OCL音頻功率放大器設(shè)計實驗報告

1、OCL音頻功率放大器設(shè)計調(diào)試報告 班級 11級電子（2）班 學(xué)號 201172020247 姓名 芮守婷 2013 年 6月 5日 一、實驗?zāi)康?、通過親自實踐，用分立元件搭接焊接成一個低頻功放，在使其正常工作的基礎(chǔ)上通過調(diào)試以達到優(yōu)化的目的； 2、通過此次試驗驗證模擬電子技術(shù)的有關(guān)理論，進一步鞏固自身的基本知識和基礎(chǔ)理論。 3、通過實驗過程培養(yǎng)綜合運用所學(xué)知識解決實際問題的工作能力； 4、同時提高提高團隊意識，加強協(xié)作精神。 二、指標(biāo)要求1、輸出功率：20W2、負載：8歐3、電壓增益：40dB4、帶寬：10HZ40KHZ三、功放的分類及簡單介紹功率放大器(簡稱功放)的作用是給音頻放大器的負載

2、RL(揚聲器)提供一定的輸出功率。當(dāng)負載一定時，希望輸出的功率盡可能大，輸出信號的非線性失真盡可能地小，效率盡可能高。音頻放大器的目的是以要求的音量和功率水平在發(fā)聲輸出元件上重新產(chǎn)生真實、高效和低失真的輸入音頻信號。音頻頻率范圍約為20 Hz20 kHz，因此放大器必須在此頻率范圍內(nèi)具有良好的頻率響應(yīng)。本設(shè)計中要求設(shè)計一個實用的音頻功率放大器。功率放大電路的電路形式很多，有雙電源供電的OCL互補對稱功放電路，單電源供電的OTL功放電路，BTL橋式推挽電路和變壓器耦合功放電路，等等。我選用的是雙電源供電的OCL互補推挽對稱功放電路。此推挽功率放大器的工作狀態(tài)為甲乙類。推挽功率放大器的工作狀態(tài)之所

3、以設(shè)為甲乙類而不是乙類，其目的是為了減少“交越失真”。若設(shè)置為乙類狀態(tài)，由于兩管的靜態(tài)工作點取在晶體管輸入特性曲線的截止點上，因而沒有基極偏流。這時由于管子輸入特性曲線有一段死區(qū)，而且死區(qū)附近非線性又比較嚴重，因而在有信號輸入、引起兩管交替工作時，在交替點的前后便會出現(xiàn)一段兩管電流均為零或非線性嚴重的波形；對應(yīng)地，在負載上便產(chǎn)生了交越失真。 將工作狀態(tài)設(shè)置為甲乙類便可大大減少交越失真。這時，由于兩管的工作點稍高于截止點，因而均有一很小的靜態(tài)工作電流ICQ。 這樣，便可克服管子的死區(qū)電壓， 使兩管交替工作處的負載中電流能按正弦規(guī)律變化，從而克服了交越失真。 OCL互補推挽對稱功放電路一般包括驅(qū)動

4、級和功率輸出級，前者為后者提供一定的電壓幅度，后者則向負載提供足夠的信號頻率，以驅(qū)動負載工作。作為一個音頻功放而言它有哪些特點了？1、輸出功率足夠大為獲得足夠大的輸出功率， 功放管的電壓和電流變化范圍應(yīng)很大。 2、效率要高功率放大器的效率是指負載上得到的信號功率與電源供給的直流功率之比。 3、非線性失真要小功率放大器是在大信號狀態(tài)下工作，電壓、 電流擺動幅度很大，極易超出管子特性曲線的線性范圍而進入非線性區(qū)， 造成輸出波形的非線性失真，因此，功率放大器比小信號的電壓放大器的非線性失真問題嚴重。 其性能指標(biāo)又是怎樣了？音頻功率放大器的主要作用是向負載提供功率，要求輸出功率盡可能大，效率盡可能高。

5、非線性失真盡可能小。功放的性能指標(biāo)參數(shù)如下：1.靈敏度對放大器來說，靈敏度一般指達到額定輸出功率或電壓時輸入端所加信號的電壓大小，因此也稱為輸入靈敏度；對音箱來說，靈敏度是指給音箱施加1W的輸入功率, 在喇叭正前方1米遠處能產(chǎn)生多少分貝的聲壓值。2.阻尼系數(shù)負載阻抗與放大器輸出阻抗之比。使用負反的晶體管放大器輸出阻抗極低，僅零點幾歐姆甚至更小，所以阻尼系數(shù)可達數(shù)十到數(shù)百。3.反饋也稱為回授，一種將輸出信號的一部分或全部回送到放大器的輸入端以改變電路放大倍數(shù)的技術(shù)。負反饋導(dǎo)致放大倍數(shù)減小的反饋稱為負反饋。負反饋雖然使放大倍數(shù)蒙受損失，但能夠有效地拓寬頻響，減小失真，因此應(yīng)用極為廣泛。正反饋使放大

