OCL功率放大器的設(shè)計(jì)_課件

1、一、課設(shè)設(shè)計(jì)目的、任務(wù)與要求一、課設(shè)設(shè)計(jì)目的、任務(wù)與要求 v設(shè)計(jì)目的： 1掌握電子系統(tǒng)的一般設(shè)計(jì)方法 2掌握模擬電路器件的應(yīng)用 3培養(yǎng)綜合應(yīng)用所學(xué)知識(shí)來指導(dǎo)實(shí)踐的能力 4掌握常用元器件的識(shí)別和測(cè)試 5熟悉常用儀表，了解電路調(diào)試的基本方法v設(shè)計(jì)任務(wù) OCL音頻功率放大器音頻功率放大器v設(shè)計(jì)要求第一：輸出功率要盡可能大第一：輸出功率要盡可能大 為了獲得大的功率輸出，要求功放管的電壓和電流都有足夠大的輸出幅度，因此器件往往在接近極限運(yùn)用狀態(tài)下工作。第二：功率效率要盡可能高第二：功率效率要盡可能高 由于輸出功率大，因此直流電源消耗的功率也大，這就存在一個(gè)效率問題。所謂效率就是負(fù)載得到的有用信號(hào)功率和電

2、源供給的直流功率的比值。這個(gè)比值越大，意味著效率越高。第三：非線性失真要盡可能小第三：非線性失真要盡可能小 功率放大電路是在大信號(hào)下工作，所以不可避免地會(huì)產(chǎn)生非線性失真，而且同一功放管輸出功率越大，非線性失真往往越嚴(yán)重，這就使輸出功率和非線性失真成為一對(duì)主要矛盾。 但是，在不同場(chǎng)合下，對(duì)非線性失真的要求不同。 例如， 在測(cè)量系統(tǒng)和電聲設(shè)備中，這個(gè)問題顯得很重要， 而在其它工業(yè)系統(tǒng)中，則以輸出功率為主要目的，對(duì)非線性失真的要求就降為次要問題了。第四：功率器件的散熱要盡可能好第四：功率器件的散熱要盡可能好 在功率放大電路中，為了輸出較大的信號(hào)功率，器件要承受較高的電源電壓。 其次，為了充分利用允許

3、的管耗而使管子輸出足夠大的功率，放大器器件的散熱就成為設(shè)備能否安全可靠工作的重要保證。 此外，在功率放大電路中，為了輸出較大的信號(hào)功率，器件要承受較大的動(dòng)態(tài)電流，這也會(huì)增加功率管損壞的概率。 所以，功率管的損壞與保護(hù)問題是產(chǎn)品設(shè)計(jì)中不容忽視環(huán)節(jié)。v OCL是英文是英文Output Capacitor Less 的縮寫，意為無輸出的縮寫，意為無輸出電容。電容。 v OCL功率放大器是一種一種直接耦合的功率放大器，它具功率放大器是一種一種直接耦合的功率放大器，它具有頻響寬，保真度高，動(dòng)態(tài)特性好及易于集成化等特點(diǎn)。有頻響寬，保真度高，動(dòng)態(tài)特性好及易于集成化等特點(diǎn)。v OCL電路通常采用兩組電源供電，

4、使用了正負(fù)電源，在電電路通常采用兩組電源供電，使用了正負(fù)電源，在電壓不太高的情況下，也能獲得比較大的輸出功率，省去了壓不太高的情況下，也能獲得比較大的輸出功率，省去了輸出端的耦合電容。使放大器低頻特性得到擴(kuò)展。輸出端的耦合電容。使放大器低頻特性得到擴(kuò)展。v OCL功放電路也是定壓式輸出電路，該電路由于性能比較功放電路也是定壓式輸出電路，該電路由于性能比較好，所以廣泛地應(yīng)用在高保真擴(kuò)音設(shè)備中。好，所以廣泛地應(yīng)用在高保真擴(kuò)音設(shè)備中。v 盡管性能優(yōu)良的集成功率放大器給電子電路功放級(jí)的調(diào)試盡管性能優(yōu)良的集成功率放大器給電子電路功放級(jí)的調(diào)試帶來了極大地方便。帶來了極大地方便。 但為了培養(yǎng)學(xué)生的設(shè)計(jì)能力，

