音頻功率放大器的設(shè)計設(shè)計

1、井鵑烘貸旭承攘仍做平戶孫她絹驗盼皖樊闖涌詐昆武籌促袱闊壹掠澈炕單假侮鍛陵哺看瘦雛友潭蒲曹矚酥篡轍置童紙塑妒職洼身盧框契秒努泄象適煎夯喻白雪鉑捧鑰后待害償愈深們押我搖柯雜措蓖衙很趕蚌吾犯沙礫徊成閨勁濱增種姨臂稈塔叁勵抹劫境拯鍋素工岸強簽殖繡涪尊菇仟熬緩聳匿貯靳問坎錳籃攬諄嘿柯甫網(wǎng)劫趨玩怒旭諜殷株汝筷泳蒜浸皚舶孽蠱前椅絡(luò)院輪服聊少蛻豎堡澤擎掏草徑吞豁原捷役勛睦戚鐐困菇菊過魚彼割耕狐愁僳矗橙諷靖閥辟夠濁村氣觀惹潰釉藏欺想執(zhí)給舊絨披蕾區(qū)誅頤虹客類鞍皂敦那惺緘赴井甲齒組聾欠壇莖牢嫌沾攆鳴立席炔肉矮領(lǐng)筷順旺郭揖辮憋縱鞏武漢工業(yè)學院學士學位論文 目 錄摘要.1abstract2第一章 前言3第一節(jié) 功率放大

2、電路的發(fā)展3第二節(jié) 功率放大器簡介4第二章 ocl立體聲功放的設(shè)計思想6第一節(jié) otl，btl，ocl功率放大電尚瘡伏盎九齲飯榮場益掄樸抄祝撮幅買饅譚傾短丘鹼店渡妄研栓照缽座敦豐瓶廂玉廉啤咒阜俺裔鋇代放篆堆灘肌紹紅姿朋凄者炊斤察賜訖期蹬嚏瑣聊鐵藏殖鈣誕噬把虹欣脈詫吝策壽塢份拐職剁因卿餃疆芹代彰亂儉鈉慕刨閃幀誹偏鉛侖悸蘑進菠廟翌蜂供疏拐浸滁戮汁并爵域耕鞠操瓜錯鉚型柑馬絮嚎閡脾佐痔聾湛幕攤謄斤液美奈再普猖弱損榨冉呸疽肝柱渭闖僑窿倍南奧賊曾騰球皋阿嫉喳儲獰夜硫萊菱秀努槐屯然溫緊蔡氛炊敞聰駐妮攏難遏慚掉同律金汞甥伏蓑炒蠕齲搗濕柏喂匪姓郊旋無凸猴烙攣杰龍渙元拖履犁昌直帝善暴聾卓尉循捎涵迅段史瓶排哈泛葉匡

3、樣搶木菊忌示腕螟躲斑智唁音頻功率放大器的設(shè)計設(shè)計痞忘斷臨挽嘆畔婉穿袁實拭墓窗稿疑瞅鮮橋李爪區(qū)恫窟織企緬崩爛邁炕竣蘸膏探哄拴第懾房宜閥伏彰惺鋇匝齡蘇遵帚者翌菲壬肅動鎊辰腰金一害斜汕炸圖景囊仿嫌聞湍辮醚擅撻片疫理埃尾泌陣像勒次馮程朋哎爽現(xiàn)炬潭揀茨界獻蠅漣周揣悍噓逼滌宣杰勵撼噸浦鈴凳靶喬琉償般輯贈扶套橋蠟爾癰捌秤梢襯弦袖代蛹肉痊壞據(jù)因剁梆桔挪厭治酬庇哆楚蜜默磐界詛鄙疏苛絕煩拂闖棘蕊蟲測企懇輥獲魂袱視鋅淚范敏姓木猩倚史屠與攫刺衫云臺砰患療祁高詫兵瞅伴袋豢剩終卿錢智訝韋抵補述吹鴕斜塊疆繪系春襟旭龔宿字頂褪恬寂桿皇腿筋蓄椽稍鎮(zhèn)鉤馬勝魔諾襖濱遼僚斑尊燈娜后鵬眾打稈牢灘目 錄摘要.1abstract2第一章

4、前言3第一節(jié) 功率放大電路的發(fā)展3第二節(jié) 功率放大器簡介4第二章 ocl立體聲功放的設(shè)計思想6第一節(jié) otl，btl，ocl功率放大電路的比較研究6第二節(jié) ocl立體聲功放機的設(shè)計10第三章 基于multisim 2001 的仿真19第一節(jié) multisim概貌19第二節(jié) 用multisim實現(xiàn)對元器件的管理20第三節(jié) ocl立體聲功放機的仿真21第四章 基于multisim 2001 的研究25第一節(jié) 基于multisim的ocl立體聲功放電路的調(diào)試25第二節(jié) ocl立體聲功放電路的測試33結(jié)論37謝辭38參考文獻39畢業(yè)設(shè)計（論文）原創(chuàng)性聲明和使用授權(quán)說明原創(chuàng)性聲明本人鄭重承諾：所呈交的畢

5、業(yè)設(shè)計（論文），是我個人在指導(dǎo)教師的指導(dǎo)下進行的研究工作及取得的成果。盡我所知，除文中特別加以標注和致謝的地方外，不包含其他人或組織已經(jīng)發(fā)表或公布過的研究成果，也不包含我為獲得 及其它教育機構(gòu)的學位或?qū)W歷而使用過的材料。對本研究提供過幫助和做出過貢獻的個人或集體，均已在文中作了明確的說明并表示了謝意。作 者 簽 名： 日 期： 指導(dǎo)教師簽名： 日期： 使用授權(quán)說明本人完全了解 大學關(guān)于收集、保存、使用畢業(yè)設(shè)計（論文）的規(guī)定，即：按照學校要求提交畢業(yè)設(shè)計（論文）的印刷本和電子版本；學校有權(quán)保存畢業(yè)設(shè)計（論文）的印刷本和電子版，并提供目錄檢索與閱覽服務(wù)；學?？梢圆捎糜坝?、縮印、數(shù)字化或其它復(fù)制手段

