模電課程設(shè)計(jì)報(bào)告OCL功率放大器設(shè)計(jì)

1、一、課程設(shè)計(jì)任務(wù)及要求1、設(shè)計(jì)目的學(xué)習(xí)音頻功率放大器的設(shè)計(jì)方法了解集成功率放大器部電路工作原理根據(jù)設(shè)計(jì)要求，完成對(duì)音頻功率放大器的設(shè)計(jì)，進(jìn)一步加強(qiáng)對(duì)模擬電 子技術(shù)的了解 采用集成運(yùn)放與晶體管原件設(shè)計(jì)OCL功率放大器 培養(yǎng)實(shí)踐技能,提高分析和解決實(shí)際問(wèn)題的能力2、設(shè)計(jì)指標(biāo)頻率響應(yīng):20Hz f 20KHz輸出功率:P。4w負(fù)載電阻:Rl=8Q非線性失真盡量小輸入信號(hào):U V0.1VI3、設(shè)計(jì)要求畫(huà)出電路原理圖元器件及參數(shù)選擇電路的仿真與調(diào)試分析設(shè)計(jì)要求，明確性能指標(biāo)；查閱資料、設(shè)計(jì)方案分析對(duì)比。4、制作要求論證并確定合理的總體設(shè)計(jì)方案，繪制結(jié)構(gòu)框圖。5、OCL功率放大器各單元具體電路設(shè)計(jì)?？傮w方

2、案分解成若干子系統(tǒng)或單元電路，逐個(gè)設(shè)計(jì)，計(jì)算電路元件參數(shù)；分析工作性能。6、完成整體電路設(shè)計(jì)及論證。7、編寫(xiě)設(shè)計(jì)報(bào)告寫(xiě)出設(shè)計(jì)與制作的全過(guò)程，附上有關(guān)資料和圖紙，有心得體會(huì)。二、總體方案設(shè)計(jì)1、設(shè)計(jì)思路功率放大器的作用是給負(fù)載提供一定的輸出功率，當(dāng)Ri-定時(shí),希望輸出功率盡可能大，輸出信號(hào)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(diǎn)漂移，為了獲得足夠大的輸出功率驅(qū)動(dòng)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(jí)，推動(dòng)級(jí)和輸出機(jī)等部分組成。2、OCL功放各級(jí)的作用和電路結(jié)構(gòu)特征輸入級(jí)：主要

3、作用是抑制零點(diǎn)漂移，保證電路工作穩(wěn)定，同時(shí)對(duì) 前級(jí)（音調(diào)控制級(jí)）送來(lái)的信號(hào)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(dòng)放大電路，且設(shè)置的靜態(tài)偏置電流較小。推動(dòng)級(jí)作用是獲得足夠高的電壓放大倍數(shù),以及為輸出級(jí)提供足夠 大的驅(qū)動(dòng)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(jí)要大。輸出級(jí)的作用是給負(fù)載提供足夠大的輸出信號(hào)功率,可采用有復(fù)合 管構(gòu)成的甲乙類互補(bǔ)對(duì)稱功放或準(zhǔn)互補(bǔ)功放電路。此外，還應(yīng)考慮為穩(wěn)定靜態(tài)工作點(diǎn)須設(shè)置交流負(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(guò)流保 護(hù)電路等。電路設(shè)計(jì)時(shí)各級(jí)應(yīng)設(shè)置合適的靜態(tài)工作點(diǎn)，在組裝

4、完畢后 須進(jìn)行靜態(tài)和動(dòng)態(tài)測(cè)試，在波形不失真的情況下，使輸出功率最大。 動(dòng)態(tài)測(cè)試時(shí)，要注意消振和接好保險(xiǎn)絲，以防損壞元器件。三、單元電路的選擇與設(shè)計(jì)1、設(shè)計(jì)方案利用三極管的電流控制作用或場(chǎng)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(hào)變化的電流。因?yàn)槁曇羰遣煌穹筒煌?頻率的波，即交流信號(hào)電流，三極管的集電極電流永遠(yuǎn)是基極電流的 5倍，5是三極管的交流放大倍數(shù)，應(yīng)用這一點(diǎn)，若將小信號(hào)注入基 極，則集電極流過(guò)的電流會(huì)等于基極電流的B倍，然后將這個(gè)信號(hào)用 隔直電容隔離出來(lái)，就得到了電流（或電壓）是原先的B倍的大信號(hào)， 這現(xiàn)象成為三極管的放大作用。經(jīng)過(guò)不斷的電流及電壓放大，就完成 了功率放大。

5、2、確定工作電壓為了達(dá)到輸出功率10W的設(shè)計(jì)要求，同時(shí)使電路安全可靠地工作，電路的最大輸出功率Pom應(yīng)比設(shè)計(jì)指標(biāo)大些，一般取P帥2 (1.52) P。即本設(shè)計(jì)中電路的最大輸出功率應(yīng)按68W來(lái)考慮。由于是P = U 2OM 2 R omL因此，最大輸出電壓為U omT C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V = (1.21.5) UCCOM3、功率輸出級(jí)的設(shè)計(jì)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，其承受的最大 反向電壓U cemax r2V ，每個(gè)管的最大集電極電流為I頃皿產(chǎn)CC /R14+R l，每個(gè)管的最大集電

