課程設(shè)計OCL功率放大器的設(shè)計

1、<<模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)>>課程設(shè)計報告題 目：_音頻功率放大器_專 業(yè)：_電子信息工程_年 級：_2010級_學 號：_1010612050_學生姓名：_覃超_聯(lián)系電話：_指導老師：_黃杰_完成日期： 2012 年 06 月 20日OCL功率放大器的設(shè)計摘 要無輸出電容（OCL）功率放大器是在OTL功率放大器的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的一種全音頻直接耦合低頻功率放大器，在高保真擴音系統(tǒng)中得到了廣泛應(yīng)用。OCL功率放大器的放大原理與OTL功率放大器基本相同，主要區(qū)別是OCL采用了雙電源，省去了輸出電容，獲得了良好的頻率特性的同時引出了0CL功率放大器特有的“零點漂移”問題，因此設(shè)計電

2、路時應(yīng)注意抑制零點漂移。借用仿真軟件對電路進行虛擬實驗和測驗分析，達到預期目的。關(guān)鍵詞：功率放大器；分立元件，恒流源；OCL；ProteusABSTRACTno output capacitance (the OCL) power amplifier is in power amplifier OTL developed on the basis of a full audio frequency power amplifier directly coupled, in high fidelity loudspeaker system has been widely used. The pow

3、er of the DaQi repeatedly OCL OTL power amplifier amplification principle and basic same, the main difference is the OCL double power supply, tell the output capacitance, have the good frequency characteristics of the derivation of the unique power amplifier CL 0 "zero drift" problem, so c

4、ircuit design should pay attention to the inhibition zero drift. Borrow simulation software to circuit analysis and test of virtual experiment, to achieve the desired objectives.Keywords: power amplifier; Division components, constant current source; OCL; Proteus目錄（要自動生成的）摘要（三號黑體）IABSTRACT(三號Times N

5、ew Romar)I1 設(shè)計要求及方案選擇(標題1為四號黑體)31.1設(shè)計要求(標題2為小四黑體)31.2方案選擇(標題2為小四黑體)32 理論分析與設(shè)計22.1功率放大電路的分析及設(shè)計22.2正負12V線性直流穩(wěn)壓電源的分析及設(shè)計33電路設(shè)計43.1 硬件電路的設(shè)計53.2整個仿真電路94 系統(tǒng)測試104.1調(diào)試所用的基本儀器清單104.2調(diào)試結(jié)果104.3測試結(jié)果分析105 總結(jié)11參考文獻111 設(shè)計要求及方案選擇(標題1為四號黑體)1.1設(shè)計要求(標題2為小四 黑體)1.采用分立元件制作，不能采用音頻集成電路。2.輸出功率5W。3.fL100HZ,fH10KHZ1.2方案選擇(標題2為

6、小四 黑體)1.設(shè)計思路功率放大器的作用是給負載提供一定的輸出功率，當RL一定是，希望輸出功率盡可能大，輸出信號的非線性失真盡可能小，且效率盡可能高。需要注意的零點漂移的問題：OCL功率放大器的零點漂移就是兩只輸出管的連接點。所謂“零點漂移”就是“零點的直流電位偏移了零電位”。由于OCL電路采用直接耦合方式，為了保證電路工作穩(wěn)定，必須采取有效的措施一直零點漂移。為了獲得足夠大的輸出功率，驅(qū)動負載工作，故需要足夠大的電壓放大倍數(shù)。因此，性能良好的OCL功率放大電路應(yīng)由輸入級，驅(qū)動級和輸出級等部分組成。2.OCL各級的作用和電路特征（1） 輸入級：主要作用是抑制零點漂移，保證電路工作穩(wěn)定，同時對前

7、級（音調(diào)控制級）送來的信號作用低失真，低噪聲放大。為此，采用帶恒流源的，由復合管組成的差動放大電路，且設(shè)置的靜態(tài)偏置電流較小。（2） 推動級：作用是獲得足夠高的電壓放大倍數(shù)，以及為輸出級提供足夠大的驅(qū)動電流，為此，可采帶集電極有源負載的共射放大電路，其靜態(tài)偏置電流比輸入級要大。（3） 輸出級：的作用是給負載提供足夠大的輸出信號功率，可采用有復合管構(gòu)成的甲乙類互補對稱功放或準互補功放電路。此外，還應(yīng)考慮為穩(wěn)定靜態(tài)工作點須設(shè)置交流負反饋電路，為穩(wěn)定電壓放大倍數(shù)和改善電路性能須設(shè)置交流負反饋電路，以及過流保護電路等。電路設(shè)計時各級應(yīng)設(shè)置合適的靜態(tài)工作點，在組裝完畢后須進行靜態(tài)和動態(tài)測試，在波形不失真

