OCL功率放大器課設(shè)

1、遼 寧 工 業(yè) 大 學 模擬電子技術(shù)基礎(chǔ) 課程設(shè)計（論文）題目：OCL功率放大器 院（系）： 電氣工程學院 專業(yè)班級： 學 號： 學生姓名： 指導(dǎo)教師： （簽字）起止時間：2012.07.022012.07.13課程設(shè)計（論文）任務(wù)及評語院（系）：電氣工程學院 教研室：電子信息工程學 號學生姓名專業(yè)班級課程設(shè)計題目OCL功率放大器課程設(shè)計（論文）任務(wù)設(shè)計參數(shù)：1. 采用全部或部分分立元件設(shè)計一種OCL音頻功率放大器。2. 額定輸出功率3. 負載阻抗。4. 失真度5. 設(shè)計放大器所需的直流穩(wěn)壓電源。設(shè)計要求：1 .分析設(shè)計要求，明確性能指標。必須仔細分析課題要求、性能、指標及應(yīng)用環(huán)境等，廣開思路

2、，構(gòu)思出各種總體方案，繪制結(jié)構(gòu)框圖。2 .確定合理的總體方案。對各種方案進行比較，以電路的先進性、結(jié)構(gòu)的繁簡、成本的高低及制作的難易等方面作綜合比較，并考慮器件的來源，敲定可行方案。3 .設(shè)計各單元電路。總體方案化整為零，分解成若干子系統(tǒng)或單元電路，逐個設(shè)計。4.組成系統(tǒng)。在一定幅面的圖紙上合理布局，通常是按信號的流向，采用左進右出的規(guī)律擺放各電路，并標出必要的說明。進度計劃1、布置任務(wù)，查閱資料，理解掌握系統(tǒng)的控制要求。（1天）2、確定實驗方式，設(shè)計OCL功率放大器電路圖。（2天）3、建立OCL功率放大各個環(huán)節(jié)框圖。（2天）4、繪制實驗電路圖，并對實驗圖進行實驗說明。（2天）5、對系統(tǒng)進行實

3、驗，確定參數(shù)，分析系統(tǒng)性能。（2天）6、撰寫、打印設(shè)計說明書（1天）指導(dǎo)教師評語及成績平時： 論文質(zhì)量： 答辯： 總成績： 指導(dǎo)教師簽字： 年 月 日摘要在多級放大電路末級、集成功率放大器、集成運算放大器等模擬集成電路的輸出級，往往要求具有較高的輸出功率或要求具有較大的輸出動態(tài)范圍。這類主要用與向負載提供功率底放大電路稱為功率放大電路。功率放大電路由三部分組成：輸入級、推動級和輸出級。輸入級由有兩個三極管組成差分放大電路，推動級由一個三極管組成，輸出級由兩個三極管對稱構(gòu)成。兩輸出管分別由正、負兩組電源供電，揚聲器直接接在兩輸出管的輸出端與地之間，功率放大電路類型很多，目前電子電路中廣泛采用乙類

4、（或甲乙類）互補對稱功率放大電路，所以這里只對乙類（或甲乙類）互補功率放大電路進行分析。關(guān)鍵詞：功率放大器、互補放大電路、穩(wěn)壓二極管、電解電容、失真度目 錄第1章 緒論1第2章 OCL功率放大器設(shè)計方案論證22.1 OCL功率放大器的應(yīng)用意義22.2 OCL功率放大器設(shè)計的要求及參數(shù)22.3 設(shè)計方案論證22.4 總體設(shè)計方案框圖及分析3第3章 OCL功率放大器各單元電路設(shè)計43.1 直流穩(wěn)壓電源設(shè)計43.2 前置放大級設(shè)計53.3 功率放大器設(shè)計6第4章 OCL功率放大器整體電路設(shè)計74.1 整體電路圖及工作原理74.2 電路參數(shù)計算. 94.3 整體電路性能分析10第5章 設(shè)計總結(jié)11參考

5、文獻12附錄13第1章 緒 論在多級放大電路末級、集成功率放大器、集成運算放大器等模擬集成電路的輸出級，往往要求具有較高的輸出功率或要求具有較大的輸出動態(tài)范圍。這類主要用與向負載提供功率的放大電路稱為功率放大電路。功率放大電路類型很多，目前電子電路中廣泛采用乙類（或甲乙類）互補對稱功率放大電路，所以這里只對乙類（或甲乙類）互補功率放大電路進行分析。放大電路按三極管在一個信號周期內(nèi)導(dǎo)通時間的不同，可分為甲類、乙類以及甲乙類放大。在整個輸入信號周期內(nèi)，管子都有電流流通的，稱為甲類放大，此時三極管的靜態(tài)工作點電流ICQ比較大；在一個周期內(nèi)，管子只有半周期有電流流通的，稱為乙類放大；若一周期內(nèi)有半個多

