模擬電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)高保真OCL音頻放大器

1、課 程 設(shè) 計(jì) 課程名稱(chēng)模擬電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)題目名稱(chēng)高保真ocl音頻放大器專(zhuān)業(yè)班級(jí)10電子信息本科2班學(xué)生姓名 * * *學(xué) 號(hào)510010320*指導(dǎo)教師 二一一年十二月二十五日目 錄1設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū). 32總體設(shè)計(jì). 43單元電路設(shè)計(jì)計(jì)算.63.1 輸入級(jí)3.2 放大電路及音頻控制電路3.3 功率放大電路4調(diào)試說(shuō)明. 115小結(jié)及討論.146參考文獻(xiàn). 16附錄 設(shè)計(jì)電路圖.171.設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)1.1 設(shè)計(jì)題目：高保真ocl音頻放大器。1.2 設(shè)計(jì)要求： 1.21 分析電路的組成及工作原理。1.22 分析單元電路設(shè)計(jì)計(jì)算。1.23 采用衰減式音調(diào)控制電路。1.24 采用ocl音頻功率放大器。1.

2、25 說(shuō)明電路調(diào)試的基本方法。1.26 畫(huà)出完整電路圖。1.27 小結(jié)和討論。1.3 技術(shù)指標(biāo)1.31最大不失真輸出功率：pom10w1.32 負(fù)載阻抗（揚(yáng)聲器）：rl=81.33頻率響應(yīng)：flfh=50hz20khz1.34音調(diào)控制范圍：低音：100hz+12db高音：10khz+12db1.35輸出電壓：ui100m1.36失真度：r2%1.37穩(wěn)定性：在電源為+1524v范圍內(nèi)變化時(shí)，輸出零點(diǎn)漂移100mv2.總體設(shè)計(jì)2.1電路整體方案的確定音頻功率放大器的基本功能是把前級(jí)送來(lái)的聲頻信號(hào)不失真地加以放大，輸出足夠的功率去驅(qū)動(dòng)負(fù)載（揚(yáng)聲器）發(fā)出優(yōu)美的聲音。放大器一般包括前置放大和功率放大兩

3、部分，前者以放大信號(hào)振幅為目的，因而又稱(chēng)電壓放大器；后者的任務(wù)是放大信號(hào)功率，使其足以推動(dòng)揚(yáng)聲器系統(tǒng)。功率放大電路是一種能量轉(zhuǎn)換電路，要求在失真許可的范圍內(nèi)，高效地為負(fù)載提供盡可能大的功率，功放管的工作電流、電壓的變化范圍很大，那么三極管常常是工作在大信號(hào)狀態(tài)下或接近極限運(yùn)用狀態(tài)，有甲類(lèi)、乙類(lèi)、甲乙類(lèi)等各種工作方式。為了提高效率，將放大電路做成推挽式電路，功放管的工作狀態(tài)設(shè)置為甲乙類(lèi)，以減小交越失真。常見(jiàn)的音頻功放電路在連接形式上主要有雙電源互補(bǔ)推挽功率放大器ocl（無(wú)輸出電容）、單電源互補(bǔ)推挽功率放大器otl（無(wú)輸出變壓器）、平衡（橋式）無(wú)變壓器功率放大器btl等。由于功放管承受大電流、高電

4、壓，因此功放管的保護(hù)問(wèn)題和散熱問(wèn)題也必須要重視。ocl電路由于性能比較好，所以廣泛地應(yīng)用在高保真擴(kuò)音設(shè)備中。本課題輸出級(jí)選用ocl功率放大器，偏置電路選用甲乙類(lèi)功放電路。為了使電路簡(jiǎn)單，信號(hào)失真小，本電路選用反饋型音調(diào)控制電路。為了不影響音調(diào)控制電路，要求前置輸入阻抗比較高，輸出阻抗低，本級(jí)電路選用場(chǎng)效應(yīng)管共源放大器和源級(jí)跟隨器組成。高保真音頻放大器組成框圖信號(hào)ui5前置放大電路音調(diào)控制電路ocl功率放大器喇叭rl實(shí)際的音頻放大電路可以有不同的結(jié)構(gòu)方案，下面根據(jù)由集成運(yùn)放和晶體管的電路形式，如附錄電路圖所示進(jìn)行設(shè)計(jì).3.單元電路設(shè)計(jì)計(jì)算3.1各級(jí)電壓放大倍數(shù)的分配根據(jù)額定輸出功率po和rl,求