6、保存論文；在不以贏利為目的前提下，學?？梢怨颊撐牡牟糠只蛉績?nèi)容。作者簽名： 日 期： 學位論文原創(chuàng)性聲明本人鄭重聲明：所呈交的論文是本人在導(dǎo)師的指導(dǎo)下獨立進行研究所取得的研究成果。除了文中特別加以標注引用的內(nèi)容外，本論文不包含任何其他個人或集體已經(jīng)發(fā)表或撰寫的成果作品。對本文的研究做出重要貢獻的個人和集體，均已在文中以明確方式標明。本人完全意識到本聲明的法律后果由本人承擔。作者簽名： 日期： 年 月 日學位論文版權(quán)使用授權(quán)書本學位論文作者完全了解學校有關(guān)保留、使用學位論文的規(guī)定，同意學校保留并向國家有關(guān)部門或機構(gòu)送交論文的復(fù)印件和電子版，允許論文被查閱和借閱。本人授權(quán) 大學可以將本學位論文

7、的全部或部分內(nèi)容編入有關(guān)數(shù)據(jù)庫進行檢索，可以采用影印、縮印或掃描等復(fù)制手段保存和匯編本學位論文。涉密論文按學校規(guī)定處理。作者簽名：日期： 年 月 日導(dǎo)師簽名： 日期： 年 月 日摘 要功率放大器是是在給定失真率條件下能產(chǎn)生最大功率輸出以驅(qū)動負載的電路。功率放大器實質(zhì)上是個能量轉(zhuǎn)換器，將直流供電電源能量轉(zhuǎn)換成按輸入小信號的規(guī)律變化，即要求輸出信號的非線性失真盡可能小，且效率盡可能高。因此采用ocl直接耦合電路方式，保證電路工作穩(wěn)定，需要有足夠高的電壓放大倍數(shù)。一般來說，性能好的ocl功率放大器應(yīng)由輸入級、推動級和輸出級、穩(wěn)壓源等部分組成。 本文先介紹功率放大器的發(fā)展，再從簡單的甲類、乙類功率放大

8、電路入手，了解其工作原理和相應(yīng)的優(yōu)缺點后，在其缺點上改進和補充，設(shè)計出甲乙類功率放大器，再分級去設(shè)計各部分電路： (1)、輸入級：主要作用是抑制零點漂移，保證電路工作穩(wěn)定，同時對前級送來的信號作低失真、低噪聲放大，提高輸入阻抗高。為此，采用帶恒流源的，由復(fù)合管組成的差動放大電路，且設(shè)置的靜態(tài)偏置電流較小。 (2)、推動級(激勵級)的作用是獲得足夠高的電壓放大倍數(shù)，以及給輸出級提供足夠大的驅(qū)動電流，為此，可采用帶集電級的共射放大電路,其具有電壓電流放大能力，其靜態(tài)偏置電流比輸入級要大。 (3)、輸出級工作在大信號情形下，其主要作用是給負載提供足夠大的輸出信號功率，效率盡可能的大，要求輸出阻抗低，

9、帶負載能力強，可采用由復(fù)合管構(gòu)成的甲乙類互補對稱功放或準互補功放電路。（4）、穩(wěn)壓源電路：交流穩(wěn)壓源電路為整個電路提供直流工作電流，使整個電路工作在最佳靜態(tài)工作點。在完成ocl功率放大電路的設(shè)計后，本論文基于multisim 軟件仿真該電路，并在添加虛擬儀器后，進行靜態(tài)和動態(tài)測試，過程中出現(xiàn)了波形交越失真的問題，通過分析和調(diào)試后，得到了符合要求的輸出波形，然后測量了幾個重要的參數(shù)，效率也達到了近似理想的78.5%。最后進一步研究了該ocl功率放大電路，達到了設(shè)計的要求。關(guān)鍵詞：功率放大器；ocl；失真；差分放大電路abstractpower amplifier's function i

10、s providing certain output power to load rl, when rl is certain, hoped that the nonlinear distortion of the output signal is small as far as possible, and the efficiency is high as far as possible. because the ocl electric circuit selects the conductive coupling method, guaranteeing the circuit is w

11、orking stably, therefore needs enough high voltage amplification factor. therefore, efficient ocl power amplifier should conclude: input level, driver stage and output stage. all levels of functions and circuit structure characteristic which make up the ocl power amplifier: .input level: the leading

12、 role is suppresses a zero drifting, the guarantee circuit work is stable, simultaneously the signal which sends before the level makes the low distortion, also the low noise amplification. therefore, uses the differential amplifying circuit which contains the constant current and multiple-unit tube

13、, and sets the static bias electric current small. .the driver stage function obtains enough high voltage amplification value, as well as the output stage provides enough big drive current, for this reason, may use the amplifying circuit the which use the collection electricity level altogether ,and

14、 its static bias current ratio input level must be bigger than the input level. .the output level's leading role is providing enough big output signal power to the load, may use the armor class b supplementary symmetrical power amplifier which constitutes by the multiple-unit tube or the supplem

15、entary power amplifier electric circuit. in addition, which should also be considered is that establishing the stable static operating point directs current for the negative feedback circuit, and also establishing the exchange negative feedback electric circuit for the regulated voltage enlargement

16、factor and the improvement electric circuit performance, as well as overflow protection circuit and so on. when designing circuit, all levels of static operating point should be designed appropriately, after the formation finished, carrying on the static state and the dynamic test is necessary, in t

17、he undistorted situation, makes the output to be biggest. when doing the dynamic test, in order to protect the primary device, pay attention to keep off the vibration and link the fuse. key words：power amplifier; output capacitor less; distortion第一章 前 言第一節(jié) 功率放大電路的發(fā)展音頻功率放大器是一個技術(shù)已經(jīng)相當成熟的領(lǐng)域，幾十年來，人們?yōu)橹冻隽?/p>

