音频功率放大器电路分析与仿真
音频功率放大器电路分析与仿真
本文详细介绍了音频功率放大器电路的分析过程，通过Proteus仿真软件对电路进行输入输出分析、频率响应特性分析、噪声分析、失真分析和傅立叶分析等。文章内容专业且详实，适合对电子电路设计和仿真感兴趣的读者参考。
任务与要求
- 熟悉各种常用的虚拟仪器仪表；
- 掌握电路输入与输出分析、频率响应特性分析、噪声分析、失真分析和傅立叶分析等分析方法；
- 掌握电路的虚拟仿真及调试的基本技巧。
电路分析
1. 前置放大电路的第一级电路分析
输入与输出分析：
由于前面设置的频率为100Hz，周期为10ms，这里仿真器的扫描时间设置为20ms，可以显示两个周期。从仿真结果可以看到，输入为10mV，输出为209mV，由此是反向放大20倍。
噪声分析：
参数参考设为input，扫描跨度设置为10-10kHz
从图中可以看到，输出是输入的放大，输出的噪声最大差不多在0.5μV，足够小，满足要求。当频率在10Hz左右，噪声只有20nV左右。
实验要求：当前置放大器输入端交流短接到地时，RL=8Ω上的交流噪声功率≤10mW。
P=(0.510^-6)^2/R=3.12510^-14W，满足要求。
失真度分析：
从图中可以看到二次谐波和三次谐波的失真情况，绿线为输出失真增益，红线为相位情况。
可以看到，当选择一定的频率时，可以在右下角看到是属于二次谐波还是三次谐波的失真情况。比如在1kHz时，我这里的图表显示绿线输出失真增益为-95.7，属于二次谐波；三次谐波为-39.1。
频谱分析：
随着频率变化，输出增益（绿线）也在变化。所需频率范围为10-10kHz。
增益算法：
A0为输入，从图中可以看到，最大增益为26，减去3dB之后为23dB，此时对应的截止频率为29.1kHz，即为频带宽度。
在频率范围为10-29kHz时，输出保持稳定，覆盖了实验要求的10-10kHz。当超过5kHz时，可以看到输出快速下降，此时电路不再是一个放大电路。
红线为相位，可以看到在500Hz左右，相位由负变为正。
傅里叶分析：
输入频率为100Hz的情况
基波：198mV
二次谐波：8.73mV
三次谐波：3.07mV
傅立叶分析计算系统失真度（D）的计算公式：
式中，Vom1是基波的幅度，Vom2是二次谐波的幅度，Vom3是三次谐波的幅度。
代入数据求得D=4.67%。可见小于实验要求的5%。
同样的，输入频率为1kHz和10kHz的情况也如是分析和计算。
2. 前置放大电路的第二级电路分析
这里的各种参数分析和前置放大电路第一级电路一样，不作赘述。
3. 音频功率主放大器电路的分析
加入信号源，在对应位置加上电流探针和电压探针，如下图所示
功率分析：
在仿真器中添加功率曲线，即I-OUTOUTPUT3，信号源的振幅设置为800mV，因为前置放大电路的第一级电路的输入信号源振幅为10mV，第一级电路放大了20倍，第2级电路放大了4倍，总共放大了80倍，1080=800mV。
噪声分析：
output处设置成分离状态
从图中可以看到，输出是输入的放大，输出的噪声最大差不多在56.1nV，足够小，满足要求。红线代表相位。
P=(0.05610^-6)^2/R=3.13610^-15W，满足要求
失真分析：
这里output3要设置为分离。
在1kHz时，二次谐波的失真度在-107，三次谐波在-134左右。
频率分析：
设置input参数，绿线为输出增益，随着频率在变化，在一定范围内，输出增益保持稳定，最大增益为1.19dB，减去3dB为-1.81dB,对应截止频率为291kHz，覆盖了实验要求的频率范围5-10kHz。
傅里叶分析：
信号源频率改为100Hz,最大频率设置为300，分辨率设置为10，仿真模型选择bartlett,开始进行仿真。
基波：794mV
二次谐波：34.5mV
三次谐波：15.3mV
代入数据求得D=4.75%
将信号源频率改为1kHz，最大频率设置为1.5kHz，分辨率设置为10，仿真模型选择bartlett,开始进行仿真，重复以上步骤，得到D。
同样的，将信号源频率改为10kHz，最大频率设置为10.5kHz，分辨率设置为100，仿真模型选择bartlett,开始进行仿真,得到D.
4. 音频功率放大器总体放大电路的分析和调试
添加信号源，扫描时间跟上面一样，设置为20ms包括两个波形。信号源设置振幅10mV，频率100Hz。
同样的，进行以上那些参数分析，最后得到D。