模电课程设计-OTL音频功率放大器

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 目 录引言 3 一设计任务与要求 31.1 设计任务 31.2 设计要求 3二. OTL音频功放满足的具体性能指标 3三方案设计与论证3 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55.1 元件的安装 55.2 元件的调试 5六性能测试与分析. 66.1 波形测试 66.2 主要参数的测试与计算 6七. 个人心得体会 7八参考文献 7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，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1.1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。1.2 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 方案设计与论证要求设计一个由二极管，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8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4.1 总原理图4.2 元件清单元件序号型号或主要参数数量元件序号型号或主要参数数量Rw1101C。1000uF1Rw211C110uF1RB13.31C2100uF1RB22.41D1IN40071Rc16801T13DG61RE11001T23CG121RL81T33DG121R5101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，因此具有输出电阻低，负载能力强等优点，适合于作功率输出级。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（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5.1 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。5.2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）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.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T2、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，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。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61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。62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 PEUCCIdc，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。但是最后的成品却不一定与仿真时完全一样，因为在实际接线中有着各种各样的条件制约。但也有些电路在仿真中无法成功，而在实际中因为芯片本身的特性而成功的。所以，在设计时应考虑两者的差异，从中找出最适合的设计方法。在为期一周的课程设计中我深深的感觉到自己专业知识的匮乏，对一些工作感到无从下手，茫然不知所措，这时才真正领悟到学无止境的含义，千里之行，始于足下。这次学习，让我对各种电路都有了大概的了解，所以说，坐而言不如立而行，对于这些电路还是应该自己动手实际操作才会有深刻理解。这次课程设计终于顺利完成了，虽然在设计中遇到了很多问题，但是都被我们一一克服。同时，这次课程设计中让我深有体会的是，我明白了理论知识和实践不能混为一谈，要想具备纯熟的动手技能，理论知识是必不可少的，反过来，具备了理论知识并不等价于你就能顺理成章，独立的完成一次课题设计。所以说，平时对