模电课程设计 otl音频功率放大器

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1、1模拟电子技术课程设计报告设计课题：OTL 音频功率放大器 专业班级：电子信息工程专业 0701 班学生姓名： 指导教师： 设计时间：2009-6-25 2目目 录录引言引言 3 一设计任务与要求设计任务与要求 31.1 设计任务 31.2 设计要求 3二二. OTL 音频功放满足的具体性能指标音频功放满足的具体性能指标 3三方案设计与论证三方案设计与论证3 四原理图元器件清单及原理简述四原理图元器件清单及原理简述 4 4.1 总原理图 44.2 元器件清单 44.3 电路原理简述 4五安装与调试五安装与调试55.1 元件的安装 55.2 元件的调试 5六性能测试与分析六性能测试与分析. 66

2、.1 波形测试 66.2 主要参数的测试与计算 6七七. 个人心得体会个人心得体会 7八参考文献八参考文献 73题目 OTL 音频功率放大器设计者 蔡白洁 张振山指导教师 李艳萍引言引言OTL(Output transformerless )电路是一种没有输出变压器的功率放大电 路。过去大功率的功率放大器多采用变压器耦合方式，以解决阻抗变换问题， 使电路得到最佳负载值。但是，这种电路有体积大、笨重、频率特性不好等缺 点，目前已较少使用。OTL 电路不再用输出变压器，而采用输出电容与负载连 接的互补对称功率放大电路，使电路轻便、适于电路的集成化，只要输出电容 的容量足够大，电路的频率特性也能保证

3、，是目前常见的一种功率放大电路。它的特点是：采用互补对称电路(NPN、PNP 参数一致，互补对称，均为射 随组态，串联，中间两管子的射极作为输出)，有输出电容，单电源供电，电路 轻便可靠。两组串联的输出中点”可理解为采用互补对称电路(NPN、PNP 参数 一致，互补对称，均为射随组态，串联，中间两管子的射极作为输出)。1 设计任务与要求设计任务与要求1.11.1 设计任务：设计任务： 1学习基本理论在实践中综合运用的初步经验，掌握模拟电路设计的基本方法、 设计步骤，培养综合设计与调试能力。 2培养实践技能，提高分析和解决实际问题的能力。 3掌握 OTL 音频功率放大器的设计方法，基本工作原理和

4、性能指标测试方法。 4. 通过一个 OTL 功率放大器的设计、安装和调试，进一步加深对互补对称功率 放大电路的理解，增强实际动手能力。 1.21.2 设计要求：设计要求： 1.设计时要综合考虑实用，经济并满足性能指标的要求，合理选用元器件。 2.广泛查阅相关的资料，不懂的地方积极向老师同学请教，讨论。认真独立的 完成课题的设计。 3.按时完成课程设计并提交设计报告。2 OTL 音频功放满足的具体性能指标音频功放满足的具体性能指标1设音频信号为 vi=10mV, 频率 f1KHz。 2额定输出功率 Po2W。 3负载阻抗 RL=8。 4失真度 3%。3 方案设计与论证方案设计与论证要求设计一个由

5、二极管，三极管，电容，电阻等元件组合而成的 OTL 音频 功率放大器。其中，二极管 T1 构成前置放大级，对输入信号进行倒相放大，二 极管 T2，T3 的参数一致，互补对称，且均为共集电极接法，保证了输出电阻低， 负载能力强的优点，作用是对输入的信号进行功率放大。 在明确了电路接线的基础上，在电路板上进行仿真模拟，并按照课本上相 关的知识对该功放的主要参数计算。电路在 12V 的直流电压下工作，在负载为48 的情况下保证了 P2W，失真度 3%，电路中还引入了交直流电压并联 负反馈（由原理图中 Rw1 的一端接在 A 点引起）从而稳定了放大器的静态工作 点，也改善了非线性失真。电容 C1 C2

