模电课程设计_OCL功率放大器的设计说明

1、目录一、设计题目及要求1二、题目分析和设计思路1三、电路图及电路原理 2四、电路参数确定4五、电路的功能和性能验证6六、设计成果 6七、总结与体会 9八、参考文献及资料9一、设计题目及要求1. 设计题目OCL功率放大器的设计2. 设计要求设计一个集成运放和晶体管组成的 OCL 功率放大器。设计任务：输入信号：有效值U i < 200mV.(2) 最大输出功率：P> 5W.(3) 负载电阻：RL=2(n(4) 通频带：BW=80ZH- 10KFZ二、题目分析和设计思路1、题目分析OCL功率放大器是一种直接耦合的功率放大器，它具有频响宽、保真度 高、动态特性好及易于集成化等特点。性能优

2、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。集成功率放大电路还具有输出功率大、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 也得到了广泛的应用。功率放大器可分为三种工作状态：(1)甲类工作状态Q点在交流负载的中点，输出的是一种没有削波失真的完整信号。(2)乙类工作状态Q点在交流负载线和I b=0输出特性曲线的交界处，放大器只有半波输出。(3)甲乙类工作状态 Q点在交流负载线上略高于乙类工作点处。乙类互补的电路会 产生交越失真，可采用甲乙类互补电路来消除。本次题目要求设计一个集成运放和晶体管组成的OCL功率放大器，输入信号有效值为U i <20

3、0mV最大输出功率值为 P>5W且负载电阻和通频带分别 为：RL=2(n和BW=80HZ10KH对于这个题目，可根据课本上所学的知识和基 本OCL电路以及集成运放的有关知识来进行设计。2、设计思路首先，根据题目的分析确定目标，设计整个系统是由哪些模块组成，各个 模块之间的信号传输，并设计 OCL功率放大器的初步电路图。并考虑要用到元 器件有哪些？其次，对系统进行分析，根据系统功能，选择各模块所用的电路形式和其 具有的功能。然后，进行参数的选择和确定，根据系统指标的要求，确定各模块在电路 中的元件参数。最后，得出总电路图，连接各模块的电路，并进行仿真和调试，多次重复 得出正确的结果。三、电

4、路图及电路原理1、四运算放大器从集成运放的符号看，可以把它看作是一个双端输入、单端输出、具有高 差模放大倍数和抑制温度漂移能力的放大电路。运算放大器可用上图所示的符 号来表示，它有 5 个引出脚，其中 1、2 为两个信号输入端， 5、4 为正、负电 源端， 3 为输出端。 2 为反相输入端，表示运放输出端 Vo 的信号与该输入端的 相位相反； 1 为同相输入端，表示运放输出端 Vo 的信号与该输入端的相位相同 它在电路图中可构成反向比例运算电路。2、基本OCL电路原理VCC1=VCC2原理分析：在上图的 OCL电路中，T1和T2特性对称，采用了双电源供 电，静态时，T1和T2均截止，输出电压为

5、零。设晶体管 b-e间的开启电压可 忽略不计；输入电压为正弦波。当ui>0时，T1管导通，T2管截止，正电源供电，电路为射极输出形式，uo ui.当ui<0时，T1管截止，T2管导通，负电源 供电，电路也为射极输出的形，u o ui.既电路中T1和T2是交替工作，正、负 电源交替供电，输出和输入之间双向跟随。但这种互补的电路会产生交越失 真，从而影响电路的性能。为了消除这种交越失真可采用下面的电路图。消除交越失真的OCL电路：9vcci4'Hi-T1R720：,1T29电路的原理:静态时，从+VCC经过R4 R5 D1、D2、R6到-VCC有一个直流电流，它在 T1和T2管

6、两个基极之间所产生的电压为UBlB2=UR5+UDl+UD2使UB1B2略大于T1管发射结和T2管发射结开启电压之和，从而使两只管子 均处于微导通态，即都有一个微小的基极电流，分别为 IB1和|B2。调节R2,可 使发射极静态电位为0V，即输出电压U0为0V。当所加的信号按正弦规律变化时，由于二极管D1、D2的动态电阻很小，T1管基极电位的变化与 T2管基极电位的变化近似相等，可认为两管基极之间 电位差基本是一恒定值，两个基极的电位随Ui产生相同变化。这样，当 Ui>0V且逐渐增大时，T2管截止，当Ui<0V且逐渐减小时，T1管截止。这样，即使 Ui很小，总能保证至少有一只晶体管导

7、通，因而消除了交越失真。3、总电路图根据以上分析和设计，得初步的总电路图如下：7划IT1444R611VCC2MS四、电路参数确定1、 电源电压的确定：(1) 交流电源200mV由示波器提供。(2) 直流电源电压的计算：电源电压的高低，决定着输出电压的大小，而输出电压又由输出功率决 定，所以指标给定了输出功率，即可求出电源电压：因为F0Rl所以输出电压最大值 VO=V2FoRL=y2X 5X 20=14.14V当输出电压为最大值时，T1、T2接近于饱和，考虑到 T1、T2的饱和压降 及发射极电阻上的压降等因素，电源电压必须大于Vom，他们之间的关系为VomVcc，一般取 0.6 0.8.本次设

8、计取 n =0.8,这样，Vcc=Vom/0.8=14.14/0.8=17.7V ,则取电压 Vcc=18V,-Vcc=-18V.2、 电路中各参数的确定当电源电压Vcc确定后，T1和T2承受的最大电压为VcEmax=2X 18=36V.功率管的饱和压降 Vces< 0.3V，若忽略T1、T2的管压降，则每个管的最大集电 极电流 Iemax=Vcc/(R7+R8+RL)因为T1和T2的射极电阻R8 R9选的过小，复合管的稳定性差，而过大了 又会损耗较多的输出功率，一般取R8=R9=(0.010.1 ) RL,但相对来说 R7、R10取的要大一些。已知 RL=2(n，则 R8=R9=0.0