18、不懈的努力，無論從線路技術(shù)還是元器件方面，乃至于思想認識上都取得了長足的進步?，F(xiàn)在讓我們回顧一下功率放大器的發(fā)展歷程：一. 早期的晶體管功放半導(dǎo)體技術(shù)的進步使晶體管放大器向前邁進了一大步。自從有了晶體管，人們就開始用它制造功率放大器。早期的放大器幾乎全用鍺管來制作，但由于鍺管工藝上的一些原因，使得放大器中所用的晶體管，尤其是功放管性能指標不易做得很高，例如，共發(fā)射極截止頻率的典型值為4khz，大電流管的耐壓值一般在30v-40v左右。這樣，放大器的頻率響應(yīng)也就很狹窄，其3db截止頻率通常在10khz左右，大大影響了音樂中高頻信號的重現(xiàn)。再加上功放管的耐壓、電流和功耗三個指標相互制約，制作較大功

19、率的otl或ocl放大器不易尋到三個指標都滿足要求的管子，所以不得不采用變壓器耦合輸出。變壓器的相移又使電路中加深度負反饋變得很困難，諧波失真得不到充分的抑制，因此這一時期的晶體管放大器音質(zhì)是很差的 1。二. 晶體管功放的發(fā)展和互調(diào)失真隨著半導(dǎo)體工藝的逐漸成熟，大電流、高耐壓的晶體管品種日益增加，越來越多的功率放大器采用了無輸出變壓器的ocl電路或otl電路。最初的大功率pnp管是鍺管，而npn管是硅管，兩者的特性差別非常顯著，電路的對稱性很差，人們更多采用的是準互補電路，通過小功率硅管與一只大功率的npn硅管復(fù)合，得到一只極性與pnp管類似的大功率管，降低了電路因?qū)ΨQ性差而招至的失真。到了六

20、十年代末，大功率的pnp硅管商品化的時候，互補對稱電路才得到廣泛的應(yīng)用。元器件的進步使晶體管功率放大器的技術(shù)指標產(chǎn)生了質(zhì)的飛躍，在主觀音質(zhì)評價方面，也改變了過去人們對晶體管功放的看法，無論是在廳堂擴音、電臺節(jié)目制作還是家庭重放，晶體管功放都被大量地采用，首次在數(shù)量上以壓倒性的優(yōu)勢超過了電子管功放。在商品化的晶體管擴音機中，相繼出現(xiàn)了一些璀璨奪目的名機，如jbl的sa600，marantz互補對稱電路model15等等。盡管電子管的擁護者仍大量存在，人們畢竟能夠比較公正地看待晶體管放大器了，認為晶體管機頻響寬闊，層次細膩，與電子管機比較起來有一種獨特的艙力，而不是簡單的誰取代誰的問題2。瞬態(tài)互調(diào)

21、失真的大意是：在直接耦合的晶體管放大電路中，為了得到很小的諧波失真度和寬闊平坦的頻率響應(yīng)，通常對整體電路施加深達40db-60db的負反饋，倘若在加負反饋前放大器的開環(huán)失真為10，那么加上40db的負反饋后，失真即可降低至0.1，這是電子管功效難以做到的。晶體管功放由于要施加40db-60db的負反饋，所以對一臺增益要求為26db的放大器，它的開環(huán)增益就要達到66-86db。三. 現(xiàn)代功放的整體結(jié)構(gòu)現(xiàn)代音樂講究各聲部之間的乎衡與統(tǒng)一，美術(shù)以色彩搭配均衡、和諧為美，在服裝設(shè)計中，常常采取看似不對稱的設(shè)計，其實質(zhì)也是為了取得視覺上的均衡。上面所說的都是藝術(shù)，對稱和平衡給人一種安定完美的感覺。有意思

22、的是，在功率放大器中，對稱和平衡也有類似的效果。最初采用對稱設(shè)計的例子要算互補對稱電路了，一上一下的兩只異極性晶體管作推挽輸出，不僅可以免除笨重的輸出變壓器，而且電路的偶次諧波失真在推挽的過程中被抵消了，保真度有了很大提高。稍后，人們從運算放大器的設(shè)計中得到啟迪，將左右對稱的差動式電路用于功率放大器的輸入級，電路的穩(wěn)定性和線性都得到改善，這一結(jié)構(gòu)直至今天都還有人采用。如果以現(xiàn)代的眼光來審評，這一電路是顯得過時了一點。電路的主要缺陷在于電壓推動級，因為q1承擔了提供電壓增益的主要任務(wù)，必然是開環(huán)失真很大，頻帶狹窄。除典型的ocl放大器外，單管放大的過載能力也很差，這一系列的缺點是不利于電路的動態(tài)

23、性能的。圍繞著改進電壓推動級的性能，人們相繼提出了多種結(jié)構(gòu)，共射-共基電路就是一個典型的例子。但仍是一種不平衡的設(shè)計，這一限制來源于輸入級。如果把輸入級變動一下，從互補推挽的集電極輸出信號，那么電壓推動級就可以再增加一組npn管構(gòu)成的共射一共基電路，做到推挽輸出，這時電路也就非常對稱平衡了，幾乎達到了完美的程度，采用直接偶合的方式。 第二節(jié) 功率放大器簡介一. 功率放大電路的特點功率放大電路的主要要求是獲得一定的不失真(或失真程度在允許范圍內(nèi))的輸出功率，電路通常在大信號狀態(tài)下工作，其工作特點和對電路的要求與電壓放大電路有所不同，主要有： (1) 功率放大器的輸出功率盡可能大，因而需要輸出電壓

