100w低音炮放大器电路

超低音扬声器是一种能产生低频音频信号的扬声器。第一台低音炮放大器由 Ken Kreisler 于 1970 年开发。 它主要用于改善音频信号的低音质量。在此，我们设计了一款可产生 20 赫兹至 200 赫兹低频音频信号的低音炮放大器，输出功率为 100 瓦，用于驱动 4 欧姆负载。

低音炮放大器电路原理

音频信号首先经过滤波，去除高频信号，只允许低频信号通过。然后使用电压放大器放大低频信号。 然后使用晶体管驱动的 AB 类功率放大器放大低功率信号。

100W 低音炮放大器电路图

电路元件：

低音炮放大器电路设计：

音频滤波器设计：

在此，我们使用 OPAMP LM7332 设计了一个 Sallen Key 低通滤波器。假设截止频率为 200Hz，品质因数为 0.707。 同时，假设极点数等于 1，C1 的值等于 0.1uF，C2 的值可计算为 0.1uF。 假定 R1 和 R2 相同，将已知值代入公式即可求出其值

R1 = R2 = Q/(2*pi*fc*C2)

由此得出每个电阻的值为 5.6K。在此，我们选择 6K 电阻作为 R1 和 R2。由于我们需要一个闭环增益滤波器，因此不需要在非反相端（与输出端短路）安装电阻。

前置放大器设计：

前置放大器采用晶体管 2N222A 的 A 类工作方式。 由于所需的输出功率为 100W，负载电阻为 4 欧姆，因此我们需要 30V 的电源电压。

 假设集电极静态电流为 1mA，集电极静态电压为电源电压的一半，即 15V，则负载电阻的计算值等于 15K。

R5 = (Vcc/2Icq)

基极电流的计算公式为：Ib = Icq/hfe

代入 hfe 或交流电流增益值，基极电流等于 0.02mA。偏置电流 Ibias 假设为基极电流的 10 倍，即 0.2mA。

发射极电压假定为电源电压的 12%，即 3.6V。基极电压 Vb 等于 Ve +0.7，即 4.3V。

然后按以下公式计算 R3 和 R4 的值：

R3 = (Vcc - Vb)/ Ibias，R4 = Vb/Ibias

将这些值代入，可得 R3 等于 130 K，R4 等于 22K

经计算，发射极电阻等于 3.6K (Ve/Ie)。不过，这个电阻由两个电阻 R6 和 R7 共享，其中 R7 用作反馈电阻，以减少 C4 的去耦效应。 R7 的值由 R5 和增益值计算得出，等于 300 欧姆。因此，R6 的值等于 3.2K。

由于 C4 的电容电抗应小于发射极电阻，因此我们计算出 C4 的值等于 1uF。

功率放大器设计：

功率放大器使用达林顿晶体管 TIP142 和 TIP147 以 AB 类模式设计。偏压二极管的选择应使其热特性与达林顿晶体管的热特性相同。这里选择 1N4007。

由于低偏置电流需要较大的偏置电阻值，我们选择 R9 等于 3K。

驱动级用于为功率放大器提供高阻抗输入。这里我们使用 A 类模式下的功率晶体管 TIP41。发射极电阻 R8 由发射极电压 Ve（1/2Vcc- 0.7）和发射极电流 Ie（等于集电极电流，即 0.5A）的值决定，等于 28.6 欧姆。在此，我们选择 30 欧姆电阻。

自举电阻 R10 的值应能为达林顿晶体管提供高阻抗。这里我们选择 R10 为 3K。

低音炮放大器电路操作：

音频信号通过使用 OPAMP 的 Sallen Key 低通滤波器进行滤波，这样只有低于等于 200Hz 的频率才能通过，其余的都被滤除。该低频信号通过耦合电容器 C3 进入晶体管 Q1 的输入端。晶体管以 A 类模式工作，并在其输出端产生输入信号的放大版本。放大后的信号通过 Q2 转换成高阻抗信号，然后送入 AB 类功率放大器。 两个达林顿晶体管在工作时，一个在正半周导通，另一个在负半周导通，从而产生一个完整周期的输出信号。 发射极电阻器 R11 和 R13 用于尽量减小匹配晶体管之间的差异。二极管用于确保将交叉失真降至最低。 高功率输出信号可用于驱动低阻抗（约 4 欧姆）的扬声器或低音炮。请注意，这里我们使用了一个 8 欧姆的电阻器进行测试。