6、 为电源滤波电容，用以防止电源引线太 长时造成的放大器的低频自激现象发生。 在元件的选取方面，由于互补对称的两个三极管工作在共集电极的状态下， 其电压增益接近且略小于 1，功率增益主要靠它的电流增益来保证，所以电流 放大系数 的选择很重要，一般要求要选的 值大一些，这样会使的两互补 对称管的配对性好一些，功率增益提高一些，失真度减少一些。4 总原理图元器件清单及原理的简述总原理图元器件清单及原理的简述4.1 总原理图总原理图4.2 元件清单元件清单元件序号元件序号型号或主要型号或主要 参数参数数量数量元件序号元件序号型号或主要参型号或主要参 数数数量数量Rw1101C。1000uF1Rw211

7、C110uF1RB13.31C2100uF1RB22.41D1IN40071Rc16801T13DG61RE11001T23CG121RL81T33DG121R5101 其他实验及测试设备 +12V 直流电源 直流电压表 直流毫安表 函数信号发生器 双踪示波器 交流毫伏表 频率计 4.3 电路原理简述电路原理简述以上原理图即表示 OTL 低频功率放大器。其中由晶体三极管 T1 组成推动 级（也称前置放大级） ，T2、T3 是一对参数对称的 NPN 和 PNP 型晶体三极管， 它们组成互补推挽 OTL 功放电路。由于每一个管子都接成射极输出器形式，因5此具有输出电阻低，负载能力强等优点，适合于作

8、功率输出级。T1 管工作于甲 类状态，它的集电极电流 IC1 由电位器 RW1 进行调节。IC1 的一部分流经电位 器 RW2 及二极管 D， 给 T2、T3 提供偏压。调节 RW2，可以使 T2、T3 得到合适 的静态电流而工作于甲、乙类状态，以克服交越失真。静态时要求输出端中点 A 的电位等于 Ucc 的一半，可以通过调节 RW1 来实现，又由于 RW1 的一端接在 A 点，因此在电路中引入交、直流电压并联负反馈，一方面能够稳定放大器的 静态工作点，同时也改善了非线性失真。当输入正弦交流信号 ui 时，经 T1 放大、倒相后同时作用于 T2、T3 的基极， ui 的负半周使 T2 管导通（

9、T3 管截止） ，有电流通过负载 RL，同时向电容 C0 充 电，在 ui 的正半周，T3 导通（T2 截止） ，则已充好电的电容器 C0 起着电源的 作用，通过负载 RL 放电，这样在 RL 上就得到完整的正弦波。5 安装与调试安装与调试5.15.1 元件的安装元件的安装: : 1.元件焊接部位上锡。 2.将电阻器,晶体管插入印制板的相应位置上，要注意，电解电容器的极性和晶 体管的管脚不要插错。 3.焊接元器件时保留元器件引线的适当长度,焊点要光滑,防止虚焊和搭锡。 5.25.2 元件的调试元件的调试: :1. 静态工作点的调试按上述原理图在电路板上连接线路，将输入信号旋钮旋至零（ui=0）

10、电源 进线中串入直流毫安表，电位器 RW2 置最小值，RW1 置中间位置。接通12V 电源，观察毫安表指示，同时用手触摸输出级管子，若电流过大，或管子温升 显著，应立即断开电源检查原因（如 RW2 开路，电路自激，或输出管性能不好 等） 。如无异常现象，可开始调试。 a.a.中点电位的调试。 理论上，对于 OTL 电路，单电源供电时，只要调整 Rw1，就能使中点 A 点 的电位等于电源电压的一半。 在实际调试过程中，很多情况下，调整 Rw1，A 点的电位很难达到电源电压 的一半，而且在调试后，也难保持这个电压。解决方案如下：首先，用万用表 检查各个晶体管是否完好，特别是查看输出级功放三极管 T