5、出輸出電壓為uo=6.7*8=7.3(uo為有效值)整機(jī)中頻電壓增益為：aum=73 設(shè)輸入極電壓增益，音調(diào)控制電路增益和輸出極電壓增益為aum1， aum2， aum3 則: aum1 aum2 aum3 =aum其中aum11（射極輸出器），aum2 =6可選取為(510), aum2 包括音頻控制電路中電壓放大器的增益和音調(diào)控制電路本身的中頻衰減（對(duì)衰減式rc音調(diào)控制電路而言），aum3 =12可適當(dāng)大些，它實(shí)際上是輸入極的推動(dòng)極電路的增益。 3.2電源電壓的確定為了保證電路安全可靠地工作，通常使電路的最大輸出功率pom比額定輸出po要大一些，一般取： po=(56.7)w pom(1.

6、52)po=10w所以，最大輸出電壓應(yīng)根據(jù)pom來(lái)計(jì)算，為：uom=12.6v 電源電壓必須大于uom，因?yàn)檩敵鲭妷簽樽畲笾禃r(shí)，vt1和vt2已經(jīng)接近飽和?？紤]到管子的飽和壓降，以及發(fā)射極電阻的壓降作用，我用下式表示電源電壓和輸出電壓最大值的關(guān)系：uom=uccucc=uom 其中稱(chēng)為電源利用效率，一般?。?0.8 則：vcc=(15.7521)v根據(jù)管子的材料、發(fā)射極電阻值和揚(yáng)聲器阻抗來(lái)選定值。如果上述因素是輸出電壓降低很多時(shí)，可選低一些，反之可選高一些。3.3功率輸出級(jí)計(jì)算（見(jiàn)附錄圖3-3）3.31選擇大功率管 準(zhǔn)互補(bǔ)對(duì)稱(chēng)功放級(jí)四只管子中t4,t5是大功率管，要根據(jù)晶體管的三個(gè)極限參數(shù)來(lái)選

7、取。（1）vt1和vt2承受的最大反壓：ucem2ucc=30v(取vcc=15v)（2）單管最大集電極電流，忽略管壓降： icml=1.875 （3）單管的最大集電極功耗：兩管在推挽工作時(shí)，單管最大集電極功耗為：pcm=0.2pom =2.8w 選擇vt4、vt5，使其極限參數(shù)滿(mǎn)足：uceo ucemic m i cmpcm pcm 注意應(yīng)選取兩功放管參數(shù)盡量對(duì)稱(chēng)，值接近相等，約為20。3.32選擇互補(bǔ)管，計(jì)算r19, r20 ,r21(1) 確定r19, r20 ,r21由于功放管的參數(shù)對(duì)稱(chēng)，它們的輸入電阻為：ri= rbe20要使互補(bǔ)管的輸出電流大部分注入到功放管的基極，通常取r19,=

8、r21=（510）ri 。平衡電阻r20可按r1 9/10選取。則r19,=r21=220，r20=22（2）選擇互補(bǔ)管t2，t3因?yàn)関t2和vt3，分別別與vt4、vt5復(fù)合，它們承受的最大反壓相同，均為2ucc,所以在計(jì)算集電極最大電流和最大功耗時(shí)，要考慮大r3、r4的分流作用和晶體管內(nèi)部造成的損耗。在工程計(jì)算中可近似認(rèn)為： icm=(1.11.5)ic4/=0.103a pcm = (1.11.5) p cm4 /=0.154w式中ic4，p cm4分別為功放管（t4,t5）的最大電流和最大管耗，為功放管的電流放大系數(shù)，約為25.選擇vt2、vt3，使其極限參數(shù)滿(mǎn)足：uceo 2ucci

