模电课程设计——OCL功率放大器的设计

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:(1) 输入信号：有效值i200mV.(2) 最大输出功率：P5W.(3) 负载电阻：RL=20(4) 通频带：BW=80HZ10KHZ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。性能优良的集成功率放大

2、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IB=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i200mV；最大输出功率值为P5W；且负载电阻

3、和通频带分别为：RL=20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。 1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、 电路图及电路原理1、四运算放大器 从集成运放的符号看，可

4、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2 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

5、供电，电路为射极输出形式，u0ui.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, u0ui.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：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管两个基极之间所产生的电压为 UB1B2=UR5+UD1+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，

6、分别为IB1和IB2。调节R2，可使发射极静态电位为0V，即输出电压U0为0V。3 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：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

7、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：4因为所以输出电压最大值VOM=2P0RL=2×5×20=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，他们之间的关系为，一般取. 本次设计取=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=2×18=36V.功率管的饱和

8、压降VCES0.3V，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=20，则R8=R9=0.025RL=0.025×20=0.5R7=(Vcc-U0-UCES-UR8)/R710K，由于电路的对称性，可得R1010K.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。

9、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+ UB1B2+UR6 I=(Vcc-1.4)/(R4+R5+R6)R6=(Vcc-UR6)/I R5= UB1B2/I R4 =(Vcc-UR6- UB1B2)/I将已知条件代人上面的式子中就可得： R5=R610K，R41 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

10、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： 则：R2=R1R3 ，而且其值都不能太大，取R1=R3=5K，则：R2=R1×R3/(R1+R3)=5×5/(5+5)=2.5K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=20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V0=14.1V，这与计算的Vom=14.

11、14V相符。电路总电流I=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，改变信号发生器的频率，用交流毫伏表测出U0=0.707Uom时，所对应的放大器上线截止频率fH和下线截止频率fl分别为fl83HZ，fH12KHZ。 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：62、 信号发生器的输入信号： 当信号发生器输入信号值为141m

12、V时，用万用表测得其输入电压的有效值Ui=199.4mV200mV，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，将示波器A、B通道分别接到信号发生器输出端和U0 端，得波形如下图：7 4、波特图仪通频带 用波特图仪测量通频带的结果如上图所示，则得到其上限频率和下限频率分别为:fL=84.63HZ,fH=12.48KHZ. 5、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

13、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EWB或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

14、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