模电课程设计报告-OCL功率放大器

1、 PAGE - 23 - 模拟电路课程设计题目：OCL功率放大器 学院：信息学院 专业：自动化 班级学号： 学生姓名： 指导教师;目录 TOC o 1-3 h z u HYPERLINK l _Toc359938613 一、课程设计任务及要求 PAGEREF _Toc359938613 h - 3 - HYPERLINK l _Toc359938614 1、设计目的 PAGEREF _Toc359938614 h - 3 - HYPERLINK l _Toc359938615 2、设计指标 PAGEREF _Toc359938615 h - 3 - HYPERLINK l _Toc359938

2、616 3、设计要求 PAGEREF _Toc359938616 h - 4 - HYPERLINK l _Toc359938617 4、制作要求 PAGEREF _Toc359938617 h - 4 - HYPERLINK l _Toc359938618 5、OCL功率放大器各单元具体电路设计。 PAGEREF _Toc359938618 h - 4 - HYPERLINK l _Toc359938619 6、完成整体电路设计及论证。 PAGEREF _Toc359938619 h - 5 - HYPERLINK l _Toc359938620 7、编写设计报告 PAGEREF _Toc3

3、59938620 h - 5 - HYPERLINK l _Toc359938621 二、总体方案设计 PAGEREF _Toc359938621 h - 5 - HYPERLINK l _Toc359938622 1、设计思路 PAGEREF _Toc359938622 h - 5 - HYPERLINK l _Toc359938623 2、OCL功放各级的作用和电路结构特征 PAGEREF _Toc359938623 h - 7 - HYPERLINK l _Toc359938624 三、单元电路的选择与设计 PAGEREF _Toc359938624 h - 8 - HYPERLINK

4、l _Toc359938625 1、设计方案 PAGEREF _Toc359938625 h - 8 - HYPERLINK l _Toc359938626 2、确定工作电压 PAGEREF _Toc359938626 h - 8 - HYPERLINK l _Toc359938627 3、功率输出级的设计 PAGEREF _Toc359938627 h - 9 - HYPERLINK l _Toc359938628 方案设计电路图 PAGEREF _Toc359938628 h - 11 - HYPERLINK l _Toc359938630 各单元电路设计、参数计算和元器件选择： PAGE

5、REF _Toc359938630 h - 12 - HYPERLINK l _Toc359938631 四、总电路图及其工作原理 PAGEREF _Toc359938631 h - 13 - HYPERLINK l _Toc359938632 工作原理： PAGEREF _Toc359938632 h - 15 - HYPERLINK l _Toc359938633 五、功率放大器元件参数计算 PAGEREF _Toc359938633 h - 16 - HYPERLINK l _Toc359938634 1.确定电源电压 PAGEREF _Toc359938634 h - 16 - HYP

6、ERLINK l _Toc359938635 2.功率输出级计算 PAGEREF _Toc359938635 h - 17 - HYPERLINK l _Toc359938636 3. 推动级的计算 PAGEREF _Toc359938636 h - 20 - HYPERLINK l _Toc359938637 4 元件明细表 PAGEREF _Toc359938637 h - 21 - HYPERLINK l _Toc359938638 六、总结 PAGEREF _Toc359938638 h - 21 - HYPERLINK l _Toc359938639 参考文献： PAGEREF _T

7、oc359938639 h - 23 -一、课程设计任务及要求1、设计目的学习OCL功率放大器的设计方法了解集成功率放大器内部电路工作原理根据设计要求,完成对OCL功率放大器的设计,进一步加强对模拟电子技术的了解采用集成运放与晶体管原件设计OCL功率放大器培养实践技能,提高分析和解决实际问题的能力2、设计指标频率响应:50Hzf20KHz额定输出功率:Po=8W负载电阻:RL=8非线性失真尽量小输入信号:Ui=100mv3、设计要求进行方案论证及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整机电路图写出元件明细表小结和讨论写出对本设计的心得体会分析设计要求，明确性能指标；查阅资料、设

8、计方案分析对比。4、制作要求论证并确定合理的总体设计方案，绘制结构框图。5、OCL功率放大器各单元具体电路设计。总体方案分解成若干子系统或单元电路，逐个设计，计算电路元件参数；分析工作性能。6、完成整体电路设计及论证。7、编写设计报告 写出设计与制作的全过程，附上有关资料和图纸，有心得体会。二、总体方案设计1、设计思路功率放大器的作用是给负载Rl提供一定的输出功率，当RI一定时，希望输出功率尽可能大，输出信号的非线性失真尽可能小，且效率尽可能高。放大电路实质上都是能量转换电路。从能量控制的观点来看，功率放大电路和电压放大电路没有本质的区别。但是，功率放大电路和电压放大电路所要完成的任务是不同的

