OCL音频功率放大器解析20页

1、辽辽 宁宁 工工 业业 大大 学学 模拟电子技术基础模拟电子技术基础课程设计（论文）课程设计（论文） 题目：题目：OCL功率放大器功率放大器 院（系）：院（系）： 电子与信息工程学院电子与信息工程学院 专业班级：专业班级： 电气（光伏）电气（光伏）122122班班 学学 号：号： 121806062121806062 学生姓名：学生姓名： 张红梅张红梅 指导教师：指导教师： （签字） 起止时间：起止时间： 2014.6.30-2014.7.112014.6.30-2014.7.11 课程设计（论文）报告的内容及其文本格式课程设计（论文）报告的内容及其文本格式 1、课程设计（论文）报告要求用 A

2、4 纸排版，单面打印，并装订成册，内容包括： 封面（包括题目、院系、专业班级、学生学号、学生姓名、指导教师姓名、起止时间等） 设计(论文)任务及评语 中文摘要 （黑体小二，居中，不少于 200 字） 目录 正文（设计计算说明书、研究报告、研究论文等） 参考文献 2、课程设计（论文）正文参考字数：2000 字周数。 3、封面格式 4、设计（论文）任务及评语格式 5、目录格式 标题“目录”（小二号、黑体、居中） 章标题（小四号字、黑体、居左） 节标题（小四号字、宋体） 页码（小四号字、宋体、居右） 6、正文格式 页边距：上 2.5cm，下 2.5cm，左 3cm，右 2.5cm，页眉 1.5cm，

3、页脚 1.75cm，左侧装订； 字体：一级标题，小二号字、黑体、居中；二级，黑体小三、居左；三级标题，黑体四号；正文文 字，小四号字、宋体； 行距：20 磅行距； 页码：底部居中，五号、黑体； 7、参考文献格式 标题：“参考文献”，小二，黑体，居中。 示例：（五号宋体） 期刊类：序号作者 1,作者 2,作者 n.文章名.期刊名（版本）.出版年,卷次（期次）:页次. 图书类：序号作者 1,作者 2,作者 n.书名.版本.出版地:出版社，出版年:页次. 课程设计（论文）任务及评语课程设计（论文）任务及评语 院（系）：电子与信息工程学院 教研室： 电子信息工 程 注：成绩：平时20% 论文质量60%

4、 答辩20% 以百分制计算 学 号121806062学生姓名张红梅专业班级 电气（光伏） 122班 课程设计 （论文） 题目 OCL功率放大器功率放大器 课程设计（论文）任务 设计任务：设计任务： （1）采用全部或部分分立元件设计一种 OCL 音频功率放大器。 （2）额定输出功率，负载阻抗WP10 0 8 L R （3）失真度%3 （4）设计放大器所需的直流稳压电源。 设计要求：设计要求： 1 .分析设计要求，明确性能指标。必须仔细分析课题要求、性能、指标及应用 环境等，广开思路，构思出各种总体方案，绘制结构框图。 2 .确定合理的总体方案。对各种方案进行比较，以电路的先进性、结构的繁简、 成

5、本的高低及制作的难易等方面作综合比较，并考虑器件的来源，敲定可行方 案。 3 .设计各单元电路。总体方案化整为零，分解成若干子系统或单元电路，逐个 设计。 4 .组成系统。在一定幅面的图纸上合理布局，通常是按信号的流向，采用左进 右出的规律摆放各电路，并标出必要的说明。 进度计划 第 1 天：集中学习；第 2 天：收集资料；第 3 天：方案论证；第 4 天：选择器 件进行单元电路设计；第 5 天：单元电路设计及仿真；第 6 天：整体电路设计 并仿真；第 7 天：电路焊接制板；第 8 天：焊接调试；第 9 天：完善设计；第 10 天：答辩。 指导教师评语及成绩 平时： 论文质量： 答辩： 总成绩

6、： 指导教师签字： 年 月 日 摘 要 OCL 音频功率放大器它具有频响宽、保真度高、动态特性好及易于集成化等 特点。它是性能优良的集成功率放大器给电子电路功放级的调试带来了极大的方 便。集成功率放大电路具有输出功率大、外围元件少、使用方便等优点，因此在 收音机、电视机、扩音器、伺服放大电路中得到了广泛的应用。本设计主要采用 分立式原件电路进行设计，采用直流稳压电源、前置放大电路、OLC 功率放大电 路相结合的放大模式，当负载一定时，希望输出的功率尽可能大，输出的信号非 线性失真尽可能的小。在 OLC 功率放大电路的两个二极管减小了非线性失真。 关键词：稳压电源 不失真 OLC 功率放大 输出

