OTL功率放大器

1、1 CDIO設(shè)計(jì)目的（1）熟練掌握功率放大器的電路組成及其特性。（2）保證安全、高效、小失真的情況下，輸出所需功率。（3）熟練掌握用555芯片設(shè)計(jì)信號(hào)發(fā)生器，掌握555芯片的電路組成。（4）掌握方波、三角波、正弦波之間波形變換原理及電路組成。2 CDIO設(shè)計(jì)正文2.1功率放大器乙類互補(bǔ)推挽功率放大電路（1）工作原理T1 與 T2功率管互補(bǔ)配對(duì)，在一個(gè)周期內(nèi)T1 與 T2輪流導(dǎo)通，通過(guò) RL 的電流iL = iE1 iE2 ，合成完整的正弦波。 原理圖如圖1所示。圖1 乙類互補(bǔ)推挽原理電路 靜態(tài)分析vi = 0V,vo = 0V, T1、T2均不工作。 動(dòng)態(tài)分析vi0V,T1導(dǎo)通，T2截止, i

2、o= ic1； vi0V,T1截止，T2導(dǎo)通,io=-ic2。（2）電路特點(diǎn)晶體管的靜態(tài)電流等于零。電路的靜態(tài)功耗為零，能量轉(zhuǎn)換效率高。存在交叉失真。（3）性能分析乙類工作時(shí)，T1與T2輪流導(dǎo)通，其圖解分析如圖2所示。圖 2 互補(bǔ)推挽圖解分析 正負(fù)電源總的直流功率：PD = PD1 + PD2 = 2VccIco = 2VccIcm/p充分激勵(lì)令 VCE(sat) = 0，ICEO = 0，則 Vcm = VCC，Icm = VCC/RL，則乙類功放的最大集電極效率 激勵(lì)不足 Vcm 減小，引入電源電壓利用系數(shù) x 表示 Vcm的減小程度。 定義 x = Vcm/VCC,則輸出功率：直流電源提

3、供功率：集電極效率：時(shí)最大，其值為 功放性能隨 x 變化的特性：x小時(shí)，PD 、Po 、 hC ??；x 接近 1 時(shí)，PD 、Po 、hC 大。結(jié)論：a.PC 非單調(diào)變化，兩頭小，中間大；b.PD 隨 x (激勵(lì))線性增大，與甲類(不變)不同。其變化特性如圖3所示。 圖 3 Po 、 PD 、 PC隨 x變化的特性 (4)安全條件安全工作條件： PC1max = PC2max = 0.2Pomax PCM取其中的小值檢查二次擊穿。(5)設(shè)計(jì)要求設(shè)計(jì)功率放大電路時(shí)，必須做到：在電路組成上，采用避免管外電路無(wú)謂消耗直流功率的結(jié)構(gòu)。在工作特性上，輸出負(fù)載、輸入激勵(lì)和靜態(tài)工作點(diǎn)三者必須有一個(gè)最佳配置；

4、合理選擇功率管的運(yùn)用狀態(tài)。仿真電路設(shè)計(jì)OTL功率放大器，該電路含推動(dòng)級(jí)，輸入信號(hào)取100mv,頻率取3KHz。經(jīng)一級(jí)放大電路將輸入電壓放大后，再通過(guò)OTL功率放大器，為減小失真，功率放大電路中包含二極管偏置電路。其仿真圖如圖4所示。圖4 OTL功率放大器 仿真結(jié)果其仿真結(jié)果如圖5所示。 2.1.3 仿真結(jié)果圖5 輸出電壓波形 仿真波形如圖5所示，經(jīng)電壓放大和功率放大后，輸出電壓將近8V，此時(shí)Po=Vcm /2RL3.2WPD=VccIcm/=VccVcm/RL7.6Wc=Po/PD42.1分析可得，輸出功率將近3.2W，符合要求，但集電極效率沒(méi)有達(dá)到最大，輸出波形存在失真，說(shuō)明電路仍存在需要改