8、的情況下，使輸出功率最大。動態(tài)測試時，要注意消振以防損壞元器件。2 理論分析與設(shè)計2.1功率放大電路的分析及設(shè)計本級的輸入級采用差分放大電路，由鏡像恒流源供電。具有抑制零點漂移、穩(wěn)定靜態(tài)工作點、輸入阻抗高的優(yōu)點；中間級采用開啟式共射放大電路和恒壓偏置，具有推動激勵作用，消除交越失真；輸出級采用準互補乙類OCL放大電路，具有較好的的電路輸出對稱性和功率放大作用。電路如圖六所示。圖六 OCL功率放大器確定電源電壓VCC，設(shè)功率管飽和壓降Vces=2V，R11=0.5.由最大輸出功率:Pmax=Uo²RL, Uo²=Pmax*RL, 即Uo=6.32V。又由電壓輸出有效值 U（V

9、cc-Vces）/*RL/(R11+RL),即VCC=9.50V，取電源電壓VCC=±12V；最大不失真輸出電壓峰值：Uom=(Vcc-Vceo)*RL/(R11+RL)=9.41V負載電流最大值：Icmax=Uom/RL=1.2A.輸入阻抗：Ri=Ui/Ii,用輸入幅值為150mV的正弦波如圖七所示，測得Ii=3.3uA,則Ri=45.5K，輸出阻抗Ro=(Uo/Uo-1)/RL，空載時Uo=8.50V，RL=8負載時，Uo=7.0V，則Ro=2。圖七 輸入信號源的幅值和輸入電流2.2正負12V線性直流穩(wěn)壓電源的分析及設(shè)計原理框圖如圖九所示：圖九 線性直流穩(wěn)壓電源原理框圖考慮到功率

10、放大器的負載等要求電源采用集成穩(wěn)壓芯片LM7812和LM7912，原理如圖十所示圖十 正負12V線性直流穩(wěn)壓電源原理圖3電路設(shè)計3.1硬件電路的設(shè)計輸入級恒流源差分放大電路的設(shè)計如圖八所示，兩個輸入端分別輸入大小、相位相同的信號時，輸出為零，從而克服零點漂移，并保證輸出級中點電壓的穩(wěn)定。差分放大器將兩個輸入端的差以一固定增益放大，很多系統(tǒng)在差分放大器的一個輸入端加輸入信號，另一個輸入端加反饋信號，增加曾哥功放的穩(wěn)定性和降低噪聲，并實現(xiàn)反饋調(diào)節(jié)作用。在三級管輸出特性的恒流區(qū)，當集電極電壓有一個較大的變化量UCE時，集電極電流ic基本不變。此時三級管c、e之間的等效電阻rce=uCE/ic的值很大

11、。用恒流源三級管充當一個阻值很大的長尾電阻Re，既可在不用大電阻的條件下有效的抑制零漂，又適合集成電路制造供工藝代替大電阻的特點，因此，這種方法在集成運放中被廣泛采用。圖八 恒流源式差分放大電路推動級電路的設(shè)計如圖九所示，推動級是給功率輸出級提供足夠的激勵電流和穩(wěn)定的靜態(tài)偏壓，整個功率放大器的增益主要由這一級提供。為了獲得足夠高的電壓放大倍數(shù)，以及為輸出級提供足夠大的驅(qū)動電流，可采帶集電極有源負載的共射放大電路，其靜態(tài)偏置電流比輸入級要大。為了穩(wěn)定偏置電壓，可采用恒壓電路，有多個二極管串聯(lián)而成，并有激勵管集電極負載和幾個電阻構(gòu)成。圖九推動級偏置電路輸出級準互補對稱推挽功放設(shè)計輸出級主要起到電流

