大连工业大学模电课程设计功率放大器设计(共18页)

1、 - 21 -目 录设计(shj)任务书1总体设计2单元(dnyun)电路设计计算3 3.1 输入(shr)级3 3.2 放大电路及音频控制电路3 3.3 功率放大电路6调试说明8原件明细表10小结及讨论10参考文献11附录 设计电路图12设计(shj)任务书设计(shj)题目：设计一台 OCL功率(gngl)放大器。技术指标：额定输出功率; Po；Po=10W负载电阻RL;RL=16非线性失真尽量小;输入信号Vi=100mv。设计要求：进行方案论证和方案比较分析电路的组成及工作原理进行单元电路设计计算画出整机电路图写出原件明细表小结及讨论写出对本书设计的心得体会总体设计音频功率放大器的基本功

2、能是把前级送来的声频信号不失真的加以放大，输出足够的功率去驱动负载（扬声器）发出优美的声音。放大器一般包括前置放大和功率放大两部分，前者以放大信号振幅为目的，因而又称电压放大器；后者的任务是放大信号功率，使其足以推动扬声器系统。功率放大电路是一种(y zhn)能量转换电路，要求在失真许可的范围内，高效的为负载提供尽可能大的功率，功放管的工作电流、电压的变化范围很大，那么三极管常常是工作在大信号状态下或接近极限运用状态，有甲类、乙类、甲乙类等各种工作方式。为了提高效率，将放大电路做成推免式电路，功放管的工作状态设为甲乙类，以减小失真。常见的音频功放电路在连接形式上主要有双电源互补推免功率放大器O

3、CL、单电源互补(h b)推免功率放大器OCL、平衡(pnghng)无变压器功率放大器BTL等。由于功放管承受大电流、高电压，因此功放管的保护与散热问题必须重视。OCL电路由于性能比较好，所以广泛的应用在高保真扩音设备中。本课题输出级选用OCL功率放大器，偏置电路选用甲乙类功放电路。为了使电路简单，信号失真小，本电路选择反馈型音调控制电路。为了不影响音调控制电路，要求前置输入阻抗比较高，输出阻抗低，本级电路选用场效应管共源放大器和源级跟实际的音频放大电路可以有不同的结构方案，下面根据由集成运放和晶体管的电路形式如附录电路图6.1所示进行设计。音调控制电路前置放大电路信号Ui喇叭RLOCL功率放

4、大器音频放大器组成方框图单元电路设计计算1、各级电压增益(zngy)的分配整机电压(diny)增益为 Aum=Uo/Ui式中，输入(shr)电压Ui由技术指标给出，输出电压U0要根据额定输出功率Po和负载电阻RL求出所以输出电压为于是可求得整机总的电压增益。设输入级电压增益、音调控制电路电压增益和输出级电压增益分别为Aum1、Aum2和Aum3，则Aum=Aum1Aum2Aum3式中Aum11（射极输出器），Aum2可选取为（510），Aum2包括音调控制电路中电压放大器的增益和音调控制电路本身的中频衰减（对衰减式RC音调控制电路而言），Aum3可适当大一些，它实际上是输出级的推动级电路的增益

5、。确定电源电压电源电压的高低决定着输出电压的大小。为了保证电路安全可靠的工作，通常使电路的最大输出功率Pom要比额定输出功率Po大一些,一般取Pom=（1.52）Po所以，最大输出电压Uom应该根来据Pom来计算，即考虑到管子的饱和压降以及发射极限流电阻的降压作用，电源电压VCC必须大于Uom，数量关系为式中：电源利用系数，一般取=0.60.8。在确定了各级电压增益和电源电压以后就可以(ky)进行电路中各级的估算，通常要按照由后级向前级的顺序进行设计。功率(gngl)输出级计算(见附录(fl)图6.2)1)选择大功率管准互补对称功放级四只管子中的T4、T5是大功率管，要根据晶体管的三个极限参数

6、来选取。（1）管子承受的最大反向电压为UCEM2VCC（2）每管最大集电极电流为IcmVCC/RL单管最大集电极功耗为Pcm0.2Pom然后就可以根据这些极限参数选取功率管，使选取的功率管极限参数满足BUCEOUCEM ICMIcm PCMPcm注意：应选取两功放管参数尽量对称，值接近相等。2）选择互补管，计算R19、R20和R21（1）确定R19、R20、R21 由于功放管参数对称，它们的输入电阻为Ri= rbe要使互补管的输出(shch)电流大部分注入功放管的基极，通常取R19=R21=(510)Ri平衡(pnghng)电阻R20可按R19/10选取(xunq)。（2）选择互补管T2、T3

7、因为T2、T3分别与T4、T5组成复合管，它们承受的最大反向电压相同（均为2VCC），而集电极最大电流和最大功耗可近似认为Icm（1.11.5）IC4/ Pcm（1.11.5）Pcm4/式中：IC4、Pcm4功放管（T4、T5）的集电极最大电流和最大管耗；功放管的电流放大系数。选择互补管，使其极限参数满足BUCEO2VCC ICMIcm PCMPcm（3）计算偏置电阻功放级互补管（T2、T3）的静态电流由R16、二极管和R17支路提供。要使R16、R17中流过的电流IR16大于互补管的基极电流IBm，即IR16Ibm=Icm/ （一般取IR16=1.2IBm）式中，Icm、分别为互补(h b)