5、進(jìn)的地方。2.2 555信號(hào)發(fā)生器函數(shù)信號(hào)發(fā)生器的設(shè)計(jì)以555定時(shí)器組成的多諧振蕩器為核心。主要思路是多諧振蕩器在接通電源后能自行產(chǎn)生矩形波，方波通過(guò)積分電路將轉(zhuǎn)變?yōu)槿遣ǎ遣ㄔ俳?jīng)低通濾波網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)變?yōu)檎也ǎ?.2.1 555的電路組成555定時(shí)器是一種多用途的數(shù)字模擬混合集成電路，可以方便地構(gòu)成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器，施密特觸發(fā)器和多諧振蕩器。雙極型產(chǎn)品型號(hào)最后數(shù)碼為555，CMOS型產(chǎn)品型號(hào)最后數(shù)碼為7555。其功能和外部引腳完全相同。其引腳分布圖如圖6所示。圖6 555 定時(shí)器的引腳示意圖 圖7 555內(nèi)部電路結(jié)構(gòu) 555內(nèi)部電路結(jié)構(gòu)如圖7所示，其中，各部分組成如下。（1）分壓器5腳懸空時(shí)，UR

6、1=2/3Ucc,UR2=1/3Ucc；5腳外接控制電壓UCO時(shí)， UR1=Uco,UR2=1/2Uco 。 注：當(dāng)5腳不加控制電壓時(shí)，通常經(jīng)過(guò)一個(gè)0.01F的電容接地，以抑制干擾。（2）電壓比較器U+U-時(shí)，Ci1；U+U-時(shí)，Ci0。表1 基本RS觸發(fā)器功能表（3）基本RS觸發(fā)器R SQn+10 0不定0 101 011 1Qn（4）放電三極管VT是一個(gè)集電極開(kāi)路的放電三極管。當(dāng)uO0時(shí)，VT導(dǎo)通；當(dāng)uO1時(shí)，VT截止。表2 555定時(shí)器功能表其功能表如表2所示。 輸入輸出閾值輸入(u6)觸發(fā)輸入(u2)復(fù)位(RD)輸出(VO)放電管T00導(dǎo)通2/3Vcc2/3Vcc1/3Vcc10導(dǎo)通1

7、/3Vcc1不變不變2.2.2 555構(gòu)成多諧振蕩器接通VCC后，VCC經(jīng)R1和R2對(duì)C充電。當(dāng)uc上升到2VCC/3時(shí)，uo=0，T導(dǎo)通，C通過(guò)R2和T放電，uc下降。當(dāng)uc下降到VCC/3時(shí)，uo又由0變?yōu)?，T截止，VCC又經(jīng)R1和R2對(duì)C充電。如此重復(fù)上述過(guò)程，在輸出端uo產(chǎn)生了連續(xù)的矩形脈沖。其電路組成及其工作原理分別如圖8、圖9所示。由此可分別求得振蕩周期：T = 0.7（R1+2R2）C振蕩頻率：占空比：圖8 555構(gòu)成多諧振蕩器圖9 多諧振蕩器工作原理 方波、三角波、正弦波之間波形變換555構(gòu)成的多諧振蕩器，其通過(guò)不同支路對(duì)電容進(jìn)行充放電，從而可以產(chǎn)生方波，再由方波經(jīng)過(guò)轉(zhuǎn)換電路

8、可以轉(zhuǎn)換成三角波、正弦波，其整體框圖如圖10所示。由方波變換為三角波可通過(guò)積分電路，如圖11所示。通過(guò)低通濾波器即可變換為正弦波，原理圖如圖12所示。正弦波低通濾波三角波積分電路方波多諧振蕩器 圖10 波形轉(zhuǎn)變框架圖圖12 低通濾波圖11 積分電路2.2.4仿真電路由555芯片設(shè)計(jì)構(gòu)成的多諧振蕩器，其通過(guò)不同的支路分別對(duì)電容進(jìn)行充放電，可以生成方波，再分別經(jīng)過(guò)積分電路及低通濾波器后可得三角波及正弦波。其實(shí)驗(yàn)仿真圖如圖13所示。圖13 555構(gòu)成的波形發(fā)生器仿真電路2.2.5仿真結(jié)果經(jīng)仿真可得方波、三角波、正弦波分別如圖14、圖15、圖16所示。圖14 由555信號(hào)發(fā)生器產(chǎn)生方波圖15 由555

