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1、- 1 - 模拟电路课程设计 题目：OCL 功率放大器 学院：信息学院 专业：自动化 班级学号： 学生姓名： 指导教师; - 2 - 目录目录 一、课程设计任务及要求一、课程设计任务及要求- 3 - 1、设计目的- 3 - 2、设计指标- 3 - 3、设计要求- 4 - 4、制作要求- 4 - 5、OCL 功率放大器各单元具体电路设计。- 4 - 6、完成整体电路设计及论证。 - 5 - 7、编写设计报告- 5 - 二、总体方案设计二、总体方案设计.- 5 - 1、设计思路- 5 - 2、OCL 功放各级的作用和电路结构特征 .- 7 - 三、单元电路的选择与设计三、单元电路的选择与设计- 8
2、 - 1、设计方案- 8 - 2、确定工作电压- 8 - 3、功率输出级的设计- 9 - 方案设计电路图方案设计电路图.- 11 - 各单元电路设计、参数计算和元器件选择：.- 12 - 四、总电路图及其工作原理四、总电路图及其工作原理- 13 - 工作原理：- 15 - 五、功率放大五、功率放大器器元件参数计算元件参数计算 - 16 - 1.确定电源电压- 16 - 2.功率输出级计算- 17 - 3. 推动级的计算- 20 - 4 元件明细表 - 21 - 六、总结六、总结- 21 - 参考文献：参考文献： - 23 - - 3 - 一、课程设计任务及要求 1、设计目的 学习OCL功率放大
3、器的设计方法 了解集成功率放大器内部电路工作原理 根据设计要求,完成对OCL功率放大器的设计,进一步 加强对模拟电子技术的了解 采用集成运放与晶体管原件设计OCL功率放大器 培养实践技能,提高分析和解决实际问题的能力 2、设计指标 频率响应:50Hzf20KHz 额定输出功率:Po=8W 负载电阻:RL=8 非线性失真尽量小 输入信号:Ui=100mv - 4 - 3、设计要求 （1）进行方案论证及方案比较 （2）分析电路的组成及工作原理 （3）进行单元电路设计计算 （4）画整机电路图 （5）写出元件明细表 （6）小结和讨论 （7）写出对本设计的心得体会 分析设计要求，明确性能指标；查阅资料、
4、设计方案 分析对比。 4、制作要求 论证并确定合理的总体设计方案，绘制结构框图。 5、OCL功率放大器各单元具体电路设计。 总体方案分解成若干子系统或单元电路，逐个设计， 计算电路元件参数；分析工作性能。 - 5 - 6、完成整体电路设计及论证。 7、编写设计报告 写出设计与制作的全过程，附上有关资料和图纸， 有心得体会。 二、总体方案设计 1、设计思路 功率放大器的作用是给负载 Rl提供一定的输出功率， 当 RI一定时，希望输出功率尽可能大，输出信号的非 线性失真尽可能小，且效率尽可能高。放大电路实质 上都是能量转换电路。从能量控制的观点来看，功率 放大电路和电压放大电路没有本质的区别。但是
5、，功 率放大电路和电压放大电路所要完成的任务是不同的。 对电压放大电路的主要要求是使其输出端得到不失真 的电压信号，讨论的主要指标是电压增益，输入和输 出阻抗等，输出的功率并不一定大。而功率放大电路 则不同，它主要要求获得一定的不失真（或失真较小） - 6 - 的输出功率。OCL 功率放大器是一种一种直接耦合的 功率放大器，它具有频响宽，保真度高，动态特性好 及易于集成化等特点。 由于 OCL 电路采用直接耦合方式，为了保证工作 稳定，必须采用有效措施抑制零点漂移，为了获得足 够大的输出功率驱动负载工作，故需要有足够高的电 压放大倍数。因此，性能良好的 OCL 功率放大器应由 输入级，推动级和
