OCL功率放大器設(shè)計(jì)解讀

1、設(shè)計(jì)題目：OCL功率放大器設(shè)計(jì)姓名：學(xué)號(hào)：班級(jí)：14級(jí)專業(yè)：電子信息工程設(shè)計(jì)時(shí)間：20162016年7月4日目錄概括3一、任務(wù)及要求：41.設(shè)計(jì)任務(wù)42.設(shè)計(jì)要求4二整體方案設(shè)計(jì)41.設(shè)計(jì)思路42.OCL功放各級(jí)的作用和電路構(gòu)造特色4三單元電路的選擇及設(shè)計(jì)51、設(shè)計(jì)方案52、設(shè)計(jì)選擇5(1)設(shè)計(jì)一個(gè)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)UBE的倍增電路電路圖7四.整體電路圖9五元器件參數(shù)的選擇：10a.確立工作電壓VCC10b.功率輸出級(jí)的設(shè)計(jì)：11c.推進(jìn)級(jí)（V4）的設(shè)計(jì)12d.輸入級(jí)的設(shè)計(jì)13六、總結(jié)與領(lǐng)會(huì)15概括(1)放大電路實(shí)質(zhì)上都是能

2、量變換電路。從能量控制的看法來看，功率放大電路和電壓放大電路沒有實(shí)質(zhì)的差別。可是，功率放大電路和電壓放大電路所要達(dá)成的任務(wù)是不同的。對(duì)電壓放大電路的主要的要求是使其輸出端獲取不失真的電壓信號(hào)，議論的主要指標(biāo)是電壓增益，輸入和輸出阻抗等，輸出的功率其實(shí)不一定大。而功率放大電路則不同，它主要要求獲取必定的不失真（或失真較小）的輸出功率，所以功率放大電路包括這一系列在電壓放大電路中沒有出現(xiàn)過的特別問題，這些問題是：要求輸出功率盡可能大為了獲取大的功率輸出，要求功放管的電壓和電流都有足夠大的輸出幅度，所以器件常常在靠近極限運(yùn)用狀態(tài)下工作。效率更高(2)因?yàn)檩敵龉β蚀?，所以直流電源耗費(fèi)的功率也大，這就存

3、在一個(gè)效率問題。所謂效率就是負(fù)載獲取的實(shí)用信號(hào)功率和電源供應(yīng)的直流功率的比值。這個(gè)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(hào)下工作，所以不可以防止地會(huì)產(chǎn)生非線性失真，并且同一功放管輸出功率越大，非線性失真常常越嚴(yán)重，這就使輸出功率和非線性失真成為一對(duì)主要矛盾?？墒?，在不同場合下，對(duì)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(hào)功率，器件承受的電壓高。為了充分利用同意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(gè)重要問題了。(5)別的，在功率放大電路中，為了輸出較大的信號(hào)功率，器件承受的電壓要高，經(jīng)過的電流要大，功率管破壞的

4、可能性也就比較大，所以功率管的破壞與保護(hù)問題也不容忽略。(6)OCL功率放大器是一種一種直接耦合的功率放大器，它擁有頻響寬，保真度高，動(dòng)向特征好及易于集成化等特色。OCL是英文OutputCapacitorLess的縮寫，意為無輸出電容。采納兩組電源供電，使用了正負(fù)電源，在電壓不太高的狀況下，也能獲取比較大的輸出功率，省去了輸出端的耦合電容。使放大器低頻特征獲取擴(kuò)展。OCL功放電路也是定壓式輸出電路。3一、任務(wù)及要求：設(shè)計(jì)任務(wù)(1)所有或部分分別原件(2)額定輸出功率po=2W(3)負(fù)載電阻RL=8(4)失真度r3%(5)設(shè)計(jì)放大器所用直流穩(wěn)壓電源設(shè)計(jì)要求(1)畫出電路原理圖(2)元器件及參數(shù)

5、選擇(3)電路的仿真及調(diào)試二整體方案設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)思路功率放大器的作用是給負(fù)載RL提必定的輸出功率，當(dāng)RL準(zhǔn)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。因?yàn)镺CL電路采納直接耦合方式，為了保證工作穩(wěn)固，一定采納有效舉措克制零點(diǎn)漂移，為了獲取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)。所以，性能優(yōu)秀的OCL功率放大器應(yīng)由輸入級(jí)，推進(jìn)級(jí)和輸出級(jí)部分構(gòu)成。OCL功放各級(jí)的作用和電路構(gòu)造特色輸入級(jí)：主要作用是克制零點(diǎn)漂移，保證電路工作穩(wěn)固，同時(shí)對(duì)前級(jí)（音調(diào)控制級(jí)）送來的信號(hào)作用低失真，低噪聲放大。為此，采納帶恒流源的，由復(fù)合4管構(gòu)成的差動(dòng)放大電路，且設(shè)置的靜態(tài)偏置