6、倍數(shù)增大的反饋稱為正反饋。正反饋的作用與負反饋剛好相反，因此使用時應(yīng)當(dāng)小心謹慎。4.動態(tài)范圍信號最強的部分與最微弱部分之間的電平差.對器材來說,動態(tài)范圍表示這件器材對強弱信號的兼顧處理能力。5.響應(yīng)頻率響應(yīng)簡稱頻響，衡量一件器材對高、中、低各頻段信號均勻再現(xiàn)的能力。對器材頻響的要求有兩方面，一是范圍盡量寬，即能夠重播的頻率下限盡量低，上限盡量高；二是頻率范圍內(nèi)各點的響應(yīng)盡量平坦，避免出現(xiàn)過大的波動。瞬態(tài)響應(yīng)器材對音樂中突發(fā)信號的跟隨能力。瞬態(tài)響應(yīng)好的器材應(yīng)當(dāng)是信號一來就立即響應(yīng)，信號一停就嘎然而止，決不拖泥帶水。 6.信噪比(S/N)又稱為訊噪比，信號的有用成份與雜音的強弱對比，常常用分貝數(shù)表

7、示。設(shè)備的信噪比越高表明它產(chǎn)生的雜音越少。7.屏蔽在電子裝置或?qū)Ь€的外面覆蓋易于傳導(dǎo)電磁波的材料，以防止外來電磁雜波對有用信號產(chǎn)生干擾的技術(shù)。8.阻抗匹配一件器材的輸出阻抗和所連接的負載阻抗之間應(yīng)滿足的某種關(guān)系,以免接上負載后對器材本身的工作狀態(tài)產(chǎn)生明顯的影響。對電子設(shè)備互連來說，例如信號源連放大器，前級連后級，只要后一級的輸入阻抗大于前一級的輸出阻抗5-10倍以上，就可認為阻抗匹配良好；對于放大器連接音箱來說，電子管機應(yīng)選用與其輸出端標(biāo)稱阻抗相等或接近的音箱，而晶體管放大器則無此限制，可以接任何阻抗的音箱。因此對一個功放而言，我們要在保持最大功率的基礎(chǔ)上還要兼顧不失真，有較好的信噪比，靈敏度

8、要好，這些是我們要重點解決的。四、原理分析 1. 直流穩(wěn)壓電源的工作原理 電源是構(gòu)成一個完整功放的重要組成部分，其穩(wěn)定的向外電路提供能量，保證外電路能正常的進行工作。但一般地都是從市電經(jīng)變壓器降壓而實現(xiàn)的，那么如何降壓，如何把交流經(jīng)某些元件變成直流，并保證其能穩(wěn)定的輸出是必須考慮的問題。 做為穩(wěn)壓電源它是由電源變壓器、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。而脈動的直流電壓含有較大的紋波，必須通過濾波電路加以消除，從而得到平滑的直流電壓。 A .變壓器 變壓器的種類有許多，單輸出的雙輸出的，體型有大

9、有小，輸出電壓、功率等依型號而定。外電路所需電壓值、流過電源的電流、外電路的功率都將影響到電源輸出電壓的穩(wěn)定性，因此輸出電壓、本身功率等都是必須考慮的，在本電路中我們選擇雙28v輸出電壓的變壓器。 B .整流電路 要使交流電壓變成直流電壓，整流電路就是必須的。常見的整流電路有單相半波整流、單相全波整流、單相橋式整流和倍壓整流電路。由于橋式整流電路輸出電壓高，紋波電壓較小，管子所承受的最大反向電壓較低，同時因電源變壓器在正、負半周內(nèi)都有電流供給負載，電源變壓器得到了充分的利用，效率較高。因此我們在此采用最大電流2A的整流橋。 C. 濾波電路 濾波電路用于濾去整流輸出電壓中的紋波，一般由電抗元件組

