模电课程设计报告

1、模拟电路课程设计题目：0CL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；目录一、课程设计任务及要求-.3. TOC o 1-5 h z HYPERLINK l bookmark32 o Current Document 1、设计目的3.- HYPERLINK l bookmark39 o Current Document 2、设计指标3.- HYPERLINK l bookmark50 o Current Document 3、设计要求4.- HYPERLINK l bookmark59 o Current Document 4、制作要求4.- HYPERLINK l

2、bookmark62 o Current Document 5、OCL功率放大器各单元具体电路设计。4.-6、完成整体电路设计及论证。5.-7、编写设计报告5.-.二、总体方案设计-.5.-. HYPERLINK l bookmark75 o Current Document 1、设计思路5- HYPERLINK l bookmark79 o Current Document 2、OCL功放各级的作用和电路结构特征 7.-三、单元电路的选择与设计-.8.-. HYPERLINK l bookmark88 o Current Document 1、设计方案8.- HYPERLINK l book

3、mark92 o Current Document 2、确定工作电压8.-. HYPERLINK l bookmark99 o Current Document 3、功率输出级的设计9.-.方案设计电路图 -1.1.-各单元电路设计、参数计算和元器件选择： 1.2.-.-四、 总电路图及其工作原理 -.1.2.-工作原理： 1.4.五、 功率放大器元件参数计算 -.1.5.- TOC o 1-5 h z 确定电源电压1.5.功率输出级计算1.6.推动级的计算1.9.-4元件明细表2.0六、总结 -.2.0.-.参考文献： -.2.1.4、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

4、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：50HzW f 20KHz额定输出功率:Po=8W负载电阻：Rl=8 Q非线性失真尽量小输入信号：UF=100mv3、设计要求1)进行方案论证及方案比较2)3、设计要求1)进行方案论证及方案比较2)3)4)5)6)7)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、设计方案分析对比。4、

5、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计算电路元件参数;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R1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。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。对

6、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。

7、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 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低噪声放大。为此，采用带恒流源的，由调控制级）送来的信号作用低失低噪声放大。为此，采用带恒流源的，由复合管组成

8、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在波形不失真的情况下，使输出功率最大。动

9、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B倍，B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。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

10、，电 路的最大输出功率Pm应比设计指标 大些，一般取Pom（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POM2OM因此，最大输出电压为Uom=,2%R考虑到输出功率管V2V4的饱和压降和发射极电阻考虑到输出功率管Rio，R11的压降，电源电压常取VCC= （ 12 1.5）UOM3、功率输出级的设计输出功率管的选择输出功率管V4, V为同类型的NPN型大功率管，其承受的最大反向电压UcEmax 2Vcc，每个管的最大集电极电流为ICMmax V/RM+Rl，每个管的最大集电极功耗为匕,、2Pom。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

11、2VCC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似为I 八 =I C max 今./ l/&C maxp cmxe(1.11.5)仪2巴PcmaxPcmax=P Cmax (1.1 1.5) P2电阻R6-R11的估算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R7二R8=(5-10)R2。Ri2为V2管输入端的等效输入电阻，其大小为 Ri2=r诡2 + (1+ P)Re (大功率管的r约为10欧)输出管V2, V4 的发射极电阻R10, Rn用于获得电流负反馈作用，使电路工作 更加稳定，

12、一般取 R10=Rn=( 0.05 0.1) rl。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v，v3的基极输入端的信号不对 称。为此，加Rs, 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共同组成输出级的偏置电路，以使输出级工作于甲乙类状 态。其中V8, V选择与复合管v4, V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 Q;R2=4.3KQ;R3=47K Q;R7

13、=6.8K Q;R8=1K Q （电位器）：R9=10QK;R10=22Q;R11=220Q;R12=22Q;R13=220Q;R14=0.5Q;由容：8= C2=10 尸；C4=C5=220 萨；C6=C7=0.01 jE四、总电路图及其工作原理R2s JT；j=Ht2 黑V3-C1 R2s JT；j=Ht2 黑V3-C1 精选-Uom=1/0.7 x 15.2=22V式中：n 一电源利用系数，一般取n =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。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、t

14、5是大功率管，要根 据集体管的三个极限参数来选取。第一章管子承受的最大反向电压为UCEM弋2VCC 44V.第二章每管最大集电极电流为IVcc/Rl注2.75A第三章单管最大集电极功耗为PCM#0 2Fom2.88W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 UCEMiCM i cmpcM 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，B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，它们的输入电阻为：R. = rbe= 200+（1+ B） 2

15、6mv/l c=200.5Q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） R.=6 X 200.5=12030平衡电阻R20可按R/10=120.3 ,选取R18=R20=120-30选取互补管t2t3因为t2t3分别于t4t5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（11-15） c4 / 3=13X 15/50=0.39 APcm （1.1-1.5） Pm4/ 3=1.3X 10/50=0.26 A其中：Ic4Pcm4 一功放管（t4T5）的集电极最大电流和最大管耗;B一功放管的电流放大系数

16、。选择互补管，使其极限参数满足BUce。 UCEM1 CM i cmpCMPcm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 jBm,即Ir16 iBm = Icm/ 一般取 Ir16=任瞄式中，Bm ,B分别为互补管的集电极最大电流和电流放大系数，而Ir16=( VCC UBE2 UBE4)/R 16=( Vcc 07 07) /R 16，所 以Rl6的阻值应为(VCC 1.4)/I r16，而 Rl7的阻值和R16相等。故：取

17、I邱=1.2lBm=1.2X 0.39/50=0.009AR16 = ( Vcc 1.4) /I r16 = ( 22-1.4) /0.009=2.3kR17=R16=2.3 kQQ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Aum3= 1+Rf/R14R14阻值不要过小，一般为12kQ左右，于是反馈电阻Rf的大小也就确定了。故：Rf=(Aum3-1)R14= 24 kQ4元件明细表2.3 kQr16120.3Qr181203Qr193AD4t23AD18A2.3 kQr17120.3Qr201203Qr213AD5

18、t33AD18C六、总结经历了这次课程设计，我对模拟电路这门课有了更 进一步的认识和了解，理论和实际操作都很困难，要将 实际和理论联 系起来需要不断的下功夫，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 比较困难了，因为是设计要求我们在以后的学习中注意这一点， 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 但巩固了所学知识，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，考验了我们借助互联网 络搜集、查阅相关文献资料，和组织材料的综合能力在进行一 个综合性的设计时，要全面考虑问题，如 想用其他信号来控制 信号，就要考虑到和这个信号 直接或间接关系的信号，必 须是最重要相关的信号，然 后用真值表来解决他们的关系，通 过门电路来实现。当 我们拿到一个课题时，一定要先仔细分析 要求，然后做 出总体设计方案，再进一步细化各单元电路，最 后将整个电路组合在一起，画出最终的逻辑电路图课设的过程 是艰辛的，但是收获是巨大的。首先，我们再一次的加 深巩固