6、输出机等部分组成。OCL 是英文 Output Capacitor Less 的缩写，意为无输出电容。 采用两组电源供电，使用了正负电源，在电压不太高 的情况下，也能获得比较大的输出功率，省去了输出 端的耦合电容。使放大器低频特性得到扩展。OCL 功 放电路也是定压式输出电路，为钏电路由于性能比较 好，所以广泛地应用在高保真扩音设备中。性能优良 的集成功率放大器给电子电路功放级的调试带来了极 大地方便。为了培养学生的设计能力，本课题主要采 用分立元件电路进行设计。 - 7 - 2、OCL 功放各级的作用和电路结构特征 输入级：主要作用是抑制零点漂移，保证电路工作 稳定，同时 对前级（音调控制级
7、）送来的信号作用低 失真，低噪声放大。为此，采用带恒流源的，由复合 管组成的差动放大电路，且设置的静态偏置电流较小。 推动级作用是获得足够高的电压放大倍数，以及为 输出级提供足够大的驱动电流，为此，可采带集电极 有源负载的共射放大电路，其静态偏置电流比输入级 要大。 输出级的作用是给负载提供足够大的输出信号功率， 可采用有复合管构成的甲乙类互补对称功放或准互补 功放电路。 此外，还应考虑为稳定静态工作点须设置交流负 反馈电路，为稳定电压放大倍数和改善电路性能须设 置交流负反馈电路，以及过流保护电路等。电路设计 时各级应设置合适的静态工作点，在组装完毕后须进 - 8 - 行静态和动态测试，在波形
8、不失真的情况下，使输出 功率最大。动态测试时，要注意消振和接好保险丝， 以防损坏元器件。 三、单元电路的选择与设计 1、设计方案 利用三极管的电流控制作用或场效应管的电压控 制作用将电源的功率转换为按照输入信号变化的电流。 因为声音是不同振幅和不同频率的波，即交流信号电 流，三极管的集电极电流永远是基极电流的倍， 是三极管的交流放大倍数，应用这一点，若将小信号 注入基极，则集电极流过的电流会等于基极电流的 倍，然后将这个信号用隔直电容隔离出来，就得到了 电流(或电压)是原先的倍的大信号，这现象成为三 极管的放大作用。经过不断的电流及电压放大，就完 成了功率放大。 - 9 - 2、确定工作电压
9、为了达到输出功率 10W 的设计要求，同时使电路 安全可靠地工作，电路的最大输出功率 P应比设计 om 指标大些，一般取 P（1.52）P 。即本设计中 omo 电路的最大输出功率应按 68W 来考虑。 由于是 P=U OM L R2 1 2 OM 因此，最大输出电压为 U= OMLOM RP2 考虑到输出功率管 V2，V4的饱和压降和发射极电 阻 R10，R11的压降，电源电压常取 V=（1.21.5）U CCOM 3、功率输出级的设计 输出功率管的选择 输出功率管 V4，V6为同类型的 NPN 型大功率管， 其承受的最大反向电压U2V，每个管的最大 maxCE CC 集电极电流为IV/R1
10、4+R，每个管的最大 maxCM CCL - 10 - 集电极功耗为P0.2P。 maxCOM 复合管的选择 V1,V3 分别与 V2,V4 组成复合管,它们承受的最大 电压均为 2 V,考虑到 R7,R8 的分流作用和晶体管的 CC 损耗,在估算 V1,V3 的集电极最大电流和最大管耗时, 可近似为 I= I(1.11.5) maxCmaxC 2 max C I P=P(1.11.5) maxCmaxC 2 max C P 电阻 R6-R11的估算 R7,R8用来减小复合管的穿透电流,其值太小会影响 复合管的稳定性,太 大又会影响输出功率,一般取 R7=R8=(5-10)Ri2。Ri2为 V
11、2管输入端的等效输入电阻， 其大小为 Ri2=r+（1+）R10（大功率管的 r 约为 2be 10 欧）输出管 V2，V4的发射极电阻 R10，R11用于获得 电流负反馈作用，使电路工作更加稳定，一般取 R10=R11=（0.050.1）R 。 L 由于 V1，V3管的类型不同，接法也不一样，因此 - 11 - 两管的输入阻抗不一样，会使加到 V1，V3的基极输入 端的信号不对称。为此，加 R6，R9作为平衡电阻，使 两管的输入电阻相等。 确定偏置电路 为了克服交越失真，二极管 V8，V9和 R7，R8共同 组成输出级的偏置电路，以使输出级工作于甲乙类状 态。其中 V8，V9选择与复合管 V