8、管的集电极最大电流和电流放大系数，而IR16=（VCCUBE2UBE4）/R16=（VCC0.70.7）/R16，所以(suy)R16的阻值(z zh)应为（VCC1.4）/IR16，而R17的阻值和R16相等。4、推动级的计算推动级要有较大的电压放大倍数，前面已根据总电路的电压增益确定了推动级的放大倍数Aum3；其大小由闭环负反馈决定Aum3=1+(Rf/R14)R14阻值不要过小，一般为12k左右，于是反馈电阻Rf的大小也就确定了。5、衰减式音调控制电路的计算（见附录图3） 1）确定转折频率因为通频带为LH，所以两个转折频率分别为L2=LH2=H又因为在fL1fL2和fH1fH2之间，高低

9、音提升，衰减曲线按6dB/倍频程的斜率变化，所以根据低频LX处和高频HX处的提升量，即可求出所需要的另外两个转折频率fL1和fH1L1=LX2提升量/6H1=HX/2提升量/6 2)确定电位器RW2和RW3的数值因为运放的输入阻抗很高（一般大于500k），又要求RW3和RW2的阻值远大于R1和R2的阻值，同时还要满足提升和衰减量的要求，所以电位器RW1、RW2的阻值应选取的较大，通常为100500k范围。 3）计算(j sun)阻容元件值由前面分析(fnx)得到的各转折频率的表达式可计算出音调控制电路中的阻容元件值。 4）音调控制电路的电压(diny)放大器（见附录图4）根据前面电压增益分配的

10、讨论，已知音调控制电路总的电压增益为Aum2，它包括音调控制电路的衰减量R2/（R1+R2）和电压放大器的电压增益Au，所以有 则Au是由电压放大器中引入的负反馈决定的，即R7可取(kq)12k，从而(cng r)R9的阻值(z zh)就确定了。调试说明整机装配完毕以后，要进行如下的检查和调试工作。1、电路检查检查电路原件是否焊接正确、可靠，注意检查元件连接是否有虚焊和短路，查看运放和晶体管引脚是否接对，注意电解电容极性不能接反。检查电源电压是否符合要求，正负电源方向要正确，数值要对称。2、检查静态1）负载( QUOTE RL)开路，接通电源，粗测各级静态情况。 = 1 * GB2 用万用表直

11、流电压档检查正负电源电压是否加上。 = 2 * GB2 逐级检查各级状态：测量晶体管 QUOTE UBE和 QUOTE UCE， QUOTE UBE=0和 QUOTE UCE=0均为不正常，对运算放大器要测量各引脚电压是否正常（输入和输出端电压为零）。 = 3 * GB2 检查输出极电位。输出端电位应为0V。2）接假负载（8、8W电阻），测量上述静态电压。输出端电压仍为0V，不应有太大的偏移，否则表明互补对称管不对称。3）动态测试。按如下图所示电路接线，进行指标测试。 示波器音频放大器音频信号发生器V失真度仪器测试(csh)电路接线图 = 1 * GB2 测量(cling)最大输出功率。音频信

12、号频率=1kHz，逐渐增大输入(shr)信号电压 QUOTE Ui,并使示波器显示的波形刚好不产生失真，测出此时电压的有效值 QUOTE Uo,则输出功率应大于指标要求。 = 2 * GB2 测量输入灵敏度。接线同上，当输出功率为额定值时，测得输入电压Ui，其值应低于指标要求，否则应改变电阻值，以增大电压放大倍数。 = 3 * GB2 测试幅频特性。保持输入电压Ui QUOTE 幅值不变，只改变频率（从LH）,测出对应输出电压幅度，测试过程输出波形不应失真，可先在低压下测试（使输出电压约为50%的额定值），然后，再在额定值输出下测试。 = 4 * GB2 失真度测量。输入信号在100Hz、1k

13、Hz、5kHz时，输出均达到额定输出功率，分别测出对应的失真度数值，应符合规定要求。 = 5 * GB2 测试整机的高低音控制特征。音量电位器Rw1置最大位置，输入电压Ui QUOTE =50mV固定不变，改变信号频率从LH按下述 QUOTE RW2和 QUOTE RW3的不同位置进行测试。 QUOTE RW2和 QUOTE RW3动端置于最上端，测得对应的输出电压Uo，由此获得高、低音提升特性。RW2和RW3 QUOTE 动端置于最下端，测得对应的输出电压 QUOTE Uo，从而测得高、低音衰减特性。元件(yunjin)明细表序号位号名称数量规格序号位号名称数量规格1Rp电位器1W1039C

14、123电容3100uF2 R1电阻13.2K10Ce电容110uF3R2电阻11.511T1三极管13DG124R3电阻11.512T2三极管1TIP41C5Rc电阻13.2K13T3三极管1TIP42C6Re电阻151014T4三极管180507R1电阻1815T5三极管185508R电位器1W10216D12二极管2小结(xioji)及讨论这一次的课程设计帮助我们更好的了解模拟(mn)电路基础这门课程所学习的内容。在设计过程(guchng)中，我初步地体会到了电子工程设计的流程以及注意事项。一个成功的电子设计工程要有许多步骤组成，每一步都要有一定是的知识积累。而现实过程中，我发现(fxin)我个人知识的积累还远远不够，在设计过程中还存在很多问题。这次课程设计一开始进行的并不顺利，考虑问题还不周全。但这一周内通过老师和同学的帮助，通过大量的图书查阅最终完成了本次课程设计。而这一过程，在很大程度上提高了我的交流能力、自学能力、和思维的全面性。参考文献康华光 ，陈大钦，张林.电子技术基础模拟部分.5版.北京： 高等教育出版社，2006.清华大学电子学教研组，童诗白，华成英.模拟电子技术基础.3版.北京：高等教育出版社，2001胡斌.图标细说电子元器件.北京：电子工业出版社出版，2004.胡燕如.模拟电子技术.北京：高等教育出版社