OCL功率放大電路課程設(shè)計

1、模擬電子技術(shù)課程設(shè)計課程設(shè)計名稱：合并OCL功率放大器 姓 名： 學(xué) 號：0401100338班 級：電 氣1003 指 導(dǎo) 教 師 ：皮 小 力目 錄一、設(shè)計任務(wù)與要求.（3）二、系統(tǒng)分析與電路圖設(shè)計.（3）三、單元電路分析與設(shè)計.（6）四、總原理圖及元器件清單.（8）五、EWB仿真與調(diào)試.（9）六、實驗分析與結(jié)果.（10）七、改進意見與體會.（10）八、參考文獻.（11）設(shè)計課題題目(模擬部分)： O C L 功 率 放 大 器一、設(shè)計任務(wù)與要求設(shè)計任務(wù)：利用運放741、三極管等搭建基本的OCL功率放大電路，為解決正向傳輸小于負(fù)向傳輸?shù)膯栴}，采取兩種方式：加入自舉電路、加入有源負(fù)載搭建電路

2、。1、 學(xué)習(xí)設(shè)計功率放大電路； 2、 使用EDA仿真軟件進行設(shè)計。設(shè)計參數(shù)指標(biāo)：1、額定輸出功率Pom10W；2、負(fù)載阻抗RL=80；3、失真度。設(shè)計要求：1、方案論證，確定總體電路原理方框圖； 2、單元電路設(shè)計，合理選擇元器件； 3、仿真調(diào)試及測量結(jié)果。設(shè)計意義：熟練掌握二極管、三極管、電阻、電容、電位器等器件的測試判斷以及參數(shù)的查閱與運用。通過OCL功放電路的制作，熟悉OCL功放的工作原理掌握電子產(chǎn)品的制作和調(diào)試方法，提高實踐動手能力，培養(yǎng)工程實踐觀念。二、系統(tǒng)分析與電路圖設(shè)計2.1系統(tǒng)工作原理 OCL互補對稱電路特點：1） 雙電源供電;2） 輸出端不加隔直電容。C的作用：隔直通交；儲存電

3、能，代替一個電源。OCL全對稱功率放大器要求中點電壓接近0V，當(dāng)制作功放調(diào)試時中點電壓不為OV時，就需要調(diào)整，由于OCL功放是全對稱電路，所以電路中元器件參數(shù)也要求完全對稱，如果元器件參數(shù)不對稱，功放輸出中點電壓會超過規(guī)定幅度，例如大于200mV，此時就需要對功放中點電壓進行調(diào)整，調(diào)整時主要更換輸入差分電路三極管，輸入差分電路某一只三極管和別的三極管參數(shù)差別較大，會引起功放輸出的中點直流電壓較大，此時需要逐個更換差分三極管，每更換一只差分電路三極管就測試一下中點電壓，當(dāng)中點電壓比較小時，就不需更換了，另外需對整個電路的對稱性檢查，差分以后電路參數(shù)不對稱也需更換，制作功放時，電阻最好選擇金屬膜電

4、阻，要求精度在5%以內(nèi)，最好為精度1%，差分電路三極管選擇差分電路專用三極管而不是普通三極管。 靜態(tài)分析如圖2-1所示：靜態(tài)時，ui = 0V ， T1、T2均不工作 uo = 0VUce1=+Vcc， Uce2=Vcc 動態(tài)分析 圖2-1 OCL電路   圖2-2 消除交越失真的OCL電路 ui>0,T1導(dǎo)通T2截止，iL=iC1,RL上得到上正下負(fù)的電壓； ui<0,T1截止T2導(dǎo)通，iL=iC2,RL上得到上負(fù)下正的電壓。設(shè)三極管T1、T2特性曲線對稱，則Icm1=Icm2=Icm, Ucem1=|Ucem2|=Ucem,則 集電極最大輸出電壓為 Ucem=VccU

