学习内容：
1、设计电路时要考虑到的问题
2、如何开始一个设计
大家好，前几天有点儿事，没有及时更新，请一定要原谅哦，为了表达歉意，今天多写点儿。
我在写这个系列贴的时候，并没有存稿，也就是说都是在某一天没事而且心情不错的时候才会打开word开始写这些东西。而且也不会打什么草稿，以一种假设和朋友面对面交谈的状态将自己想要说的东西记录下来。
所以，大家在看贴的时候也不要当做一本教程来看，就当做是朋友之间的交流吧，既然是交流，当然不能只是我一个人说话，希望大家能更多的把自己的想法提出来，大家一起探讨探讨。
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今天要讲的内容是书中的第四章的最后一部分，在这一部分里，我们要实际的动手来做一个真正的小功放。虽然这个功放的功率不大，但是在前面所学到的知识会在这个设计中体现出来。可以说是一个成本不高而且颇有检测效果的一个小设计。希望大家在这贴之后能实际的动手做一下，好了，文归正题，我们开始正式的学习。
首先我们要明确我们作品的目标和要求。下面来说一下：
1、是个小功放，能带动一个不算太大的喇叭。
2、它是用来放大MP3或电脑输出的音频信号。
3、不会太大，要能放在桌面上。
4、出于某种原因，就不考虑移动的要求了，也就是说它不是由电池供电的。
5、为了简化设计，是单声道的输出。当然，如果你喜欢立体声，可以做两个这样的小功放。
好了，要求就是这些，下面我们来对这几个要求用设计语言来做一下解释说明。
1、功率不大，那么1瓦的功率就可以在一个10多平方的屋子里得到很大的声音了，商品功放动辄上百W的功率输出，但实际上你真正能开到最大音量么？楼下会拿棍子捅楼顶的。一般最常用的还是10W以下的输出。那么简单计算一下，1W的功率在8Ω的负载上，需要多高的电压呢？基本公式还是P=VI，再变形一下P=V＊V/R，V=SQR（P＊R），将数据代入上式可得，V=2.83V。也就是说，我们的功放要输出2.83V的电压就可以在8Ω的负载上得到1W的功率了。
这里要说的是，功放输出的信号可不是直流，上面的计算是在以输出为直流的基础上的。而在设计功放时，我们都是按正弦波来进行计算，所以这个2.83V实际上是正弦波的有效值也就是Vrms，也就是说，我们的这个功放实际在工作时要想在负载上得到平均1W的功率，它的输出信号峰值（注意是峰值而不是峰峰值）应当是Vp=Vrms＊SQR（2）=2.83V＊1.414=4V。
刚才我们已经说了，这个4V是峰值，是指输出信号在正向或负向所能达到的最高值，也就是在负载上所得到的真正的信号输出是在+4V至-4V的范围内，也就是Vpp=8V。毫无疑问，要想输出这样的一个Vpp，则电源电压必须超过8V，为了留有一定的余量，我们可以将电源电压选择为常用的12V或15V，书中选择的是15V，我们和书中保持一至，也选择15V。
同样，为了能使输出信号在正向和负向都可以有最大的变化范围，我们可以习惯性的将输出端的直流电位设置为电源电压的一半7.5V，这样不管信号的振幅是正向还是负向都可以得到最大。
那么，到这里我们就确定了设计中的第一个条件：电源电压15V，输出端直流电位7.5V，当有信号时输出端直流电位变化范围最少应为7.5V+4V=11.5V至7.5V-4V=3.5V之间。
2、既然它是用来放大来自MP3或电脑输出的音频信号，那么我们需要对电脑或MP3的音频输出做一个小小的了解。最主要的是两个方面：一输出阻抗，约600Ω，二输出幅度，约1Vpp。这个是常识，大家记住就可以了，不用去多追究为什么。第一个条件，意味着我们的小功放的输入阻抗要远远大于600Ω才不会导致信号在传输过程中的幅度损失。因为功放的输入阻抗与MP3的输出阻抗是串联的，输入阻抗越大，在功放的输入端所得到的信号电压幅度就越大。
以前所讲过的共发射极放大器就是一个不错的选择，忘了的朋友可以去翻下前面的贴子，一般共发射极放大器的输入阻抗可以做到几KΩ以上，比600Ω大了不少，当采极一些特殊手段时，甚至可以将输入阻抗提高到数百K左右，但这里几KΩ就足够了。
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推荐发表于 2013-8-14 23:13:46
为什么？！！！
为什么积分里显示5个人给加了32刀，可我只看见13刀哇！剩下的32-13=19刀哪里去了？
还有显示贴子被删了呢！！！
难道加到被删的贴子里了？
如果真的是这样，好人们再给加回来吧！！！！