6、電流較小。推進(jìn)級(jí)的用是獲取足夠高的電壓放大倍數(shù)，以及為輸出級(jí)供應(yīng)足夠大的驅(qū)動(dòng)電流，為此，可采納集電極有源負(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)載供應(yīng)足夠大的輸出信號(hào)功率，可采納有復(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。三單元電路的選擇及設(shè)計(jì)1、設(shè)計(jì)方案利用三極管的電流控制作用或場效應(yīng)管的電壓控制作用將電源的功率變換為依據(jù)輸入信號(hào)變化的電流。因?yàn)槁曇羰遣煌穹筒煌l次的波，即溝通信號(hào)電流，三極管的集電極電流永久是基極電流的倍，是三極管的溝通放大倍數(shù)，應(yīng)用這一點(diǎn)，若將小信號(hào)注入基極，則集電極流過的電流會(huì)等于基極電流的倍，而后將這個(gè)信號(hào)用隔直電容隔絕出來，就獲取

7、了電流(或電壓)是原來的倍的大信號(hào)，這現(xiàn)象成為三極管的放大作用。經(jīng)過不停的電流及電壓放大，就達(dá)成了功率放大。2、設(shè)計(jì)選擇(1)設(shè)計(jì)一個(gè)放大器所需要的直流穩(wěn)壓電源U2OMPOM2RL又UOM2POMRLVCC(1.21.5)UOM則能夠得出VCC=17V24V,此時(shí)取VCC=20V.該直流穩(wěn)壓電源的圖形如下圖：5在電子線路中，往常都需要電壓穩(wěn)固的直流電源供電。小功率穩(wěn)壓電源一般有電源變壓器、整流、濾波和穩(wěn)壓電路等四部分構(gòu)成。電源變壓器是將溝通電網(wǎng)220V的電壓變?yōu)樗枰碾妷褐担蠼?jīng)過整流電路將溝通電壓變?yōu)槊}動(dòng)的直流電壓。因?yàn)榇嗣}動(dòng)的直流電壓還含有較大的紋波，一定經(jīng)過濾波電路加以濾除，進(jìn)而獲取

8、光滑的直流電壓。但這樣的電壓還隨電網(wǎng)電壓顛簸（一般有10%左右的顛簸）、負(fù)載和溫度的變化而變化，因此在整流、濾波電路以后，還需接穩(wěn)壓電路。穩(wěn)壓電路的作用是當(dāng)電網(wǎng)電壓顛簸、負(fù)載和溫度變化時(shí)，保持輸出直流電壓的穩(wěn)固。當(dāng)負(fù)載和溫度變化時(shí)，保持輸出直流電壓穩(wěn)固。差分放大電路電路圖6差分放大電路在性能放大那個(gè)面有很多長處，是模擬集成電路的又一重要構(gòu)成部分。上圖時(shí)用兩個(gè)特征相同的三端器件V1、V2所構(gòu)成的單端輸入的差分放大電路。圖中R0為實(shí)質(zhì)電流源的動(dòng)向輸出電阻，其阻值一般很大，簡單知足R0Re（發(fā)射結(jié)電阻）的條件，這樣就能夠認(rèn)為R0支路相當(dāng)于開路，輸入信號(hào)電壓近似地均分在兩管的輸入回路上，如圖中表現(xiàn)了射

9、極耦合的作用。復(fù)合管放大電路電路圖雙極性三極管（BJT）有兩種種類：NPN型和PNP型。他們分別有三個(gè)極：發(fā)射極e、集電極c和基極b。當(dāng)BJT用作放大器件時(shí)，不論是NPN型仍是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7UBE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(hào)并不是輸入信號(hào)的完好、真切的放大，而是多多少少走了樣，這類走樣即是失真,惹起失真有多種.我們在剖析時(shí)，是把三極管的門限電壓看作為零，但實(shí)質(zhì)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(shí)，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，

