模電課程設(shè)計(jì) OTL音頻功率放大器

模擬電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)報(bào)告設(shè)計(jì)課題：OTL音頻功率放大器專業(yè)班級(jí):電子信息工程專業(yè)0701班學(xué)生姓名：指導(dǎo)教師：設(shè)計(jì)時(shí)間：2009-6-25TOC\o"1-5"\h\z\o"CurrentDocument"引言3\o"CurrentDocument"設(shè)計(jì)任務(wù)與要求3\o"CurrentDocument"1.1設(shè)計(jì)任務(wù)3\o"CurrentDocument"1.2設(shè)計(jì)要求3\o"CurrentDocument"OTL音頻功放滿足的具體性能指標(biāo)3\o"CurrentDocument"方案設(shè)計(jì)與論證3\o"CurrentDocument"原理圖元器件清單及原理簡(jiǎn)述44.1總原理圖44.2元器件清單4\o"CurrentDocument"4.3電路原理簡(jiǎn)述4安裝與調(diào)試5\o"CurrentDocument"元件的安裝5\o"CurrentDocument"元件的調(diào)試5\o"CurrentDocument"性能測(cè)試與分析6\o"CurrentDocument"6.1波形測(cè)試6\o"CurrentDocument"6.2主要參數(shù)的測(cè)試與計(jì)算6\o"CurrentDocument"個(gè)人心得體會(huì)7參考文獻(xiàn)7題目OTL音頻功率放大器設(shè)計(jì)者蔡白潔張振山指導(dǎo)教師李艷萍引言O(shè)TL（Outputtransformerless）電路是一種沒(méi)有輸出變壓器的功率放大電路。過(guò)去大功率的功率放大器多采用變壓器耦合方式，以解決阻抗變換問(wèn)題，使電路得到最佳負(fù)載值。但是，這種電路有體積大、笨重、頻率特性不好等缺點(diǎn)，目前已較少使用。OTL電路不再用輸出變壓器，而采用輸出電容與負(fù)載連接的互補(bǔ)對(duì)稱功率放大電路，使電路輕便、適于電路的集成化，只要輸出電容的容量足夠大，電路的頻率特性也能保證，是目前常見(jiàn)的一種功率放大電路。它的特點(diǎn)是：采用互補(bǔ)對(duì)稱電路（NPN、PNP參數(shù)一致，互補(bǔ)對(duì)稱，均為射隨組態(tài)，串聯(lián)，中間兩管子的射極作為輸出），有輸出電容，單電源供電，電路輕便可靠。兩組串聯(lián)的輸出中點(diǎn)”可理解為采用互補(bǔ)對(duì)稱電路（NPN、PNP參數(shù)一致，互補(bǔ)對(duì)稱，均為射隨組態(tài)，串聯(lián)，中間兩管子的射極作為輸出）。1設(shè)計(jì)任務(wù)與要求1.1設(shè)計(jì)任務(wù)：學(xué)習(xí)基本理論在實(shí)踐中綜合運(yùn)用的初步經(jīng)驗(yàn)，掌握模擬電路設(shè)計(jì)的基本方法、設(shè)計(jì)步驟，培養(yǎng)綜合設(shè)計(jì)與調(diào)試能力。培養(yǎng)實(shí)踐技能，提高分析和解決實(shí)際問(wèn)題的能力。掌握OTL音頻功率放大器的設(shè)計(jì)方法，基本工作原理和性能指標(biāo)測(cè)試方法。通過(guò)一個(gè)OTL功率放大器的設(shè)計(jì)、安裝和調(diào)試，進(jìn)一步加深對(duì)互補(bǔ)對(duì)稱功率放大電路的理解，增強(qiáng)實(shí)際動(dòng)手能力。1.2設(shè)計(jì)要求：設(shè)計(jì)時(shí)要綜合考慮實(shí)用，經(jīng)濟(jì)并滿足性能指標(biāo)的要求，合理選用元器件。廣泛查閱相關(guān)的資料，不懂的地方積極向老師同學(xué)請(qǐng)教，討論。