9、cm i cmpcm pcmvt2為npn型，vt3為pnp型，并使3 =4=25.。（3）計(jì)算偏置電阻功放級(jí)互補(bǔ)管（t2,t3）的靜態(tài)電流由r16，二極管和r17支路提供。要使r16，r17中流過(guò)的電流ir16大于互補(bǔ)管的基極電流ibm，即ir16ibm= i cm/ (一般取ir16 =1.2ibm) 式中i cm ，分別為互補(bǔ)管的集電極最大電流和電流放大系數(shù)，而ir16=（vcc-ube2-ube4）/ r16=(vcc- 0.7-0.7) / r16，所以r16的阻值應(yīng)為（vcc-1.4）/ ir16，而r17的阻值和r16相等3.4推動(dòng)級(jí)的計(jì)算 推動(dòng)級(jí)要有較大的電壓放大倍數(shù)，前面已根

10、據(jù)總路的電壓增益確定了推動(dòng)級(jí)的放大倍數(shù)aum3；其大小由閉環(huán)負(fù)反饋決定：aum3=1+rf/r14，r14阻值不要過(guò)小，一般為12k左右，于是反饋電阻的大小也就確定了，約為24 k. 3.5衰減式音調(diào)控制電路的計(jì)算(參見(jiàn)附錄圖3-4)3.51確定轉(zhuǎn)折頻率因?yàn)橥l帶為flfh,所以?xún)蓚€(gè)轉(zhuǎn)折頻率分別為fl2 = fl , fh2 = fh又因?yàn)橐阎娐返霓D(zhuǎn)折頻率fl1和fh2。又知flx和fhx處的提升衰減量，根據(jù)公式可求出：fl2=flx fh1=fhx 3.52確定電位器rw2和rw1的數(shù)值 因?yàn)檫\(yùn)放的輸入阻抗很高(一般大于500k)，又要求rw2和rw1的阻值遠(yuǎn)大于r1和r2的阻值，同時(shí)還滿(mǎn)

11、足提升和衰減量的要求，所以電位器rw2和rw1的阻值應(yīng)選取的較大，通常100500k范圍，約為rw2=rw1=300 k3.53計(jì)算阻容元件值c 3=c4= fl2 c 3fl1r2=12c4 fl2 r1=12c4 fl1 r2 c1= 12r1fl1c2= 12(r1r2)fl13.54音調(diào)控制電路的電壓放大器（參見(jiàn)附錄圖） 根據(jù)前面電壓增益分配的討論，已知音調(diào)控制電路總的電壓增益aum2，它包括音調(diào)控制電路的衰減量r2(r1+r2)和電壓放大器的增益au，所以有aum2 =au* r2(r1+r2) 則 au= aum2 *(r1+r2)r2au是由電壓放大器中引入的負(fù)反饋決定的，即au

12、=1+r9r7r7可取（12k），從而r9的阻值就確定了。4.電路板調(diào)試4.1不通電檢測(cè)檢查單路元件焊接是否正確、可靠，注意元件的位置、管子型號(hào)、管腳是否接對(duì)，電解電容極性正確無(wú)誤。用萬(wàn)用表電阻檔檢測(cè)電源 ucc及-ucc到輸出中點(diǎn)間的電阻值，以及對(duì)地的電阻值。其余各管在路簡(jiǎn)易測(cè)試be、bc、be極間是否存在短路現(xiàn)象，無(wú)論何時(shí)都必須排除短路故障和燒保險(xiǎn)絲故障才能開(kāi)機(jī)。為確保安全，可以選用斷開(kāi)基極的檢測(cè)方法試之。4.2通電測(cè)試界限要對(duì)直觀檢查是否燒保險(xiǎn)絲，線路板上的電容、晶體管是否炸裂，電阻是否燒焦。通電檢查時(shí)，可將電源開(kāi)關(guān)打開(kāi)，用手控制插頭與插座的接觸，測(cè)輸出中點(diǎn)電位，如接近0，則接插頭，然后

