基于實用低頻功率放大器的設計

1 系統設計

本系統采用小體積MSP430單片機為控制芯片，并用INA128構成的放大電路。末級采用IRF9540和IRF540兩個MOS管實現功率放大。電路實現簡單，功耗低，性價比很高。該電路由電路穩壓電源模塊、帶阻濾波模塊、電壓放大模塊、功率放大模塊、AD轉換模塊以及液晶顯示模塊組成，圖1所示是其組成框圖。電路穩壓電源模塊為系統提供能量;帶阻濾波電路要實現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。

2 硬件電路設計

2.1 帶阻濾波電路的設計

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有中心頻率ω0或f0，帶寬BW和品質因數Q。Q值越高，阻帶越窄，陷波效果越好。

2.2 放大電路的設計

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，當放大倍數較大時，電路可能不穩定，故應采用兩級放大，并在級間采用電容耦合電路，圖3所示是其電路圖。圖中，INA128具有低失調電壓漂移和低噪聲等性能指標，且放大倍數設置簡單，只用一個外部電阻就能改變放大倍數。圖3中1、8腳跨接的電阻就是用來調整放大倍率，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。

2.3 功率放大電路的設計

功率放大電路往往要求其驅動負載的能力較強，從能量控制和轉換的角度來看，功率放大電路與其它放大電路在本質上沒有根本的區別，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溝道場效應管對接而成，其中RP2和RP3為偏置電阻，用來調節電路的靜態工作點。特征頻率fT放大電路上限頻率fH的關系為：fT≈fhβh，系統階躍相應的上升時間tr與放大電路上限頻率的關系為：trfh=0.35。

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。根據計算，并考慮到項目要求，本設計選用IRF950和IRF50來實現功率放大。

2.4 AD轉換電路的設計

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