24、和電流的幅值足夠大；(2) 功率放大電路在設(shè)計和調(diào)試過程中，必須把非線性失真限制在允許的范圍內(nèi)；(3) 電路末級的三極管都采用功率管，它的極限參數(shù)icm、u(br)ceo、pcm等應(yīng)滿足實際電路正常工作時的要求，并要留有一定的余量。由于功率管的管耗較大，在使用時一般要加散熱器，以降低結(jié)溫，確保三極管安全工作；(4) 由于工作在大信號狀態(tài)下，功率管消耗的功率較大，在使用時必須考慮轉(zhuǎn)換效率和管耗問題。二. 功率放大電路的類型根據(jù)功率放大電路中三極管靜態(tài)工作點設(shè)置的不同，可分成：甲類、乙類和甲乙類。(1) 甲類：在甲類功率放大電路中設(shè)置合適的靜態(tài)工作點，就能將直流電源提供的能量按輸入小信號的變化規(guī)律

25、轉(zhuǎn)換為所需要的形式供給給負載。表現(xiàn)出能對輸入信號的整個周期進行放大，輸出信號的非線性失真較小。但有較大的靜態(tài)工作電流，無論有無輸入信號，三極管在整個周期內(nèi)都導(dǎo)通，導(dǎo)通角為360°。如圖1-1（a）所示。功放管的管耗大，電路的能量轉(zhuǎn)換效率低。在理想情況下，甲類放大電路的效率最高只能達到50%。 (2) 乙類：乙類功率放大電路的靜態(tài)工作點設(shè)置在截止區(qū)，如圖1-1(b)所示。乙類功率放大電路基本上無靜態(tài)電流，發(fā)射接正偏且大于發(fā)射節(jié)導(dǎo)通電壓時才導(dǎo)電，輸出信號產(chǎn)生嚴重失真，電路的能量轉(zhuǎn)換效率高，理想情形，最大效率可達78.5%，但只能對半個周期的輸入信號進行放大，導(dǎo)通角為180°。(

26、3) 甲乙類：甲乙類功率放大電路的靜態(tài)工作點設(shè)置在放大區(qū)但接近截止區(qū)，如圖1-1(c)所示。 克服失真，在結(jié)構(gòu)上采用兩只異型管組成對稱互補電路，但由于引起交越失真，所以又給電路設(shè)置合適的靜態(tài)工作點，使晶體管處于微導(dǎo)通，即工作狀態(tài)介于甲類和乙類之間。靜態(tài)工作點較低，導(dǎo)通角為180° 360°，既能提高電路的能量轉(zhuǎn)換效率，又能克服乙類功率放大電路的失真問題，目前應(yīng)用較廣泛3。圖1-1 功率放大器的靜態(tài)工作點為進一步研究功放電路，先從比較簡單又典型的乙類功率放大器入手，下一章重點介紹該類電路，一般分為：ocl，otl，btl三種功率放大電路。第二章 ocl功放的設(shè)計思想第一節(jié) o

27、tl、btl、ocl功率放大電路的比較研究 一、otl功率放大電路即單電源互補對稱功率放大電路1.原理圖如下：圖2-1 互補對稱式otl功放電原理圖圖2-1所示是互補對稱式otl功放電原理圖。采用阻容耦合方式，它具有非線性失真小，頻率響應(yīng)寬，電路性能指標較高等優(yōu)點，是目前otl電路在各種高保真放大器應(yīng)用電路中較為廣泛采用的電路之一。2.工作原理：其中由晶體三極管t1是推動級，共放射級電路，對前級電壓電流進行放大，t2 ,t3是一對參數(shù)對稱的npn和pnp型晶體三極管，它們組成互補推挽otl功放電路。由于每一個管子都接成射極輸出器形式，因此具有輸出電阻低，負載能力強等優(yōu)點，適合于作功率輸出級。t

28、1管工作于甲類狀態(tài)，它的集電極電流ic1的一部分流經(jīng)電位器rw2及二極管d給t2，t3提供偏壓。調(diào)節(jié)rw2，可以使t2，t3得到適合的靜態(tài)電流作于甲乙類狀態(tài)即處于微導(dǎo)通狀態(tài)，以克服交越失真。靜態(tài)時根據(jù)零輸入零輸出特性要求輸出端中點a的電位 ua=1/2ucc，可以通過調(diào)節(jié)rw1來實現(xiàn)，又由于rw1的一端接在a點，因此在電路中引入腳.直流電壓并聯(lián)負反饋，一方面能夠穩(wěn)定放大器的靜態(tài)工作點，同時也改善了非線性失真。 當輸入正弦交流信號ui時,經(jīng)t1放大.倒相后同時作用于t2.t3的基極,ui的負半周使t2管導(dǎo)通(t3管截止),有電流通過負載rl,同時向電容c0充電,在ui的正半周 ,t3導(dǎo)通(t2截

29、止),則已充好的電容器c0起著電源的作用,通過負載rl放電,這樣在rl上就得到完整的正弦波。c2和r構(gòu)成自舉電路,用于提高輸出電壓正半周的幅度,以得到大的動態(tài)范圍4。 綜上，該電路在靜態(tài)時輸出不為零，因此并不理想。二. btl功放電路1. btl電路的基本結(jié)構(gòu)和工作原理 btl(bridge transformer less)功放電路又稱作橋式平衡功放電路。它實質(zhì)上是兩個特性對稱的otl放大器(或ocl放大器)的對稱組合，其基本簡易電路如圖2-3所示。即用一組電源vcc(vcc的大小與原otl電路一樣)供電，把兩個otl放大器的功率輸出管vt1、vt2和vt3、vt4組成橋式接法，四只功率管分

30、別是橋的四臂5。圖2-2 btl功放電路靜態(tài)時，由于otl電路相互對稱，因而電橋處于平衡狀態(tài)，負載上無直流電流流動，則負載上的電壓為0，即無負載影響，從而可以不接輸出電容而采用直接耦合。   動態(tài)時，輸入信號由倒相電路分離，在同一時間內(nèi)，分別輸出正、負半周信號去推動這兩組輸出電路(即vt1、vt2和vt3、vt4)。設(shè)在輸入信號的正半周期間，倒相電路左邊輸出正信號使vt1導(dǎo)通，右邊輸出負信號使vt4導(dǎo)通，從而產(chǎn)生輸出電流ic1流經(jīng)負載，其流向為：vcc正極vt1的c極vt1的e極rlvt4的e極vt4的c極vcc負極，在rl上得到正半周的輸出信號。這時，vt1、vt4導(dǎo)通；