6、極功耗為P c 20.2P om。復(fù)合管的選擇V1,V3分別與V2,V4組成復(fù)合管，它們承受的最大電壓均為2，考慮到R7,R8的分流作用和晶體管的損耗,在估算V1,V3的集電 CC極最大電流和最大管耗時(shí)河近似為I1 C max = 1 CmaxT5)*2PP =P r(1.115) gmaxmaX2電阻r6-ri 1的估算r7,r8用來(lái)減小復(fù)合管的穿透電流淇值太小會(huì)影響復(fù)合管的穩(wěn) 定性,太 大又會(huì)影響輸出功率,一般取R7=R8=(5-10)Ri2。Ri2為V2 管輸入端的等效輸入電阻，其大小為Ri2=rbe 2 + (1+B) R10 (大功率 管的r約為10歐)輸出管V2, V4的發(fā)射極電阻

7、R10，R11用于獲得電 流負(fù)反饋?zhàn)饔?，使電路工作更加穩(wěn)定，一般取R10=R11= (0.05-0.1)R。L由于V”V3管的類型不同，接法也不一樣，因此兩管的輸入阻 抗不一樣，會(huì)使加到匕，V3的基極輸入端的信號(hào)不對(duì)稱。為此，加 r6，r9作為平衡電阻，使兩管的輸入電阻相等。確定偏置電路為了克服交越失真，二V8, V9和R7，R8共同組成輸出級(jí)的 偏置電路，以使輸出級(jí)工作于甲乙類狀態(tài)。其中V8, V9選擇與復(fù)合 管V4, V5相同材料的硅二極管，可獲得較好的的溫度補(bǔ)償作用。方案設(shè)計(jì)電路圖集成運(yùn)放放大器與晶體管組成的功率放大器圖_各單元電路設(shè)計(jì)、參數(shù)計(jì)算和元器件選擇：元器件清單：電阻：R1=4.

8、7KQ;R2=4.3KQ;R3=47KQ;R7=68KQ;R8=1KQ（電位器）：R9=10QK;R10=22Q;R11=220Q;R12=22Q;R13=220Q;R14=0.5Q；R16=8Q；電容：C1=C2=10pF;C4=C5=220pF;C6=C7=0.01pF總電路圖及其工作原理工作原理：用差分放大輸入級(jí)抑制零漂，如前所述，為了使R在靜態(tài)時(shí)L沒(méi)有直流電流通過(guò)，即A點(diǎn)的靜態(tài)直流電位為零，所以采用正，負(fù) 對(duì)稱的兩個(gè)小電源（+V , -V ）o但是溫度的變化又會(huì)引起零漂， 所以應(yīng)采用差分放大器作為輸入級(jí)，用它來(lái)抑制A點(diǎn)電位因受溫度 等因素影響而產(chǎn)生的零漂。其他元器件的作用。V3管為激勵(lì)

9、級(jí)，它把V1管輸出信號(hào)再 進(jìn)行一次放大后去推動(dòng)功率輸出級(jí)的功放管工作,故該級(jí)又稱為推動(dòng) 級(jí)。C5是高頻負(fù)反饋電容，防止V3高頻自激。R7, V8, V9為功放管提供靜態(tài)偏置，防止交越失真，把V4, 5基極直流電信分開(kāi)，并利用V8, V9補(bǔ)償功放管的溫度特性，以穩(wěn) 定功放管的基極偏流。R5, C3, R6組成電壓串聯(lián)負(fù)反饋電路。C3對(duì)低頻信號(hào)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(qiáng)。 分壓比適當(dāng)則既可減小信號(hào)非線性失真，又不致造成放大器增益下降 太多。R16, C6稱中和電路，防止由于感性負(fù)載而引起高頻自激。R4, C2是差動(dòng)放大器的電源濾波電路。稱自舉電容，

10、用來(lái)提高功率輸出級(jí)的增益。4由圖可知，當(dāng)輸入信號(hào)為正半周時(shí)，經(jīng)V1, V2和V3次放大 并反相，七也為正半周，則匕，V。復(fù)合管導(dǎo)通信號(hào)放大后經(jīng)匕， R ,地，+V返回V4, V6形成回路，在負(fù)載R上有放大了的正半 周電流通過(guò)，其方向如圖中的實(shí)線所示。同理可知負(fù)半周上的i2通 過(guò)，如圖中虛線所示。這樣輪流推挽工作，在R上就獲得功率放大L后的完整信號(hào)。五、功率放大器元件明細(xì)表兀件大小數(shù)量心人（單位:個(gè)）運(yùn)算放大器CF7411二極管2CP102三極管3DG613DD0113CG2113DD11電阻1Q230Q1240。41KQ27KQ247KQ210KQ18KQ1電容0.1|jF110pF2六、總結(jié)課設(shè)的過(guò)程是艱辛的，但是收獲是巨大的。首先，我們?cè)僖淮蔚?專加深鞏固了對(duì)已有的知識(shí)的理解及認(rèn)識(shí)；其次，我們第一次將課本知 識(shí)運(yùn)用到了實(shí)際設(shè)計(jì)，使得所學(xué)知識(shí)在更深的層次上得到了加深。再 次，因?yàn)檫@次課程設(shè)計(jì)的確在某些方面存有一定難度，這對(duì)我們來(lái)講 都是一種鍛煉，培養(yǎng)了我們自學(xué)、查閱搜集資料的能力；再有，計(jì)算 操作過(guò)程中，我們?cè)?jīng)面臨過(guò)失敗、品味過(guò)茫然，但是最終我們還是 堅(jiān)持下來(lái)了，這就是我們意志、耐力和新年上的勝利，在今后的日子 里，它必將成為我們的寶貴財(cái)富