10、成。其工作機理是，點抗性元件在電路中有儲能作用，并聯(lián)的電容器C在電源供給的電壓升高時，能把部分能量儲有平波的作用。電感也有平波的作用，使負載電壓比較平滑。電容濾波一般針對小功率電源，而電感濾波多用于大功率電源中。由于該電路采用雙電源形式，我們將采取上下并聯(lián)兩組電容的形式來作為濾波電路。并且電容由大到小依次排列。第二級電容采用鉭電解電容有效地防止了低頻干擾成分對電路的干擾 , 第三極電容采用獨石電容防止了高頻成分的干擾,同時也提高了電源的穩(wěn)定性. 本實驗設(shè)計電源為可調(diào)的直流穩(wěn)壓電源，且為雙電源OCL，其組成部分為：變壓、整流、濾波、穩(wěn)壓四部分。此設(shè)計中穩(wěn)壓部分用集成穩(wěn)壓芯片，確定為可調(diào)式三端集成

11、穩(wěn)壓器LM317和LM337。穩(wěn)壓芯片LM317LM337輸出電壓1.25V37V-1.2V-37V輸出電流5mA1.5A0.4A2.2A LM317和LM337的性能參數(shù)如下： 最大輸出電壓=1.25*（1+R3/R1）電源整流部分用整流橋KBU610，它的額定電流為6A，最高承受電壓為1000V。電源的保護電路用整流管1N4007，當(dāng)輸出短路時，C1上的電壓倍D1泄放，從而達到反偏保護；當(dāng)輸入短路時，C7等元件上的電壓被D3泄放，用于防止內(nèi)部調(diào)整管反偏；它的參數(shù)為：最大正向平均整流電流：1A最高反向耐壓：1000V 低的反向漏電流：5C3、C4、C5、C6用于輸入濾波，C1用于提高IC的紋

12、波抑制能力，C7用于改善IC的瞬態(tài)響應(yīng)。 2. 功放電路的工作原理由輸入級、中間電壓放大級、互補輸出級三部分組成。輸入級由兩個三極管2N3904組成差分式放大電路，差分式放大電路具有對稱性，可提高電路的共模抑制比，抑制零點漂移。電壓放大級是利用二極管進行偏置的互補對稱電路，可消除交越失真，三極管2N3906作為它的前置放大級，進行激勵放大。對管2N3904和2N3906組成互補對稱電路，對電流進行放大， TIP41C和TIP41C分別與前級的2N3904和2N3906組成達林頓管，對電流進行二次放大。電路輸入部分采用了電容耦合,這樣前級的輸入信號就可以幾乎沒有衰減地傳遞到后級的輸入端.電路中C

13、1就起了這個作用.差分輸入級由Q1、Q2、R3、R13及R5組成,這里屬于長尾式差分放大器, R2為基極提供了有效地偏置 , Q3的作用是激勵放大,對前級輸出的信號進行再次的放大,提高增益.兩個二極管為D2和D1提供了較穩(wěn)定的電壓,適量管在靜態(tài)時微導(dǎo)通,有效地消除了交越失真; R3是Q3的偏執(zhí)電阻,給Q3提供一個導(dǎo)通的條件, R12和C5是為模匹配而加的,做為輸出級驅(qū)動的揚聲器,它本身是由線圈組成的,具有感性成分,而電容又具有容性成分,這樣就可以達到最大輸出的模匹配,是放大達到了最大.做為R10和C3它們構(gòu)成了交流電壓負反饋.能有效的減小非線性失真.電容C2和C4為防止自激而加的補償電容。各三

14、極管的參數(shù)如下：2N39042N3906TIP41CTIP42CV（ceo）40V40V100VV（cbo）60V40V100VV（ebo）6.0V5.0V5VIc200mA200mA6A電流增益帶寬積200MHZ250MHZ放大倍數(shù)100400100400 3、名詞解釋（1）零點漂移：輸入電壓為零，輸出電壓偏離零值的變化。它又被簡稱為零漂。 零點漂移是怎樣形成的：運算放大器均是采用直接耦合的方式，我們知道直接耦合式放大電路的各級的Q點是相互影響的，由于各級的放大作用，第一級的微弱變化，會使輸出級產(chǎn)生很大的變化。當(dāng)輸入短路時（由于一些原因使輸入級的Q點發(fā)生微弱變化 象：溫度），輸出將隨時間緩慢

