OCL功率放大器設(shè)計

1、LOGO華僑大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院OCLOCL功率放大器的設(shè)計功率放大器的設(shè)計 模電課程設(shè)計模電課程設(shè)計一、課設(shè)設(shè)計目的、任務(wù)與要求一、課設(shè)設(shè)計目的、任務(wù)與要求 v設(shè)計目的： 1掌握電子系統(tǒng)的一般設(shè)計方法 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)知識來指導(dǎo)實踐的能力 4掌握常用元器件的識別和測試 5熟悉常用儀表，了解電路調(diào)試的基本方法v設(shè)計任務(wù) OCL音頻功率放大器音頻功率放大器v設(shè)計要求第一：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

2、由于輸出功率大，因此直流電源消耗的功率也大，這就存在一個效率問題。所謂效率就是負(fù)載得到的有用信號功率和電源供給的直流功率的比值。這個比值越大，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下工作，所以不可避免地會產(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主要矛盾。 但是，在不同場合下，對非線性失真的要求不同。 例如， 在測量系統(tǒng)和電聲設(shè)備中，這個問題顯得很重要， 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

3、要盡可能好 在功率放大電路中，為了輸出較大的信號功率，器件要承受較高的電源電壓。 其次，為了充分利用允許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功率，器件要承受較大的動態(tài)電流，這也會增加功率管損壞的概率。 所以，功率管的損壞與保護問題是產(chǎn)品設(shè)計中不容忽視環(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，動態(tài)特性好及

4、易于集成化等特點。有頻響寬，保真度高，動態(tài)特性好及易于集成化等特點。v OCL電路通常采用兩組電源供電，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展。輸出端的耦合電容。使放大器低頻特性得到擴展。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)用在高保真擴音設(shè)備中。好，所以廣泛地應(yīng)用在高保真擴音設(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的調(diào)試盡管性能優(yōu)

5、良的集成功率放大器給電子電路功放級的調(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)計能力，本課題要求采用分立元件但為了培養(yǎng)學(xué)生的設(shè)計能力，本課題要求采用分立元件電路進行設(shè)計。電路進行設(shè)計。二、產(chǎn)品指標(biāo)及設(shè)計要求二、產(chǎn)品指標(biāo)及設(shè)計要求1、設(shè)計指標(biāo)、設(shè)計指標(biāo) 采用分采用分“立元件立元件+集成電路集成電路”設(shè)計設(shè)計 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)計放大器所需的直流穩(wěn)壓電源設(shè)計放大器所需的直流穩(wěn)壓電源010PW8LR 3%12V2、設(shè)計、制作過程、設(shè)計、制作過程 分析設(shè)計要求，明確性能指標(biāo)；分析設(shè)計要求，明確性能指標(biāo)； 查閱相關(guān)資料、分析對比方案。查閱相關(guān)資

6、料、分析對比方案。 畫出電原理圖；畫出電原理圖； 分析計算元器件的性能及參數(shù)；分析計算元器件的性能及參數(shù)； 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)計方案，繪制論證并確定合理的總體設(shè)計方案，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)計功率放大器各單元具體電路設(shè)計: a.分解總體設(shè)計方案 b.以子系統(tǒng)或單元電路為單元，逐個細(xì)化設(shè)計。 c.電路計算 根據(jù)設(shè)計要求，結(jié)合“方案”，對各單元電路的元器件參數(shù)進行分析計算，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)

7、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)線實在做不到這一點時，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60

8、180秒；太陽光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.鉆孔 （小電鉆） 1、用protel或PowerPCB直接畫PCB圖（不會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

9、，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行腐蝕; （注意不要腐蝕過度） 5、用清洗劑清洗電路板上的黑色碳粉; 6、用打孔機在電路板打孔。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：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，焊接時時間不宜超過3s，防止損壞元件；焊接CMOS器件時應(yīng)使用防靜電烙鐵，防止將其極性擊穿。 當(dāng)元件焊錯后需要拆器件時要特別注意焊板上的銅片，一旦銅片脫落，就會在電路的連接上造成困難。檢查、調(diào)試各電路板檢查、調(diào)試各電路板通電測試性能參數(shù)通電測試性能參數(shù)撰寫設(shè)計報告撰寫設(shè)計報告1、

10、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，希望輸出功率盡可能大，輸出信號的非線性失真盡可能小，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漂移，為了獲得足夠大的輸出功率驅(qū)動負(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，推動級和輸出機等部分組成，如下圖所示。3、設(shè)計思路、設(shè)計思路3、OCL功放各級的作用和電路結(jié)構(gòu)特征功放各級的作用和電路結(jié)構(gòu)特征 輸入級：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（音量控制級）送來的信號作用低失真，低噪聲放大。為此，通常都采用帶恒流源的

11、，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。 推動級：推動級： 作用是獲得足夠高的電壓放大倍數(shù)，以及為輸出級提供足夠大的驅(qū)動電流，為此，可采帶集電極有源負(fù)載的共射放大電路，其靜態(tài)偏置電流比輸入級要大。輸出級：輸出級： 的作用是給負(fù)載提供足夠大的輸出信號功率，可采用有復(fù)合管構(gòu)成的甲乙類互補對稱功放或準(zhǔn)互補功放電路。此外，此外， 還應(yīng)考慮為穩(wěn)定靜態(tài)工作點須設(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，以及過流保護電路等。 電路設(shè)計時各級應(yīng)設(shè)置合適的靜態(tài)工作點，在組裝完畢后須進行靜態(tài)和動態(tài)測試，在波形不失真的情況下，使輸出功率最大。 動態(tài)測試時，要注意消振和接

12、好保險絲，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 1.5)(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、功放部分電路計算簡介、功放部分電路計算簡介末級功放管的選取末級功放管的選取maxmaxmax,15100.222303 56,6 ,60CMCMCECCOM

13、CMOMCCCMLCECCCMCMCEPIVVPWPPWVIARUVVPW IA UV功放管的選取指標(biāo)：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 末級復(fù)合，一是為了提高推動電流，二是為了減輕前級的驅(qū)動負(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： 耐壓U 最大穿透電流和耗散功率，可參照下式計算： max

14、66max6max1.5)/1018(1.11.5)/ =(1.11.5) 1/30000.370.5(A)(1.11.CVTOMCvtLCCVTCPPIARIIP功放小 上兩式中的 應(yīng)為復(fù)合管兩級 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)： 其取值視揚聲器的頻率響應(yīng)而定

15、，以效果最佳為好。2、R 與R 用以減小復(fù)合管的穿透電流， 取值太小會影響管子的穩(wěn)定性，而太大又會影響輸出功率： 一般取（ ）510121113iT5103RRRR/R1012、R 和R 為平衡電阻，常取 5、前置放大部分電路計算簡介、前置放大部分電路計算簡介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音頻小信號的電壓放大任務(wù)、提高其信噪比。本次設(shè)計允許使用運放，下圖為典型的雙運放電路的同相放大形式。 運放的反相端串聯(lián)一個電解電容，形成交流信號全反饋。 運放的電壓放大倍數(shù)為：注意：通路指標(biāo) 而指標(biāo)則取決于運放的“增益帶寬積”故，運放的具體型號一定要慎重選??！v要確定運放的選型，需要先確定電路總的電壓放大倍數(shù)，請按設(shè)計要求自行計算。 典型電路中的運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)成分壓濾波供給運放工作。v電源用10F、0.1F電容去耦合。6、電源部分設(shè)計及電路計算、電源部分設(shè)計及電路計算典型電路：v典型電路中：