9、。对电压放大电路的主要要求是使其输出端得到不失真的电压信号，讨论的主要指标是电压增益，输入和输出阻抗等，输出的功率并不一定大。而功率放大电路则不同，它主要要求获得一定的不失真（或失真较小）的输出功率。OCL功率放大器是一种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。由于OCL电路采用直接耦合方式，为了保证工作稳定，必须采用有效措施抑制零点漂移，为了获得足够大的输出功率驱动负载工作，故需要有足够高的电压放大倍数。因此，性能良好的OCL功率放大器应由输入级，推动级和输出机等部分组成。OCL是英文Output Capacitor Less 的缩写，意为无输出电容。

10、采用两组电源供电，使用了正负电源，在电压不太高的情况下，也能获得比较大的输出功率，省去了输出端的耦合电容。使放大器低频特性得到扩展。OCL功放电路也是定压式输出电路，为钏电路由于性能比较好，所以广泛地应用在高保真扩音设备中。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地方便。为了培养学生的设计能力，本课题主要采用分立元件电路进行设计。2、OCL功放各级的作用和电路结构特征 = 1 * GB3 输入级：主要作用是抑制零点漂移，保证电路工作稳定，同时 对前级（音调控制级）送来的信号作用低失真，低噪声放大。为此，采用带恒流源的，由复合管组成的差动放大电路，且设置的静态偏置电流较小。 =

11、2 * GB3 推动级作用是获得足够高的电压放大倍数，以及为输出级提供足够大的驱动电流，为此，可采带集电极有源负载的共射放大电路，其静态偏置电流比输入级要大。 = 3 * GB3 输出级的作用是给负载提供足够大的输出信号功率，可采用有复合管构成的甲乙类互补对称功放或准互补功放电路。此外，还应考虑为稳定静态工作点须设置交流负反馈电路，为稳定电压放大倍数和改善电路性能须设置交流负反馈电路，以及过流保护电路等。电路设计时各级应设置合适的静态工作点，在组装完毕后须进行静态和动态测试，在波形不失真的情况下，使输出功率最大。动态测试时，要注意消振和接好保险丝，以防损坏元器件。三、单元电路的选择与设计1、设

12、计方案利用三极管的电流控制作用或场效应管的电压控制作用将电源的功率转换为按照输入信号变化的电流。因为声音是不同振幅和不同频率的波，即交流信号电流，三极管的集电极电流永远是基极电流的倍，是三极管的交流放大倍数，应用这一点，若将小信号注入基极，则集电极流过的电流会等于基极电流的倍，然后将这个信号用隔直电容隔离出来，就得到了电流(或电压)是原先的倍的大信号，这现象成为三极管的放大作用。经过不断的电流及电压放大，就完成了功率放大。2、确定工作电压为了达到输出功率10W的设计要求，同时使电路安全可靠地工作，电路的最大输出功率P应比设计指标大些，一般取P（1.52）P。即本设计中电路的最大输出功率应按68

13、W来考虑。 由于是 P=U因此，最大输出电压为 U=考虑到输出功率管V2，V4的饱和压降和发射极电阻R10，R11的压降，电源电压常取 V=（1.21.5）U3、功率输出级的设计 输出功率管的选择输出功率管V4，V6为同类型的NPN型大功率管，其承受的最大反向电压U2V，每个管的最大集电极电流为IV/R14+R，每个管的最大集电极功耗为P0.2P。复合管的选择 V1,V3分别与V2,V4组成复合管,它们承受的最大电压均为2 V,考虑到R7,R8的分流作用和晶体管的损耗,在估算V1,V3的集电极最大电流和最大管耗时,可近似为 I= I(1.11.5) P=P(1.11.5)电阻R6-R11的估算

14、 R7,R8用来减小复合管的穿透电流,其值太小会影响复合管的稳定性,太 大又会影响输出功率,一般取R7=R8=(5-10)Ri2。Ri2为V2管输入端的等效输入电阻，其大小为Ri2=r+（1+）R10（大功率管的 r约为10欧）输出管V2，V4的发射极电阻R10，R11用于获得电流负反馈作用，使电路工作更加稳定，一般取R10=R11=（0.050.1）R。 由于V1，V3管的类型不同，接法也不一样，因此两管的输入阻抗不一样，会使加到V1，V3的基极输入端的信号不对称。为此，加R6，R9作为平衡电阻，使两管的输入电阻相等。 确定偏置电路为了克服交越失真，二极管V8，V9和R7，R8共同组成输出级

