OCL功率放大器設(shè)計

1、實用電子線路設(shè)計及實現(xiàn)設(shè)計題目：OCL功率放大器設(shè)計姓名:XXX學(xué)號：XXXXXXX班級：電信092專業(yè)：電子信息科學(xué)與技術(shù)設(shè)計時間：2011-2012學(xué)年上學(xué)期教師評分：2011年12月15日目錄概述4.一、任務(wù)及要求：5.1 .設(shè)計任務(wù)5.2 .設(shè)計要求5.2 .總體方案設(shè)計5.1 .設(shè)計思路5.2 .OCL功放各級的作用和電路結(jié)構(gòu)特征53 .單元電路的選擇及設(shè)計6.1、設(shè)計方案6.2、設(shè)計選擇6.(1)設(shè)計一個放大器所需要的直流穩(wěn)壓電源6(2)差分放大電路電路圖7.(3)復(fù)合管放大電路電路圖.8.(4)Ube的倍增電路電路圖8.4 .總體電路圖105 .元器件參數(shù)的選擇：.1.1a.確定

2、工作電壓Vcc.1.1b.功率輸出級的設(shè)計：.12c.推動級(V4)的設(shè)計13d.輸入級的設(shè)計1.4六、總結(jié)與體會16概述(1)放大電路實質(zhì)上都是能量轉(zhuǎn)換電路。從能量控制的觀點來看，功率放大電路和電壓放大電路沒有本質(zhì)的區(qū)別。但是，功率放大電路和電壓放大電路所要完成的任務(wù)是不同的。對電壓放大電路的主要的要求是使其輸出端得到不失真的電壓信號，討論的主要指標(biāo)是電壓增益，輸入和輸出阻抗等，輸出的功率并不一定大。而功率放大電路則不同，它主要要求獲得一定的不失真(或失真較小)的輸出功率，因此功率放大電路包含這一系列在電壓放大電路中沒有出現(xiàn)過的特殊問題，這些問題是：要求輸出功率盡可能大為了獲得大的功率輸出，

3、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。效率更高(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。非線性失真小(3)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。(4)功率器件的散熱問題：在功率放大電路中，為了輸出較大的信號功率，器件承受的電壓高。為了充分利用允許的管耗而使管子輸出足夠大的

4、功率，放大器件的散熱就成為一個重要問題了。(5)此外，在功率放大電路中，為了輸出較大的信號功率，器件承受的電壓要高，通過的電流要大，功率管損壞的可能性也就比較大，所以功率管的損壞與保護(hù)問題也不容忽視。(6)OCL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)特性好及易于集成化等特點。OCL是英文OutputCapacitorLess的縮寫，意為無輸出電容。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，省去了輸出端的耦合電容。使放大器低頻特性得到擴(kuò)展。OCL功放電路也是定壓式輸出電路。一、任務(wù)及要求：1.設(shè)計任務(wù)(1)全部或部分分離原件

5、(2)額定輸出功率P0>=8W(3)負(fù)載電阻RL=8Q(4)失真度rV3%(5)設(shè)計放大器所用直流穩(wěn)壓電源2.設(shè)計要求(1)畫出電路原理圖(2)元器件及參數(shù)選擇(3)電路的仿真及調(diào)試二.總體方案設(shè)計1 .設(shè)計思路功率放大器的作用是給負(fù)載Rl提一定的輸出功率，當(dāng)RL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。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，推動級和輸出級部分組成。2 .OCL功放各級的作用和電路結(jié)構(gòu)特征

6、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(音調(diào)控制級)送來的信號作用低失真，低噪聲放大。為此，采用帶恒流源的，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。推動級的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，可采用集電極有源負(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。三.單元電路的選擇及設(shè)計1、設(shè)計方案利用三極管的電流控制作用或場效應(yīng)管的電壓控制作用將電源的功率轉(zhuǎn)換為按照輸入信號變化的電流。因為聲音是不同振幅和不同頻率的波，即交流信號電

7、流，三極管的集電極電流永遠(yuǎn)是基極電流的B倍，B是三極管的交流放大倍數(shù)，應(yīng)用這一點，若將小信號注入基極，則集電極流過的電流會等于基極電流的B倍，然后將這個信號用隔直電容隔離出來，就得到了電流(或電壓)是原先的B倍的大信號，這現(xiàn)象成為三極管的放大作用。經(jīng)過不斷的電流及電壓放大，就完成了功率放大。2、設(shè)計選擇(1)設(shè)計一個放大器所需要的直流穩(wěn)壓電源,.1U2OMPOM二2Rl又Uom=2PomRl-Vcc=(1.2-1.5)Uom則可以得出Vcc=17V24V,此時取Vcc=20V.,該直流穩(wěn)壓電源的圖形如圖所示：在電子線路中，通常都需要電壓穩(wěn)定的直流電源供電。小功率穩(wěn)壓電源一般有電源變壓器、整流、

