50W 单差分OCL功放电路理论计算及安装实战

1、50W 单差分OCL功放电路理论计算及安装实战 原理图根据设计目标输出功率，介绍所有元件所起的作用及推算出参数。 为方便定量计算，先假定V+与V-两个是理想电源，待计算出所有元件数值之后，再根据实际情况作出针对性调整。 输出功率设计目标： 配合CD音源，不加前级驱动8欧、4欧、乃至更低的2欧负载下，平均连续输出功率都能达到50W。峰值功率为1.414×50=70.7W71W。 电源 当峰值输出功率和负载阻抗确定后，就已决定了对电源电压的要求。根据欧姆定律，由最大负载阻抗计算出最大输出电压，由最小负载阻抗计算出最大输出电流。正

2、常音箱的阻抗在28欧之间，则： 通常在Vo max的基础上增加一个大约2-5V的三极管饱和压降(不同的三极管压降不同，本例因电源共用，取值5V)，构成放大器所需的电源电压的基本值： V=±(Vo max+5) ，实际制作电源时，还应计入电网电压的波动和电源的调整率。无负载时的电源电压值通常高出有负载时的电源电压值15%左右，加上电网电压的波动通常按10%计算。因此，最终的电源电压为：V=±(Vo max+5)(1+15%+10%)=±36.25V±36V 换算为桥式整流前的交流电压为：Vac=36.25÷1.3 =

3、27.88V28V      (1.3为经验系数) 变压器必须留有一定余量，一般按峰值输出功率再除以0.75计算。71÷0.75=94.6W 取值100W/声道，故2声道对变压器选型为：200W，双AC 28V。 输出管Q1、Q5 一般在使用三极管时都需要降额使用，保险系数一般取极限参数的0.50.75倍，大功率管因功耗大，余量需要适当留大一点，按0.5计，小功率管按0.75计。所以对输出管的要求为：Vceo > 72 V  Ic >12A  Pd &g

4、t;142 W，Hfe-IC曲线在06A范围内尽量平直，综合价格因素及配对难度，决定用ON生产的音频三极管，Q5为NJW0281G ，Q10为NJW0302G。 此管的极限参数及Hfe-Ic曲线如下： 推动管Q2、Q4 查输出管的PDF得知它的Hfe范围为75150，(为保证理论计算的可信度，都取最小值计算，下同)。所以在最大输出状态下输出管要从推动管取得的电流为：Io max÷75=6÷75=80mA，加上推动管本身的静态工作电流，按设计目标为50mA计，再留一倍余量，则要求推动管在260mA以内，Hfe-Ic曲线尽量平直，耐压要求同输出管，

5、功率要求为：P=UI=36×260mA=9.36W，留一倍余量，取值20W。在网上搜索收集了下别人常用的推动管，再通过比较PDF资料中的Hfe-Ic曲线及考虑价格因素，最后决定使用东芝的2SC5171/2SA1930。 C5171极限参数及Hfe-Ic曲线如下： 电压放大级Q6 查PDF得Q2、Q4的Hfe范围为100-300，则Q2需要从Q6处取得的电流为： 130÷100=1.3ma。Q6负责整个电路的主要电压增益，需要保证在整个设计范围内都工作在甲类状态，故静态电流取值需远大于输出电流，方能保证在设计范围内，信号不失真。此处静态

6、电流取值10倍于输出电流，即13ma，在026ma之内，Hfe-Ic曲线尽量平直。此管功耗较输出管小很多，耐压要求可适当放宽，按0.75倍的保险系数计，可算出耐压大于48V，功耗为36×26mA=0.936W，取整留一倍余量则为2W。在不考虑安装散热片的情况下，这个功率会使管子温度比较高，综合价格以及配对等因素，决定使用日立的B649、D669。 它的极限参数及Hfe-Ic曲线如下： 电压放大级Q6的恒流源Q7 要求同Q6，为方便，选择与之配对的D669。 温度补偿兼静态电流调节管Q3 电流要求同Q6，对耐压几乎没有要求，只是必须安装