15、的偏置电路，以使输出级工作于甲乙类状态。其中V8，V9选择与复合管V4，V5相同材料的硅二极管，可获得较好的的温度补偿作用。方案设计电路图集成运放放大器与晶体管组成的功率放大器图一各单元电路设计、参数计算和元器件选择： 元器件清单：电阻：R1=4.7K; R2=4.3K; R3=47K; R7=6.8K; R8=1K(电位器)： R9=10K； R10=22; R11=220; R12=22; R13=220; R14=0.5; R16=8; 电容：C1=C2=10F; C4=C5=220F; C6=C7=0.01F四、总电路图及其工作原理工作原理：1用差分放大输入级抑制零漂，如前所述，为了使

16、R在静态时没有直流电流通过，即A点的静态直流电位为零，所以采用正，负对称的两个小电源（+V，-V）。但是温度的变化又会引起零漂，所以应采用差分放大器作为输入级，用它来抑制A点电位因受温度等因素影响而产生的零漂。2其他元器件的作用。V3管为激励级，它把V1管输出信号再进行一次放大后去推动功率输出级的功放管工作，故该级又称为推动级。C5是高频负反馈电容，防止V3高频自激。3R7，V8，V9为功放管提供静态偏置，防止交越失真，把V4，V5基极直流电信分开，并利用V8，V9补偿功放管的温度特性，以稳定功放管的基极偏流。4R5，C3，R6组成电压串联负反馈电路。C3对低频信号短路，分压比R6/（R5+R

17、6）为反馈系数，R6越大，反馈量越大，反馈越强。分压比适当则既可减小信号非线性失真，又不致造成放大器增益下降太多。5R16，C6称中和电路，防止由于感性负载而引起高频自激。6R4，C2是差动放大器的电源滤波电路。7C4称自举电容，用来提高功率输出级的增益。由图可知，当输入信号U1为正半周时，经V1，V2和V3次放大并反相，u也为正半周，则V4，V6复合管导通，信号放大后经R14，R，地，+V返回V4，V6形成回路，在负载R上有放大了的正半周电流i1通过，其方向如图中的实线所示。同理可知负半周上的i2通过，如图中虚线所示。这样轮流推挽工作，在R上就获得功率放大后的完整信号。五、功率放大器元件参数

18、计算1.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地工作，通常是电路的最大输出功率Pom要比额定输出功率P0大一些，一般取Pom=（1.5到2）P0。故 Pom=1.88=14.4 W所以，最大输出电压Uom应该根据Pom来计算，即， Uom=2PomRL=214.48=15.2V 考虑到管子的饱和压降以及发射极限流电阻的压降作用，电源电压Vcc必须大于Uom，数量关系为 Vcc=1/Uom=1/0.715.2=22V式中：电源利用系数，一般取=0.6到0.8.在确定了各级电压增益和电源电压以后就可以进行电路中各级的估算，通常需按照由后级向前级的顺序进行设计。2.

19、功率输出级计算(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，要根据集体管的三个极限参数来选取。管子承受的最大反向电压为 UCEM 2VCC 44V.每管最大集电极电流为 IcmVCC/RL 2.75A单管最大集电极功耗为 PCM 0.2POM 2.88W 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 BUCEO UCEM ICM Icm PCM Pcm 因此，选T4，T5 管的型号分别为3AD18A和3AD18C。注意：应选取两功放管参数尽量对称，值接近相等。，（2）选取互补管，计算R19，R20，R21 确定R19,R20,R21由于功放管参数对称

20、,它们的输入电阻为： Ri = rbe200+（1+）26mv/Ic=200.5要使互补管的输出电流大部分注入功放管的基极，通常取 R19 = R21=（5-10）Ri=6200.5=1203平衡电阻R20可按R19/10=120.3，选取R18=R20=120.3。 选取互补管T2,T3因为T2,T3 分别于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科近似认为 Icm(1.1-1.5)Ic4 /=1.315/50=0.39 A Pcm (1.1-1.5)Pcm4/=1.310/50=0.26 A其中：Ic4 Pcm4 功放管（T4,T5）的集

21、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 BUCEO UCEM ICM Icm PCM Pcm 因此，取T2，T3管的型号分别为3AD4和3AD5. 3.计算偏执电阻功放级互补管（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IR16IBmIcm/(一般取IR161.2IBm)式中，IBm，分别为互补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R16的阻值应为（Vcc1.4）/IR16，而R17的阻值和R16相等

22、。故：取IR161.2IBm =1.20.39/50=0.009A R16=（Vcc1.4）/IR16 =（22-1.4）/0.009=2.3k R17=R16=2.3 k3. 推动级的计算 推动级要有较大的电压放大倍数，前面已根据总电阻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Aum31Rf/R14R14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。 故：Rf=（Aum3 -1）R14 = 24 k4 元件明细表 R16 2.3 k R17 2.3 k R18 120.3 R20 120.3 R19 1203 R21 1203T2 3AD4 T3 3AD5T4 3AD18A T5 3AD18C六、总结经历