8、濾波和穩(wěn)壓電路等四部分組成。電源變壓器是將交流電網(wǎng)220V的電壓變?yōu)樗枰碾妷褐?，然后通過整流電路將交流電壓變成脈動的直流電壓。由于此脈動的直流電壓還含有較大的紋波，必須通過濾波電路加以濾除，從而得到平滑的直流電壓。但這樣的電壓還隨電網(wǎng)電壓波動（一般有土10%左右的波動）、負(fù)載和溫度的變化而變化，因而在整流、濾波電路之后，還需接穩(wěn)壓電路。穩(wěn)壓電路的作用是當(dāng)電網(wǎng)電壓波動、負(fù)載和溫度變化時，維持輸出直流電壓的穩(wěn)定。當(dāng)負(fù)載和溫度變化時，維持輸出直流電壓穩(wěn)定。差分放大電路電路圖R0差分放大電路在性能放大那個面有許多優(yōu)點，是模擬集成電路的又一重要組成部分。上圖時用兩個特性相同的三端器件VI、V2所組成

9、的單端輸入的差分放大電路。圖中R0為實際電流源的動態(tài)輸出電阻，其阻值一般很大，容易滿足R0>>Re(發(fā)射結(jié)電阻)的條件，這樣就可以認(rèn)為R0支路相當(dāng)于開路，輸入信號電壓近似地均分在兩管的輸入回路上，如圖中體現(xiàn)了射極耦合的作用。(3)復(fù)合管放大電路電路圖雙極性三極管(BJT)有兩種類型：NPN型和PNP型。他們分別有三個極：發(fā)射極e、集電極c和基極bo當(dāng)BJT用作放大器件時，無論是NPN型還是PNP型，都應(yīng)將他們的發(fā)射結(jié)加爭先偏置電壓，集電結(jié)加反向偏置電壓。(4)Ube的倍增電路電路圖Ube的倍增電路交越失真：電子學(xué)名詞，是指放大電路中，輸出信號并非輸入信號的完全、真實的放大，而是多多

10、少少走了樣，這種走樣即是失真，引起失真有多種.我們在分析時，是把三極管的門限電壓看作為零，但實際中，門限電壓不能為零，且電壓和電流的關(guān)系不是線性的，在輸入電壓較低時，輸出電壓存在著死區(qū)，此段輸出電壓與輸入電壓不存在線性關(guān)系，產(chǎn)生失真。這種失真出現(xiàn)在通過零值處，因此它被稱為交越失真。由于晶體管的門限電壓不為零，比如硅三極管，NPN型在07以上才導(dǎo)通，這樣在00.7就存在死區(qū)，不能完全模擬出輸入信號波形，PNP型小于-0.7V才導(dǎo)通，比如當(dāng)輸入的交流的正弦波時，在-0.70.7之間兩個管子都不能導(dǎo)通，輸出波形對輸入波形來說這就存在失真，即為交越失真。我們克服交越失真的措施是：避開死區(qū)電壓區(qū)，使每一

11、晶體管處于微導(dǎo)通狀態(tài)，一旦加入輸入信號，使其馬上進(jìn)入線性工作區(qū)可以給互補管一個靜態(tài)偏置。此時我們利用二極管和電阻的壓降產(chǎn)生偏置電壓從而克服交越失真四.總體電路圖1.工作原理簡單介紹:(1)用差分放大輸入級抑制零漂，如前所述，為了使Rl在靜態(tài)時沒有直流電流通過，即A點的靜態(tài)直流電位為零，所以采用正，負(fù)對稱的兩個小電源(*Vcc，-Vcc)。但是溫度的變化又會引起零漂，所以應(yīng)采用差分放大器作為輸入級，用它來抑制A點電位因受溫度等因素影響而產(chǎn)生的零漂。(2)其他元器件的作用：V3管為激勵級，它把V1管輸出信號再進(jìn)行一次放大后去推動功率輸出級的功放管工作，故該級又稱為推動級。C5是高頻負(fù)反饋電容，防止

12、V3高頻自激。(3) R7,V8,V9為功放管提供靜態(tài)偏置，防止交越失真，把V4,V5基極直流電信分開，并利用V8,V9補償功放管的溫度特性，以穩(wěn)定功放管的基極偏流。(4) R5,C3,R6組成電壓串聯(lián)負(fù)反饋電路。C3對低頻信號短路，分壓比R6/(R5+R6)為反饋系數(shù)，R6越大，反饋量越大，反饋越強。分壓比適當(dāng)則既可減小信號非線性失真，又不致造成放大器增益下降太多。(5) R16,C6稱中和電路，防止由于感性負(fù)載而引起高頻自激。(6) R4,C2是差動放大器的電源濾波電路。(7) C4是自舉電容，用來提高功率輸出級的增益。由圖可知，當(dāng)輸入信號u1為正半周時，經(jīng)V1,V2和V3次放大并反相，U

