模電低頻放大器課設(shè)

1、低頻功率放大器 摘 要本文主要敘述的是一個(gè)功率放大電路的設(shè)計(jì)整個(gè)電路主要由前置放大器、功率放大器2部分構(gòu)成。由前置放大器把小信號(hào)放大可以讓OCL正常穩(wěn)定的工作，用OCL電路實(shí)現(xiàn)功率的放大。為了減少交越失真，應(yīng)當(dāng)設(shè)置合適的靜態(tài)工作點(diǎn)。使兩只放大管均工作在臨界的導(dǎo)通或微導(dǎo)通狀態(tài)提升工作效率，穩(wěn)定。設(shè)計(jì)之后用mulsitim進(jìn)行仿真，仿真結(jié)果達(dá)到任務(wù)書要求。實(shí)驗(yàn)表明設(shè)計(jì)的電路結(jié)構(gòu)簡潔、實(shí)用，充分利用到了集成功放的優(yōu)良性能。關(guān)鍵詞:OCL電路;前置放大電路;功率放大電路;效率II目 錄1、緒論12、方案的確定1 2.1前置放大器方案設(shè)計(jì)1 2.2 功率放大器的設(shè)計(jì)23、工作原理、硬件電路的設(shè)計(jì)或參數(shù)的

2、計(jì)算4 3.1前置放大器5 3.1.1 器件介紹5 3.1.2 參數(shù)設(shè)計(jì)5 3.2 OCL電路6 3.2.1 參數(shù)的設(shè)計(jì)6 3.2.2功率的指標(biāo)分析74、總體電路設(shè)計(jì)和仿真分析7 4.1總體電路設(shè)計(jì)7 4.2仿真分析8 4.2.1前置放大器的仿真8 4.2.2 OCL電路10 4.2.3 頻帶寬度的仿真檢驗(yàn)145、心得體會(huì)15參考文獻(xiàn)15附錄16 元器件清單16 總電路圖171、緒論功率放大電路的使用非常廣泛。在日常生活中我們也離不開功率放大電路的應(yīng)用。例如我們通過音響來放大音頻信號(hào)，讓更多的人可以聽到.廣播通過低頻功率放大信號(hào)可以讓信號(hào)傳送的更遠(yuǎn)。 功率放大信號(hào)與我們的日常息息相關(guān)。本次課設(shè)

3、的主要要求是設(shè)計(jì)一個(gè)功率放大電路，符合指標(biāo)為輸入正弦信號(hào)電壓幅值150mV，等效負(fù)載電阻下，放大通道應(yīng)滿足：1.額定輸出功率Pom3W；2.帶寬BW10kHz；3.效率702、方案的確定前置放大器功放電路 如圖2.1所示為方案的框圖。 輸入信號(hào) 輸出信號(hào)2.1前置放大器方案設(shè)計(jì)方案一：分立元件共射放大電路。如圖2.2所示。 圖2.2 共射放大電路求出IC，IB,UCEQ選擇合適的靜態(tài)工作點(diǎn)，防止頂部失真與底部失真。然后提供正弦信號(hào)保證共射電路的穩(wěn)定放大。共射放大電路既可以放大電壓又可以放大電流并且有很大的增益，適用與放大低頻信號(hào)。方案二：集成運(yùn)算放大電路的設(shè)計(jì)。如圖2.3所示。圖2.3 集成運(yùn)

4、算放大電路的設(shè)計(jì)引入了深度負(fù)反饋的概念。對(duì)差模信號(hào)放大的倍數(shù)很大，線性放大區(qū)非常窄。但是一旦引入深度負(fù)反饋則計(jì)算方便并且穩(wěn)定。方案比較：方案一：優(yōu)點(diǎn)：電壓，電流放大增益大，一旦有合適的靜態(tài)工作點(diǎn)，那么共射放大電路就能以直流為基準(zhǔn)，放大Ui達(dá)到放大的作用。 缺點(diǎn)：受溫度變化大，導(dǎo)致共射放大電路不穩(wěn)定。還要調(diào)節(jié)合適的靜態(tài)工作點(diǎn)才能很好的進(jìn)行放大作用，計(jì)算稍稍繁瑣。參數(shù)的計(jì)算也不方便計(jì)算，計(jì)算量大。方案二：優(yōu)點(diǎn)：受溫度的影響小電路工作穩(wěn)定，計(jì)算量小，有很好的電壓增益的作用。 缺點(diǎn)：集成電路放大電路分為線性工作區(qū)和非線性工作區(qū)。 線性工作區(qū)引入了深度負(fù)反饋的概念導(dǎo)致放大區(qū)窄，如果參數(shù)調(diào)節(jié)不合適的話導(dǎo)致