12、4，V5相同材料的硅二 极管，可获得较好的的温度补偿作用。 方案设计电路图 - 12 - 集成运放放大器与晶体管组成的功率放大器 图一 各单元电路设计、参数计算和元器件选择： 元器件清单：电阻： R1=4.7K; R2=4.3K; R3=47K; R7=6.8K; - 13 - R8=1K(电位器)： R9=10K； R10=22; R11=220; R12=22; R13=220; R14=0.5; R16=8; 电容： C1=C2=10F; C4=C5=220F; C6=C7=0.01F 四、总电路图及其工作原理 - 14 - - 15 - 工作原理： 1用差分放大输入级抑制零漂，如前所述
13、，为了 使 R 在静态时没有直流电流通过，即 A 点的静态直流 L 电位为零，所以采用正，负对称的两个小电源 （+V，-V） 。但是温度的变化又会引起零漂，所以 CCCC 应采用差分放大器作为输入级，用它来抑制 A 点电位 因受温度等因素影响而产生的零漂。 2其他元器件的作用。V3管为激励级，它把 V1管 输出信号再进行一次放大后去推动功率输出级的功放 管工作，故该级又称为推动级。C5 是高频负反馈电容， 防止 V3高频自激。 3R7，V8，V9为功放管提供静态偏置，防止交越 失真，把 V4，V5基极直流电信分开，并利用 V8，V9补 偿功放管的温度特性，以稳定功放管的基极偏流。 4R5，C3
14、，R6组成电压串联负反馈电路。C3对低 频信号短路，分压比 R6/（R5+R6）为反馈系数，R6越大， 反馈量越大，反馈越强。分压比适当则既可减小信号 非线性失真，又不致造成放大器增益下降太多。 - 16 - 5R16，C6称中和电路，防止由于感性负载而引起 高频自激。 6R4，C2是差动放大器的电源滤波电路。 7C4称自举电容，用来提高功率输出级的增益。 由图可知，当输入信号 U1为正半周时，经 V1，V2 和 V3次放大并反相，u 也为正半周，则 V4，V6复合管 3c 导通，信号放大后经 R14，R ，地，+V返回 V4，V6形 LCC 成回路，在负载 R 上有放大了的正半周电流 i1通
15、过， L 其方向如图中的实线所示。同理可知负半周上的 i2通 过，如图中虚线所示。这样轮流推挽工作，在 R 上就 L 获得功率放大后的完整信号。 五、功率放大器元件参数计算 1.确定电源电压 电源电压的高低决定着输出电压的大小。 为了保证电路安全可靠地工作，通常是电路的最大 输出功率 Pom要比额定输出功率 P0大一些，一般取 Pom=（1.5 到 2）P0。故 - 17 - Pom=1.88=14.4 W 所以，最大输出电压 Uom应该根据 Pom来计算，即， Uom=2PomRL=214.48=15.2V 考虑到管子的饱和压降以及发射极限流电阻的压降 作用，电源电压 Vcc必须大于 Uom
16、，数量关系为 Vcc=1/Uom=1/0.715.2=22V 式中：电源利用系数，一般取 =0.6 到 0.8. 在确定了各级电压增益和电源电压以后就可以进 行电路中各级的估算，通常需按照由后级向前级的顺 序进行设计。 2.功率输出级计算 (1)选择大功率管 准互补对称功放级四只管子中的 T4、T5是大功率管， 要根据集体管的三个极限参数来选取。 第一章管子承受的最大反向电压为 UCEM 2VCC 44V. 第二章每管最大集电极电流为 IcmVCC/RL 2.75A 第三章单管最大集电极功耗为 PCM 0.2POM - 18 - 2.88W 然后就可以根据这些极限参数选取功率管，使选取 的功率管极限参数满足 BUCEO UCEM ICM Icm PCM Pcm 因此，选 T4，T5 管的型号分别为 3AD18A 和 3AD18C。 注意：应选取两功放管参数