5、CES集電極最大輸出電流為 Icem=（VccUCES)/RL 每個三極管的最大功耗：PTm=0.2Pom優(yōu)點：電路省掉大電容，改善了低頻響應(yīng)，又有利于實現(xiàn)集成化。缺點：三極管發(fā)射極直接連到負(fù)載電阻上，若靜態(tài)工作點失調(diào)或電路內(nèi)元器件損壞，將造成一個較大的電流長時間流過負(fù)載，造成電路損壞。實際使用的電路中常常在負(fù)載回路接入熔斷絲作為保護措施為了解決正向傳輸小于負(fù)向傳輸?shù)膯栴}，可以采取兩種方式：加入自舉電路和加入有源負(fù)載搭建電路。 方案一、加入自舉電路 電路圖2-3所示，C3稱為自舉電容，和R7共同組成了自舉電路（Bootstrap Circuit），可以解決正向傳輸小于負(fù)向傳輸?shù)膯栴}。

6、圖2-3 方案二、加入有源負(fù)載 電路圖2-4所示，接入恒流源，也可以解決正向傳輸小于負(fù)向傳輸?shù)膯栴}。圖2-4三、單元電路分析與設(shè)計1原理分析 電路中，R8和C2是運放的電源濾波電路；D1,D2是Q1和Q2的靜態(tài)偏置二極管, R4是偏置電阻，用于調(diào)整復(fù)合管的微導(dǎo)通狀態(tài)；C3和R7構(gòu)成自舉電路可以解決電阻R3所帶來的影響（如圖3-1所示），也可以通過加入有源負(fù)載，如加入一恒流源I1（如圖3-2所示）；R8、R9構(gòu)成平衡電阻；R10和R11可減少復(fù)合管的穿透電流，提高電路的穩(wěn)定性；Q1、Q3以及Q2、Q4構(gòu)成復(fù)合管；±VCC為直流穩(wěn)壓電源產(chǎn)生的±12V直流電。圖3-1 加自舉電路

7、的OCL放大器仿真圖圖3-2加有源負(fù)載的OCL放大器仿真圖2仿真分析：仿真電路圖如圖3-1，3-2 所示。仿真電路圖3-1仿真波形如圖3-3，仿真電路圖3-2仿真波形如圖3-4所示。 圖3-3加自舉電路的仿真波形圖3-4加有源負(fù)載的仿真波形四、總原理圖及元器件清單1總原理圖 通過兩者的實驗論證及綜合比較，選用帶自舉電路的OCL電路比較好，電路圖如圖3-1所示。2.元件清單元件序號型號主要參數(shù)數(shù)量備注1R120k12R21k13R32k14R414315R52k16R620k17R747018R851019R9100m110R10510111R11100m112R128113Q12N3904 1

8、TO-9214Q22N3904 1TO-9215Q32N3905 1TO-9216Q42N3904 1TO-9217C14.7uF118C2100uF119C3100uF120VDD12V121VCC-12V122V10.45V 1KHz123D11N41481DO-3524D21N41481DO-3525U1 741-DIV 1DIP-8五、EWB仿真與調(diào)試1調(diào)試過程描述仿真時，兩個電容取值分別為4.7uF和100uF，可以使下限頻率更低。在MultiSIM9中進行仿真，電路圖幾參數(shù)如圖所示。仿真時，適當(dāng)調(diào)整R4（兼顧輸去波形的交越失真與放大器的功率，比如R4=143，同時在Q3的發(fā)射極上串

9、入10的平衡電阻），在輸入端加入電壓幅值為0.42V，頻率為1KHz的正弦信號，測得輸出信號電壓幅值為8.8V，波形失真度為0.0220，電源提供電流為359mA，放大電路的下限頻率約為2.6Hz, 上限頻率約為38KHz。由此可得電源提供功率為8.62W，負(fù)載消耗功率為4.84W，功率放大器的效率為56.1，放大器的電壓放大倍數(shù)為20.95，其帶寬約為38KHz，符合設(shè)計要求。交越失真 調(diào)整R4為較小值時（比如R4=10）遠放輸出端的電壓波形如圖所示，而功放的輸出波形如圖所示。說明功放部分已出現(xiàn)交越失真。由于電路的整體負(fù)反饋作用，使運放輸出信號波形恰好與功放部分的交越失真波形相反，起相抵作用