5、頻帶寬度不能滿足本課設(shè)的基本要求。2.2 功率放大器的設(shè)計(jì)方案一：集成OTL放大電路OTL電路是一種沒有輸出變壓的功率放大電路。采用負(fù)載連接與輸出電容相連接的互補(bǔ)對(duì)稱放大電路。OTL電路與OCL電路相比，多了一個(gè)大容量電容，使正弦信號(hào)的負(fù)信號(hào)相當(dāng)與電壓源。少了一個(gè)方向的偏置電壓。使D點(diǎn)電壓為Vcc/2。只要輸出電容的容量足夠大，電路的頻率特性也能保證。如圖2.4為OTL放大電路。 圖2.4 OTL放大電路方案二： OCL放大電路省去了電容，是系統(tǒng)的低頻響應(yīng)更加平滑，低頻特性更好。采用無輸出耦合電容的功率放大電路。采用正負(fù)全對(duì)稱雙電源供電，以便獲得直流零點(diǎn)平。功率放大電路最重要的技術(shù)指標(biāo)是電路的

6、輸出功率Pom以及效率。需首先求解負(fù)載上能夠得到的最大輸出電壓幅值。當(dāng)輸出電壓足夠大，且又不產(chǎn)生失真時(shí)，有以下的公式。如圖2.5 OCL放大路。 圖2.5 OCL放大電路方案比較：方案一：優(yōu)點(diǎn)：。采用負(fù)載連接與輸出電容相連接的互補(bǔ)對(duì)稱放大電路，正弦信號(hào)的負(fù)信號(hào)可相當(dāng)與電壓源少了一個(gè)方向的偏置電壓，而且只要輸出電容的容量足夠大，電路的頻率特性也能保證。少了一個(gè)電源偏置。 缺點(diǎn)：因?yàn)椴捎秘?fù)載連接與輸出電容相連接的互補(bǔ)對(duì)稱放大電路，所以低頻特性相對(duì)OCL不平滑。并且電容元件性質(zhì)較難掌握。方案二：優(yōu)點(diǎn)：OCL電路效率高，減少失真，電路穩(wěn)定簡單實(shí)用。是常用的放大功率電路，省去了輸出電容，是系統(tǒng)的低頻響應(yīng)

7、更加平滑，低頻特性更好。采用無輸出耦合電容的功率放大電路。采用正負(fù)全對(duì)稱雙電源供電，以便獲得直流零點(diǎn)平。簡單，實(shí)用。 缺點(diǎn)：必須用雙電源供電，增加了電源的復(fù)雜性。經(jīng)過前置放大器兩個(gè)方案的對(duì)比與功率放大電路的方案對(duì)比，我選擇前置放大器使用集成運(yùn)算放大器，功率放大電路我選擇OCL功率放大電路。3、 工作原理、硬件電路的設(shè)計(jì)或參數(shù)的計(jì)算整體電路如圖3.1所示。圖3.1 電路的總設(shè)計(jì)圖因?yàn)橐阎妮斎胄盘?hào)幅值很小，所以把150mV的小信號(hào)通過同向比例放大器放大,能讓甲乙類互補(bǔ)功率放大電路中的晶體管在放大區(qū)正常工作，加上VEE=12V的正向偏置與VEE=-12V的反向偏置。使整個(gè)OCL放大電路的正常運(yùn)行，