11、2、T3 和输出级二极 管 D 是否被击穿短路或开路。然后通电检查各级放大电路的工作点是否正常。 并重新调整放大器的工作点，使中点 UA 恢复正常。而且，放大器的工作点和中 点电压要反复调整，才能达到要求。 （注：中点电位的调试，学生体会到，静态 工作点的调试方法，实操与理论分析的联系，以及理论知识的重要性。 ）b.调整输出极静态电流及测试各级静态工作点调节 RW2 ，使 T2、T3 管的 IC2IC31020mA。 从减小交越失真角度而 言，应适当加大输出极静态电流，但该电流过大，会使效率降低，所以一般以 1020mA 左右为宜。由于毫安表是串在电源进线中， 因此测得的是整个放大 器的电流，

12、但一般 T1 的集电极电流 IC1 较小，从而可以把测得的总电流近似 当作末级的静态电流。如要准确得到末级静态电流，则可从总电流中减去 IC1 之值。6调整输出级静态电流的另一方法是动态调试法。先使 RW20，在输入端接 入 f1KHz 的正弦信号 ui。逐渐加大输入信号的幅值，此时， 输出波形应出 现较严重的交越失真（注意：没有饱和和截止失真） ，然后缓慢增大 RW2 ，当 交越失真刚好消失时，停止调节 RW2 ，恢复 ui0 ，此时直流毫安表读数即为 输出级静态电流。一般数值也应在 1020mA 左右，如过大，则要检查电路。输出极电流调好以后，测试各级三极管的静态工作点，并定性分析是否均

13、工作在正常的范围内。 2、放大器无输出，完全无声故障排除。 从实验原理图中可知，输入信号要经过三极管 T1 的倒相放大后，在经过 T2，T3 进行功率放大，去推动输出级的喇叭工作，如果放大器完全没有输出， 很可能就是因为两三极管 b-e 极偏压过小，不能保证两个三极管导通。理论上， 只要调整 Rw1 和 Rw2 使得二极管 D 和电阻 Rw2 提供的偏置电压能够满足 T2，T3 两三极管导通条件即可。6性能测试与分析性能测试与分析6 61 1 波形测试波形测试 1 测试直流稳压电源示波器波形： 观察示波器的波形可知到该电源是否在工作范围内。 2 测试 OTL 音频功率放大器的输出波形按总原理图

14、接好电路，在交流信号输入端用信号发生器接入 1KHz 10mV 的 电压源，用示波器观察 RL 两端的波形，并和输入的波形进行对比，观察波形有 没有失真，输入信号是否确实被不失真放大了。 6 62 2 主要参数的测试与计算主要参数的测试与计算 1测量 Pom 输入端接 f1KHz 的正弦信号 ui，输出端用示波器观察输出电压 u0 波形。 逐渐增大 ui，使输出电压达到最大不失真输出，用交流毫伏表测出负载 RL 上的电压有效值 U0，即可求出2测量 当输出电压为最大不失真输出时，读出直流毫安表中的电流值，此电流即 为直流电源供给的平均电流 IdC（有一定误差） ，由此可近似求得 PEUCCId

15、c，再根据上面测得的 P0m，即可求出 。3输入灵敏度测试输入灵敏度是指输出最大不失真功率时，输入信号 Ui 之值。根据输入灵敏 度的定义，只要测出输出功率 P0P0m 时的输入电压值 Ui 即可。6、噪声电压的测试测量时将输入端短路(ui0) ，观察输出噪声波形，并用交流毫伏表测量 输出电压，即为噪声电压 UN，本电路若 UN15mV，即满足要求。7、试听7输入信号改为录音机输出，输出端接试听音箱及示波器。开机试听，并观 察语言和音乐信号的输出波形。7 个人心得体会个人心得体会通过这次对 OTL 音频功率放大器的设计与制作，让我了解了设计电路的程 序，也让我了解了关于 OTL 音频功率放大器的原理与设计理念，要设计一个电 路总要先用仿真成功之后才实际接线的。但