7、功率 目 录 第 1 章 绪论 .1 1.1 XXX 概况 .1 1.2 本文研究内容 .2 第 2 章 XXX 电路设计.3 2.1 XXX 总体设计方案 .3 2.2 具体电路设计 .4 2.2.1 XXX 电路设计 .4 2.2.2 XXX 设计 .5 2.2.3 XXX 电路设计 .6 2.3 元器件型号选择 .7 2.4 EWB 仿真、数据分析 .8 第 3 章 课程设计总结 .9 参考文献 .10 元器件清单 .11 第 1 章 绪论 1.1 OCL 音频功率放大器概况 音频功率放大器是一个技术已经相当成熟的领域，几十年来，人们为之付出 了不懈努力，无论是线路技术还是元器件方面，乃

8、至与思想认识上都取得了长足 的进步。 早期的晶体管功放半导体技术的进步是晶体管放大器向前迈进了一大步。自 从有了晶体管，人们就开始用它制造功率放大器，早期的放大器几乎全用锗管来 制作，但由于锗管工艺上的一些原因，使得放大器中所用的晶体管，尤其是功放 管性能指标不易做得很高，例如，共发射极截止频率 fh 的典型值为 40khz，大电 流管的耐压值一般在 30v40v 左右。这样放大器的频率响应也很狭窄，大大影响 了音乐中高频信号的重现，再加上功放管的耐压、电流和功耗三个指标相互制约， 制作较大功率的 OCL 功率放大器不易找到三个指标都满足的管子，所以不得不 采用变压器耦合输出，变压器的相移又使

9、得电路中家深度负反馈变得很困难，谐 波失真得不到充分的抑制，因此这一阶段的晶体管放大器音质是很差的。 晶体管功放的发展和互调失真。随着半导体工艺的逐渐成熟，大电流、高耐 压的晶体管品种日益增加，越来越多的功率放大器采用了无输出的变压器 OCL 电路。最初的大功率 PNP 管是锗管，而 NPN 管是硅管，两者的特性差别非常显 著，电路的对称性很差，人们多采用准互补电路，通过一只小功率管于大功率管 复合，得到一只极性与 PNP 管类似的大功率管，降低了因电路对称性差而招致的 失真。到了六十年代末，大功率的 PNP 硅管商品化的时候，互补对称电路得到了 广泛应用。元器件的进步使晶体管功率放大器技术指

10、标产生了质的飞跃，在主观 音质评价方面，也改变了过去人们对晶体管功放的看法。 1.2 本文研究内容 根据任务书内容进行描述 1.分析设计要求，明确性能指标。必须仔细分析课题要求、性能、指标及应 用环境等，广开思路，构思出各种总体方案，绘制结构框图。 2 .确定合理的总体方案。对各种方案进行比较，以电路的先进性、结构的繁 简、成本的高低及制作的难易等方面作综合比较，并考虑器件的来源，敲定 可行方案。 3 .设计各单元电路。总体方案化整为零，分解成若干子系统或单元电路， 逐个设计。 4.组成系统。在一定幅面的图纸上合理布局，通常是按信号的流向，采用左 进右出的规律摆放各电路，并标出必要的说明。 第

11、 2 章 OCL 音频功率放大电路设计 2.1 OCL 音频功率放大器总体设计方案 方案一 本设计的电源通过变压器变为 25V 交流电，经过整流滤波得到 31V 的直流电， 同时直流电再经三端集成稳压电路输出正负 15V,供应前置放大电路和功率放大电 路使用。再用 OCL 功率放大、音频 INPUT 音频输出组成。本方案符合设计要求， 但是结构复杂不易操作，且不经济实用。如图 1 所示 图-1 方案二 电源与设计方案一相同。前置放大电路采用通用型低功耗集成运放 LM324D， 功率放大部分，Q1 和 Q2 组成互补输出级。Q1 和 Q2 分别使用 2N5551 和 2N2950，D1D2 克服

12、交越失真，从而更好地进行信号放大。本方案符合设计要求， 思路清晰，结构简单，容易制作，实用性强。因此我选择方案二。 +15v +15v 输入 初步 输出 220v 市电 信号 放大 -15v -15v 直流 稳压 电 源 前置 放大 电 路 功率 放大 电 路 音频 INPUT音频输出 稳压电源 OCL 功放 2.2 具体电路设计 2.2.1 直流稳压电源电路设计 电源变压器 由于所需的直流电压比电网的交流电压相差较大，因此常利用 电源变压器降压得到合适的交流电压进行转换。 整流电路 利用二极管具有单向导电性，将正负交替的正弦交流电压整 流成单方向的脉动电压。本电路中采用四个二极管(IN400