8、通過的負(fù)載電阻，輸出最大不失真電壓Uom。3.1前置放大器3.1.1 器件介紹 放大器選擇了A741運(yùn)算放大器。A741放大器為運(yùn)算放大器中最常被使用的一種，擁有反相向與非反相向兩端輸入端，由輸入端輸入欲被放大的電流或電壓信號(hào)，經(jīng)放大由輸出端輸出。放大器做動(dòng)的最大特點(diǎn)為需要一對(duì)同樣大小的正負(fù)電源。如圖3為A741運(yùn)算放大器的管腳圖。圖3 放大器的管腳圖管腳1：調(diào)零電位。 管腳8：空腳。管腳2：反相輸入端。 管腳7：正向偏置。管腳3：同相輸入端。 管腳6：輸出端。管腳4：反向偏置。 管腳5：調(diào)零電位。 3.1.2 參數(shù)設(shè)計(jì)因?yàn)橥虮壤糯笃魉訳0與Ui 有這樣的關(guān)系式。經(jīng)計(jì)算放大倍數(shù)為61倍。

9、3.2 OCL電路第一部分可以選擇晶體管放大電路和運(yùn)算放大電路兩種方式。晶體管放大，可以得到很大的放大倍數(shù)，但是器電路相對(duì)要復(fù)雜，造價(jià)要高，而且靜態(tài)工作點(diǎn)也需要有嚴(yán)格的控制才能使晶體管有放大作用；集成運(yùn)放電路不用擔(dān)心這一點(diǎn)，運(yùn)算放大器有型號(hào)的選擇，也可以達(dá)到晶體管放大的效果，所以我選擇了集成運(yùn)放電路，連接成同相比例放大電路，之后將一個(gè)小信號(hào)加進(jìn)一個(gè)小信號(hào)放大電路，進(jìn)行電壓放大在這里根據(jù)題設(shè)要求將150mV的小信號(hào)源通過同向比例放大電路進(jìn)行放大，讓功率放大電路中的晶體管在放大區(qū)正常工作。功率放大電路的有兩種方式供選擇，OTL和OCL電路，如果選擇OTL功率放大電路在電路連接上需要相對(duì)復(fù)雜的鏈接，

10、在電路上要加電容，計(jì)算起來比較繁瑣，而且OTL電路多數(shù)為乙類推挽電路，所能達(dá)到的效率不足70%，而OCL功率放大電路，便不用有此擔(dān)心，通常情況下都會(huì)連接成甲乙類推挽電路，效率均會(huì)達(dá)到70%以上，并且它的連接要比OTL電路簡單許多，所以我選擇OCL功率放大電路連接。接功率放大電路在電路中加上兩個(gè)偏置VCC=12V的正向偏置 與VEE=-12V的反向偏置，使整個(gè)OCL功率放大電路的正常運(yùn)行，通過8的負(fù)載電阻，輸出最大不失真電壓Uom，達(dá)到要求所需要的功率。3.2.1 參數(shù)的設(shè)計(jì) 所以，Vcc選取12V3.2.2功率的指標(biāo)分析 因?yàn)?.29W3W所以符合技術(shù)指標(biāo)大于70%的技術(shù)指標(biāo)所以符合指標(biāo)。 4

11、、總體電路設(shè)計(jì)和仿真分析4.1總體電路設(shè)計(jì)如圖4.1所示。 圖4 .1電路的總體設(shè)計(jì)4.2仿真分析4.2.1前置放大器的仿真如圖4.2所示為前置放大電路的電路圖。 圖4.2 前置放大器的仿真圖把150mV的小信號(hào)源經(jīng)過放大器放大了61陪，放大到了9.15V。對(duì)比信號(hào)源的示數(shù)。如圖4.3所示。 如圖4.3所示為電路的輸出電壓和信號(hào)源的仿真圖觀察放大波形是否失真，比較輸入電壓與放大電壓。如圖4.4所示。通道A為輸入電壓的波形，通道B為放大電壓的波形。圖4.4 前置級(jí)放大電路的電壓波形前置放大電路，將小信號(hào)放大61倍，頻率不會(huì)發(fā)生改變，幅值發(fā)生了改變。從失真層面看，圖像并未失真，滿足題設(shè)要求。圖4.