6、周期有電流流通，則稱為甲乙類放大。甲類放大的優(yōu)點是波形失真小，但由于靜態(tài)工作點電流大 ，故管耗大，放大電路效率低，所以它主要用于小功率放大電路中。乙類與甲乙類放大由于管耗小模仿大電路效率高，在功率放大電路中獲得廣泛應(yīng)用。由于乙類與甲乙類放大輸出波形失真嚴重，所以在時間電路中均采用兩管輪流導(dǎo)通的推挽電路來減小失真。第2章OCL功率放大器設(shè)計方案論證2.1 OCL功率放大器的應(yīng)用意義OCL(Output Capacitorless無輸出電容器)電路是采用正負兩組對稱電源供電,沒有輸出電容器的直接耦合的電路,負載接在兩只輸出管中點和電源中點。OCL功率放大器是在OTL功率放大器的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的一種

7、全頻帶直接耦合低功率放大器，它在高保真擴音系統(tǒng)中得到了廣泛應(yīng)用。2.2 OCL功率放大器設(shè)計的要求及參數(shù)設(shè)計參數(shù)：1. 采用全部或部分分立元件設(shè)計一種OCL音頻功率放大器。2. 額定輸出功率3. 負載阻抗。4. 失真度5. 設(shè)計放大器所需的直流穩(wěn)壓電源。設(shè)計要求：1 .分析設(shè)計要求，明確性能指標。必須仔細分析課題要求、性能、指標及應(yīng)用環(huán)境等，廣開思路，構(gòu)思出各種總體方案，繪制結(jié)構(gòu)框圖。2 .確定合理的總體方案。對各種方案進行比較，以電路的先進性、結(jié)構(gòu)的繁簡、成本的高低及制作的難易等方面作綜合比較，并考慮器件的來源，敲定可行方案。3 .設(shè)計各單元電路?？傮w方案化整為零，分解成若干子系統(tǒng)或單元電路

8、，逐個設(shè)計。4.組成系統(tǒng)。在一定幅面的圖紙上合理布局，通常是按信號的流向，采用左進右出的規(guī)律擺放各電路，并標出必要的說明。2.3 設(shè)計方案論證根據(jù)本課題要求，我們所設(shè)計的低功率放大器應(yīng)由以下幾部分組成：直流穩(wěn)壓電源、前置放大及功率放大。以下逐一加以設(shè)計及論證。1.電源部分本設(shè)計的電源通過變壓器變?yōu)?5 V交流電，經(jīng)整流濾波得到±31 V的直流電；同時直流電再經(jīng)三端集成穩(wěn)壓電路輸出±15 V，供應(yīng)前置放大電路和功率放大器使用。2.信號放大部分前置放大電路采用低噪聲雙運放，分別以相同放大的方式，作為左右通道的信號放大。功率放大電路由三部分組成：輸入級、推動級和輸出級。輸入級由有

9、兩個三極管組成差分放大電路，推動級由一個三極管組成，輸出級由兩個三極管對稱構(gòu)成。兩輸出管分別由正、負兩組電源供電，揚聲器直接接在兩輸出管的輸出端與地之間，同時應(yīng)使本功放工作在甲乙類狀態(tài)。2.4總體設(shè)計方案框圖及分析總體設(shè)計方案框架圖：（如下圖1-1所示）圖1-1 OCL總體設(shè)計框圖輸出分析：本設(shè)計采用市電供電，將市電220 V通過變壓器變成±24 V的直流電，供前置放大器與功率放大器使用。輸入信號通過前置放大電路進行初步放大，再經(jīng)過功率放大器進行進一步的放大。最后通過輸出端輸出，即得到所需。 第3章OCL功率放大器各單元電路設(shè)計3.1直流穩(wěn)壓電源設(shè)計220 V市電經(jīng)變壓器輸出兩組獨立