点评回复goodays 超级版主 楼主 |
2#发表于 2013-8-14 22:38:35
本帖最后由 goodays 于 2013-9-23 16:36 编辑
也就是说从7.5V开始要有正负4V的振幅，7.5V往上的4V由Tr3输出，往下的4V由Tr4输出。
因为上下是对称的，我们搞定上边，下边也就搞定了。那就从上边开始，知道电压了，也知道负载8Ω了，那么上管中最大会流过的电流也就知道了。4V/8Ω=500mA。这个电流可不小，而且它还要流过电阻R7，R8，而R7和R8还与负载8Ω串联，这也就意味着，这两个电阻绝对不能大，否则会影响负载。
假如取1Ω的话，输出信号在它上面损失的功率是P=I＊I＊R=0.5A＊0.5A＊1Ω=0.25W，是不是有点儿大了，取0.5Ω的话是125mW，这个还算能接受，如果能控制在100mW以内就更好了。算了，就0.5Ω好了，这个电阻越小，损失的功率越少，但是……，看下面吧
我们知道推挽电路在静态时可以不需要流过电流，但这样会产生交越失真，有一点点的电流会使它工作的更好，那么这一点点电流就很重要了，太大会浪费电并且使两个管子发热，这点以前的贴子已经讲过了。太小又会产生交越失真，而最好的做法是使Tr3，Tr4的Vbe加上R7、R8的压降稍大于1.4V，比如说1.45V，大的越多越保险。但多出来的那50mV就落在R7和R8上了。如果R7、R8太小的话，电流会很大，50mV与R7，R8合起来的1Ω相除就是50mA了，对于一个1W的功放来说，末级50mA的电流明显太大，再减少些用1.42V吧，不能再小了，这此只多出来20mV，每个电阻上承担10mV，会产生20mA的静态电流，这个应该可以接受了。这时单个三极管上在静态时所消耗的功率是，以上管为例，（15V-7.5V-0.01V（10mV））乘以20mA的静态电流等于0.15W也就是150mW，这个数值还算可以，就这样吧。
到这里这们确定了两个参数：一是R7，R8的值，同时也确定了末级的静态电流20mA。
下面要做的就是基极的偏置了。也就是下图这一部分。
file://localhost/Users/zgoodays/Library/Caches/TemporaryItems/msoclip/0/clip_image002.png
VR2和R4的确定，Tr2我们暂且不去管它。由刚才的设计我们确定了这个1.42V，换句话说这个1.42V是Tr2的集电极与发射极之间的电压，更或者说是R4与VR2上电压的和。说的再明白些就是VR2、R4串联后与两个三极管的Vbe与R7、R8的串联相并联再与Tr2的CE结并联，有点绕，但我用红色标记了下，应该不难理解。这里限制偏置电流的就是三极管Tr2的发射极电流，它的大小应当符合偏置电流的要求。
在以前的贴子中我们讲过，要使三极管稳定工作，其偏置电路中应当流过远大于其基极电流的电流，一般是10倍。那么我们看看三极管Tr3与Tr4的基极电流有多大？刚才说了它们的发射极电流是20mA，以?值为100计算，对于小功率功放的末级管来说100是可以接受的，大功率的功放一般按50计算。20mA/100=0.2mA，它的10倍就是2mA。
好了，也就是说我们至少要保证Tr2中有2mA的电流流过。但千万不要忽略了一点，电路并不总是静态的，还有动态的时候，我们知道Tr3和Tr4的发射极电流并不是一成不变的，最大时会输出500mA的电流，除以?值100，这时的基极电流就要有5mA了，这里的偏置电流按10倍计，应当为50mA，当然我们不用取这么大，30mA足够了。但如果你按最大2mA设计那就完蛋了，电路的工作状态会受影响。所以应当设计为Tr2中流过的电流，足以保证在Tr3，Tr4在输出大电流时电路能正常工作。大家一定要记住上面红色字体的数据，这些一会儿我们要用到。
由于TR2中要流过30mA的电流，按?值100计，其基极电流为0.3mA，VR2与R4中流过的是其偏置电流，比0.3mA要大，我们取2mA。所以，VR2与R4的阻值之和我们可以确定了，1.42V/2mA=0.71K=710Ω。再看一眼这张图，我们可知R4上的压降刚好是Tr2BE结的压降也就是0.7V，所以R4应当为0.7V/2mA=350Ω，为了留有余量，我们取小些，R4=300Ω，刚好与书中一致，那么VR1就应当在360Ω左右。由于三极管本身所具有的离散性，也就是说Vbe不会刚好就是0.7V所以VR2，我们使用470Ω的微调电位器，在最后调试时，微调VR2，以使Tr3与Tr4的发射极电流为20mA，或者使R7与R8上的压降为20mV。这样，如果Tr3与Tr4配对良好的话，中点电压会在7.5V左右。