13、7)将电压器次级交流 电压变成单向直流电压，它包含直流成分和许多谐波成分。 滤波电路 滤波电路的作用是利用储能元件滤去直流电压中的交流成分， 使输出电压趋于平滑，采用电容滤波成本低，输出电压平均值较高，但带载能 力差，适用于负载电流较小且在变化不大的场合。 稳压电路 稳压电路的作用使输入电压或负载在一定范围内变化时，保 证输出电压稳定。对要求不高的小功率电路，可采用并联型硅稳压管稳定电路。 如图 2 所示为直流稳压电源。 如图-2 直流稳压电源 电源变压器整流电路滤波电路稳压电路 T1 NLT_PQ_4_10 T2 NLT_PQ_4_10 D1 1B4B42 1 2 4 3 D2 1B4B42

14、 1 2 4 3 C1 100uF C2 100uF R1 100k R2 100k C7 330nF C8 330nF D3 1N4001 D4 1N4001 U1 LM7824CT LINEVREG COMMON VOLTAGE U2 LM7915CT LINEVREG COMMON VOLTAGE 1 2 10 11 14 XMM1 3 V1 220 Vpk 50 Hz 0 V2 220 Vpk 50 Hz 0 6 13 16 17 9 8 C9 10uF C11 10uF C12 2.2mF C13 2.2mF C14 2.2mF C15 2.2mF 5 7 15 19 18 0 4

15、2.2.2 前置放大电路设计 如图 3 所示， 前置放大电路为反向比例放大电路，由运放 LM324D 和电阻 R1、R2 组成，通用型低功耗集成四运放 LM324 内含 4 个独立的高增益、频率补 偿的运算放大器，既可接单电源使用，也可接双电源使用，驱动功耗低，可与 TTL 逻辑电路相容。前端放大功能是完成小信号的电压放大任务、提高信噪比， 其失真度和噪声对系统的影响最大，是应该优先考虑的指标。电容可以滤出直流 信号对电路放大增益的影响，放大交流有用信号，通过调节 R1、R2 可以改变电 压增益。 如图-3 前置放大电路 R1 1k R2 100k R3 3k U1A LM324D 3 2 1

16、1 4 1 VEE -15V VCC 15V C1 470mF C4 120mF XSC1 A B Ext Trig + + _ _ + _ V1 200mVrms 50 Hz 0 0 6 5 4 3 VEE VCC 2 1 2.2.3 功率放大电路设计 如图 4 所示，功率放大器运用了甲乙类双电源互补对称电路，二极管 D1、D2 为三极管提供门槛电压从而克服因达不到门槛电压而引起的交越失真， R4 和 R5 使，电路对称 Q1 和 Q2 组成互补输出级。，静态时，在 D1 和 D2 上产 生的压降为 Q1 和 Q2 提供了一个适当的偏压，使之处于导通状态。有信号时， 由于电路工作在甲乙类，即

17、使 Vi 很小，也能进行放大。 图-4 功率放大电路 D1 1N3903 D2 1N3903 R4 100 R5 100 C3 2.2mF Q1 2N5551 Q2 2N2905 R6 8 VCC 15V VEE -15V 3 2VCC VEE 1 0 5 4 2.3 元器件型号选择 直流稳压电源 交流电源 220V 电桥 D1(D1-D8）DN5402 电容 C1、C2 0.1uF 电容 C3、C4 0.33uF 电解电容 C5、C6、C7、C8 2200UF/35V 电阻 R1、R2 1000 欧姆/1W 二极管 D9、D10 2CP10 运放 U1 LM7824 运放 U2 LM7924

18、 电解电容 C9、C10 10uF 前置放大电路 电阻 R1 1000O 欧姆 电阻 R2 100000 欧姆 电阻 R3 3000 欧姆 电容 C1470mF、C2 120mF 运放 U1 DM324D 功率放大电路 电阻 R4 100 欧姆 电阻 R5 10O 欧姆 电阻 R6 8 欧姆 二极管 D1、D2 1N3903 电容 C3 2.2Mf 三极管 Q1 2N5551 三极管 Q2 2N2905 2.4 EWB 仿真、数据分析 总体电路如图 5 所示，对于基本的 OCL 音频功率放大电路来说，若考虑晶 体管间的开启电压，则当输入的电压的数值小于开启电压时，二极管均处于截止 状态，输出电