7、固定方便，能与大功率管固定在同一个散热片上。为方便，一样选择用D669。 输入差分级Q8、Q9 查PDF得知电压放大管Q6的Hfe范围为100-200，那么Q6的基极电流为13÷100=0.13mA，输入级的静态电流取值10倍于输出电流，即1.3ma，为方便计算可取1mA或者是1.5mA，功率要求为36*1.5mA=54mW，一倍余量，为108mW，基本TO92的管子都能胜任。 综合之下，要求hfe-Ic 0-3ma平直，噪音系数要低，Cob要小，放大倍数要大，穿透电流要小。相当多的要求，原本考虑用日立的低噪声管2SC2856/2SA1911对管，谁知满世界找不到

8、，最后改用东芝的2SC2240/2SA970，极限参数及Hfe-Ic曲线如下： 差分输入级恒流管Q10 要求基本同Q8、Q9，为方便选择相同型号的管子即可。 元件作用及参数计算 输入级恒流源 由LED、Q10、R18、RV3组成Q8、Q9的恒流源，其恒流值为输入级之2只管子之和，本例为3mA实际调试时使恒流值在23mA即可。 发光指示灯兼恒压源LED 由LED的V-I曲线得出所选用的发光二极管在5ma时压降约为2V。LED限流电阻R16 用于限制流过LED的电流，R16=(36V×2 4V)÷5

9、mA=13.6k，R2宜大不宜小，R2太小容易烧毁LED。可在13K20K之间取值。 RV3、R18 当R16确定后，可视为V led2V不变，则RV3+R18=(2-Vbe)÷3mA466.7，这两只电阻的大小决定输入级的恒流值，根据输入静态电流的要求，两者之和可在470-750之间调整，在此，调整RV3即可调整电路输出中点电压，如调整到头还达不到0V的中点电压，可以适当增加或者减小R18的值。 R10 电压放大级反馈电阻 R10为Q6提供本级负反馈，此电阻取值过大会影响电路的最大输出，过小则反馈量太小起不了稳定电路的作用，一般取值

10、在47-200之间，再根据实际电路情况调整。  R16、R11 差分输入级负载电阻，阻值大小直接影响电压放大级的工作电流，阻值大则电压放大级电流增大，反之则减小，并且与R10符合下式关系： V R16×1.5ma(Q8静态电流)=V R10 ×13 ma（Q6静态电流）+0.7（Q6Vbe压降） 当R10阻值确定时，R16、R11也随着确定。一般在1K2.2K范围之内取值，取值大则电压放大级的电流会随着增大，发热量也会增大。 R2、R3 推动管负载电阻，同时为输出管提供偏压。按输出管的静态电流为50mA计

11、算，则 V R2=Vbe+V R1=0.7+50mA×0.27=713.5mV 按推动级的静态电流25mA计算，则 R3=713.5÷25=28.54，取30。 R1、R4 输出管反馈电阻，为本级提供负反馈，兼配合温度补偿管Q3起稳定静态电流作用。此电阻取值过大会影响电路的最大输出，过小则反馈量太小起不了稳定电流的作用，一般取值在0.1欧0.47欧之间，本例取值0.22欧，5W无感电阻。 R6、R7、RV1、Q3、C1 组成温度补偿兼静态电流调节电路，它所提供的偏压应该是推动管及输出管Vbe+射极电阻上的

12、压降之和，假设Vbe=0.7V，按输出静态电流为50ma计，则偏压为： Vce=4×0.7+0.05×0.272.8135V。计算中被假设Vbe为恒定值，但实际电路中此值会随着温度上升而减小，大概是-2.6mV/，4只管子就是-10.4 mV/的温度系数，如果调整管提供的偏压没有随温度上升而减小，那么输出管的静态电流会随着温度上升而上升，电流的上升又会加剧温度上升.最坏的情况会导致烧毁输出管。为避免这种情况发生，必须将Q3与输出管安装在同个散热片上，并且由它组成的偏压电路至少有-10.4 mV/的温度系数，方能保证电路静态电流的稳定。 C1起稳定偏置电压

