多通道功率放大器设计
开题报告
一、 研究的背景和意义
音频功率放大器顾名思义就是把微弱的音频信号放大到足够的功率以驱动扬声器或耳机，使其在一定的失真度范围内达到需要的响度。理想情况下，输出信号严格跟随输入信号的变化，输入信号和输出信号的唯一区别是，输出信号有较大的驱动能力[1]。
便携式设备在现代电子技术的发展带动下，正逐渐向市场的主流产品迈进，因此，人们对便携式设备的性能要求也越来越高。音频功率放大器作为便携式设备中应用最为广泛的基本组件之一，已成为了PDA，MP3/MP4，手机，笔记本电脑等各式便携式音频设备的必备部分[2]。从上个世纪问世的walkman、CDPlayer、到如今流行的MP3播放器、笔记本电脑、便携式DVD播放器，它几乎应用于所有与声频、视频相关联的电子设备中，电子产品要想与人的听觉相联系，就必须用到音频功率放大器做媒介，而且由于人的听觉系统对外界声音比较敏感，人们对音频功率放大器的优劣认识可以直接反应在其性能上，性能优越的音频设备在市场上就会有明显的产品竞争力。
二、 国内外研究现状
研究现状：音频功率放大器最初为甲类功放,这类功放的功放管的工作点选在管子的线性放大区,所以就算在没有信号输入的情况下,管子也有较大的电流流过,且其负载是一个输出变压器,在信号较强时由于电流大,输出变压器容易出现磁饱和而产生失真,另外为了防止管子进入非线性区,此类放大器往往都加有较深度的负反馈,所以这种功放电路效率低,动态范围小,且频响特性较差。对此人们又推出了一种乙类推挽式功率放大器,这类功放电路的功放管工作在乙类状态,即管子的工作点选在微道通状态，两个放大管分别放大信号的正半周和负半周,然后由输出变压器合成输出。所以流过输出变压器的两组线圈电流方向相反,这就大大地减少了输出变压器的磁饱和现象。另外由于管子工作在乙类状态,这样不仅大大的提高了放大器的效率且也大大的提高了放大器的动态范围,使输出功率大大提高，曾流行一时[5] [7]。但人们很快发现,此种电路由于其功放管工作在乙类工作状态,所以存在小信号交越失真的问题,而且电路需使用两个变压器(输入输出变压器),由于变压器是感性负载,所以在整个音频段内,负载特性不均衡,相移失真较严重。为此人们又推出了一种称为OTL的功率放大电路。这种电路的形式其实也是一种推挽电路形式,只不过是去掉了两个变压器,用一个电容器和输出负载进行藕合,这样一来大大的改善了功放的频响特性。晶体管构成的功放电路有了质的飞跃,后来人们又改良了此种电路,推出了OCL和BTL电路,这种电路将输出电容也去掉了,放大器与扬声器采取直接藕合方式,直到现在由晶体管组成的功放电路,其结构基本上是OCL电路 [8] [9]。
但假如要设计一个此类功率放大器，虽然能理论计算分析，但一般是在理想模型下进行，这与实际应用有一定的差距，而且计算复杂，也容易出错。若利用Multisim软件进行电路仿真，可以迅速直接地得到放大器的特性，并可模拟实际情况，得出的结果更实用。通过用Multisim分析外围元器件的参数、三极管参数、频率对整个功率放大器的性能指标的影响，解决功率放大器的某些问题。通过查阅资料发现，利用Multisim仿真分析软件对功率放大器电路性能指标进行分析的报道极少。
待解决的问题：
（1）解决电子线路设计的复杂过程问题。传统的电子线路设计要经过设计方案提出、方案验证和修改三个阶段，一般采用搭接实验电路的方法进行往往需要经过实验和修改的反复过程[10]。
（2）减轻电子线路设计的实验成本，分析难度。在电子线路设计中会涉及到大量的计算分析以及多次实验，是一个非常复杂的过程，而且容易出错，一旦出错就有损坏元件的风险，分析的结果也不够准确。
（3）利用Multisim软件来仿真分析问题。