19、压为 0，只有当输入电压大于开启电压时，二级管材导通，他们的 积极电流失真，为了消除交越失真，应当设置合适的静态工作点，使两只晶体管 均工作在临界导通或微导通状态。 如图-5 OCL 音频功率放大器总体电路图 功率放大电路最重要的技术指标是电路的最大输出功率及效率。为了求解最 大输出功率，首先求出负载上能够得到的最大输出电压幅值。当输入电压足够大， 且又不产生饱和失真时电路的图解分析如图 6、7 所示。事实上即使不画出图来， 也能得到同样的结论。可以想象，若输出功率最大，则在正弦波信号的正半周， 输入电压逐渐增大时，输出电压随之逐渐增大，管子压降必然逐渐减小，当管压 降逐渐下降到饱和管压降时，

20、输出电压达到最大幅值，其值为 ，因此最大不 T1 NLT_PQ_4_10 T2 NLT_PQ_4_10 D1 1B4B42 1 2 4 3 D2 1B4B42 1 2 4 3 C1 100uF C2 100uF R1 100k R2 100k C7 330nF C8 330nF D3 1N4001 D4 1N4001 U1 LM7824CT LINEVREG COMMON VOLTAGE U2 LM7915CT LINEVREG COMMON VOLTAGE 1 2 10 11 14 XMM1 3 V1 220 Vpk 50 Hz 0 V2 220 Vpk 50 Hz 0 6 13 16 17

21、 9 8 C9 10uF C10 10uF C3 2.2mF C5 2.2mF C4 2.2mF C6 2.2mF 5 7 15 19 18 0 4 R8 1k R3 100k R7 3k U1A LM324D 3 2 11 4 1 D1 1N3903 D2 1N3903 R4 100 R5 100 C13 2.2mF Q1 2N5551 Q2 2N2905 R6 8 3 2 8 VCC 15V VEE -15V VEE VEE -15V VCC 15V VCC VEE VCC 6 10 C11 470mF C12 120mF 4 1 XSC1 A B Ext Trig + + _ _ + _

22、 V1 200mVrms 50 Hz 0 5 XSC2 A B Ext Trig + + _ _ + _ 9 0 7 0 失真输出电压的有效值 最大输出功率 在忽略积极回路电流的情况下，电源提供的电流 电源在负载获得最大交流功率时所消耗的平均功率等于其平均电流与电源电 压之积，其表达式为 图-6 前置放大电路仿真 图-7 功率放大仿真 整理后可得到 在理想情况下， 第 3 章 课程设计总结 课程设计完成之后，我进行了反复思考，重新将自己的设计仔仔细细看了几 遍，同时也把同学的设计借来观摩了一番。在进行对比和分析之后又有很多不同 的感想。万事开头难，记得我刚开始时就像一只无头的苍蝇，去图书馆借来

23、了大 量的书籍，在网上搜索资料，但是一天过去了还是一点头绪都没有，不知从何开 始，后来我参照书本或者网上的例子进行，甚至就是按照它的步骤再做一遍。当 然在初学阶段这未必不可以，这样做可以让我熟悉软件的操作环境，了解设计方 法和步骤，更加深刻理解基本概念。充分了解之后，我觉得就应该抛开例子，完 全按照自己的思路独立进行，虽然这样可能会在设计中碰到很多的困难问题，但 是这样能让我学到更多，而且在解决遇到的问题时会更加引发自己的思考，说不 上创新，但可能会有新意产生，不管怎样这也将是自己创造出来的东西了。在这 方面我做的也不是很好，所以设计之后再回想一下，里面自己的东西很少，这也 是以后需要改进的地

24、方。这一点我想在任何一门课程的学习，在今后任何一行工 作都是很重要的。如果没有探索性，我们只会走着前人走过的路，踩着前人踏过 的脚印。 在这这个设计过程中，探索性主要可以体现在下面几个方面。一个是绘图所 用的软件 EWB，因为这个软件我在之前没有接触过，所以得通过自己去学习学 习这个软件也是通过网上的资料及图书馆的信息，在学习中遇到了很多的困难， 但是通过自己坚持不懈的努力，最终都一一克服了，使用过程中我也深有体会， EWB，功能很强大，基本上能满足我在设计中的任何要求。还有设计时所采用的 公式，每个设计书上基本都有较为成熟的公式让我们参考。但它们不一定就是最 好的，我们也可以到图书馆到网上去查阅更多的资料，比如在进行电路参数计算 时我就发现书本的公式好象可能有印刷错误，在不能确定的前提下我去图书馆查 阅资料，发现好几本参考书上计算参数时都是采用另一个公式，于是我暂时先采 用这个公式，计算出数据后进行仿真，发现近似性很好，能满足设计指标。第三 点，在整个设计过程中都会有很多的计算，如果靠笔算会很麻烦也不能保证准确 性。这个时候我们就可以把以前学的本领用出来了 VC、matlab 都是很好的工具， 利用它们编写一些小工具进行计算，大大方便了我们的设计，减少了设计中的机 械性，何乐而不为呢？没有探索就没有