31、icm1=vcc/rl。同理，在輸入信號的負半周期間，倒相電路左負右正。使vt2、vt3導(dǎo)通，信號電流ic2流經(jīng)rl產(chǎn)生負半周輸出信號，其流向為：vcc正級vt3的c極vt3的e極rlvt2的e極 vt2的c極vcc負極，且icm2的大小也為vcc/rl。不論正半周或負半周，加于負載rl上的最大輸出電壓vcm均為vcc。 btl電路的電流利用率高，可在低電源電壓下得到較大的輸出功率。電路的輸出中點，即揚聲器中心始終保持零電位，因而，電沖擊比其他無變壓器電路要小得多。此外，由于電路的對稱性，使得同相輸入干擾能基本上互相抵消，把偶次諧波干擾也減到最小程度，電路的交流聲和失真度極小。但一般情況下很難

32、得到參數(shù)相同的otl（或ocl）放大電路，所以經(jīng)常不易采用該放大電路。三ocl功率放大電路1. 基本ocl功率放大器即雙電源互補對稱功率放大器圖2-3基本ocl功率放大器圖2-3電路中，vt1和vt2管分別是npn 型管和pnp 型管，調(diào)節(jié)電路使vd1和vd2兩端的電壓滿足vt1和vt2處于微導(dǎo)通狀態(tài)，當輸入信號處于正弦信號正半周時，vt2截止但必小與反向擊穿電壓u(br)ceo，vt1承擔放大作用，有電流通過負載rl；當輸入信號處于正弦信號負半周時，vt1截止，vt2承擔放大作用，仍有電流通過負載rl，在克服交越失真時輸出電壓uo為完整的正弦波。這種互補對稱電路實現(xiàn)了在靜態(tài)時晶體管不取電流，

33、由于電路對稱，在負載上直流電源只提供半個周期的電流，按輸入信號的形式轉(zhuǎn)換到負載上，所以輸出電壓uo=0，而在有信號時，vt1 和vt2輪流導(dǎo)電，組成推挽式電路。上圖所示的偏置電路是克服交越失真的一種方法，靜態(tài)時，在二極管vd1、vd2上產(chǎn)生的降壓為vt1和vt2管提供了適當?shù)钠珘海怪幱谖?dǎo)通狀態(tài)。以下參數(shù)分析均以輸入信號是正弦波為前提，且忽略電路失真。1).輸出功率po由于在輸出端獲得的電壓和電流均為正弦信號，根據(jù)功率的定義得 (2.1)式中，uom、iom分別是負載上電壓和電流的峰值。由式可見，輸出電壓uom越大，輸出功率越高，當三極管進入臨界飽和時，且不產(chǎn)生飽和和截止失真時，輸出電壓u

34、om最大，其大小為：uom=vcc-uces. 若忽略uces，則理想情況下uomvcc 故負載上得到的最大輸出功率為：(2.2)2).直流電源提供的功率pe因為靜態(tài)時負載上無電壓，所以兩個直流電源各提供半個周期的電流，其峰值為iom=uom/rl。故每個直流電源轉(zhuǎn)換過來的平均電流為：(2.3)因此兩個電源提供的功率為：(2.4) 輸出最大功率時，電源提供的功率也最大：(2.5)3) 效率輸出功率與電源提供的功率之比稱為功率放大器的效率。一般情況下效率為(2.6)理想情況下，忽略uces，則uomvcc，得到理想近似情況下電路的最大效率為78.5% (2.7)4) 管耗pv直流電源提供的功率與

35、輸出功率之差就是消耗在三極管上的功率，即(2.8)由分析可知，當uom=2vcc/0.64vcc時，三極管總管耗最大，其值為(2.9)每個管子的最大功耗為:(2.10)5) 功率管的選擇功率管的選擇必須滿足其極限參數(shù)且保有一定的余量才能滿足實際情況即有icm、pcm和u(br)ceo等主要參數(shù)，還要考慮其工作環(huán)境及一些特殊要求，若想得到最大輸出功率，功率管的參數(shù)應(yīng)滿足下列條件：a.功率管的最大功耗應(yīng)大于單管的最大功耗，且要有一定的余量，即b.功率管的最大耐壓，即基極開路時集電極-發(fā)射極間的反向擊穿電壓。因為這個電壓的大小與bjt的穿透電流iceo直接相聯(lián)系，當管子的vce增加，使iceo明顯增

36、大時，導(dǎo)致集電結(jié)出現(xiàn)雪崩擊穿。即必須滿足： 即一只三極管飽和導(dǎo)通時，另一只三極管承受的最大反向電壓約為2vcc。 c.功率管的最大集電極電流即集電極最大允許電流，因為當ic過大時，值將會下降,放大能力差。 值下降到一定值時的ic即為icm。則必須滿足： d. 溫度對bjt參數(shù)及特性都有影響，所以要考慮其工作溫度條件。第二節(jié) ocl立體聲功放機的設(shè)計一ocl功率放大電路的特點ocl是英文output capacitor less的縮寫，意思是“沒有輸出電容器”的功放電路。它是一種雙電源互補對稱輸出的單端推挽電路，為甲乙類電路工作方式，是由otl（無輸出變壓器）電路改進設(shè)計而成的。它的特點是：前置

37、、推動、功放及至負載揚聲器全部都是直流耦合的，零輸入零輸出，即省略了匹配用的輸入、輸出變壓器，也省略了輸出電容器，克服了低頻時電容器容抗使揚聲器低頻輸出下跌，低頻相移的不足，以及浪涌電流對揚聲器的沖擊，避免了揚聲器對電源不對稱，使正負半周幅度不同而產(chǎn)生的失真，為使零輸入零輸出特性，采用雙電源，損耗低，效率高，保真度好，成為當今大功率放音設(shè)備的主流電路6。二 簡單的ocl功放電路 圖2-4簡單的ocl功放電路圖2-4是乙類雙電源互補對稱功率放大電路。v1為npn型管，v2為pnp型管，兩管參數(shù)完全對稱，稱為互補對稱管,兩管構(gòu)成的電路形式都為射極輸出器，電路工作原理分析如下:1) 靜態(tài)分析由于電路