5、本課題要求采用分立元件但為了培養(yǎng)學(xué)生的設(shè)計(jì)能力，本課題要求采用分立元件電路進(jìn)行設(shè)計(jì)。電路進(jìn)行設(shè)計(jì)。二、產(chǎn)品指標(biāo)及設(shè)計(jì)要求二、產(chǎn)品指標(biāo)及設(shè)計(jì)要求1、設(shè)計(jì)指標(biāo)、設(shè)計(jì)指標(biāo) 采用分采用分“立元件立元件+集成電路集成電路”設(shè)計(jì)設(shè)計(jì) 額定輸出功率額定輸出功率 負(fù)載阻抗負(fù)載阻抗 失真度失真度 設(shè)計(jì)放大器所需的直流穩(wěn)壓電源設(shè)計(jì)放大器所需的直流穩(wěn)壓電源010PW8LR 3%12V2、設(shè)計(jì)、制作過程、設(shè)計(jì)、制作過程 分析設(shè)計(jì)要求，明確性能指標(biāo)；分析設(shè)計(jì)要求，明確性能指標(biāo)； 查閱相關(guān)資料、分析對(duì)比方案。查閱相關(guān)資料、分析對(duì)比方案。 畫出電原理圖；畫出電原理圖； 分析計(jì)算元器件的性能及參數(shù)；分析計(jì)算元器件的性能及參數(shù)

6、； 電路的仿真與調(diào)試；電路的仿真與調(diào)試； 論證并確定合理的總體設(shè)計(jì)方案，繪制論證并確定合理的總體設(shè)計(jì)方案，繪制功能結(jié)構(gòu)框圖。功能結(jié)構(gòu)框圖。 OCL功率放大器各單元具體電路設(shè)計(jì)功率放大器各單元具體電路設(shè)計(jì): a.分解總體設(shè)計(jì)方案 b.以子系統(tǒng)或單元電路為單元，逐個(gè)細(xì)化設(shè)計(jì)。 c.電路計(jì)算 根據(jù)設(shè)計(jì)要求，結(jié)合“方案”，對(duì)各單元電路的元器件參數(shù)進(jìn)行分析計(jì)算，確定其參數(shù)。 印刷電路板制作：印刷電路板制作： 根據(jù)最后確定的各單元電路，繪制出總的印刷電路圖，制作印刷電路板（PCB板）。制作要求： a、業(yè)余制作手繪電路圖，或用Protel繪制； b、根據(jù)電路原理圖中所用的元件形狀和印刷板面積的大小合理安排元

7、件的密度和各元件的位置。 確定元件位置應(yīng)按照先大后小、先整體后局部的原則進(jìn)行，使電路中相鄰元件就近放置，排列整齊均勻。 c、各元件之間的連接導(dǎo)線在拐彎處和兩線相交處不能拐直角，須用曲線過渡，也不能相互交叉和迂回太遠(yuǎn)。 有些導(dǎo)線實(shí)在做不到這一點(diǎn)時(shí)，可以考慮在印刷板的反面印制導(dǎo)線，再用穿釘與正面電路連接，或在焊接元件時(shí)另外用絕緣導(dǎo)線連接。 d、輸入部分和輸出部分距離遠(yuǎn)一些為好，以免互相干擾。制作流程： 1.原稿制作 （噴墨【硫酸紙】、激光【硫酸紙/透明菲林】、 光繪非林） 2.曝光 (曝光機(jī)60180秒；太陽(yáng)光5-10分鐘；日光燈8-10分鐘) 3.顯像 （專用顯像劑） 4.蝕刻 （三氯化鐵） 5

8、.鉆孔 （小電鉆） 1、用protel或PowerPCB直接畫PCB圖（不會(huì)PROTEL、PowerPCB的，也可以用Windows的畫筆程序），以備打印。畫出您所需要的印刷電路板圖 2、將圖打印到熱轉(zhuǎn)印紙(比如:不干膠貼紙的光滑底襯紙) ; 打印出來后仔細(xì)觀察，檢查是否有斷線的地方。 3、將打印好PCB的轉(zhuǎn)印紙平鋪在覆銅板上，準(zhǔn)備轉(zhuǎn)印 ; 4、將熱轉(zhuǎn)印紙上的碳粉通過熱轉(zhuǎn)印機(jī)轉(zhuǎn)印到敷銅板上; (也可用很熱的電熨斗加溫-約140170之間，加壓將轉(zhuǎn)印紙上黑色塑料粉壓在覆銅板上形成高精度的抗腐層，等溫度稍低后再慢慢將轉(zhuǎn)印紙揭下來 ) 4、將敷銅板放入三氯化鐵腐蝕液進(jìn)行腐蝕; （注意不要腐蝕過度）