文献评述：音频功率放大器的调试，是音频功率放大器设计、制作和生产中的一个重要环节。它的正确与否直接影响到放大器的性能。随着应用电子技术、计算机技术、智能化技术的发展，EDA（电子设计自动化）技术进入了我们的设计工作，因此在调整和测试工作中引入虚拟仪表技术会进一步完善我们的设计工作，大大加快了产品的开发速度，提高了设计人员的工作效率，缩短了产品的开发周期[4] [11]。通过对《Multisim 9计算机仿真在电子电路设计中的应用》[11]的学习，我发现从中的不少案例分析也定性的说明了使用Multisim9提供的虚拟仪器，对音频功率放大器直流工作点、瞬态响应、失真度等几个基本指标进行分析的确比传统的分析方法更简单、更直观。同时也可以看出，将虚拟仪器应用到设计过程中，对所设计电路进行测量，有助于我们及时发现问题，调整电路结构或参数，能更快、更好地完成设计任务。
从所查阅的资料看，大多都是基于计算机、仿真技术的电子设计自动化和虚拟仪器的概念电子技术实验在教学中的广泛应用，能够显著提高电子技术实验教学的水平，极大地丰富教学的内容，大大降低实验成本和测试费用，并为学生工程素质和创新能力的培养和创造十分有利的条件[12] [13] [14]。
三、 研究内容和拟解决的关键问题
1．设计一个多通道功率放大器。要求采用全部或部分分立元件，额定输出功率、负载阻抗、失真度、直流稳压电源等合理。然后根据功率放大器的基本特点，经过组合在加上一些外围元件，设计出一个由晶体管组成的具有实际意义的多通道功率放大器。
2．用Multisim分析外围元器件的参数对整个放大器的性能指标的影响。用Multisim软件画出电路图，然后改变外围元件参数对功率放大器进行一系列仿真，分析外围元件的参数对功率放大器的性能指标有什么影响。
3．通过改变元件参数对功率放大器进行多次仿真分析，在进行比较分析得出最佳的元件参数，最佳的元件阻值大小、型号等。
4．用Multisim仿真软件对功率放大器的静态工作点，瞬态和失真度等进行分析。
四、 研究方案及措施
本次设计的多通道功率放大器分为音频放大和直流电源两大部分。可由以下所示框图实现。
音频放大电路的功能是将其他电子设备的音源信号进行放大，然后再经过功率放大，最后去推动扬声器输出，简单说就是一个扩音器。
直流电源部分则负责将220V交流电转换为低压直流电供放大电路使用，为了减小电源波动引起的噪声对放大电路的影响，电源部分将采用线性直流稳压电源。
五、 实施计划
1．2016年12月5日至2016年12月25，日查阅相关文献，并写出开题报告；
2．2017年2月25日，毕业论文开题答辩；
3．2017年3月20日，完成毕业论文初稿，并进行毕业论文中期检查；
4．2017年4月20日，上交毕业论文；
5．2017年5月6日，毕业论文答辩；
6．2017年5月20日，完成毕业论文材料装袋存档。
六、 主要参考文献
[1]唐远炎，OCL.OTL低频放大电路集锦［M］.北京：人民邮电出版社，2013.
[2]韦思健.电脑辅助电路设计—MULTISIM2001电路实验与分析测量［M］.北京：中国铁道出版社，2012.49.
[3]郭三宝.电子线路基础实验［M］.北京：高等教育出版社，2013.
[4]王廷才，赵德申.电工电子技术EDA仿真实验［M］.北京：机械工业出版社，2013.5.
[5]康华光.电子技术基础［M］.北京：高等教育出版社，2014
[6]王廷才.基于Multisim的电路仿真分析与设计［J］.计算机工程与设计，2014,4:55-62.
[7]陈军，夏汉初，龚晶.电子技术基础实验（模拟电路部分）［M］.南京：解放军理工大学理学院，2012.
[8]李推轩.模拟电子技术［M］.西安：西安科技大学出版社，2014.
[9]刘秀成，黄松岭，于嵌杰，等.关于最大功率传输问题的讨论［J］.电气电子教学学报，2013（1）：32-41.
[10]陈松，任德齐.电子设计自动化技术［M］.北京：电子工业出版社，2012.5.
[11]聂典.Multisim 9计算机仿真在电子电路设计中的应用［M］.北京：电子工业出版社，2011.
[12]李东生.仿真与虚拟仪器技术［M］.北京：高等教育出版社，2014.12.
[13]周凯，郝文化.EWB虚拟电子实验室—Multisim7&Ultiboard7电子电路设计与应用［M］.北京：电子工业出版社，2015.4.
[14] 郭勇主.EDA技术基础［M］.北京：机械工业出版社，第二版，2016.