認(rèn)真獨(dú)立的完成課題的設(shè)計(jì)。按時(shí)完成課程設(shè)計(jì)并提交設(shè)計(jì)報(bào)告。2OTL音頻功放滿足的具體性能指標(biāo)設(shè)音頻信號(hào)為vi=10mV,頻率f=1KHz。額定輸出功率PoN2W。負(fù)載阻抗RL=8Q。失真度yW3%。3方案設(shè)計(jì)與論證要求設(shè)計(jì)一個(gè)由二極管，三極管，電容，電阻等元件組合而成的OTL音頻功率放大器。其中，二極管T1構(gòu)成前置放大級(jí)，對(duì)輸入信號(hào)進(jìn)行倒相放大，二極管T2,T3的參數(shù)一致，互補(bǔ)對(duì)稱，且均為共集電極接法，保證了輸出電阻低，負(fù)載能力強(qiáng)的優(yōu)點(diǎn)，作用是對(duì)輸入的信號(hào)進(jìn)行功率放大。在明確了電路接線的基礎(chǔ)上，在電路板上進(jìn)行仿真模擬，并按照課本上相關(guān)的知識(shí)對(duì)該功放的主要參數(shù)計(jì)算。電路在12V的直流電壓下工作，在負(fù)載為8Q的情況下保證了PN2W,失真度yW3%,電路中還引入了交直流電壓并聯(lián)負(fù)反饋（由原理圖中Rw1的一端接在A點(diǎn)引起）從而穩(wěn)定了放大器的靜態(tài)工作點(diǎn)，也改善了非線性失真。電容C1C2為電源濾波電容，用以防止電源引線太長(zhǎng)時(shí)造成的放大器的低頻自激現(xiàn)象發(fā)生。在元件的選取方面，由于互補(bǔ)對(duì)稱的兩個(gè)三極管工作在共集電極的狀態(tài)下，其電壓增益接近且略小于1，功率增益主要靠它的電流增益來(lái)保證，所以電流放大系數(shù)B的選擇很重要，一般要求要選的B值大一些，這樣會(huì)使的兩互補(bǔ)對(duì)稱管的配對(duì)性好一些，功率增益提高一些，失真度減少一些。4總原理圖元器件清單及原理的簡(jiǎn)述4.1總原理圖4.2元件清單元件序號(hào)型號(hào)或主要參數(shù)數(shù)量元件序號(hào)型號(hào)或主要參數(shù)數(shù)量Rw110Q1C。1000uF1Rw21Q1C110uF1RB13.3Q1C2100uF1RB22.4Q1D1IN40071Rc1680Q1T13DG61RE1100Q1T23CG121RL8Q1T33DG121R510Q1其他實(shí)驗(yàn)及測(cè)試設(shè)備+12V直流電源直流電壓表直流毫安表函數(shù)信號(hào)發(fā)生器雙蹤示波器交流毫伏表頻率計(jì)4.3電路原理簡(jiǎn)述以上原理圖即表示OTL低頻功率放大器。其中由晶體三極管T1組成推動(dòng)級(jí)（也稱前置放大級(jí)），T2、T3是一對(duì)參數(shù)對(duì)稱的NPN和PNP型晶體三極管，它們組成互補(bǔ)推挽OTL功放電路。由于每一個(gè)管子都接成射極輸出器形式，因此具有輸出電阻低，負(fù)載能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，適合于作功率輸出級(jí)。T1管工作于甲類狀態(tài)，它的集電極電流IC1由電位器RW1進(jìn)行調(diào)節(jié)°IC1的一部分流經(jīng)電位器RW2及二極管D，給T2、T3提供偏壓。調(diào)節(jié)RW2，可以使T2、T3得到合適的靜態(tài)電流而工作于甲、乙類狀態(tài)，以克服交越失真。靜態(tài)時(shí)要求輸出端中點(diǎn)A的電位等于Ucc的一半，可以通過(guò)調(diào)節(jié)RW1來(lái)實(shí)現(xiàn)，又由于RW1的一端接在A點(diǎn)，因此在電路中引入交、直流電壓并聯(lián)負(fù)反饋，一方面能夠穩(wěn)定放大器的靜態(tài)工作點(diǎn)，同時(shí)也改善了非線性失真。