10、的25 V交流電，大電容濾波得到±35 V直流電，再加一個0.1F小電容濾除電源中的高頻分量。考慮到制作過程中電源空載時的電容放電可在輸出電容并上1 k大功率電阻。另外這組直流電還要傳給7824、7924來獲得 ±24 V。萬一輸入端短路，大電容放電會使穩(wěn)壓塊由于反電流沖擊而損壞，加兩個二極管可使反相電流流向輸入端起到保護作用。（如圖2-1所示）圖2-1直流穩(wěn)壓電源設(shè)計3.2前置放大級設(shè)計圖2-2 前置放大級設(shè)計前端放大功能是完成小信號的電壓放大任務(wù)、提高信噪比，其失真度和噪聲對系統(tǒng)的影響最大，是應(yīng)該優(yōu)先考慮的指標。我采用雙運放NE5532（如圖2-2所示）。實際制作中將它

11、接成同相放大形式，運放反相端串聯(lián)47 F的電解電容，讓交流信號全反饋，信號放大倍數(shù)1+Rf/R0,其中Rf為反饋電阻，在其上并聯(lián)一個小電容抑制自激震蕩，R0為負反饋對地電阻。為了更好的實現(xiàn)對信號的放大，我將放大倍數(shù)定為30 dB左右，取Rf = 76 k,R0 = 2.5 k，Avf = 1+76/2.5 = 31.4 dB,由于NE5532需要±3 V±22 V的電源，所以在三端穩(wěn)壓塊7815、7915供給的±24 V上加入兩個電阻分壓，電源用10F、0.1F電容去耦合。3.3功率放大器設(shè)計此功率放大器由三部分組成：輸入級、推動級和輸出級。其中VT1和VT2構(gòu)成

12、差分式輸入級電路，VT3管構(gòu)成推動級，VT4和VT5是推挽式互補對稱輸出級。電路中，R4和C2是VT1和VT2的電源濾波電路；R5、R6和C3是負反饋網(wǎng)絡(luò)；C4是高頻負反饋電容；VD1是VT4和VT5的靜態(tài)偏置二極管；C5是高頻自勵消除電容；R7用于調(diào)整復(fù)合管的微導(dǎo)通狀態(tài)；R8、R9和C6構(gòu)成自舉電路；R10和R12構(gòu)成平衡電阻；R11和R13可減少復(fù)合管的穿透電流，提高電路的穩(wěn)定性；VT4、VT6以及VT5、VT7構(gòu)成復(fù)合管；R14與C9為消振網(wǎng)絡(luò)，可改善揚聲器的高頻特性；保險絲用于保護功放管和揚聲器；C7與C8能消除直流電源意外產(chǎn)生的交流量；±VCC為直流穩(wěn)壓電源產(chǎn)生的±

13、;24V直流電。（如圖2-3所示：OCL功率放大器設(shè)計圖）第4章OCL功率放大器整體電路設(shè)計4.1整體電路圖及工作原理圖2-2 前置放大級設(shè)計圖2-1直流穩(wěn)壓電源設(shè)計圖2-3：OCL功率放大器設(shè)計圖220V市電經(jīng)變壓器、橋式整流、濾波以及運放7824、7924可獲得±24V的直流電。用此電源來給前置放大電路及功率放大器提供能量。 普通信號經(jīng)由輸入端輸入到前置放大電路，電容濾除信號中的直流量，流入雙運放NE5532放大。放大信號可經(jīng)電阻、電容進行負反饋，通過測試后從輸出端輸出，形成初步放大信號。初步放大信號流入由VT1、VT2組成的差分放大電路，由于差分放大電路的阻抗非常大，所以電壓在

14、此放大，此外它還具有使輸出端的直流電壓穩(wěn)定在零電位上的作用。信號經(jīng)過VT1、VT2后，再通過由R5、R6和C3組成的負反饋網(wǎng)絡(luò)，其中由于C3的隔直作用，所以R5只有交流負反饋作用，R6具有較強的直流反饋作用，以使VT1至VT7各管工作穩(wěn)定，使輸出端靜態(tài)電壓穩(wěn)定在0 V。另外，R5和R6一起還有交流負反饋作用。 C4是高頻負反饋電容（電容超前補償電路），以防止電路可能出現(xiàn)的高頻自激。VD1是VT4和VT5的靜態(tài)偏置二極管,它可使電路獲得更好的溫度補償。同時為了解決電路的工作點偏置和穩(wěn)定問題，加入R8、R9和C6組成的自舉升壓電路。推動級VT3也起到信號放大的作用。當信號正半周輸入時，VT4、VT