13、手摸電路中各晶體管、電阻等是否有迅速發(fā)熱的情況。若有，先要排除故障再開(kāi)機(jī)。正常情況下，中點(diǎn)電壓為0或稍偏正或負(fù)值，用交流檔檢測(cè)輸出中點(diǎn)有電壓擺動(dòng)4.3靜態(tài)測(cè)試（1）為保護(hù)功率管，首先負(fù)載開(kāi)路測(cè)試。接通電源，粗測(cè)各級(jí)管子靜態(tài)工作情況，逐級(jí)檢查各管ube和uce。若發(fā)現(xiàn)ube=0（管子截止）或ube0（管子飽和）均屬不正常。檢查場(chǎng)效應(yīng)管ugs和uds是否符合設(shè)計(jì)值。首先排除故障，在逐級(jí)調(diào)整工作點(diǎn)。輸出級(jí)：輸出重中點(diǎn)電位應(yīng)為0v。若偏離0v，調(diào)節(jié)r15。注意在調(diào)整時(shí)，r15 應(yīng)由小到大，使vt5始終工作在放大區(qū)，防止r15過(guò)大燒毀vt8.前置級(jí)：調(diào)節(jié)r30，使vt11管vsi為設(shè)計(jì)數(shù)值。在調(diào)整r26

14、 ，使vs2=up/2。（2）輸出端接假負(fù)載（8，8w電阻），量測(cè)靜態(tài)工作情況。要求輸出端電壓為0v，電源在允許范圍內(nèi)變化，偏移電壓不應(yīng)超過(guò)100mv。若偏移過(guò)大，說(shuō)明互補(bǔ)對(duì)稱(chēng)管參數(shù)相差太大，或者差分對(duì)管不對(duì)稱(chēng)。4.4動(dòng)態(tài)測(cè)試（1）測(cè)試電路需用儀器:信號(hào)發(fā)生器xfd-6型低頻信號(hào)發(fā)生器；電壓及使真度測(cè)量?jī)xsz-1型失真度測(cè)量?jī)x；波形監(jiān)視sr8二蹤波器；萬(wàn)用表和交流毫伏表。（2）調(diào)試輸出功率管靜態(tài)電流：信號(hào)源頻率f=1khz，ui=20mv，w3、w2置于中點(diǎn)，w1置于最大，由示波器觀察輸出信號(hào)波形。調(diào)整電阻r10,使輸出波形剛好不產(chǎn)生交越失真。量測(cè)輸出管靜態(tài)電流（不加輸入信號(hào)）io2030ma

15、即為正常。（3）量測(cè)輸出最大功率： 按圖1-10接線，w1、w2、w3位置同上，輸入信號(hào)f=1khz,逐漸加大輸出入入信號(hào)電壓ui，示波器顯示的波形剛好不產(chǎn)生削波失真，失真度3%，此時(shí)輸出電壓值uom為最大輸出電壓（有效值）。音頻信號(hào)發(fā)生器ocl音頻放大器電路示波器失真度儀1-10測(cè)試電路根據(jù) pom=若pom大于指標(biāo)要求即可.（4）測(cè)量輸入靈敏度：接線，w1、w2、w3、的位置同上。輸入信號(hào)頻率f=1khz，在輸入阻抗ri 500k時(shí)，測(cè)得此時(shí)輸入信號(hào)電壓ui的數(shù)值。若ui100mv即滿(mǎn)足要求。（5）測(cè)量頻率響應(yīng)：接線同上。因?yàn)殡娐吩趩我纛l信號(hào)下工作，長(zhǎng)時(shí)間輸出最大功率容易燒毀功率管，為此，