13、c3也為正半周，則V4,V6復(fù)合管導(dǎo)通，信號放大后經(jīng)R14,Rl,地，+Vcc返回V4,V6形成回路，在負(fù)載Rl上有放大了的正半周電流1通過，其方向如圖中的實線所示。同理可知負(fù)半周上的i2通過，如圖中虛線所示。這樣輪流推挽工作，在Rl上就獲得功率放大后的完整信號。五.元器件參數(shù)的選擇:a.確定工作電壓Vcc為了達(dá)到額定輸出功率P)>=8W的設(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應(yīng)比設(shè)計指標(biāo)大些，一般取POM定(1.5-2)PO。.Pom(14,16)1 U2OM又.POm:2 RlUom=.2%mRl又；考慮到輸出功率管V2,V4的飽和壓降和發(fā)射極電阻R10,R11的壓降

14、，電源電壓常取VCC=(1.2.1.5)Uom二同直流穩(wěn)壓電源一樣取Vcc=20V。b.功率輸由級的設(shè)計：輸出功率管的選擇輸出功率管V4,V6為同類型的NPN型大功率管，則有：1 .每個晶體管的最大集電極電流為Icmax定VC%+R=，為2.35A,R14RL80.52 .承受的最大反向電壓UCEmax:"2Vcc=2父20=40V,3 .每個晶體管的最大集電極功耗為Pcmax-0.2Pom+IcqUceq,Icq=(20-30)m.-.，選Icq=20mAPcmax：0.2Pom&Uceq=0.21.580.0212=2.8W二查閱手冊選取3DD5BUUbr(ceo)=30

15、VIcm=2.5APcm=30W二選才¥口10=011=50.(R11+R12)=R13=(5-10)rn7=(5-10)%be7(-1)R14I=(510)(10+51*0.5)=175-375J二選擇R13=220C二選擇R11=R12=110QO丁8和T9的選擇UBR(CEO)4=UBR(CEO)52X/ccI C4(max) = I C5(max)I 二 (1.1 -1.5)-C6(max)“ l 1760mA：1.552.8mA50PC4(max) = PC5(max)= (1.1 -1.5)PC6(max)2.8V-=1.5 =84mW1050查表得到V4, V533DK

16、4A(NPN)3CG4A(PNP)4兒=兔250c.隹動級(V4)的設(shè)計為保證對后級有足夠的驅(qū)動電流則有：I c4(max)52.8m-.ICQ3 -3 Ib4(max) =3 =3 3.17mA-450選擇 I cq3 =5mA = (2,10)mAoIcm5_2%q3=25=10m=_UBR(CEO)-2Vcc=40VPCm3-2VccIcq3=250mw查表可以得出為3CG20'-3=50(PNP)又因為R7,V8,V9為功放管提供靜態(tài)偏置，而V8,V9補償功放管的溫度特性，這里R7與R8只是起限流保護(hù)電路的作用，其參數(shù)的選擇一般不會對電路造成較大的影響，則可以選取R7=R8=1

17、00Q.直流穩(wěn)壓電源中器件參數(shù)的配置見圖中表示d.輸入級的設(shè)計令I(lǐng)CQ1-ICQ2=(0.5-2)mAICQ11CQ2=1CQ3二選ICQ1=ICQ21mAICQ3=2m選取R1,R3,R4W0.7VR1組70011ICQ11m-二選取R1=1KQ(R3r4)Wbe2-(-vcc)j(-0.7V)：(-20V)=10.35ICQ32m"-二可以取R3=R4=5.175KCR10選取:由于此處的R10同R7與R8一樣僅是限流，故取R10=100C.選取二極管T1和T2:UBR(CEO)1=UBR(CEO)2-1.2VCC-24WPc(max)1=Pc(max)2-住CCI1ce=40V

18、1mA=40mW查表可以得知：丁1和丁2均可以選為3DG4AR2與R引勺選擇：R2=R5=(15K'1-47K'1)二選取R2=R5=30KC'言號電壓不當(dāng)該電路中所需的頻率范圍為20HZ20KHZ,并且假定該信號超過100mV.選取R6：.DVoVoPo二RlVo=JP。RlAVoPoRL1,R5Auf_-_1Vi100mVR6.R653011選取R6=500C3與C6的選?。阂?1C3(3-10)=3470uF2-feR62二20500選WC3=50uF/63V-11一C1_(3-10)!=10!=2.4uF/63V2二feR22二20331000R16：R6=8，】C11C6-2二feR162二2081000二選取C6=0.1uF/16V六、總結(jié)與體會通過這段時間的學(xué)習(xí)，然我有所進(jìn)步.不過通過不斷的努力，我最終完成了任務(wù).剛開始我借來了一份高保真音頻功率放大器的電路原理圖，但離實際應(yīng)用差距較大，有些器件很難找到，后來到網(wǎng)上搜索了一下相關(guān)內(nèi)容，順便到學(xué)校圖書館借相關(guān)書籍，經(jīng)過不斷比較與討論，最終敲定了高保真音頻功率放大