13、作用，取值0.1uF1uF。 用下图的简化电路为例，计算出R1与R2的比值。 假设 温度在25度时，三极管的Vbe值为0.7V，基极电流为Ib, 温度在35度时，三极管的Vbe值为0.7-0.026V=0.674V， Ib会有一定变化但非常细微，忽略不计，故可认为Ib不变。 那么 Vcc1-Vcc2=10.4 mV/×10=0.104V Vcc1=(0.7÷R2 +Ib)×R1 +0.7 Vcc2=(0.674÷R2 +Ib)×R1 +0.674 

14、;代入得到 (0.7÷R2 +Ib)R1 +0.7 (0.674÷R2 +Ib) R1 +0.674)=0.104V 通过计算得到R1：R2=3：1。 图中Ic可视为放大级电路工作电流，由电压放大级的分析得知，此电流为13mA，Q1放大倍数按100计算，Ib=13mA÷100=0.13mA，I2取0.37mA，使I1=0.5mA，即能保证大部份电流经由Q1流过，又有能保证Q1有足够的基极电流。 R1=(2.8V-0.7V) ÷0.5mA=4.2K        &#

15、160;    R2=R1÷3=1.4K 故R1可根据实际情况在4.3K5.6K内取值，R2在1.4K2.2K内取值，R1与R2的比例决定了电路的静态电流及温度反馈系数。 RL、R17、C10 组成输出网络，起隔离喇叭反向电动势的作用，可有效提高电路稳定性。 L为用1.5mm的漆包线在6mm的笔上绕15-20圈即可，中间穿过一只1022欧/1W的电阻，对声音小有影响。R17与C10组成“茹贝尔网络”，电阻的阻值及功率大小可看出电路的稳定程度。本例取10欧1/4W、104P C8 输入耦合电容，隔直通交，用

16、于信号传递，取值4.7uF10uF。 R13、C7 输入端低通RC滤波电路，用于滤除信号中超高频成份，有利于提高电路稳定性。 R13取560-1K，C7取47P330P。 R12 输入级偏置电阻，同时决定了电路的输入阻抗，取值范围20K56K。 R5、R8、R9、C5、C9 组成反馈回路，同时决定了电路的整体放大倍数，值为：1+R9/R8 按普通CD机输出信号为1V计算，Vomax=24V，则放大倍数最少为24倍 实际留一定余量可取值为2836倍。 R8为反馈电阻，一般取与输入偏置电阻同值，取值

17、范围20K56K。 由R8的取值和放大倍数，可计算出R9的范围值为5602K之间。R8和R9的大小对声音整体取向有影响。 C9为反馈电容，一般取值在22uF220uF之间，取值越大则低频下潜会越深，但中高频会相对暗点(不同品牌电容有不同效果)。 R5、C5组成超前反馈，用于消除方波响应的过冲现象。对中高频影响较大 R5可在10K56K间取值，C5在5P33P间取值。 C2 防自激电容，在不自激的前提下，容量越小越好，一般取值在47P以下。 D5、D6、C11、C12、C16、C17 为输入级和电压放大级提供电源，防

18、止大电流放大级对输入级和放大级造成影响。 D5、D6用4007，C11和C16选用50V 100uF-330uF的电解电容，C12、C17选用50V 0.1uF的CBB电容。                          安装调试步骤 1：照元件图焊接元件，暂时不安装输出管。 2：通电确认电源电压正常，LED正常发亮，摸元件无明显温升。 3：用万用表测量OUT与GND的电压，正常应该在100mv以内，而且调整RV3时，此电压会随着改变，并把此电压调整到接近1mv左右(因C9是有极性的电容，故适当偏正的电压为佳，如是无极电容，则可调整到为0)。如无法调到0，则可适当增加或减小R18的值。 4：确认3正常的情况下，万用表测量下图1、2与test间的电压，正常值在0.5V左右，而且调整RV1时，此电压会随着改变。确认此电压正常后，逆时针调整RV1到阻值最大，使测得的电压最小。 5：焊上输出管及输出电阻，最好在电源变压器前边串联一个220V60W