100W MOSFET功率放大电路

利用MOSFET设计了一个功率放大电路，可产生100W输出，驱动约8欧姆的负载。本设计的功放电路具有效率高、交叉失真和总谐波失真小的优点。

工作原理:

该电路采用多级功率放大原理，由前置放大器、驱动器和功率放大器件组成。预放大用一个差分放大器完成，驱动级是带电流镜负载的差分放大器，功率放大用MOSFET AB类操作完成。mosfet比BJT有一个简单的驱动电路的优势，不容易热稳定性和具有高输入阻抗。一种由两级差分放大器电路组成的前置放大器用于产生无噪声放大信号。前置放大器的第一级由一个采用PNP晶体管的差分模发射极耦合放大器组成。第二级由带主动负载的差动放大器组成，以提高电压增益。电流镜电路实际上确保输出电流保持恒定，而不受输入信号电压的变化影响。这个放大的信号然后给推挽放大器级，产生一个高功率输出信号。

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100W MOSFET功率放大器电路图:

电路组成:

• R1, R4: 4k欧姆
• R2: 100欧姆
• R3: 50 k欧姆
• R5: 1 k欧姆
• R6: 50 k欧姆
• R7: 10 k欧姆
• R8, R9: 100欧姆
• R10、R13: 470欧姆
• R11: 100欧姆
• R12: 3 k欧姆
• R14、R15: 0.33欧姆
• C1: 10佛罗里达大学
• C2, C3: 18 pf
• C4: 100 nf
• Q1, Q2: BC556, PNP晶体管
• Q3, Q4: MJE340, NPN晶体管
• Q5, Q6: MJE350, PNP晶体管
• Q7: n通道E-MOSFET, IRF530
• Q8: p通道E-MOSFET, IRF9530
• V1, v2: +/- 50v。

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MOSFET功率放大电路设计:

1^圣级差放大器设计:

1. 发射极电阻的选择:对于一个高效的差分放大器，由R3/R2给出的共模抑制比应该更高。这要求R2的值要比R3小得多。这里我们选择一个100欧姆的电位器作为R2, 50k的电阻作为R3。
2. 集电极电阻的选择:对于大约50的微分增益和大约100欧姆的发射极电阻，R1和R4的值被计算为大约4k。
3. 耦合电容器的选择:这里我们选择一个10uF的电容来耦合交流输入信号到Q1的输入。

2^nd级差放大器设计:

1. R11:选择当发射极总电流约为0.5A时，发射极电阻选择在100欧姆左右。
2. 选择R12:电位计R12的值是由mosfet的门阈电压和流经Q4集电极的静态电流决定的，约为50mA。这使得R12在3k左右。类似地，R7的值取为10k左右。
3. 选择负载:在这里，差动放大器连接到一个有源负载，这是一个电流镜像电路。在这里我们选择PNP晶体管MJE350与发射器电阻100欧姆每个。发射极电阻的选择电压降约为100mV，以确保良好的匹配的晶体管。

功率放大器输出级设计:

在这里，我们选择N通道MOSFET IRF530和P通道MOSFET IRF9530作为功率放大器。对于100w功率，8欧姆负载，要求输出电压约为40V，输出电流约为5A。这使得源电阻的值约为0.33欧姆，每个MOSFET绘制的电流约为1.6A(输出电压/(pi乘以负载电阻))。

功率放大电路操作:

PNP晶体管构成差分放大电路，其中一个晶体管接收输入交流信号，另一个晶体管通过反馈接收输出信号。交流信号通过耦合电容耦合到Q1底端，反馈信号通过R5和R6馈送到Q2底端。放大器的输出通过调节电位器来设定。第一级差分放大器的输出馈电给第二级差分放大器的输入。当输入电压大于反馈电压时(对于第一差动放大器)，输入到第二差动放大器的晶体管Q3和Q4的电压同时不同。晶体管Q5和Q6构成电流镜电路。电流镜像电路确保输出电流流向推挽放大器电路保持恒定。

这是因为当Q3的集电极电流增加时，Q4的集电极电流减小，以保持流过Q3和Q4发射极的共点的恒定电流。

同时，电流镜像电路产生的输出电流等于集电极Q3的电流。电位器R12确保应用适当的直流偏置到每个MOSFET。由于两个mosfet是互补的，当一个正电压被应用到Q7的栅极，它进行。类似地，对于负阈值电压，Q8导电。栅极电阻用于防止MOSFET输出振荡。

电路的输入由4Vp-p的1khz交流输入电压给出。一个示波器连接，通道A接输入，通道B接输出。通过在负载上连接瓦特计来观察负载的功率。

100w MOSFET功率放大电路的应用:

1. 它可以像扬声器一样驱动音频负载，作为一个音频放大器。
2. 它可以像高功率天线一样驱动射频负载。
3. 它可以用来实现一个分布式扬声器系统
4. 该电路可用于电视、电脑、mp3播放器等电子设备。

本电路的局限性:

1. MOSFET更容易发生静电放电。
2. MOSFET从电源中吸取相当大的电流，这可能会损坏整个电路，除非使用安全保险丝。
3. 这个电路容易产生高频振荡。
4. 本电路为理论电路，用于教学。