sheng)等(deng)性能指标，且(qie)放(fang)大(da)(da)(da)倍数(shu)设置简单，只用一个(ge)外部电(dian)(dian)阻就能改变放(fang)大(da)(da)(da)倍数(shu)。

图3中1、8脚跨接的(de)电(dian)阻就是(shi)用(yong)来调(diao)整放(fang)大(da)倍率，4、7脚需提供(gong)正负相等的(de)工作电(dian)压(ya)(ya)，2、3脚输(shu)入要放(fang)大(da)的(de)电(dian)压(ya)(ya)，并从6脚输(shu)出(chu)放(fang)大(da)的(de)电(dian)压(ya)(ya)值。5脚则(ze)是(shi)参考(kao)基(ji)准，如果接地，则(ze)6脚的(de)输(shu)出(chu)即为(wei)与地之间(jian)的(de)相对电(dian)压(ya)(ya)。

3、功率放大电路的设计

功(gong)(gong)率放(fang)大(da)(da)电(dian)(dian)路往往要求(qiu)其驱动负载的(de)能(neng)力较强，从能(neng)量控制和转换的(de)角(jiao)度(du)来看，功(gong)(gong)率放(fang)大(da)(da)电(dian)(dian)路与其它放(fang)大(da)(da)电(dian)(dian)路在本(ben)质(zhi)上没有(you)根(gen)本(ben)的(de)区别(bie)，只是功(gong)(gong)放(fang)既不(bu)是单(dan)(dan)纯追(zhui)求(qiu)输(shu)出高电(dian)(dian)压(ya)，也不(bu)是单(dan)(dan)纯追(zhui)求(qiu)输(shu)出大(da)(da)电(dian)(dian)流，而(er)是追(zhui)求(qiu)在电(dian)(dian)源电(dian)(dian)压(ya)确定的(de)情况下，输(shu)出尽可(ke)能(neng)大(da)(da)的(de)功(gong)(gong)率。

本电(dian)(dian)路(lu)采用两个MOS管构成(cheng)的(de)(de)功(gong)率(lv)放大(da)电(dian)(dian)路(lu)，其(qi)电(dian)(dian)路(lu)如图4所(suo)示。此(ci)电(dian)(dian)路(lu)分别采用一个N沟道(dao)和一个P沟道(dao)场效应(ying)管对接而成(cheng)，其(qi)中(zhong)RP2和RP3为偏置电(dian)(dian)阻，用来调节电(dian)(dian)路(lu)的(de)(de)静态工作点。特征(zheng)频(pin)率(lv)fT放大(da)电(dian)(dian)路(lu)上限(xian)频(pin)率(lv)fH的(de)(de)关系(xi)为：fT≈fhβh，系(xi)统阶(jie)跃相应(ying)的(de)(de)上升(sheng)时间(jian)tr与放大(da)电(dian)(dian)路(lu)上限(xian)频(pin)率(lv)的(de)(de)关系(xi)为：trfh=0.35。

对于OCL放大(da)(da)器(qi)来说(shuo)，一般有：PTM≈0.2POM，其中PIM为单(dan)管(guan)的最(zui)大(da)(da)管(guan)耗(hao)，POM为最(zui)大(da)(da)不(bu)失(shi)真(zhen)输出(chu)管(guan)耗(hao)。根(gen)据计(ji)算，并(bing)考虑到项目要(yao)求(qiu)，本设计(ji)选(xuan)用IRF950和IRF50来实现功率放大(da)(da)。

4、AD转换电路的设计

此工作可(ke)由单(dan)片机内部的(de)10位AD转换(huan)器完(wan)成，但实验(yan)发现，单(dan)片机的(de)10位AD芯片的(de)处理效果不是很好。因此本(ben)设计(ji)采用了两个AD转换(huan)芯片来(lai)对负载输出的(de)信号进行转换(huan)，并使(shi)用单(dan)片机控制计(ji)算，然后(hou)送(song)入(ru)液晶显示其功率和效率。

AD1674是(shi)一片(pian)(pian)高(gao)速12位逐次比较型A/D转(zhuan)(zhuan)换(huan)(huan)器(qi)，该芯片(pian)(pian)内置双极(ji)(ji)性(xing)(xing)(xing)电路构成(cheng)的混合集成(cheng)转(zhuan)(zhuan)换(huan)(huan)器(qi)，具有(you)外接元(yuan)件少(shao)，功耗低，精(jing)度高(gao)等特点，并具有(you)自(zi)动校零和(he)自(zi)动极(ji)(ji)性(xing)(xing)(xing)转(zhuan)(zhuan)换(huan)(huan)功能，故只(zhi)需外接少(shao)量的电阻和(he)电容元(yuan)件即可构成(cheng)一个完整的A/D转(zhuan)(zhuan)换(huan)(huan)器(qi)。AD8326是(shi)TI公司推出的16位高(gao)速模数转(zhuan)(zhuan)换(huan)(huan)器(qi)，其转(zhuan)(zhuan)换(huan)(huan)速度快，线性(xing)(xing)(xing)度好，精(jing)度高(gao)。AD8326和(he)A1674的电路连接图分别(bie)如图5和(he)图6所示。