9、25RL=0.025X 20=0.5 QF7=(Vcc-U0-UcesUR8)/R7 10KQ，由于电路的对称性，可得 R1O 10KQ.初步选择四运算放大器为 LM1877 T1为2N3904, T2为2N5401,两个二极 管为1N4001.调试时再进行验证，若不正确，再进行修改。中间R4 R5和两个二极管以及 R6和三极管组成消除交越失真的 OCL电 路，考虑到电路前后的关系和影响，为保证中间电路的正常进行，R5 R6不宜过大，最好是小于或等于 R7和R10.而R4要较小，至少应为R5的千分之一。UB1B2=UR5+UD1+UD2 Vcc=UR4+ U B1B2+ UR6 I=(Vcc-

10、1.4)/(R4+R5+R6)R6=(Vcc-UR6)/I R5= U B1B2/IR4=(Vcc-UR6- U B1B2)/I将已知条件代人上面的式子中就可得：R5=R6 10KQ， R4 1 Q对于C1和C2，因为输入的交流电压小为200mV所以其电容值也不宜过大，C1是输入耦合电容，隔直通交，用于信号传递，取值0.1uF1uF，C2起隔直流作用，取值为 5uF15uF， .再根据电路进行调节。5最后， R1、 R2、 R3 及四运算集成放大器构成一个反相比例运算电路，也是 一个电压并联负反馈电路 ,如下图：贝U: R2=R1/ R3，而且其值都不能太大，取 R仁R3=5Q，贝R2=R伙

11、R3/(R1+R3)=5X 5/(5+5)=2.5K Q五、电路的功能和性能验证根据上面确定的参数结果进行验证，当+Vcc=18V， -Vcc=-18V ，负载电阻RL=20Q时，由总电路图分析可得：信号源输出有效值 Vi=200mV(测量值)，输出得到负载端电压有效值 Vo=14.1V，这与计算的Vom=14.14V相符。电路总电流l=0.705A。负载得到的功 率 P0=9.94W 大于 5W毫无疑问此电路有放大的功能，输入Vi=200mV输出V0=14.1V，则电路的放大倍数为 Auf=V0/Vi =14.1V/200mV=70.5在保证输入信号 Ui 大小不变的条件下，改变信号发生器的

12、频率，用交流毫 伏表测出U)=0.707Uom时，所对应的放大器上线截止频率 fH和下线截止频率fi 分别为 fi 83HZ，fH 12KFZ。由以上分析可得验证的结果与题目的要求基本相一致，说明上面设计的电 路图和确定的参数已基本正确。六、设计成果1、最终电路原理图:R OR22.5 k Oh141mV寸，用万用表测得其输入电压的有效值，将示波器 A B通道分别接到信号发生器输2、信号发生器的输入信号当信号发生器输入信号值为Ui=199.4mVW 200mV 如下图所示3、输入和输出波形用示波器测量输入和输出波形 出端和U0端，得波形如下图：4、波特图仪通频带厂、用波特图仪测量通频带的结果如

13、上图所示，贝U得到其上限频率和下限频率分别为:f l=84.63Hz, f h=12.48KHZ5、元器件明细表元器件代号名称型号备注U1四运算放大器LM1877放大024V 2WT1三极管2N3094通用 60V 0.2AT2三极管2N5401音频放大0.6AD1二极管1N4001整流低频50VD2二极管1N4001整流低频50V8此外，还用到电阻11个，电容2个，信号发生器1个，波特图仪1个，示 波器1个。6、相关说明电路用EWBE Multisim 进行仿真调试时，在工作界面上画出上面的总电 路图，并标好参数值，注意不要弄错，进行调试和性能测试时，要注意元器件 的使用，信号发生器和波特图

14、仪的接点参数要正确。七、总结与体会为期一个星期的课程设计，让我对模拟电子技术有了更进一步的熟悉和了 解，也让我知道我们课本上的知识在实际中怎么应用，怎么去操作。尽管在实 际中操作起来很困难，我还是克服了。它和课本上的知识有很大联系，但又高 于课本，一个看似很简单的电路，要动手把它设计出来就是比较困难的。这就 要求我们要把课本上所学到的知识和实际联系起来，同时通过本次电路的设 计，不但巩固我们所学的知识，也使我们把理论与实践从真正意义上结合起 来，增强了学习的兴趣，考验我们借助互联网络搜集、查阅相关文献资料，和 组织材料的综合能力。一开始，我刚拿到这个题目时觉的它还算简单，但是等到实际操作的时候

15、 很多问题就出来了。但在老师的指导下，我结合课本和上课时老师讲述的知 识，大量的查阅资料，慢慢的开始一点一点的有了解题的思路。对它的兴趣也 是越来越深，那种自己实际设计制作的快乐感觉是不曾有过的。虽然快乐但课 程设计的过程也是艰辛的，不过收获也是巨大的。它不但加深巩固了对已有的 知识的理解、认识和实际操作能力；而且因为这次课程设计的确在某些方面存 有一定难度，这对我们来讲都是一种锻炼，培养了我们自学、查阅搜集资料的 能力；再有，计算操作过程中，我们曾经面临过失败、品味过茫然，但是最终 我们还是坚持下来了，这就是我们意志、耐力和心灵上的胜利，在今后的日子 里，它必将成为我们的宝贵财富。通过这次的课程设计，我深刻体会到了自己知识的匮乏，原来自己所学的 东西只是一个表面性的，当然这次