10、，從而使功放輸出波形趨于正常。為了使運放輸出不是真，通過調(diào)整R4，比如R4=143，此時輸出管的集電極電流為1.25mA，處于甲乙類狀態(tài)，既保證交越失真最小，同時功放部分的效率較高。2仿真結(jié)果與實測數(shù)據(jù)進行對照1）仿真電路中輸入音頻信號用函數(shù)發(fā)生器代替頻率1000Hz振幅0.45v2）當(dāng)輸入為正弦信號時輸入輸出波形如圖2-3所示：圖2-3正弦波測試波形當(dāng)R5為80%時仿真測得輸入功率為9.556mW，輸出功率為5.086W，功率放大倍數(shù)為532.23，波形沒有失真。3）當(dāng)輸入為三角波信號時輸入輸出波形如圖2-4所示：圖2-4三角波測試波形當(dāng)R5為80%時仿真測得輸入功率為6.306mW，輸出功

11、率為5.086W，功率放大倍數(shù)為806.53，波形沒有失真。4）當(dāng)輸入為三角波信號時輸入輸出波形如圖2-5所示：圖2-5方波測試波形當(dāng)R5為80%時仿真測得輸入功率為18.998mW，輸出功率為5.079W，功率放大倍數(shù)為267.34，波形沒有失真。六、實驗分析與結(jié)果通過對加自舉電路的OCL功率放大電路和加入有源負(fù)載的OCL功率放大電路的仿真和調(diào)試，可以知道OCL功率放大電路處于甲乙類狀態(tài)，既保證交越失真最小，同時功放部分的效率較高，在理想狀態(tài)下可以達到78.5%；再加入加自舉電路或加入有源負(fù)載，解決了正向傳輸小于負(fù)向傳輸?shù)膯栴}；且總諧波失真只有0.374%左右，非常理想；信號噪聲失真在45.

12、833dB左右。七、改進意見與體會結(jié)論 造成本次電路設(shè)計很難成功的一個主要因素是細(xì)心，不管在選用器材方面還是在調(diào)試方面，都要做到仔細(xì)認(rèn)真。OCL功放電路設(shè)計也比較成功基本上達到題目要求，并且測試了三種波形均無失真現(xiàn)象，用在音響放大電路中很好，電路比較簡單，成本比較低，效果也比較好。心得與體會  通過這次課程設(shè)計我對模擬電子技術(shù)有了更進一步的熟悉和了解，實際操作起來很困難，要將實際和理論聯(lián)系起來需要不斷的下功夫，它和課本上的知識有很大聯(lián)系，但又高于課本，一個看似很簡單的電路，要動手把它設(shè)計出來就比較困難了，因為是設(shè)計要求我們在以后的學(xué)習(xí)中注意這一點，要把課本上所學(xué)到的知識和實際聯(lián)系起來

13、，同時通過本次電路的設(shè)計，不但鞏固了所學(xué)知識，也使我們把理論與實踐從真正意義上結(jié)合起來，增強了學(xué)習(xí)的興趣，考驗了我們借助互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)搜集、查閱相關(guān)文獻資料，和組織材料的綜合能力。在進行一個綜合性的硬件設(shè)計時，要全面考慮問題，如想用其他信號來控制一個信號，就要考慮到和這個信號直接或間接關(guān)系的信號，必須是最重要相關(guān)的信號，然后用真值表來解決他們的關(guān)系，通過門電路來實現(xiàn)。當(dāng)我們拿到一個課題時，一定要先仔細(xì)分析要求，然后做出總體設(shè)計方案，再進一步細(xì)化各單元電路，最后將整個電路組合在一起，畫出最終的邏輯電路圖。最后，在通過這一個禮拜地設(shè)計實習(xí)，讓我真正理解了書本上知識，也讓我知道我們課本上的知識在實際中怎么應(yīng)用，理論聯(lián)系實踐，相互關(guān)系。通過此次設(shè)計，我對理論知識的學(xué)習(xí)有了很大的興趣，現(xiàn)在我可以主動的去學(xué)習(xí)，我明白自己該學(xué)習(xí)那個方面，重點是什么？我也掌握的了在理論中遇到問題，應(yīng)該怎樣去解決，在實際中遇到迷團應(yīng)該怎樣去檢查調(diào)試。八、參考文獻 1 康華光主編.電子技術(shù)