當(dāng)輸入正弦交流信號(hào)ui時(shí)，經(jīng)T1放大、倒相后同時(shí)作用于T2、T3的基極，ui的負(fù)半周使T2管導(dǎo)通（T3管截止），有電流通過(guò)負(fù)載RL，同時(shí)向電容C0充電，在ui的正半周，T3導(dǎo)通（T2截止），則已充好電的電容器C0起著電源的作用，通過(guò)負(fù)載RL放電，這樣在RL上就得到完整的正弦波。5安裝與調(diào)試5.1元件的安裝：元件焊接部位上錫。將電阻器，晶體管插入印制板的相應(yīng)位置上，要注意，電解電容器的極性和晶體管的管腳不要插錯(cuò)。焊接元器件時(shí)保留元器件引線的適當(dāng)長(zhǎng)度，焊點(diǎn)要光滑，防止虛焊和搭錫。5.2元件的調(diào)試：靜態(tài)工作點(diǎn)的調(diào)試按上述原理圖在電路板上連接線路，將輸入信號(hào)旋鈕旋至零（ui=0）電源進(jìn)線中串入直流毫安表，電位器RW2置最小值，RW1置中間位置。接通+12V電源，觀察毫安表指示，同時(shí)用手觸摸輸出級(jí)管子，若電流過(guò)大，或管子溫升顯著，應(yīng)立即斷開(kāi)電源檢查原因（如RW2開(kāi)路，電路自激，或輸出管性能不好等）。如無(wú)異?，F(xiàn)象，可開(kāi)始調(diào)試。a?中點(diǎn)電位的調(diào)試。理論上，對(duì)于OTL電路，單電源供電時(shí)，只要調(diào)整Rw1，就能使中點(diǎn)A點(diǎn)的電位等于電源電壓的一半。在實(shí)際調(diào)試過(guò)程中，很多情況下，調(diào)整Rw1，A點(diǎn)的電位很難達(dá)到電源電壓的一半，而且在調(diào)試后，也難保持這個(gè)電壓。解決方案如下：首先，用萬(wàn)用表檢查各個(gè)晶體管是否完好，特別是查看輸出級(jí)功放三極管T2、T3和輸出級(jí)二極管D是否被擊穿短路或開(kāi)路。然后通電檢查各級(jí)放大電路的工作點(diǎn)是否正常。并重新調(diào)整放大器的工作點(diǎn)，使中點(diǎn)UA恢復(fù)正常。而且，放大器的工作點(diǎn)和中點(diǎn)電壓要反復(fù)調(diào)整，才能達(dá)到要求。（注：中點(diǎn)電位的調(diào)試，學(xué)生體會(huì)到，靜態(tài)工作點(diǎn)的調(diào)試方法，實(shí)操與理論分析的聯(lián)系，以及理論知識(shí)的重要性。）b.調(diào)整輸出極靜態(tài)電流及測(cè)試各級(jí)靜態(tài)工作點(diǎn)調(diào)節(jié)RW2，使T2、T3管的IC2=IC3=10?20mA。從減小交越失真角度而言，應(yīng)適當(dāng)加大輸出極靜態(tài)電流，但該電流過(guò)大，會(huì)使效率降低，所以一般以10?20mA左右為宜。由于毫安表是串在電源進(jìn)線中，因此測(cè)得的是整個(gè)放大器的電流，但一般T1的集電極電流IC1較小，從而可以把測(cè)得的總電流近似當(dāng)作末級(jí)的靜態(tài)電流。如要準(zhǔn)確得到末級(jí)靜態(tài)電流，則可從總電流中減去IC1之值。調(diào)整輸出級(jí)靜態(tài)電流的另一方法是動(dòng)態(tài)調(diào)試法。先使RW2=0，在輸入端接入f=1KHz的正弦信號(hào)ui。逐漸加大輸入信號(hào)的幅值，此時(shí)，輸出波形應(yīng)出現(xiàn)較嚴(yán)重的交越失真（注意：沒(méi)有飽和和截止失真），然后緩慢增大RW2，當(dāng)交越失真剛好消失時(shí)，停止調(diào)節(jié)RW2，恢復(fù)ui=0，此時(shí)直流毫安表讀數(shù)即為輸出級(jí)靜態(tài)電流。一般數(shù)值也應(yīng)在10?20mA左右，如過(guò)大，則要檢查電路。輸出極電流調(diào)好以后，測(cè)試各級(jí)三極管的靜態(tài)工作點(diǎn)，并定性分析是否均工作在正常的范圍內(nèi)。2、放大器無(wú)輸出，完全無(wú)聲故障排除。