大連工業(yè)大學(xué)模電課程設(shè)計(jì)功率放大器設(shè)計(jì)

1、目 錄1、 設(shè)計(jì)任務(wù)書12、 總體設(shè)計(jì)23、 單元電路設(shè)計(jì)計(jì)算3 3.1 輸入級(jí)3 3.2 放大電路及音頻控制電路3 3.3 功率放大電路64、 調(diào)試說明85、 原件明細(xì)表106、 小結(jié)及討論107、 參考文獻(xiàn)11附錄 設(shè)計(jì)電路圖12設(shè)計(jì)任務(wù)書1、 設(shè)計(jì)題目：設(shè)計(jì)一臺(tái) OCL功率放大器。2、 技術(shù)指標(biāo)：1） 額定輸出功率; Po；Po=10W2） 負(fù)載電阻RL;RL=163) 非線性失真盡量小;4) 輸入信號(hào)Vi<=100mv。3、 設(shè)計(jì)要求：1） 進(jìn)行方案論證和方案比較2） 分析電路的組成及工作原理3） 進(jìn)行單元電路設(shè)計(jì)計(jì)算4） 畫出整機(jī)電路圖5） 寫出原件明細(xì)表6） 小結(jié)及討論7）

2、寫出對(duì)本書設(shè)計(jì)的心得體會(huì)總體設(shè)計(jì)音頻功率放大器的基本功能是把前級(jí)送來的聲頻信號(hào)不失真的加以放大，輸出足夠的功率去驅(qū)動(dòng)負(fù)載（揚(yáng)聲器）發(fā)出優(yōu)美的聲音。放大器一般包括前置放大和功率放大兩部分，前者以放大信號(hào)振幅為目的，因而又稱電壓放大器；后者的任務(wù)是放大信號(hào)功率，使其足以推動(dòng)揚(yáng)聲器系統(tǒng)。功率放大電路是一種能量轉(zhuǎn)換電路，要求在失真許可的范圍內(nèi)，高效的為負(fù)載提供盡可能大的功率，功放管的工作電流、電壓的變化范圍很大，那么三極管常常是工作在大信號(hào)狀態(tài)下或接近極限運(yùn)用狀態(tài)，有甲類、乙類、甲乙類等各種工作方式。為了提高效率，將放大電路做成推免式電路，功放管的工作狀態(tài)設(shè)為甲乙類，以減小失真。常見的音頻功放電路在連

3、接形式上主要有雙電源互補(bǔ)推免功率放大器OCL、單電源互補(bǔ)推免功率放大器OCL、平衡無變壓器功率放大器BTL等。由于功放管承受大電流、高電壓，因此功放管的保護(hù)與散熱問題必須重視。OCL電路由于性能比較好，所以廣泛的應(yīng)用在高保真擴(kuò)音設(shè)備中。本課題輸出級(jí)選用OCL功率放大器，偏置電路選用甲乙類功放電路。為了使電路簡單，信號(hào)失真小，本電路選擇反饋型音調(diào)控制電路。為了不影響音調(diào)控制電路，要求前置輸入阻抗比較高，輸出阻抗低，本級(jí)電路選用場效應(yīng)管共源放大器和源級(jí)跟實(shí)際的音頻放大電路可以有不同的結(jié)構(gòu)方案，下面根據(jù)由集成運(yùn)放和晶體管的電路形式如附錄電路圖6.1所示進(jìn)行設(shè)計(jì)。音調(diào)控制電路前置放大電路信號(hào)Ui喇叭R

4、LOCL功率放大器音頻放大器組成方框圖單元電路設(shè)計(jì)計(jì)算1、各級(jí)電壓增益的分配整機(jī)電壓增益為 =/式中，輸入電壓Ui由技術(shù)指標(biāo)給出，輸出電壓U0要根據(jù)額定輸出功率Po和負(fù)載電阻RL求出所以輸出電壓為于是可求得整機(jī)總的電壓增益。設(shè)輸入級(jí)電壓增益、音調(diào)控制電路電壓增益和輸出級(jí)電壓增益分別為Aum1、Aum2和Aum3，則Aum=Aum1·Aum2·Aum3式中Aum11（射極輸出器），Aum2可選取為（510），Aum2包括音調(diào)控制電路中電壓放大器的增益和音調(diào)控制電路本身的中頻衰減（對(duì)衰減式RC音調(diào)控制電路而言），Aum3可適當(dāng)大一些，它實(shí)際上是輸出級(jí)的推動(dòng)級(jí)電路的增益。2、 確

