MOS管功率放大器電路圖及原理圖文并茂解析

放大器電路的分類

本文介紹MOS管功率放大器電路圖，先來看看放大器電路的分類，按功率放大器電路中晶體管導通時間的不同可分：甲類功率放大器電路、乙類功率放大器電路和丙類功率放大器電路。

甲類功率放大器電路，在信號全范圍內(nèi)均導通，非線性失真小，但輸出功率和效率低，因此低頻功率放大器電路中主要用乙類或甲乙類功率放大電路。

功率放大器是根據(jù)信號的導通角分為A、B、AB、C和D類,我國亦稱為甲、乙、甲乙、丙和丁類。

功率放大器電路的特殊問題

（1）放大器電路的功率

功率放大器電路的任務(wù)是推動負載，因此功率放大電路的重要指標是輸出功率，而不是電壓放大倍數(shù)。

（2）放大器電路的非線形失真

功率放大器電路工作在大信號的情況時，非線性失真時必須考慮的問題。因此，功率放大電路不能用小信號的等效電路進行分析，而只能用圖解法進行分析。

（3）放大器電路的效率

效率定義為：輸出信號功率與直流電源供給頻率之比。放大電路的實質(zhì)就是能量轉(zhuǎn)換電路，因此它就存在著轉(zhuǎn)換效率。

常用MOS管功率放大器電路圖

MOS管功率放大器電路圖是由電路穩(wěn)壓電源模塊、帶阻濾波模塊、電壓放大模塊、功率放大模塊、AD轉(zhuǎn)換模塊以及液晶顯示模塊組成。

（一）MOS管功率放大器電路圖-系統(tǒng)設(shè)計

電路實現(xiàn)簡單，功耗低，性價比很高。該電路，圖1所示是其組成框圖。電路穩(wěn)壓電源模塊為系統(tǒng)提供能量；帶阻濾波電路要實現(xiàn)50Hz頻率點輸出功率衰減；電壓放大模塊采用兩級放大來將小信號放大，以便為功率放大提供足夠電壓；功率放大模塊主要提高負載能力；AD轉(zhuǎn)換模塊便于單片機信號采集；顯示模塊則實時顯示功率和整機效率。

MOS管功率放大器電路圖

（二）MOS管功率放大器電路圖-硬件電路設(shè)計

1、帶阻濾波電路的設(shè)計

采用OP07組成的二階帶阻濾波器的阻帶范圍為40～60 Hz，其電路如圖2所示。帶阻濾波器的性能參數(shù)有中心頻率ω0或f0，帶寬BW和品質(zhì)因數(shù)Q。Q值越高，阻帶越窄，陷波效果越好。

MOS管功率放大器電路圖

2、放大電路的設(shè)計

電壓放大電路可選用兩個INA128芯片來對微弱信號進行放大。若采用一級放大，當放大倍數(shù)較大時，電路可能不穩(wěn)定，故應(yīng)采用兩級放大，并在級間采用電容耦合電路，圖3所示是其電路圖。圖中，INA128具有低失調(diào)電壓漂移和低噪聲等性能指標，且放大倍數(shù)設(shè)置簡單，只用一個外部電阻就能改變放大倍數(shù)。

圖3中1、8腳跨接的電阻就是用來調(diào)整放大倍率，4、7腳需提供正負相等的工作電壓，2、3腳輸入要放大的電壓，并從6腳輸出放大的電壓值。5腳則是參考基準，如果接地，則6腳的輸出即為與地之間的相對電壓。

3、功率放大電路的設(shè)計

功率放大電路往往要求其驅(qū)動負載的能力較強，從能量控制和轉(zhuǎn)換的角度來看，功率放大電路與其它放大電路在本質(zhì)上沒有根本的區(qū)別，只是功放既不是單純追求輸出高電壓，也不是單純追求輸出大電流，而是追求在電源電壓確定的情況下，輸出盡可能大的功率。

本電路采用兩個MOS管構(gòu)成的功率放大電路，其電路如圖4所示。此電路分別采用一個N溝道和一個P溝道場效應(yīng)管對接而成，其中RP2和RP3為偏置電阻，用來調(diào)節(jié)電路的靜態(tài)工作點。特征頻率fT放大電路上限頻率fH的關(guān)系為：fT≈fhβh，系統(tǒng)階躍相應(yīng)的上升時間tr與放大電路上限頻率的關(guān)系為：trfh=0.35。

MOS管功率放大器電路圖

對于OCL放大器來說，一般有：PTM≈0.2POM，其中PIM為單管的最大管耗，POM為最大不失真輸出管耗。根據(jù)計算，并考慮到項目要求，本設(shè)計選用IRF950和IRF50來實現(xiàn)功率放大。

4、AD轉(zhuǎn)換電路的設(shè)計

此工作可由單片機內(nèi)部的10位AD轉(zhuǎn)換器完成，但實驗發(fā)現(xiàn)，單片機的10位AD芯片的處理效果不是很好。因此本設(shè)計采用了兩個AD轉(zhuǎn)換芯片來對負載輸出的信號進行轉(zhuǎn)換，并使用單片機控制計算，然后送入液晶顯示其功率和效率。

AD1674是一片高速12位逐次比較型A/D轉(zhuǎn)換器，該芯片內(nèi)置雙極性電路構(gòu)成的混合集成轉(zhuǎn)換器，具有外接元件少，功耗低，精度高等特點，并具有自動校零和自動極性轉(zhuǎn)換功能，故只需外接少量的電阻和電容元件即可構(gòu)成一個完整的A/D轉(zhuǎn)換器。AD8326是TI公司推出的16位高速模數(shù)轉(zhuǎn)換器，其轉(zhuǎn)換速度快，線性度好，精度高。AD8326和A1674的電路連接圖分別如圖5和圖6所示。

MOS管功率放大器電路圖

5、顯示電路

本電路采用12864液晶來實時顯示輸出的功率、直流電源供給的功率和整機效率。該液晶具有屏幕反應(yīng)速度快、對比度高、功耗低等優(yōu)點。可以實現(xiàn)友好的人機交互。為了簡化電路，本設(shè)計采用串口連接。并在單片機的控制下，按照要求的格式顯示接收到的數(shù)據(jù)和字符信息。圖7為液晶顯示電路的連接圖。其中D0～D7為數(shù)據(jù)口，R/W為液晶讀寫信號，E是使能端。

MOS管功率放大器電路圖

6、系統(tǒng)軟件設(shè)計

由于本系統(tǒng)是低頻正弦信號的功率放大，要求能測量并顯示輸出功率、整機效率等信息，所以要用到AD轉(zhuǎn)換。AD芯片測量的交流信號，所以，測量的電壓數(shù)據(jù)進行比較，以獲得最大電壓值，此值即為正弦信號的最大值。而要想得到正弦信號的有效值，就要對最大值進行處理，從而獲得有效值。這樣，就可以將電源的輸出功率和供給功率，根據(jù)歐姆定律計算出其數(shù)值，并將測得的數(shù)據(jù)用液晶適時的顯示出來。

因此，本系統(tǒng)軟件實現(xiàn)的功能應(yīng)當可以實現(xiàn)對正弦信號有效值的測量；同時能夠通過液晶準確顯示輸出功率和系統(tǒng)供給功率和整機效率。

圖8所示是本系統(tǒng)軟件的設(shè)計流程圖。

MOS管功率放大器電路圖