模电课程设计报告OCL功率放大器设计

1、一、课程设计任务及要求1、设计目的学习音频功率放大器的设计方法了解集成功率放大器部电路工作原理根据设计要求，完成对音频功率放大器的设计，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:20Hz f 20KHz输出功率:P。4w负载电阻:Rl=8Q非线性失真尽量小输入信号:U V0.1VI3、设计要求画出电路原理图元器件及参数选择电路的仿真与调试分析设计要求，明确性能指标；查阅资料、设计方案分析对比。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

2、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提供一定的输出功率，当Ri-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。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。2、OCL功放各级的作用和电路结构特征输入级：主要

3、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。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。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

4、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 5倍，5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B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B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。

5、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Pom应比设计指标大些，一般取P帅2 (1.52) P。即本设计中电路的最大输出功率应按68W来考虑。由于是P = U 2OM 2 R omL因此，最大输出电压为U omT C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) UCCOM3、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U cemax r2V ，每个管的最大集电极电流为I顷皿产CC /R14+R l，每个管的最大集电

6、极功耗为P c 20.2P om。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，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 CC极最大电流和最大管耗时河近似为I1 C max = 1 CmaxT5)*2PP =P r(1.115) gmaxmaX2电阻r6-ri 1的估算r7,r8用来减小复合管的穿透电流淇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=rbe 2 + (1+B) R10 (大功率 管的r约为10欧)输出管V2, V4的发射极电阻

7、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= (0.05-0.1)R。L由于V”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，会使加到匕，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V8, V9和R7，R8共同组成输出级的 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_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.

8、7KQ;R2=4.3KQ;R3=47KQ;R7=68KQ;R8=1KQ（电位器）：R9=10QK;R10=22Q;R11=220Q;R12=22Q;R13=220Q;R14=0.5Q；R16=8Q；电容：C1=C2=10pF;C4=C5=220pF;C6=C7=0.01pF总电路图及其工作原理工作原理：用差分放大输入级抑制零漂，如前所述，为了使R在静态时L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 ）o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。其他元器件的作用。V3管为激励

9、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。R7, V8, V9为功放管提供静态偏置，防止交越失真，把V4, 5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。R5, 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+r6）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。R16, C6称中和电路，防止由于感性负载而引起高频自激。R4, C2是差动放大器的电源滤波电路。称自举电容，

10、用来提高功率输出级的增益。4由图可知，当输入信号为正半周时，经V1, V2和V3次放大 并反相，七也为正半周，则匕，V。复合管导通信号放大后经匕， 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L后的完整信号。五、功率放大器元件明细表兀件大小数量心人（单位:个）运算放大器CF7411二极管2CP102三极管3DG613DD0113CG2113DD11电阻1Q230Q1240。41KQ27KQ247KQ210KQ18KQ1电容0.1|jF110pF2六、总结课设的过程是艰辛的，但是收获是巨大的。首先，我们再一次的.专加深巩固了对已有的知识的理解及认识；其次，我们第一次将课本知 识运用到了实际设计，使得所学知识在更深的层次上得到了加深。再 次，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、耐力和新年上的胜利，在今后的日子 里，它必将成为我们的宝贵财富