5、定電源電壓電源電壓的高低決定著輸出電壓的大小。為了保證電路安全可靠的工作，通常使電路的最大輸出功率Pom要比額定輸出功率Po大一些,一般取Pom=（1.52）Po所以，最大輸出電壓Uom應(yīng)該根來據(jù)Pom來計(jì)算，即考慮到管子的飽和壓降以及發(fā)射極限流電阻的降壓作用，電源電壓VCC必須大于Uom，數(shù)量關(guān)系為式中：電源利用系數(shù)，一般取=0.60.8。在確定了各級(jí)電壓增益和電源電壓以后就可以進(jìn)行電路中各級(jí)的估算，通常要按照由后級(jí)向前級(jí)的順序進(jìn)行設(shè)計(jì)。3、 功率輸出級(jí)計(jì)算(見附錄圖6.2)1)選擇大功率管準(zhǔn)互補(bǔ)對(duì)稱功放級(jí)四只管子中的T4、T5是大功率管，要根據(jù)晶體管的三個(gè)極限參數(shù)來選取。（1）管子承受的最

6、大反向電壓為UCEM2VCC（2）每管最大集電極電流為IcmVCC/RL（3） 單管最大集電極功耗為Pcm0.2Pom然后就可以根據(jù)這些極限參數(shù)選取功率管，使選取的功率管極限參數(shù)滿足BUCEOUCEM ICMIcm PCMPcm注意：應(yīng)選取兩功放管參數(shù)盡量對(duì)稱，值接近相等。2）選擇互補(bǔ)管，計(jì)算R19、R20和R21（1）確定R19、R20、R21 由于功放管參數(shù)對(duì)稱，它們的輸入電阻為Ri= rbe要使互補(bǔ)管的輸出電流大部分注入功放管的基極，通常取R19=R21=(510)Ri平衡電阻R20可按R19/10選取。（2）選擇互補(bǔ)管T2、T3因?yàn)門2、T3分別與T4、T5組成復(fù)合管，它們承受的最大反

7、向電壓相同（均為2VCC），而集電極最大電流和最大功耗可近似認(rèn)為Icm（1.11.5）IC4/ Pcm（1.11.5）Pcm4/式中：IC4、Pcm4功放管（T4、T5）的集電極最大電流和最大管耗；功放管的電流放大系數(shù)。選擇互補(bǔ)管，使其極限參數(shù)滿足BUCEO2VCC ICMIcm PCMPcm（3）計(jì)算偏置電阻功放級(jí)互補(bǔ)管（T2、T3）的靜態(tài)電流由R16、二極管和R17支路提供。要使R16、R17中流過的電流IR16大于互補(bǔ)管的基極電流IBm，即IR16Ibm=Icm/ （一般取IR16=1.2IBm）式中，Icm、分別為互補(bǔ)管的集電極最大電流和電流放大系數(shù)，而IR16=（VCCUBE2UBE

8、4）/R16=（VCC0.70.7）/R16，所以R16的阻值應(yīng)為（VCC1.4）/IR16，而R17的阻值和R16相等。4、推動(dòng)級(jí)的計(jì)算推動(dòng)級(jí)要有較大的電壓放大倍數(shù)，前面已根據(jù)總電路的電壓增益確定了推動(dòng)級(jí)的放大倍數(shù)Aum3；其大小由閉環(huán)負(fù)反饋決定Aum3=1+(Rf/R14)R14阻值不要過小，一般為12k左右，于是反饋電阻Rf的大小也就確定了。5、衰減式音調(diào)控制電路的計(jì)算（見附錄圖3） 1）確定轉(zhuǎn)折頻率因?yàn)橥l帶為LH，所以兩個(gè)轉(zhuǎn)折頻率分別為L2=LH2=H又因?yàn)樵趂L1fL2和fH1fH2之間，高低音提升，衰減曲線按±6dB/倍頻程的斜率變化，所以根據(jù)低頻LX處和高頻HX處的提

9、升量，即可求出所需要的另外兩個(gè)轉(zhuǎn)折頻率fL1和fH1L1=LX×2提升量/6H1=HX/2提升量/6 2)確定電位器RW2和RW3的數(shù)值因?yàn)檫\(yùn)放的輸入阻抗很高（一般大于500k），又要求RW3和RW2的阻值遠(yuǎn)大于R1和R2的阻值，同時(shí)還要滿足提升和衰減量的要求，所以電位器RW1、RW2的阻值應(yīng)選取的較大，通常為100500k范圍。 3）計(jì)算阻容元件值由前面分析得到的各轉(zhuǎn)折頻率的表達(dá)式可計(jì)算出音調(diào)控制電路中的阻容元件值。 4）音調(diào)控制電路的電壓放大器（見附錄圖4）根據(jù)前面電壓增益分配的討論，已知音調(diào)控制電路總的電壓增益為Aum2，它包括音調(diào)控制電路的衰減量R2/（R1+R2）和電壓放大