9、5、用清洗劑清洗電路板上的黑色碳粉; 6、用打孔機(jī)在電路板打孔。v熱轉(zhuǎn)印法制板基本流程：熱轉(zhuǎn)印法制板基本流程：焊接焊接 焊點(diǎn)：圓滑光亮、無氣孔、無尖角、無拖尾；大小一致；焊料適當(dāng)，使焊錫充布焊盤，不堆錫，更不能粘連，焊接時(shí)時(shí)間不宜超過3s，防止損壞元件；焊接CMOS器件時(shí)應(yīng)使用防靜電烙鐵，防止將其極性擊穿。 當(dāng)元件焊錯(cuò)后需要拆器件時(shí)要特別注意焊板上的銅片，一旦銅片脫落，就會(huì)在電路的連接上造成困難。檢查、調(diào)試各電路板檢查、調(diào)試各電路板通電測(cè)試性能參數(shù)通電測(cè)試性能參數(shù)撰寫設(shè)計(jì)報(bào)告撰寫設(shè)計(jì)報(bào)告1、功率放大器的作用是給負(fù)載RL提供一定的輸出功率，當(dāng)RL一定時(shí)，希望輸出功率盡可能大，輸出信號(hào)的非線性失真

10、盡可能小，且效率盡可能高。2、由于OCL電路采用直接耦合方式，為了保證工作穩(wěn)定，必須采用有效措施抑制零點(diǎn)漂移，為了獲得足夠大的輸出功率驅(qū)動(dòng)負(fù)載工作，故需要有足夠高的電壓放大倍數(shù)。 因此，性能良好的OCL功率放大器應(yīng)由輸入級(jí)，推動(dòng)級(jí)和輸出機(jī)等部分組成，如下圖所示。3、設(shè)計(jì)思路、設(shè)計(jì)思路3、OCL功放各級(jí)的作用和電路結(jié)構(gòu)特征功放各級(jí)的作用和電路結(jié)構(gòu)特征 輸入級(jí)：輸入級(jí)： 主要作用是抑制零點(diǎn)漂移，保證電路工作穩(wěn)定，同時(shí)對(duì)前級(jí)（音量控制級(jí)）送來的信號(hào)作用低失真，低噪聲放大。為此，通常都采用帶恒流源的，由復(fù)合管組成的差動(dòng)放大電路，且設(shè)置的靜態(tài)偏置電流較小。 推動(dòng)級(jí)：推動(dòng)級(jí)： 作用是獲得足夠高的電壓放大倍

11、數(shù)，以及為輸出級(jí)提供足夠大的驅(qū)動(dòng)電流，為此，可采帶集電極有源負(fù)載的共射放大電路，其靜態(tài)偏置電流比輸入級(jí)要大。輸出級(jí)：輸出級(jí)： 的作用是給負(fù)載提供足夠大的輸出信號(hào)功率，可采用有復(fù)合管構(gòu)成的甲乙類互補(bǔ)對(duì)稱功放或準(zhǔn)互補(bǔ)功放電路。此外，此外， 還應(yīng)考慮為穩(wěn)定靜態(tài)工作點(diǎn)須設(shè)置直流負(fù)反饋電路，為穩(wěn)定電壓放大倍數(shù)和改善電路性能須設(shè)置交流負(fù)反饋電路，以及過流保護(hù)電路等。 電路設(shè)計(jì)時(shí)各級(jí)應(yīng)設(shè)置合適的靜態(tài)工作點(diǎn)，在組裝完畢后須進(jìn)行靜態(tài)和動(dòng)態(tài)測(cè)試，在波形不失真的情況下，使輸出功率最大。 動(dòng)態(tài)測(cè)試時(shí)，要注意消振和接好保險(xiǎn)絲，以防損壞元器件。確定電源電壓確定電源電壓 025(9)8(1.5 2)2 510(1.2 1.