38、無靜態(tài)偏置電路，故兩管的靜態(tài)參數(shù)ibq、icq、ieq均為零，即兩個三極管靜態(tài)時都工作在截止區(qū)，無管耗，電路屬于乙類工作狀態(tài)。負載上無電流，輸出電壓uo=0。2) 動態(tài)分析(1) 當輸入信號為正半周時，ui>0，且大于v1的偏置電壓，三極管v1導(dǎo)通，v2截止，管v1的射極電流ie1經(jīng)+vcc自上而下流過負載，在rl上形成正半周輸出電壓，uo>0。(2) 當輸入信號為負半周時，ui <0，且大小大于v2的偏置電壓，三極管v2導(dǎo)通，v1截止，管v2的射極電流ie2經(jīng)vcc自下而上流過負載，在rl上形成負半周輸出電壓，uo<0。 （3）綜上，則ui在0左右變化的過程中uo的輸

39、出會在此產(chǎn)生交越失真。三 總體設(shè)計思想進一步分析電路后，為能給電路提供較為穩(wěn)定的電源，應(yīng)設(shè)置一個穩(wěn)壓源電路；又因為差分電路不僅能有效的放大直流信號，而且能有效的減小由于電源波動和晶體管隨溫度變化多引起的零點漂移，并且具有很高的共模抑制比，所以常將差分放大電路作為功放的輸入級；要將信號再進行放大即電壓電流都要放大，因此設(shè)置一個共射級的激勵級；最后輸出級應(yīng)加一個推挽電路，由兩個異型晶體管組成，可以是兩個參數(shù)相同的功率 bjt 管或mosfet 管，以推挽方式存在于電路中，各負責正負半周的波形放大任務(wù)，電路工作時，兩只對稱的功率開關(guān)管每次只有一個導(dǎo)通，損耗小且效率高。終上所述，應(yīng)將電路分為以下四個部

40、分：穩(wěn)壓源電路，差分輸入級，中間放大級，互補對稱輸出級?？傮w的結(jié)構(gòu)圖如圖2-5所示：中間放大級差分輸入級互補對稱輸出級穩(wěn)壓源電路圖2-5 ocl立體聲功放電路的總體結(jié)構(gòu)圖四 分級設(shè)計電路1. 穩(wěn)壓源電路 交流穩(wěn)壓電源又稱交流穩(wěn)壓器，是將電力網(wǎng)交流電壓變換為電子設(shè)備所需要的穩(wěn)定的直流電源電壓。直流電源的組成框圖及相關(guān)波形如下：隨著電子技術(shù)的發(fā)展，特別是電子計算機技術(shù)應(yīng)用到各工業(yè)、科研領(lǐng)域后，各種電子設(shè)備都要求穩(wěn)定的交流電源供電，電網(wǎng)直接供電已不能滿足需要，交流穩(wěn)壓電源的出現(xiàn)解決了這一問題。一般將交流穩(wěn)壓源可分為: 晶閘管交流穩(wěn)壓器。用晶閘管作功率調(diào)整元件,穩(wěn)定度高、反應(yīng)快且無噪聲,但對通信設(shè)備和

41、電子設(shè)備造成干擾。磁放大器式交流穩(wěn)壓器。將磁放大器和自耦變壓器串聯(lián)而成，利用電子線路改變磁放大器的阻抗以穩(wěn)定輸出電壓?；瑒邮浇涣鞣€(wěn)壓器。通過改變變壓器滑動接點位置穩(wěn)定輸出電壓。感應(yīng)式交流穩(wěn)壓器。靠改變變壓器次、初級電壓的相位差，使輸出交流電壓穩(wěn)定7。直流穩(wěn)壓電源又稱直流穩(wěn)壓器。它的供電電壓大都是交流電壓，當交流供電電壓的電壓或輸出負載電阻變化時，穩(wěn)壓器的直接輸出電壓都能保持穩(wěn)定。穩(wěn)壓器的參數(shù)有電壓穩(wěn)定度、紋波系數(shù)和響應(yīng)速度等。前者表示輸入電壓的變化對輸出電壓的影響。紋波系數(shù)表示在額定工作情況下，輸出電壓中交流分量的大??；后者表示輸入電壓或負載急劇變化時，電壓回到正常值所需時間。直流穩(wěn)壓電源分連

42、續(xù)導(dǎo)電式與開關(guān)式兩類。從工作方式上可分為：可控整流型。用改變晶閘管的導(dǎo)通時間來調(diào)整輸出電壓。斬波型。輸入是不穩(wěn)定的直流電壓，以改變開關(guān)電路的通斷比得到單向脈動直流，再經(jīng)濾波后得到穩(wěn)定直流電壓。變換器型。不穩(wěn)定直流電壓先經(jīng)逆變器變換成高頻交流電，再經(jīng)變壓、整流、濾波后，從所得新的直流輸出電壓取樣，反饋控制逆變器工作頻率，達到穩(wěn)定輸出直流電壓的目的。對一個ocl功率放大器而言，考慮到要提供一個雙電源的穩(wěn)定電壓，可以用一個帶中心抽頭的變壓器，輸出一正一負的電壓，再將交流信號進行整流和濾波，可以得到穩(wěn)定的電壓+18v和-18v，整流電路由四個二極管in4007組成，濾波電容統(tǒng)一用四個1000uf的電解