10、器的電壓增益Au，所以有 則Au是由電壓放大器中引入的負(fù)反饋決定的，即R7可取12k，從而R9的阻值就確定了。調(diào)試說明整機(jī)裝配完畢以后，要進(jìn)行如下的檢查和調(diào)試工作。1、電路檢查檢查電路原件是否焊接正確、可靠，注意檢查元件連接是否有虛焊和短路，查看運(yùn)放和晶體管引腳是否接對(duì)，注意電解電容極性不能接反。檢查電源電壓是否符合要求，正負(fù)電源方向要正確，數(shù)值要對(duì)稱。2、檢查靜態(tài)1）負(fù)載(RL)開路，接通電源，粗測各級(jí)靜態(tài)情況。 用萬用表直流電壓檔檢查正負(fù)電源電壓是否加上。 逐級(jí)檢查各級(jí)狀態(tài)：測量晶體管UBE和UCE，UBE=0和UCE=0均為不正常，對(duì)運(yùn)算放大器要測量各引腳電壓是否正常（輸入和輸出端電壓為

11、零）。 檢查輸出極電位。輸出端電位應(yīng)為0V。2）接假負(fù)載（8、8W電阻），測量上述靜態(tài)電壓。輸出端電壓仍為0V，不應(yīng)有太大的偏移，否則表明互補(bǔ)對(duì)稱管不對(duì)稱。3）動(dòng)態(tài)測試。按如下圖所示電路接線，進(jìn)行指標(biāo)測試。 示波器音頻放大器音頻信號(hào)發(fā)生器V失真度儀器測試電路接線圖 測量最大輸出功率。音頻信號(hào)頻率=1kHz，逐漸增大輸入信號(hào)電壓Ui,并使示波器顯示的波形剛好不產(chǎn)生失真，測出此時(shí)電壓的有效值Uo,則輸出功率應(yīng)大于指標(biāo)要求。 測量輸入靈敏度。接線同上，當(dāng)輸出功率為額定值時(shí)，測得輸入電壓Ui，其值應(yīng)低于指標(biāo)要求，否則應(yīng)改變電阻值，以增大電壓放大倍數(shù)。 測試幅頻特性。保持輸入電壓Ui幅值不變，只改變頻率

12、（從LH）,測出對(duì)應(yīng)輸出電壓幅度，測試過程輸出波形不應(yīng)失真，可先在低壓下測試（使輸出電壓約為50%的額定值），然后，再在額定值輸出下測試。 失真度測量。輸入信號(hào)在100Hz、1kHz、5kHz時(shí)，輸出均達(dá)到額定輸出功率，分別測出對(duì)應(yīng)的失真度數(shù)值，應(yīng)符合規(guī)定要求。 測試整機(jī)的高低音控制特征。音量電位器Rw1置最大位置，輸入電壓Ui=50mV固定不變，改變信號(hào)頻率從LH按下述RW2和RW3的不同位置進(jìn)行測試。RW2和RW3動(dòng)端置于最上端，測得對(duì)應(yīng)的輸出電壓Uo，由此獲得高、低音提升特性。RW2和RW3動(dòng)端置于最下端，測得對(duì)應(yīng)的輸出電壓Uo，從而測得高、低音衰減特性。元件明細(xì)表序號(hào)位號(hào)名稱數(shù)量規(guī)格序

13、號(hào)位號(hào)名稱數(shù)量規(guī)格1Rp電位器1W1039C123電容3100uF2 R1電阻13.2K10Ce電容110uF3R2電阻11.511T1三極管13DG124R3電阻11.512T2三極管1TIP41C5Rc電阻13.2K13T3三極管1TIP42C6Re電阻151014T4三極管180507R1電阻1815T5三極管185508R電位器1W10216D12二極管2小結(jié)及討論這一次的課程設(shè)計(jì)幫助我們更好的了解模擬電路基礎(chǔ)這門課程所學(xué)習(xí)的內(nèi)容。在設(shè)計(jì)過程中，我初步地體會(huì)到了電子工程設(shè)計(jì)的流程以及注意事項(xiàng)。一個(gè)成功的電子設(shè)計(jì)工程要有許多步驟組成，每一步都要有一定是的知識(shí)積累。而現(xiàn)實(shí)過程中，我發(fā)現(xiàn)我個(gè)人知識(shí)的積累還遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠，在設(shè)計(jì)過程中還存在很多問題。這次課程設(shè)計(jì)一開始進(jìn)行的并不順利，考慮問題還不周全。但這一周內(nèi)通過老師和同學(xué)的幫助，通過大量的圖書查閱最終完成了本次課程設(shè)計(jì)。而這一過程，在很大程度上提高了我的交流能力、自學(xué)能力、和思維的全面