9、信號(hào)發(fā)生器產(chǎn)生三角波 圖16 由555信號(hào)發(fā)生器產(chǎn)生正弦波 由仿真波形可得數(shù)據(jù)如表3所示。表3 仿真結(jié)果仿真波形周期峰峰值矩形波130.979us2.500v三角波130.979 us71.864mv正弦波130.979 us1.135mv所得數(shù)據(jù)符合設(shè)計(jì)要求。3 設(shè)計(jì)總結(jié)自CDIO開(kāi)設(shè)以來(lái)，一年的時(shí)間內(nèi)，我們已完成基本放大器的設(shè)計(jì)。此次，我們又完成了功率放大器的設(shè)計(jì)及由555芯片設(shè)計(jì)的信號(hào)發(fā)生器。通過(guò)仿真實(shí)踐，我對(duì)電子線路有了更深程度的理解，也對(duì)我們專業(yè)有了更深一步的認(rèn)識(shí)。此次設(shè)計(jì)乙類功率放大器，困難重重。起初，不是波形失真，就是輸出功率達(dá)不到要求。經(jīng)過(guò)各方面搜集資料，才終于完成了乙類功放的

10、設(shè)計(jì)，但是集電極效率沒(méi)有達(dá)到最高，仍有待提高。通過(guò)設(shè)計(jì)乙類功放，我對(duì)功率放大器有了更深一步的認(rèn)識(shí)，也意識(shí)到學(xué)以致用的重要性。尤其是我們現(xiàn)實(shí)生活中，我們身邊各種電器，我們只會(huì)簡(jiǎn)單操作使用，卻不能理解它的原理，作為信息專業(yè)的一名學(xué)生，我深感慚愧。在數(shù)字電子技術(shù)中接觸555定時(shí)器，此次利用555芯片設(shè)計(jì)信號(hào)發(fā)生器。起初，知識(shí)與能力有限，只產(chǎn)生了方波，積分電路方面存在一定的障礙。通過(guò)在老師那里學(xué)習(xí)，我又對(duì)積分電路及低通濾波方面進(jìn)行了學(xué)習(xí)，對(duì)其有了更深程度的了解。也重新設(shè)計(jì)了電路，產(chǎn)生了三角波及正弦波。一年的專業(yè)基礎(chǔ)課學(xué)習(xí)，我對(duì)我們專業(yè)也開(kāi)始有了明確的方向。學(xué)習(xí)的過(guò)程中，需要我們有嚴(yán)謹(jǐn)?shù)那髮W(xué)態(tài)度，認(rèn)真是

11、我們不可或缺的品質(zhì)，堅(jiān)持是我們必備的素質(zhì)。除了學(xué)習(xí)書(shū)本上的知識(shí)，自學(xué)也是我們應(yīng)該具有的能力，我們要充分利用課余時(shí)間，多了解與專業(yè)學(xué)習(xí)有關(guān)的知識(shí)。也要更多的注重實(shí)踐，把學(xué)習(xí)與實(shí)踐結(jié)合起來(lái)，把學(xué)到的知識(shí)與生活中的實(shí)例結(jié)合起來(lái)，這樣才有助于我們更好的掌握所學(xué)的知識(shí)。大學(xué)，在不知不覺(jué)間已走過(guò)了兩年，不就的將來(lái)，我們就要各奔前程。我相信，努力了就一定有收獲。獲取知識(shí)的路上我們難免犯錯(cuò)，但只要我們不氣餒，不放棄，成功一定屬于我們。作為信息專業(yè)的一名學(xué)子，求真務(wù)實(shí)是我堅(jiān)守的原則，我會(huì)始終嚴(yán)格要求自己，更好的掌握知識(shí)，更多的運(yùn)用于實(shí)踐，努力地提升自己。在此，也感謝老師的辛勤教誨與同學(xué)的熱心幫助。4 參考文獻(xiàn)1謝嘉奎.電子線路(非線性部分，第四版) M.北京：高等教育出版社,2000，(05).2 康華光. 電子技術(shù)基礎(chǔ)(數(shù)字部分,第五版)M. 北京: 高等教育出版社, 2006,（01）：120-130.