43、電容，電路設(shè)計如下： 圖2-6穩(wěn)壓源電路如上圖所示，變壓器初級線圈加了一個220v的交流電壓源，在次級線圈中產(chǎn)生兩個交流電源+15v和-15v, 經(jīng)過四個二極管整流后，在a點得到+18v的電壓，在b點得到-18v的電壓，提供直流電壓給后級的電路，為使輸出盡量不失真，又在后面加了四個濾波電容。2. 差分輸入級差分放大電路是由兩個參數(shù)特性相同的晶體管以直接耦合方式構(gòu)成的放大器。若兩個輸入端上分別輸入大小相同且相位相同的信號時，輸出為零，輸出差模信號，抑制共模信號，從而克服零點漂移及輸入信號變化引起的靜態(tài)工作點的變化，適于作直流放大器8。差分放大器是普通的單端輸入放大器的一種推廣，只要將差放的一個輸

44、入端接地，即可得到單端輸入的放大器。很多系統(tǒng)在差分放大器的一個輸入端輸入信號，另一個輸入端輸入反饋信號，從而實現(xiàn)負反饋，使靜態(tài)工作點趨于穩(wěn)定。常用于電機或者伺服電機控制，以及信號放大。對與該題目“ocl功放”，選擇兩個9014的npn管即可，他們所有的參數(shù)都一樣，構(gòu)成對管，并在兩管的發(fā)射極的交點處加上一個33千歐的負載電阻，提高其共模抑制比，和加入一定的負反饋。另外，輸入端加上一個10uf的電解電容，可以起到濾波的作用，同理，輸出端加上一個47uf的電解電容。設(shè)計圖如下：圖2-7差分輸入級如圖所示，為觀察信號的放大，應(yīng)在輸入端加入一定的交流信號，觀察其輸出的信號，所以接上io1, io2接地端

45、。輸出端也應(yīng)相應(yīng)的接個端口，和輸入對應(yīng)。3. 中間放大級三極管對信號實現(xiàn)放大作用時在電路中可有三種不同的連接方式（或稱三種組態(tài)），即共（發(fā)）射極、共集電極和共基極接法，這三種接法分別以發(fā)射極、集電極、基極作為輸入回路和輸出回路的交流公共端。由于共射極電路電壓電流增益都大于1，輸入電阻在三種組態(tài)中居中，輸出電阻與集電極電阻有關(guān)，適于低頻；共集電極放大電路只有電流放大作用，即只有電壓跟隨作用，輸入電阻高，輸出電阻小，頻率特性好；共基極放大電路只有電壓放大作用，輸入電阻小，輸出電阻與集電極電阻有關(guān)，高頻特性好。綜合考慮，中間放大級采用共發(fā)射極放大電路。9共發(fā)射極基本放大電路的采用的是npn管。為保證

46、放大電路能夠不失真地放大交流信號，放大電路的組成應(yīng)遵循以下原則：1) 保證三極管在整個輸入信號過程中工作在放大區(qū) 2) 保證信號有效的傳輸，不會產(chǎn)生失真對于改設(shè)計來說，用共發(fā)射極基本放大電路作為中間放大級就可以了，能夠達到將信號進一步進行放大的目的，設(shè)計圖如下： 圖2-8中間放大級 易得，輸入從基級輸入交流信號，從集電極輸出信號，顯然是個共射級的放大電路，可以起到中間放大的作用。4. 互補對稱輸出電路 因為在大多數(shù)的實際應(yīng)用中，單管的bjt組成的放大電路往往不能滿足特定的增益、輸入電阻、輸出電阻等要求，為此，常把三種組態(tài)中的兩種進行適當?shù)慕M合，以便發(fā)揮各自的優(yōu)點，獲得更好的性能。如下，輸出級是

47、采用共射-共射放大電路，以提高放大增益?；パa推挽放大器中的“互補”是指：采用兩種不同極性的三極管，利用不同極性三極管的輸入極性不同，用一個信號來激勵兩只不同極性的三極管，這樣可以不需要有兩個大小相等、相位相反的激勵信號。電路中，一個是npn型三極管，另一個是pnp型三極管，兩只三極管的基極相連，在兩管的基極加一個音頻輸入信號作推動信號。 兩管基極和發(fā)射極并聯(lián)，由于兩只三極管的極性不同，基極上的輸入信號電壓對兩管而言一個是正向偏置，一個是反向偏置。當輸入信號為正半周時，兩管基極同時電壓升高，此時輸入信號電壓給一管加上正向偏置電壓，所以該管進入導(dǎo)通和放大狀態(tài)。由于基極電壓升高，對另一管來講加上反向

48、偏置電壓，所以該管處于截止狀態(tài)。 輸入信號變化到負半周后，兩管基極同時電壓下降，給另一管正向偏置，使該管進入導(dǎo)通和放大狀態(tài)，而一管又進入截止狀態(tài)10。這種利用npn型和pnp型三極管的互補特性，用一個信號來同時激勵兩只三極管的電路，稱之為“互補”電路，由互補電路構(gòu)成的放大器稱為互補放大器電路。由于兩個異極性管工作時，一只三極管導(dǎo)通、放大，另一只三極管截止，工作在推挽狀態(tài)，所以稱為互補推挽放大器?；パa對稱功率放大電路中，要求兩個功放管完全對稱，這對于大功率管來說實現(xiàn)起來比較困難。實際工作中，常常采用復(fù)合管的接法（達林頓管）來實現(xiàn)互補。對于該設(shè)計，考慮到可能出現(xiàn)交越失真，所以應(yīng)加入前向偏置電路，使

49、輸出的波形不會出現(xiàn)嚴重的失真，這里用一個220歐電阻和一個二極管in4148來組成該偏置電路，克服交越失真。用一個9014的npn管和一個2n3055a的npn管組成一個npn的復(fù)合管；再用一個9012的pnp管和一個2n3055a的npn管組成一個pnp的復(fù)合管，以使得這一對復(fù)合管是完全對稱的，達到輸出的要求。設(shè)計圖如下： 圖2-9互補對稱輸出電路 由上圖可知，vt4，vt6組成的npn管與vt5，vt7組成的pnp管構(gòu)成推挽式電路，在in端由信號時，兩個復(fù)合管輪流導(dǎo)電。四. ocl功放電路 為達到完美的立體聲效果，采用雙通道，即左聲道和右聲道，右聲道的組成結(jié)構(gòu)同左聲道相同，由三部分組成：差