15、變化，這樣就形成了零點漂移。 產(chǎn)生零漂的原因是：晶體三極管的參數(shù)受溫度的影響。解決零漂最有效的措施是：采用差分放大器。（2）自激：如果在放大器的輸入端不加輸入信號，輸出端仍有一定的幅值和頻率的輸出信號，這種現(xiàn)象叫做自激振蕩。 產(chǎn)生自激振蕩必須同時滿足兩個條件： 1、幅度平衡條件|AF|=1 2、相位平衡條件A+F=±2n（n=0,1,2,3···） 同時起振必須滿足|AF|略大于1的起振條件 基本放大電路必須由多級放大電路構(gòu)成，以實現(xiàn)很高的開環(huán)放大倍數(shù)，然而在多級放大電路的級間加負反饋，信號的相位移動可能使負反饋放大電路工作不穩(wěn)定，產(chǎn)生自激振蕩。負反饋放

16、大電路產(chǎn)生自激振蕩的根本原因是AF（環(huán)路放大倍數(shù)）附加相移. 單級和兩級放大電路是穩(wěn)定的，而三級或三級以上的負反饋放大電路，只要有一定的反饋深度，就可能產(chǎn)生自激振蕩，因為在低頻段和高頻段可以分別找出一個滿足相移為180度的頻率（滿足相位條件），此時如果滿足幅值條件|AF|=1，則將產(chǎn)生自激振蕩。因此對三級及三級以上的負反饋放大電路，必須采用校正措施來破壞自激振蕩，達到電路穩(wěn)定工作目的。 可以采用頻率補償（又稱相位補償）的方法，消除自激振蕩。 常用補償方法有：一、滯后補償（電容滯后補償、RC滯后補償和密勒效應(yīng)補償）；二、超前補償：使回路增益的附加相移增大的相位補償。五、調(diào)試部分1、電源部分遇到的

17、問題問題的解決方法感想與收獲電源部分的錯誤均為自己在焊接時的粗心造成的，還好沒把電容焊反，沒導(dǎo)致嚴重的元件損壞，在以后的焊接過程中得再細心認真才行。在購買元件時得注意它的額定電壓，必須高于電路中所供的電壓。1、接通電源后，發(fā)現(xiàn)電源負極的滑變冒煙；檢查電路，發(fā)現(xiàn)把保護電路中的整流管D4接反了；2、解決了問題后通電源發(fā)現(xiàn)濾波電容和整流橋發(fā)熱；繼續(xù)檢查電路，發(fā)現(xiàn)把整流橋的正負極弄反了；3、上述問題解決后測量輸出電壓，發(fā)現(xiàn)正負極均不可調(diào)；檢查電路，滑變接錯了；4、將電源部分和功放部分合并，接上信號發(fā)生器，輸出接示波器，測量輸出信號，示波器上未顯示出輸出信號；電源部分的穩(wěn)壓芯片發(fā)燙；通電一會兒后功放部分

18、的輸入端的1u的電容爆了先檢查電路，確定電路連接合適，和同學(xué)討論得，電源供電太大（雙32V），超過了電容的額定電壓2、功放部分（1）靜態(tài)工作點的調(diào)試開始的電路圖是兩個二極管之間沒有那一節(jié)點，使得靜態(tài)工作點怎么也調(diào)不合適。解決方法：變化電路圖為現(xiàn)在的這樣，結(jié)果靜態(tài)工作點很快就調(diào)好了。且給Q4提供偏置電壓的那一點的點位為1.3左右，對應(yīng)Q5那里為-1.3左右。有時通電時間過長正極電壓會變成負的。解決方法：八成是把正極的哪個三極管燒了，要么擊穿要么燒壞了，這樣就把正極的點位拉下去了，所以變成了負的。為了方便調(diào)試，將某些關(guān)鍵部位的電阻用電位器代替，注意有的需要加定值保護電阻，而且先把電位器調(diào)到接近需要的阻值時再焊接上去。（2）電壓放大當(dāng)把靜態(tài)工作點都調(diào)好以后，電壓只是放大了2.5倍，測試所有的管子工作均合適，而且中點電壓接近于零。發(fā)現(xiàn)反饋不可調(diào)。此問題未解決六、 制作過程中應(yīng)該注意的問題1 . 電路的排版及焊接做完上述工作后就得采購元件開始焊接了,焊接前先做排版,怎樣把元件安排好,有彼此之間不會產(chǎn)生影響.(1)盡可能縮短高頻元器件之間的連線，設(shè)法減少它們的分布參數(shù)和相互間的電磁干擾。易受干擾的元器件不能相互挨得太近，輸入和輸出元件應(yīng)盡量遠離。(2)某些元器件或?qū)Ь€之間可能有較高的電位差，應(yīng)加大它們之間的距離，以免放電引出意外