16、可現(xiàn)在低電壓下測(cè)試，一般使輸出電壓約為50%的額定值。測(cè)試時(shí)，w3、w2置于中點(diǎn)，w1不動(dòng)，保持輸入電壓ui恒定，改變信號(hào)頻率f從50khz至20khz，測(cè)出對(duì)應(yīng)的輸出電壓uo。注意測(cè)試過(guò)程中波形不應(yīng)失真，不能有振蕩產(chǎn)生。若以上測(cè)試均能正常工作，可加大ui，是輸出在額定值范圍進(jìn)行測(cè)試，步驟方法同上。注意測(cè)試應(yīng)迅速、準(zhǔn)確。（6）測(cè)試音調(diào)控制電路和整機(jī)的高低音控制特性。整機(jī)高低音控制特性的測(cè)試接線同上，輸入電壓ui=50mv，w1不動(dòng)，改變信號(hào)頻率f從50hz20khz,按下述w2和w3的位置測(cè)試：高音提升和低音提升特性：w2、w3滑動(dòng)端置于左端a、c點(diǎn)，測(cè)得對(duì)應(yīng)的uo。高音衰減和低音衰減特性：w

17、2、 w3滑動(dòng)端置于左端b、d點(diǎn)，測(cè)得對(duì)應(yīng)的uo。 音調(diào)控制電路的特性測(cè)試方法同上，只是輸入信號(hào)ui從c9加入，輸出信號(hào)從c12引出。(7)失真度測(cè)量接線同圖1-10。輸入信號(hào)頻率分別為100hz、1khz、5khz時(shí)，輸出達(dá)到額定輸出功率，分別測(cè)出對(duì)應(yīng)的失真度數(shù)值。(8)測(cè)量噪聲電壓：接線同上。w2、w3置于中點(diǎn)，w1置于最大，使輸入端短路（無(wú)輸入信號(hào)），觀察輸出噪聲波形，測(cè)量其有效值電壓un，若un15mv即滿(mǎn)足要求。4.5成品試聽(tīng)檢驗(yàn)（1）接揚(yáng)聲器負(fù)載開(kāi)機(jī)后在無(wú)輸入信號(hào)時(shí)，不應(yīng)有嚴(yán)重的交流聲。功率管不應(yīng)過(guò)熱，正常工作時(shí)，一般70。兩功率管發(fā)熱情況不應(yīng)有太大差別。（2）用收音機(jī)輸入音樂(lè)信號(hào)

18、慢慢加大w1，音量應(yīng)逐漸加大。調(diào)節(jié)w2和w3,高低音應(yīng)有明顯變化，不應(yīng)出現(xiàn)沙啞、尖叫和噗噗聲。 5心得體會(huì)通過(guò)為期一周的實(shí)習(xí)，我深刻體會(huì)到了自己知識(shí)的匱乏。我深深的感覺(jué)到自己知識(shí)的不足，自己原來(lái)所學(xué)的東西只是一個(gè)表面性的，理論性的，而且是理想化的。根本不知道在現(xiàn)實(shí)中還存在有很多問(wèn)題。設(shè)計(jì)一個(gè)很簡(jiǎn)單的電路，所要考慮的問(wèn)題，要比考試的時(shí)候考慮的多的多。所以，一開(kāi)始，我遇到了很多麻煩。通過(guò)老師和同學(xué)們的幫助，我漸漸的有了眉目。這樣，在很大程度上提高了我考慮問(wèn)題的全面性。設(shè)計(jì)電路，還要考慮到它的前因后果。什么功能需要什么電路來(lái)實(shí)現(xiàn)。另外，還要考慮它的可行性，實(shí)用性等等。這樣，也提高了我的分析問(wèn)題的能力。原來(lái)，我們學(xué)習(xí)的電路只是一個(gè)理論知識(shí)，通過(guò)這次實(shí)習(xí)。使我的理論知識(shí)上升到了一個(gè)實(shí)踐的過(guò)程。同時(shí)在實(shí)踐中也加深了我們對(duì)理論知識(shí)的理解。另外，這次實(shí)習(xí)不僅使我的電學(xué)知識(shí)有一個(gè)很大的提高，而且還使我學(xué)到了許多其他方面的知識(shí)。比如，在計(jì)算機(jī)上制圖，提高了我的動(dòng)手能力?？傊ㄟ^(guò)這次實(shí)習(xí)，不