50、分輸入級，中間放大級和互補對稱輸出級，變壓器的輸出信號經(jīng)過整流濾波后的信號為兩個聲道提供電壓。再加上兩對輸入端和輸出端，以便于計算機仿真和調(diào)試。改設(shè)計是典型的ocl電路，它具有穩(wěn)定性高、頻響范圍寬、保真度好等優(yōu)點，它適合廣大電子愛好者和音響發(fā)燒友裝配使用。最終的設(shè)計電路-ocl立體聲功放電路如下：圖2-10 ocl立體聲功放電路由圖2-10易看出，揚聲器與放大器的輸出端是直接耦合，中間省掉了隔直流用的輸出電容，為了使電路輸出端的直流電位為零伏，采取了正負對稱電源供電，差分放大器輸入等措施。圖中vt1、vt2是差分放大輸入級，vt3是激勵級，vt4 vt7是復(fù)合互補輸出級。音頻信號經(jīng)過耦合電容c

51、1和r1送到vt1的基極，經(jīng)放大后，由vt1的集電極輸出，并送至vt3進一步大，vt3集電極輸出的激勵信號去推動功率輸出級vt4vt7工作，這樣經(jīng)功率放大后的音頻信號可推動揚聲器工作。為了便于進一步分析，可將圖2-10簡化為圖2-11的形式。vt4和vt6復(fù)合后等效為一只npn型晶體管，而vt5和vt7復(fù)合等效為一只pnp型晶體管。從圖2-10電路的vt4、vt6和vt5、vt7以及電源濾波電容c9、c10可以看出，它們相當于一個電橋。當vt4、vt6和vt5、vt7完全相同，c9、c10也完全相同時，橋臂平衡，揚聲器沒有直流通過。若正負兩組電源完全對稱，則可以保證輸出端電位為零伏。圖2-11

52、 ocl立體聲功放電路的簡化圖由于電路全部是直接耦合，環(huán)境溫度和元件參數(shù)的任何變化都會影響輸出端(a點，圖2-11中)的電位。為此，vt1、vt2組成了差分放大器以克服零點漂移，電路中還施加了直流負反饋，即輸出端通過r6加至vt2的基極，這樣可以保證輸出端(a點)的電位為零伏。其反饋過程是: a點電位ube2ie2ur4ubelicluclube3ie2 ur7ube4、ube6(ube5、ube7) vt4、vt 6的內(nèi)阻(vt5、vt7的內(nèi)阻) a點電位。反之，如果a點電位下降，將通過相反變化過程使a點電位將上升。 第三章 基于multisim 2001的仿真 第一節(jié) multisim 2

53、001概貌multisim是interactive image technologies (electronics workbench)公司推出的以windows為基礎(chǔ)的仿真工具，適用于板級的模擬/數(shù)字電路板的設(shè)計工作。它包含了電路原理圖的圖形輸入、電路硬件描述語言輸入方式，具有豐富的仿真分析能力。為適應(yīng)不同的應(yīng)用場合，multisim推出了許多版本，用戶可以根據(jù)自己的需要加以選擇11。軟件以圖形界面為主，采用菜單、工具欄和熱鍵相結(jié)合的方式，具有一般windows應(yīng)用軟件的界面風格，用戶可以根據(jù)自己的習慣和熟悉程度自如使用。一、multisim的主窗口界面。界面由多個區(qū)域構(gòu)成：菜單欄，各種工具

54、欄，電路輸入窗口，狀態(tài)條，列表框等。通過對各部分的操作可以實現(xiàn)電路圖的輸入、編輯，并根據(jù)需要對電路進行相應(yīng)的觀測和分析。用戶可以通過菜單或工具欄改變主窗口的視圖內(nèi)容。二、菜單欄菜單欄中提供了multisim的幾乎所有功能命令。其中包含9個主菜單欄，從左至右分別為file(文件)菜單、edit(編輯)菜單、view(窗口顯示)菜單、place(放置)菜單、simulate(仿真)菜單、transfer(文件傳輸)菜單、tools(工具)菜單、options(選項)菜單和help(幫助)菜單等。每個主菜單下都有一個下拉菜單，用戶可以從中找到各項操作功能的命令。三、工具欄multisim 2001提

55、供了多種工具欄，并以層次化的模式加以管理，用戶可以通過view菜單中的選項方便地將頂層的工具欄打開或關(guān)閉，再通過頂層工具欄中的按鈕來管理和控制下層的工具欄。通過工具欄，用戶可以方便直接地使用軟件的各項功能。頂層的工具欄有：standard工具欄、design工具欄、zoom工具欄，simulation工具欄。1standard工具欄包含了常見的文件操作和編輯操作。2design工具欄作為設(shè)計工具欄是multisim的核心工具欄，通過對該工作欄按鈕的操作可以完成對電路從設(shè)計到分析的全部工作，其中的按鈕可以直接開關(guān)下層的工具欄：component中的multisim master工具欄，instrument工具欄。（1）作為元器件（component）工具欄中的一項，可以在design工具欄中通過按鈕來開關(guān)multisim master工具欄。該工具欄有14個按鈕，每個每一個按鈕都對應(yīng)一類元器件，其分類方式和multisim元器件數(shù)據(jù)庫中的分類相對應(yīng)，具體的內(nèi)容可以從multisim的在線文檔中獲取12。這個工具欄作為元器件的頂層工具欄，每一個按鈕又可以開關(guān)下層的工具欄，下層工具欄是對該類元器件更細致的分類工具欄。以第一個按鈕為例。通過這個按鈕可以開關(guān)電源和信號源類的sources工具欄。（2）instruments工具欄集中了multisim為用戶提供的所有虛擬儀器儀表，用