12、放大作用，以向揚聲器提供足夠的激勵電流，高正揚聲器正確放音。輸出級采用互補或準互補輸出形式的單端推挽放大電路，其輸出級由上臂下臂不同極性復合管構(gòu)成，利用它們的偏置極性相反的特性，可以自動地分別放大正、負半半周信號，即具有互補特性，又因為在工作時總是一鼻導通，另一臂截止，工作再推挽狀態(tài)，又稱準互補對稱推挽功放，如圖九所示。圖九：準互補對稱推挽功放大功率管保護電路如圖十所示，小功率三極管，拉動大功率三極管，起到線性放大放大電流的作用并起到電子開關(guān)作用，以保護電路。圖十：大功率管保護電路反饋電路設(shè)計如圖十所示，反饋網(wǎng)絡(luò)是為了提高電路的穩(wěn)定性和減低失真，OCL電路均要加入交直流負反饋，通常會采用環(huán)路反

13、饋。大環(huán)路反饋被大多數(shù)功放使用，即反饋信號從輸出端取出，經(jīng)反饋網(wǎng)絡(luò)到查分放大器一輸入端，這種負反饋可以提高放大器的速率，消除揚聲器的反動勢經(jīng)環(huán)路反饋到輸入級造成失真。圖十：反饋電路各種補償電路的設(shè)計消除自激所加的補償電容：電容120P為消振電容，用來抑制電路振蕩，行進相位補償,以消除電路高頻自激。 端揚聲器阻抗補償電路：用以補償揚聲器的感抗成分，使放大器的負載較接近于純阻性，放大器共走穩(wěn)定，不易自激，輸出級晶體管不易過壓，運行比較穩(wěn)定。3.2整個電路仿真圖圖十一：仿真圖4系統(tǒng)測試4.1調(diào)試所用的基本儀器清單雙蹤示波器、萬用表，信號發(fā)生器等。4.2調(diào)試結(jié)果為了良好的完成調(diào)式工作，需要對實驗儀器進

14、行熟悉。在調(diào)式過程中，R12的調(diào)節(jié)對電路的電流產(chǎn)生很大的影響。因此，第一步調(diào)節(jié)R12，使輸出的電流在一定的范圍內(nèi)，這樣可以較好的使各級三極管在正常狀態(tài)下工作。因此第一步調(diào)節(jié)R12，確保在輸出級前一級放大支路上的電流在4mA5mA左右，第二步調(diào)節(jié)R14、R12對電路進行凋零，即在電路輸入為零時，其輸出也為零；這樣可以減小系統(tǒng)本身噪聲對信號的影響。第三步調(diào)節(jié)放大增益最主要的增益調(diào)節(jié)是反饋電阻R13，調(diào)節(jié)反饋電阻及音源輸入電位器觀察輸出信號是否失真，在最大不失真的情況下測得：輸出功率：Po=6.125W>5w(RL=8)輸入阻抗為：Ri=Ui/Ii=0.15/3.3*10-6=45k.4.3測

15、試結(jié)果分析本設(shè)計通過分析論證，所做成的作品滿足設(shè)計的要求，但由于實驗室解乏一些儀器，只能用仿真的數(shù)據(jù)進行有關(guān)計算，這樣仿真出來的理想數(shù)據(jù)跟實際的數(shù)據(jù)會有所誤差，但最終經(jīng)過調(diào)式最后所得到的數(shù)據(jù)以理論計算的誤差慢慢減小。如圖九所示仿真圖圖九 輸入信號與輸出信號5 總結(jié)本次設(shè)計起初遇到很多問題，首先是電路設(shè)計時經(jīng)驗不足，沒放有測試點，造成進行數(shù)據(jù)采集是非常的不方便，其次是理論知識不夠扎實，對一些基本的理論分析不熟悉，浪費很多時間。不過經(jīng)過這次設(shè)計讓我對模電的知識掌握有了更進一步的提高，掌握了分析模擬電子技術(shù)的一些技巧和方法，相信在以后的更多的課程設(shè)計中會有更大的進步.，同時也非常感謝老師和同學們的協(xié)作與指導！讓我順利的完成本次設(shè)計。參考文獻1 張肅文.高頻電子線路M.北京：高等教育出版社，2000. 2 江思敏、姚鵬翼.PADS電路原理圖和PCB設(shè)計M.機械工業(yè)出版社，2007.3