下面再看Tr1用到的几个电阻。还是拿图说话：
file://localhost/Users/zgoodays/Library/Caches/TemporaryItems/msoclip/0/clip_image004.png
这是又填了几个空的新的图。还剩下5个电阻，我们来看一下，它们和什么有关。R3看起来是最好算的，电源电压15V减去8.2V，（PS：不要问我这8.2V和6.8V怎么来的，其实很简单，以前经常用到的一个常量0.7V（或者0.6V）），就是R3上的压降，只要知道电流就好了，这个电流也很简单就是Tr1的集电极电流约等于发射极电流。这个电流不仅是Tr1的静态电流，同时还是Tr3和Tr4的偏置电流。
还记得上一段中让大家记住的几个数字么？在最大功率输出时，Tr3，Tr4最大会输出500mA的电流，这时它们的基极电流是5mA，上面说过了，它的偏置电流我们取30mA。那么（15V-8.2V）/30mA=227Ω，这样精准的电阻可不好找，不过电路的设计总是在妥协，我们取R3=220Ω好了。
R3确定了，R5也能确定了，R3是R5的10到15倍左右。不能可着指标来，不要忘了，输出信号的电压还要在R7和R8上损耗一部分，还有射随器并不是电压增益为1而是略小于1，所以我们把放大倍数取大些，就15倍吧。220Ω/15=14.7Ω，这个阻值看上去也不太顺眼，稍大些R5=16Ω好了。这样放大倍数在14倍左右，可以接受。
现在该R6了，与它相关的我们只知道一个30mA的静态电流，还差一个电压，要是知道Tr1的发射极电压就好了。
现在回来看图。Tr1的集电极电压静态时是6.8V，但它会有一个波动，最高会到6.8V+4V=10.8V，最低会到6.8V-4V=2.8V。（想想怎么来的）为了保证Tr1工作在线性状态，其CE结电压最好不要低于1V，再低也不是不行，虽不至于削底，但三极管的线性度会下降，波形失真也会更严重了。也就是说当其集电极电压降到2.8V时，其发射极电压应当小于1.8V时才行。那么我们把发射极电压定在多少呢？同样留着余量，就定在1.5V好了，这样既使1Vpp的输入信号在负方向达到-0.5V时，发射极仍可以有1V的电压。所以，1.5V/30mA=50Ω，这是R5与R6串联后的值，则R6=50Ω-16Ω=34Ω，凑成符合E24标准的阻值，R6=36Ω。
还剩下R1与R2，已知发射极电压1.5V，则基极电压为1.5V+0.7V=2.2V。更已知Tr1静态电流30mA，为了得到较好的效果，Tr1建议选用?值较大的三极管，在400以上最好。以400为例 ，其基极电流为30mA/400=0.075mA，取其10倍为0.75mA，则R2=2.2V/0.75mA=2.93KΩ，R2的大小基本上决定了输入阻抗（输入阻抗要比R2小一些），2.93K有些小了，那么两个办法，一是换更大?的三极管，比如9014一类的有的可以达到600至800的?。二是偏置电流取的小些，不取10倍了，取4倍好了。我们采用第二种办法，0.075mA的4倍是0.3mA，重新计算R2=2.2V/0.3mA=7.3K，这个数差不多了，最后决定选用R2=6.8KΩ。则R1=（15V-2.2V）/0.3mA=42.6K，最后选用R1=42K。好了，所有的计算完成。
还差一步，最关键的三极管还没选呢！Tr1可以选用9014一类的高?值三极管，也可以使用8050。Tr2可以选用任意中功率管，Icm不小于100mA既可，可供选择的有很多，但要考虑到与Tr3和Tr4做热耦合的方便。Tr3和Tr4可以选用8050或8550，在不出大声时完全够用，当然是要正品，那种Icm 1.5A的。用那种小功率的话烧了可别怪我。如果要满功率输出的话，可以选用Tip31,32或Tip41，42就可以了。记住，一只NPN，一支PNP哦。还有，电解电容不要按书上写的选用耐压16V的，用35V的吧。
在整个的设计中，我们所留的余量都是比较大的，尤其是前级Tr1的30mA静态电流更是比较大，其实还要以更小些，大家在设计时可以稍做修改。最后上一个参数完整的图，供大家参考。
file://localhost/Users/zgoodays/Library/Caches/TemporaryItems/msoclip/0/clip_image006.png
最后的家庭作业，按照这个图自己做一个小功放吧，洞洞板就可以！最后，别忘了给后面两个三极管加散热片并与Tr2做热耦合。
做好的朋友可以发到坛里，会被加很多刀的。