從實(shí)驗(yàn)原理圖中可知，輸入信號(hào)要經(jīng)過(guò)三極管T1的倒相放大后，在經(jīng)過(guò)T2,T3進(jìn)行功率放大，去推動(dòng)輸出級(jí)的喇叭工作，如果放大器完全沒(méi)有輸出，很可能就是因?yàn)閮扇龢O管b-e極偏壓過(guò)小，不能保證兩個(gè)三極管導(dǎo)通。理論上，只要調(diào)整Rw1和Rw2使得二極管D和電阻Rw2提供的偏置電壓能夠滿足T2,T3兩三極管導(dǎo)通條件即可。6性能測(cè)試與分析1波形測(cè)試1測(cè)試直流穩(wěn)壓電源示波器波形：觀察示波器的波形可知到該電源是否在工作范圍內(nèi)。2測(cè)試OTL音頻功率放大器的輸出波形按總原理圖接好電路，在交流信號(hào)輸入端用信號(hào)發(fā)生器接入1KHz10mV的電壓源，用示波器觀察RL兩端的波形，并和輸入的波形進(jìn)行對(duì)比，觀察波形有沒(méi)有失真，輸入信號(hào)是否確實(shí)被不失真放大了。6.2主要參數(shù)的測(cè)試與計(jì)算測(cè)量Pom輸入端接f=1KHz的正弦信號(hào)ui，輸出端用示波器觀察輸出電壓u0波形。逐漸增大ui，使輸出電壓達(dá)到最大不失真輸出，用交流毫伏表測(cè)出負(fù)載RL上的電壓有效值U0，即可求出如測(cè)量n當(dāng)輸出電壓為最大不失真輸出時(shí)，讀出直流毫安表中的電流值，此電流即為直流電源供給的平均電流IdC（有一定誤差），由此可近似求得PE=UCCIdc，H二國(guó)再根據(jù)上面測(cè)得的P0m，即可求出此。輸入靈敏度測(cè)試輸入靈敏度是指輸出最大不失真功率時(shí)，輸入信號(hào)Ui之值。根據(jù)輸入靈敏度的定義，只要測(cè)出輸出功率P0=P0m時(shí)的輸入電壓值Ui即可。6、噪聲電壓的測(cè)試測(cè)量時(shí)將輸入端短路（ui=0），觀察輸出噪聲波形，并用交流毫伏表測(cè)量輸出電壓，即為噪聲電壓UN，本電路若UNV15mV，即滿足要求。7、試聽(tīng)輸入信號(hào)改為錄音機(jī)輸出，輸出端接試聽(tīng)音箱及示波器。開(kāi)機(jī)試聽(tīng)，并觀察語(yǔ)言和音樂(lè)信號(hào)的輸出波形。7個(gè)人心得體會(huì)通過(guò)這次對(duì)OTL音頻功率放大器的設(shè)計(jì)與制作，讓我了解了設(shè)計(jì)電路的程序，也讓我了解了關(guān)于OTL音頻功率放大器的原理與設(shè)計(jì)理念，要設(shè)計(jì)一個(gè)電路總要先用仿真成功之后才實(shí)際接線的。但是最后的成品卻不一定與仿真時(shí)完全一樣，因?yàn)樵趯?shí)際接線中有著各種各樣的條件制約。但也有些電路在仿真中無(wú)法成功，而在實(shí)際中因?yàn)樾酒旧淼奶匦远晒Φ摹Ｋ?，在設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)考慮兩者的差異，從中找出最適合的設(shè)計(jì)方法。在為期一周的課程設(shè)計(jì)中我深深的感覺(jué)到自己專業(yè)知識(shí)的匱乏，對(duì)一些工作感到無(wú)從下手，茫然不知所措，這時(shí)才真正領(lǐng)悟到學(xué)無(wú)止境的含義，千里之行，始于足下。這次學(xué)習(xí)，讓我對(duì)各種電路都有了大概的了解，所以說(shuō)，坐而言不如立而行，對(duì)于這些電路還是應(yīng)該自己動(dòng)手實(shí)際操作才會(huì)有深刻理解。這次課程設(shè)計(jì)終于順利完成了，雖然在設(shè)計(jì)中遇到了很多問(wèn)題，但是都被我們一一克服。同時(shí)，這次課程設(shè)計(jì)中讓我深有體會(huì)的是，我明白了理論知識(shí)和實(shí)踐不能混為一談，要想具備純熟的動(dòng)手技能，理論知識(shí)是必不可少的，反過(guò)來(lái)，具備了理論知