10、產(chǎn)生失真。這類失真出此刻通過零值處，所以它被稱為交越失真。因?yàn)榫w管的門限電壓不為零，比方硅三極管，NPN型在0.7V以上才導(dǎo)通，這樣在00.7就存在死區(qū)，不可以完好模擬出輸入信號(hào)波形，PNP型小于-0.7V才導(dǎo)通，比方當(dāng)輸入的溝通的正弦波時(shí)，在-0.70.7之間兩個(gè)管子都不可以導(dǎo)通，輸出波形對(duì)輸入波形來說這就存在失真，即為交越失真。我們戰(zhàn)勝交越失真的舉措是：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(hào)，使其立刻進(jìn)入線性工作區(qū)能夠給互補(bǔ)管一個(gè)靜態(tài)偏置。此時(shí)我們利用二極管和電阻的壓降產(chǎn)生偏置電壓進(jìn)而戰(zhàn)勝交越失真.8四整體電路圖工作原理簡單介紹：1）用差分放大輸入級(jí)克制零漂，如前所

11、述，為了使RL在靜態(tài)時(shí)沒有直流電流經(jīng)過，即A點(diǎn)的靜態(tài)直流電位為零，所以采納正，負(fù)對(duì)稱的兩個(gè)小電源VCC，VCC）?？墒菧囟鹊淖兓謺?huì)惹起零漂，所以應(yīng)采納差分放大器作為輸入級(jí)，用它來克制A點(diǎn)電位因受溫度等要素影響而產(chǎn)生的零漂。2）其余元器件的作用:V3管為激勵(lì)級(jí)，它把V1管輸出信號(hào)再進(jìn)行一次放大后9去推進(jìn)功率輸出級(jí)的功放管工作，故該級(jí)又稱為推進(jìn)級(jí)。C5是高頻負(fù)反應(yīng)電容，防備V3高頻自激。（3）R7，V8，V9為功放管供應(yīng)靜態(tài)偏置，防備交越失真，把V4，V5基極直流電信分開，并利用V8，V9賠償功放管的溫度特征，以穩(wěn)固功放管的基極偏流。4）R5，C3，R6構(gòu)成電壓串連負(fù)反應(yīng)電路。C3對(duì)低頻信號(hào)短路

12、，分壓比R6/（R5+R6）為反應(yīng)系數(shù)，R6越大，反應(yīng)量越大，反應(yīng)越強(qiáng)。分壓比適合則既可減小信號(hào)非線性失真，又不致造成放大器增益降落太多。5）R16，C6稱中和電路，防備因?yàn)楦行载?fù)載而惹起高頻自激。6）R4，C2是差動(dòng)放大器的電源濾波電路。7）C4是自舉電容，用來提升功率輸出級(jí)的增益。由圖可知，當(dāng)輸入信號(hào)u1為正半周時(shí)，經(jīng)V1，V2和V3次放大并反相，uc3也為正半周，則V4，V6復(fù)合管導(dǎo)通，信號(hào)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i1經(jīng)過，其方向如圖中的實(shí)線所示。同理可知負(fù)半周上的i2經(jīng)過，如圖中虛線所示。這樣輪番推挽工作，在RL上就獲取功

13、率放大后的完好信號(hào)。五元器件參數(shù)的選擇：a.確立工作電壓VCC為了達(dá)到額定輸出功率po=8W的設(shè)計(jì)要求，同時(shí)使電路安全靠譜地工作，電路的最大輸出功率應(yīng)比設(shè)計(jì)指標(biāo)大些，一般取POM(1.52)PO。10POM(14,16)又1U2OMPOMRL2UOM2POMRL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VCC(1.21.5)UOM同直流穩(wěn)壓電源相同取VCC=20V。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為同種類的NPN型大功率管，則有：1.每個(gè)晶體管的最大集電極電流為ICmaxVCC20R14RL2.35，80.52.承受的最大反向電壓

14、UCEmax2VCC22040V，3.每個(gè)晶體管的最大集電極功耗為PCmax0.2POMICQUCEQ,ICQ(2030)m選ICQ20mPCmax0.2POMICQUCEQ0.21.580.02122.8W查閱手冊選用3DD5BUBR(CEO)30VICM2.5APCM30W選擇10115011(R11+R12)=R13=(510)rn7（5-10）rbe7(1)R14=（510）（10+51*0.5）=175-375選擇R13=220選擇R11=R12=110。T8和T9的選擇UBR(CEO)4UBR(CEO)52VCC40VIC4(max)IC5(max)(1.11.5)IC6(max)