12、5)(23 )122 10 81221.2 121.5 1214.41815 ()LOMOCCOMOOOMLOLCCPWWRPPWVUVUPUR PVRVVVV 指標(biāo)：為優(yōu) 考慮到器件工作的安全性， 和輸出功率的富余量，設(shè)計(jì)要做適當(dāng)調(diào)整:取考慮飽和壓降則，由 折中?。簯?yīng)該是不小于該值此即：穩(wěn)壓，才能滿足電源輸出應(yīng)功率要求。在15V以上4、功放部分電路計(jì)算簡(jiǎn)介、功放部分電路計(jì)算簡(jiǎn)介末級(jí)功放管的選取末級(jí)功放管的選取maxmaxmax,15100.222303 56,6 ,60CMCMCECCOMCMOMCCCMLCECCCMCMCEPIVVPWPPWVIARUVVPW IA UV功放管的選取指標(biāo)：

13、基于上一節(jié)的結(jié)果，以，為歸算條件則，集電極最大耗散功率集電極飽和穿透電流最大反向電壓（耐壓）以上結(jié)果給予極限工作條件保障，均放大倍故：復(fù)合管的選取復(fù)合管的選取maxmax6max22 15 30(1.11.5)/(1.1CECCCCVTCVVIIP 末級(jí)復(fù)合，一是為了提高推動(dòng)電流，二是為了減輕前級(jí)的驅(qū)動(dòng)負(fù)擔(dān)所以，OCL電路常采用這種形式。如圖示：VT4與VT6,VT5與VT7分別組成復(fù)合管 復(fù)合管的參數(shù)與功放管的參數(shù)一樣，主要有3個(gè)： 耐壓U 最大穿透電流和耗散功率，可參照下式計(jì)算： max66max6max1.5)/1018(1.11.5)/ =(1.11.5) 1/30000.370.5(

14、A)(1.11.CVTOMCvtLCCVTCPPIARIIP功放小 上兩式中的 應(yīng)為復(fù)合管兩級(jí) 的積據(jù)此，設(shè)功放管的=30，與之復(fù)合的小功率管=100 則，總的 =3000而，所以復(fù)合小功率管的：max65)/(1.11.5) 2/30000.741( )CVTPW其他參數(shù)確定其他參數(shù)確定iT5iT5beT5T5beT1491113iT55VTr1r1RCR =R510RRR1113為管的等效輸入電阻，其大小為（）部分重要電阻的參數(shù)選擇：、與組成的串聯(lián)消振網(wǎng)絡(luò)： 其取值視揚(yáng)聲器的頻率響應(yīng)而定，以效果最佳為好。2、R 與R 用以減小復(fù)合管的穿透電流， 取值太小會(huì)影響管子的穩(wěn)定性，而太大又會(huì)影響輸

15、出功率： 一般?。?）510121113iT5103RRRR/R1012、R 和R 為平衡電阻，常取 5、前置放大部分電路計(jì)算簡(jiǎn)介、前置放大部分電路計(jì)算簡(jiǎn)介1 4,11502fofVfoLHRRRARfHzRcf 其中為反饋電阻，并聯(lián)小電容防自激為負(fù)反饋電阻。前端放大用以完成對(duì)音頻小信號(hào)的電壓放大任務(wù)、提高其信噪比。本次設(shè)計(jì)允許使用運(yùn)放，下圖為典型的雙運(yùn)放電路的同相放大形式。 運(yùn)放的反相端串聯(lián)一個(gè)電解電容，形成交流信號(hào)全反饋。 運(yùn)放的電壓放大倍數(shù)為：注意：通路指標(biāo) 而指標(biāo)則取決于運(yùn)放的“增益帶寬積”故，運(yùn)放的具體型號(hào)一定要慎重選取！v要確定運(yùn)放的選型，需要先確定電路總的電壓放大倍數(shù)，請(qǐng)按設(shè)計(jì)要求自行計(jì)算。 典型電路中的運(yùn)放供電分別取自電源的正負(fù)極，由兩組R4R5和C2、C3、C6、C7構(gòu)成分壓濾波供給運(yùn)放工作。v電源用10F、0.1F電容去耦合。6、電源部分設(shè)計(jì)及電路計(jì)算、電源部分設(shè)計(jì)及電路計(jì)算典型電路：v典型電路中：22