5、显示电路

本(ben)(ben)电路(lu)采用(yong)(yong)12864液(ye)(ye)晶来(lai)实(shi)时显(xian)示输出的功率、直流电源(yuan)供给的功率和(he)整机(ji)(ji)效率。该液(ye)(ye)晶具(ju)有屏幕反应(ying)速度(du)快(kuai)、对比(bi)度(du)高、功耗低等优点。可(ke)以实(shi)现友好的人机(ji)(ji)交互。为(wei)了简化(hua)电路(lu)，本(ben)(ben)设(she)计采用(yong)(yong)串口连接。并在单片机(ji)(ji)的控制下(xia)，按照(zhao)要求的格(ge)式显(xian)示接收到的数据和(he)字符信息。图7为(wei)液(ye)(ye)晶显(xian)示电路(lu)的连接图。其中D0～D7为(wei)数据口，R/W为(wei)液(ye)(ye)晶读写信号，E是使能(neng)端。

6、系统软件设计

由(you)于(yu)本系统是低频正弦(xian)信(xin)号(hao)的(de)功率(lv)(lv)放(fang)大(da)，要(yao)求能测量(liang)并显示输出(chu)功率(lv)(lv)、整机效率(lv)(lv)等信(xin)息(xi)，所(suo)以要(yao)用到(dao)AD转(zhuan)换。AD芯片(pian)测量(liang)的(de)交(jiao)流信(xin)号(hao)，所(suo)以，测量(liang)的(de)电压数据进行(xing)比(bi)较，以获得最大(da)电压值(zhi)(zhi)(zhi)，此值(zhi)(zhi)(zhi)即(ji)为正弦(xian)信(xin)号(hao)的(de)最大(da)值(zhi)(zhi)(zhi)。而(er)要(yao)想得到(dao)正弦(xian)信(xin)号(hao)的(de)有效值(zhi)(zhi)(zhi)，就要(yao)对最大(da)值(zhi)(zhi)(zhi)进行(xing)处(chu)理，从而(er)获得有效值(zhi)(zhi)(zhi)。这样，就可(ke)以将电源的(de)输出(chu)功率(lv)(lv)和供给功率(lv)(lv)，根据欧姆定律计(ji)算出(chu)其数值(zhi)(zhi)(zhi)，并将测得的(de)数据用液(ye)晶(jing)适时(shi)的(de)显示出(chu)来。

因此，本系(xi)统(tong)软件(jian)实(shi)现的(de)功能(neng)(neng)应当(dang)可(ke)以实(shi)现对正(zheng)弦(xian)信号(hao)有效(xiao)值的(de)测量；同时能(neng)(neng)够通(tong)过液晶准确显示输(shu)出功率(lv)和系(xi)统(tong)供给(ji)功率(lv)和整(zheng)机效(xiao)率(lv)。

图(tu)(tu)8所示是本(ben)系统软(ruan)件的(de)设计(ji)流程图(tu)(tu)。

（三）MOS管功率放大器电路图-功率音频放大器

MOS管(guan)功(gong)率(lv)放(fang)大器电路图之(zhi)功(gong)率(lv)音频放(fang)大器，使(shi)用1操作放(fang)大器TL071C一些(xie)电子(zi)元(yuan)件和2功(gong)率(lv)MOSFET的晶(jing)体管(guan)可以被内置(zhi)音频功(gong)率(lv)放(fang)大器，可以提(ti)供(gong)音频输(shu)出功(gong)率(lv)高(gao)达8欧姆的负载45瓦。

T5和T6的(de)(de)场(chang)效应管(guan)的(de)(de)是(shi)潜在(zai)的(de)(de)差异驱动的(de)(de)奥迪R8和R13的(de)(de)。由于所需(xu)的(de)(de)电源电压是(shi)远(yuan)远(yuan)高于正常为一个共同的(de)(de)运算放大器，晶体管(guan)T1和T2系列集成电路的(de)(de)电源线。这些晶体管(guan)提供固定的(de)(de)潜力，通(tong)过在(zai)±15 V齐(qi)纳(na)二(er)极管(guan)D1和D2。因此，运算放大器的(de)(de)电压将永(yong)远(yuan)是(shi)14.4五，

目(mu)前的(de)(de)设置(zhi)是(shi)通过(guo)T3和T4的(de)(de)休息。这是(shi)非常(chang)重要的(de)(de)T4和T5热(re)耦合，使(shi)电(dian)(dian)流(liu)稳(wen)定放(fang)心。由放(fang)大器吸收的(de)(de)总(zong)电(dian)(dian)流(liu)调整电(dian)(dian)位器P1，约(yue)75毫安(an)（在这种情况(kuang)下，将通过(guo)FET的(de)(de)电(dian)(dian)流(liu)约(yue)70毫安(an)）。

MOSFET晶体(ti)管(guan)，必(bi)须(xu)安装至少1K / W散热器(qi)上，稳定(ding)的±30V的电(dian)源，45瓦的放(fang)大器(qi)可提供8欧姆或(huo)4欧姆负载70瓦的负载。

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