12、5所示用失真分析儀器檢測(cè)失真。 圖4.5 檢測(cè)失真如圖4.5所示為R6分壓之后電路的輸出電壓為8.64V。 圖4.5 電阻分壓后電路的輸出電壓4.2.2 OCL電路 如圖4.6所示為OCL功率放大電路。圖4.6 OCL功率放大電路 用萬用表測(cè)出Uom兩端的電壓為7.251V。如圖4.7所示為OCL放大電路的輸出電壓與輸入電壓的對(duì)比。 圖4.7 OCL功率放大電路的輸出電壓與輸入電壓的對(duì)比觀察輸出波形是否失真，比較輸入電壓與輸出電壓。如圖4.8所示。通道A為輸入電壓的波形，通道B為輸出電壓的波形。 圖4.8 OCL功率放大電路電壓輸出波形圖4.9所示用失真分析儀器檢測(cè)失真。圖4.9 檢測(cè)失真程度

13、我們把輸出波形單獨(dú)列出來，發(fā)現(xiàn)波形有一定的交越失真。如圖4.10所示。圖4.10 輸出電壓的波形通過波形圖，我們發(fā)現(xiàn)波形有點(diǎn)交越失真，所以在輸出電阻與放大器之間連接一個(gè)滑動(dòng)變阻器，通過調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器來消除交越失真。如圖4.11所示。圖4.11 改進(jìn)后的整體電路圖如圖4.12所示改進(jìn)后的輸出電壓波形。圖4.12 輸出電壓波形圖通過新的波形圖可以看出，基本可以消除了交越失真。4.2.3 頻帶寬度的仿真檢驗(yàn)所以在頻帶寬度0.707的點(diǎn)的電壓應(yīng)為5.126V。在10Hz到20kHz的范圍內(nèi)，輸出電壓幅度不發(fā)變化。如圖4.13 當(dāng)電壓源頻率為138kHz時(shí) 圖4.13 電壓源如圖4.14所示當(dāng)電壓源頻率

14、為138kHz時(shí)的輸出電壓。圖4.14萬用表示數(shù)138kHz左右為0.707的點(diǎn)。所以帶寬符合20Hz到10kHz。所以帶寬符合，功率符合，效率符合。本次課設(shè)圓滿結(jié)束。全部符合技術(shù)指標(biāo)。5、心得體會(huì)深刻懂得了低頻功率放大電路原理以及設(shè)計(jì)思想與方法我們學(xué)會(huì)了很多東西，培養(yǎng)了動(dòng)手能力也為我們以后的工作打下了良好的基礎(chǔ)。通過這次課程設(shè)計(jì)使我懂得了理論與實(shí)際相結(jié)合是很重要的，只有理論知識(shí)是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，只有把所學(xué)的理論知識(shí)與實(shí)踐相結(jié)合起來，從理論中得出結(jié)論，才能真正為社會(huì)服務(wù)，從而提高自己的實(shí)際動(dòng)手能力和獨(dú)立思考的能力。在設(shè)計(jì)的過程中遇到問題，可以說得是困難重重，在設(shè)計(jì)的過程中發(fā)現(xiàn)了自己的不足之處，對(duì)以

15、前所學(xué)過的知識(shí)理解得不夠深刻，掌握得不夠牢固有了深刻的理解。這次課程設(shè)計(jì)終于順利完成了，在設(shè)計(jì)中遇到了很多專業(yè)知識(shí)問題，最后在老師的辛勤指導(dǎo)下，終于游逆而解。同時(shí)，在老師的身上我們學(xué)也到很多實(shí)用的知識(shí)，在次我們表示感謝！同時(shí)，對(duì)給過我?guī)椭乃型瑢W(xué)和各位指導(dǎo)老師再次表示忠心的感謝！感謝老師的用心指導(dǎo)。參考文獻(xiàn)1荊西京主編. 模擬電子電路實(shí)驗(yàn)技術(shù). 西安：第四軍醫(yī)院大學(xué)出版社，2004年1月2童詩白 華成英主編. 模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)（第四版）.高等教育出版社，2006年5月 3陸坤主編. 電子設(shè)計(jì)技術(shù). 北京：電子科技大學(xué)出版社，1997年4康華光主編. 電子技術(shù)基礎(chǔ)（模擬部分）.第五版。 北京：高等教育出版社，2006年5陳大欽主編. 電子技術(shù)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn).北京：高等教育出版社，2000年 6楊素行主編. 模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)簡明教程.第三版. 北京：高等教育出版社，2006年7蔡惟錚主編. 基礎(chǔ)電子技術(shù).北京：高等教育出版社，2004年8王