15、6導(dǎo)通、VT5、VT7截止，VT4、VT6由正電源供電。揚聲器放出信號正半周的放大聲音；當信號負半周輸入時，VT5、VT7導(dǎo)通、VT4、VT6截止，VT5、VT7由負電源供電。揚聲器放出信號負半周的放大聲音，由于四只功放管上下的電路完全對稱，所以輸入信號的正、負半周得到了均勻的放大。功放的輸出端與揚聲器直接耦合，實現(xiàn)了全頻帶放大。在揚聲器的兩端并聯(lián)R14與C9串聯(lián)的消振網(wǎng)絡(luò)，能改善揚聲器的高頻特性。因揚聲器呈感性，易引起高頻自激，而且產(chǎn)生瞬時過壓，有可能損壞晶體管VT6、VT7，此容性網(wǎng)絡(luò)并入可使等效負載呈阻性。考慮到如果電路出現(xiàn)故障，導(dǎo)致輸出端靜態(tài)不為0 V。由于SP1的直流電阻很小，這樣會

16、有很大的直流電流流過SP1和輸出管，會使它們燒壞。在加入保險絲之后，如出現(xiàn)這種現(xiàn)象，保險絲熔斷，保護了SP1和輸出管。4.2電路參數(shù)計算1. 確定電源電壓參數(shù)：為了達到設(shè)計要求，同時使電路安全可靠地工作，電路的最大輸出功率Pom應(yīng)比設(shè)計指標大些一般取Pom（1.52）Po。由于Pom=V 2om/2RL,因此，最大輸出電壓為Vom=(2POMRL)1/2。考慮到輸出功率管VT6和VT7的飽和壓降，所以電源電壓常取VCC=(1.21.5)Vom。設(shè)計要求Po10W。所以由以上公式可得 Pom1520 W Vom15.517.9 V VCC18.626.9 V這里我取了LM7824,LM7924這

17、兩個運算放大器，它們所輸出的電壓為±24V，其他指標也均達到要求。因此它們可作為前置放大電路與功率放大器的直流穩(wěn)壓電源。2. 確定功率輸出管的參數(shù)：1) 輸出功率管的參數(shù)選擇。輸出功率管VT6、VT7為同類型的NPN型大功率管，其承受的最大反向電壓UCEmax2VCC,每管的最大集電極電流為ICmaxVCC/Rl,每管的最大集電極功耗為PCmax0.2Pom。再選擇兩管時除了要注意值盡量對稱外，其極限參數(shù)應(yīng)滿足下列關(guān)系：U(BR)CEO>UCEmax2VCCICM>ICmaxPCM>PCmax所以，根據(jù)以上分析可得 U(BR)CEO>48 VICM>3

18、APCM>34 W這里我選擇了兩個3DD63C的管子，它們的參數(shù)基本符合以上分析的數(shù)據(jù)。2) 復(fù)合管的參數(shù)選擇。VT4、VT5分別與VT6、VT7組成復(fù)合管，它們承受的最大電壓均為2VCC，在估算VT4、VT5的集電極最大電流和最大管耗時，可近似為 ICmax(1.11.5)ICmax/PCmax(1.11.5)ICmax/所以選擇VT4、VT5管時，其極限參數(shù)應(yīng)滿足U(BR)CEO>2VCCICM>ICmaxPCM>PCmax所以，根據(jù)以上分析可得 U(BR)CEO>48 VICM>0.330.45 APCM>0.330.6 W這里VT4我選擇了3D

19、G170H的管子,VT5我選擇了3CK9D 的管子，它們的參數(shù)基本符合以上分析的數(shù)據(jù)。3) 其他參數(shù)確定:部分重要電阻的參數(shù)選擇：電阻的選擇很重要，太小會影響管子的穩(wěn)定性，太大又會影響輸出功率，R11 = R13=（510）RiT5。（RiT5為VT5管的等效輸入電阻，其大小為RiT5=rbeT5+（1+T5）。）由于R10、R12為平衡電阻，故R10=R12=R11(R13)RiT5。所以，我將電阻的參數(shù)定為R10=R12=15、R11=R13=150。R14與C9串聯(lián)的消振網(wǎng)絡(luò)的參數(shù)選擇：R14與C9的取值視揚聲器的頻率響應(yīng)而定，以效果最佳為好。我取R14=30、C9=0.01F。電容及其