15、1.51760m52.8m1050PC4(max)PC5(max)(1.11.5)PC6(max)1.52.8W84mW1050查表獲取V4，V53DK4A(NPN)3CG4A(PNP)4550c.推進(jìn)級(jí)（V4）的設(shè)計(jì)為保證對(duì)后級(jí)有足夠的驅(qū)動(dòng)電流則有：ICQ33Ib4(max)Ic4(max)352.8m33.17m450選擇ICQ35m(2,10)m。12ICM52ICQ32510mUBR(CEO)2VCC40VPCM32VCCICQ3250mw查表能夠得出為3CG2050（PNP)又因?yàn)镽7，V8，V9為功放管供應(yīng)靜態(tài)偏置，而V8，V9賠償功放管的溫度特征，這里R7與R8不過起限流保護(hù)電路

16、的作用，其參數(shù)的選擇一般不會(huì)對(duì)電路造成較大的影響，則能夠選用R7=R8=100.直流穩(wěn)壓電源中器件參數(shù)的配置見圖中表示輸入級(jí)的設(shè)計(jì)令I(lǐng)CQ1ICQ2(0.52)mICQ1ICQ2ICQ3選ICQ1ICQ21mICQ32m選用R1，R3，R4R1WBE30.7V700ICQ11m選用R11K(R3R4)WBE2(VCC)(0.7V)(20V)ICQ310.35K2m能夠取R3R45.175KR10選用：因?yàn)榇颂幍腞10同R7與R8相同僅是限流，故取R10100.13選用二極管T1和T2:UBR(CEO)1UBR(CEO)21.2VCC24WPC(max）1PC（max)22VCCI1ce40V1

17、m40mW查表能夠得悉：T1和T2均能夠選為3DG4AR2與R5的選擇：R2R5(15K47K)選用R2R530K當(dāng)該電路中所需的頻次范圍為20HZ20KHZ,并且假設(shè)該信號(hào)源信號(hào)電壓不超出100mV.選用R6：POVOVORLVOPORLAufVOPORLR5Vi100mV1R6R6530選用R6500C3與C6的選用：C3(313110)470uF2feR6220500選用C350uF/63VC1(310)11102.4uF/63V2feR2220331000R16R68C6112feR1622081000選用C60.1uF/16V14六、總結(jié)與領(lǐng)會(huì)經(jīng)過這段時(shí)間的學(xué)習(xí),然我有所進(jìn)步.可是經(jīng)

18、過不停的努力,我最后達(dá)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(shí)質(zhì)應(yīng)用差距較大，有些器件很難找到，后到達(dá)網(wǎng)上搜尋了一下有關(guān)內(nèi)容，趁便到學(xué)校圖書室借有關(guān)書本，經(jīng)過不停比較與議論，最后敲定了高保真音頻功率放大器的電路原理圖，并且咨詢了兄弟班對(duì)于元器件的參數(shù)狀況。為下步實(shí)物連結(jié)打好基礎(chǔ)。在做電路仿真時(shí)，我畫好了電路原理圖，改正好參數(shù)后，創(chuàng)立網(wǎng)絡(luò)列表時(shí)系統(tǒng)老是報(bào)錯(cuò),不論我如何改正都不可以，以后討教同學(xué)，他們也碰到了相同的疑惑。任何事情都不可以能是一帆風(fēng)順的，開始是創(chuàng)立網(wǎng)絡(luò)表時(shí)出現(xiàn)問題，以后是沒有差錯(cuò)但出來的仿真波形不是估計(jì)中的，這的確很難改正。輸出時(shí)仿真波形老是一條直線，我弄了一夜晚也找不出原由，整個(gè)人也顯得急躁不已。接下來，開始了我們的實(shí)物焊接階段。以前的電工實(shí)習(xí)讓我簡單的接觸到了焊接實(shí)物，認(rèn)為會(huì)比較輕松，但實(shí)質(zhì)焊接起來才發(fā)現(xiàn)此次與電工實(shí)習(xí)中的焊接實(shí)物有很大的不同，要自己對(duì)焊板上元件進(jìn)行部署和焊接電路元件連線，增添了很大的難度。因?yàn)椴杉{了電路板，為了使步線雅觀、簡短，還真