OCL功率放大器設(shè)計

1、設(shè)計題目：OCL功率放大器設(shè)計 姓 名： 學(xué) 號： 班 級： 14級 專 業(yè)： 電子信息工程 設(shè)計時間： 2016 2016年 7 月 4 日15 目錄概述3一、任務(wù)及要求：41.設(shè)計任務(wù)42.設(shè)計要求4二總體方案設(shè)計41.設(shè)計思路42. OCL功放各級的作用和電路結(jié)構(gòu)特征4三單元電路的選擇及設(shè)計51、設(shè)計方案52、設(shè)計選擇5 (1)設(shè)計一個放大器所需要的直流穩(wěn)壓電源5(2)差分放大電路電路圖6(3)復(fù)合管放大電路電路圖7(4) 的倍增電路電路圖7四.總體電路圖9五元器件參數(shù)的選擇：10a.確定工作電壓10b.功率輸出級的設(shè)計：11c.推動級（V4）的設(shè)計12d.輸入級的設(shè)計13六、總結(jié)與體會

2、15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?。┑妮敵龉β?，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，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，

3、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

4、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Output Capacitor Less 的縮寫，意為無輸出電容。采用兩組電源供電，使用了正負電源，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 (2)額定輸出功率=2W(3)負載電阻=8(4)失真度3%(5)設(shè)計放大器所用直流穩(wěn)壓電源2.設(shè)計要

5、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載提一定的輸出功率，當定時，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)

6、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，即交流信號電流，三極管的集電極電流永遠是基極電流的倍，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倍，

7、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)壓電源又 則可以得出=17V24V,此時取=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、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)

8、電壓波動（一般有±10%左右的波動）、負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)壓電路的作用是當電網(wǎng)電壓波動、負載和溫度變化時，維持輸出直流電壓的穩(wěn)定。當負載和溫度變化時，維持輸出直流電壓穩(wěn)定。(2)差分放大電路電路圖 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V1、V2所組成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，這樣就可以認為R0支路相當于開路，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

9、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b。當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) 的倍增電路電路圖 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)

10、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0.7V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

11、前所述，為了使在靜態(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，負對稱的兩個小電源（，）。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是高頻負反饋電容，防止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)負反饋電路。C3對低頻信號短路，分壓

12、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，當輸入信號u1為正半周時，經(jīng)V1，V2和V3次放大并反相， 也為正半周，則V4，V6復(fù)合管導(dǎo)通，信號放大后經(jīng)R14，地，返回V4，V6形成回路，在負載上有放大了的正半周電流通過，其方向如圖中的實線所示。同理可知負半周上的通過，如圖中虛線所示。這樣輪流推挽工作，在上就獲得功率放大后的完整信號。五元器

13、件參數(shù)的選擇：a.確定工作電壓 為了達到額定輸出功率=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)計指標大些，一般取。 又 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，電源電壓常取 同直流穩(wěn)壓電源一樣取=20V。b.功率輸出級的設(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，2.承受的最大反向電壓，3.每個晶體管的最大集電極功耗為, 選 查閱手冊選取3DD5B 選擇(R11+R12)=R13= =（510）（10+51*0.5） =選擇R13=220選擇R11=R12=110。 查

14、表得到， 3DK4A(NPN) 3CG4A(PNP) c.推動級（V4）的設(shè)計 為保證對后級有足夠的驅(qū)動電流 則有： 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=100.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 當該電路中所需的頻率范圍為20HZ20KHZ,并且假定該信號源信號電壓不超過100mV.六、總結(jié)與體會 通過這段時間的學(xué)習(xí),然我有所進步.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

15、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器的電路原理圖，并且詢問了兄弟班關(guān)于元器件的參數(shù)情況。為下步實物連接打好基礎(chǔ)。在做電路仿真時，我畫好了電路原理圖，修改好參數(shù)后，創(chuàng)建網(wǎng)絡(luò)列表時系統(tǒng)總是報錯,無論我怎樣修改都不行，后來請教同學(xué)，他們也遇到了同樣的困惑。任何事情都不可能是一帆風(fēng)順的，開始是創(chuàng)建網(wǎng)絡(luò)表時出現(xiàn)問題，后來是沒有差錯但出來的仿真波形不是預(yù)計中的，這確實很難修改。輸出時仿真波形總是一條直線，我弄了一晚上也找不出原因，整個人也顯得焦躁不已。接下來，開始了我們的實物焊接階段。之前的電工實習(xí)讓我簡單的接觸到了焊接實物，以為會比較輕松，但實際焊接起來才發(fā)現(xiàn)此次與電工實習(xí)中的焊接實物有很大的不同，要自己對焊板上元件進行布置和焊接電路元件連線，增加了很大的難度。由于采用了電路板，為了使步線美觀、簡潔，還真是費了我們不少精力，經(jīng)過不斷的修改與討論，最終結(jié)果還比較另人滿意。經(jīng)過這段課程設(shè)計的日