20、他部件的參數(shù)選擇：由于時間及資料的不足，此部分我僅憑自己的經(jīng)驗進行選擇。R1=27k、R2=1.5k、R3=15k、R4=3k、R5=1k、R6=27k、R7=1k、R8=12k、R9=510；C1=10F、C2=20F、C3=30F、C4=20pF、C5=51pF、C6=200 pF、C7=1F、C8=1F。靜態(tài)偏置二極管VD1選擇2CP10。推動級三極管VT3選擇3CG120B。4.3整體電路性能分析此功放不僅能放大普通信號，還能放大一些極其微弱的信號。經(jīng)過計算此功放的輸出功率為12.520.8 W，失真度約為2.13，基本符合設(shè)計要求。第5章 設(shè)計總結(jié)在實驗的過程中，我發(fā)現(xiàn)OCL功率放大

21、器和我們曾經(jīng)做過的OTL功率放大器實驗基本相同，所差的就是OCL有雙電源，而OTL則是單電源。并且總結(jié)出前置放大器是用來放大弱信號的，一般都是先將信號通過電解電容來濾掉高頻的噪音信號，然后進入負反饋的運放來放大信號。功率放大器一般指放大交流信號的功率，就是信號不失真的情況下放大用電器的電流和電壓。在完成這個設(shè)計之后，我重新將自己的設(shè)計細細看了幾遍，同時也把做同樣設(shè)計的幾個同學的設(shè)計借來觀摩了一番。在進行對比和分析之后，我發(fā)現(xiàn)一開始進行設(shè)計的時候，我基本上都是參照書本或者網(wǎng)上的例子進行，甚至就是按照它的步驟再做一遍。但是等到自己設(shè)計的時候，我覺得就應(yīng)該拋開例子，完全按照自己的思路獨立進行，這樣可

22、能會在設(shè)計中碰到更多的問題，但是這樣也能讓我學到更多，而且在解決遇到的問題時會更加引發(fā)自己的思考，說不上創(chuàng)新，但可能會有新意產(chǎn)生，也就是自己的東西了。這一點我想在任何一門課程的學習，在今后任何一行工作都是很重要的。如果沒有探索性，我們只會走著前人走過的路，踩著前人踏過的腳印。在這個設(shè)計過程中，探索性主要可以體現(xiàn)在下面幾個方面：一個是繪圖所用的軟件，老師推薦我們使用EWB512，但是這個軟件其實在優(yōu)點存在的同時也有很大的缺陷，在學習使用過程中我也深有體會，最初不會使用，覺得這個軟件很復(fù)雜，但經(jīng)過慢慢摸索發(fā)現(xiàn)這個軟件其實很好使用，但是同時發(fā)現(xiàn)一個問題就是這個軟件并不全面，有很多器件無法畫出，這是這

23、個軟件的一大缺陷。還有設(shè)計時所采用的公式，每個設(shè)計書上基本都有較為成熟的公式讓我們參考。但它們不一定就是最好的，我們也可以到圖書館到網(wǎng)上去查閱更多的資料，計算出數(shù)據(jù)后進行仿真，發(fā)現(xiàn)近似性很好，能滿足設(shè)計指標。沒有探索就沒有創(chuàng)新，沒有創(chuàng)新很可能就會被淘汰，在今后的學習和設(shè)計中，我也會更加注重這方面的鍛煉和培養(yǎng)，希望會有所進步。我的設(shè)計缺少系統(tǒng)性，在整個設(shè)計過程中探索性也不夠。不過這畢竟是初次設(shè)計，我興趣比較濃，積極性也挺高的，所以也做的比較早，而且設(shè)計的最后仿真結(jié)果都還不錯，所以我給自己定位在良好偏上，以后還需要多學習多交流多研究，我相信我會有更大的進步。參考文獻1 康華光主編·電子技術(shù)基礎(chǔ)（第三版）（模擬部分）·北京：高等教育出版社 2 章忠全主編·電子技術(shù)基礎(chǔ)實驗與課程設(shè)計·北京：中國電力出版社 19993 實用電子技術(shù)手冊編委會·實用電工電子技術(shù)手冊·北京：機械工業(yè)出版社 20034 全國大學生電子設(shè)計大賽組委會·全國大學生電子設(shè)計競賽獲獎作品精選·北京：北京理工大學出版社 2003.35 韓廣興主編·電子元器件與實用電路基礎(chǔ)·電子工業(yè)出版社6 陳汝全主編·電子技術(shù)常用器件應(yīng)用手冊·北京：機械工業(yè)出版社 1994附 錄穩(wěn)壓電源部分：元