课程设计--OCL功率放大器的设计.doc

课程设计报告 题 目：_音频功率放大器_专 业：_电子信息工程_年 级：_2010级_学 号：_1010612050_学生姓名：_覃超_ 联系电话：_指导老师：_ 黄杰_完成日期： 2012 年 06 月 20 日 OCL功率放大器的设计 摘 要无输出电容（OCL）功率放大器是在OTL功率放大器的基础上发展起来的一种全音频直接耦合低频功率放大器，在高保真扩音系统中得到了广泛应用。OCL功率放大器的放大原理与OTL功率放大器基本相同，主要区别是OCL采用了双电源，省去了输出电容，获得了良好的频率特性的同时引出了0CL功率放大器特有的“零点漂移”问题，因此设计电路时应注意抑制零点漂移。借用仿真软件对电路进行虚拟实验和测验分析，达到预期目的。关键词：功率放大器；分立元件，恒流源；OCL；Proteus ABSTRACTno output capacitance (the OCL) power amplifier is in power amplifier OTL developed on the basis of a full audio frequency power amplifier directly coupled, in high fidelity loudspeaker system has been widely used. The power of the DaQi repeatedly OCL OTL power amplifier amplification principle and basic same, the main difference is the OCL double power supply, tell the output capacitance, have the good frequency characteristics of the derivation of the unique power amplifier CL 0 zero drift problem, so circuit design should pay attention to the inhibition zero drift. Borrow simulation software to circuit analysis and test of virtual experiment, to achieve the desired objectives.Keywords: power amplifier; Division components, constant current source; OCL; Proteus目录（要自动生成的）摘要（三号黑体）IABSTRACT(三号Times New Romar)I1 设计要求及方案选择(标题1为四号黑体)31.1设计要求(标题2为小四 黑体)31.2方案选择(标题2为小四 黑体)32 理论分析与设计22.1功率放大电路的分析及设计22.2正负12V线性直流稳压电源的分析及设计33电路设计43.1 硬件电路的设计53.2整个仿真电路94 系统测试104.1调试所用的基本仪器清单104.2调试结果104.3测试结果分析105 总结11参考文献1111贺州学院课程设计报告1 设计要求及方案选择(标题1为四号黑体)1.1设计要求(标题2为小四 黑体)1.采用分立元件制作，不能采用音频集成电路。2.输出功率5W。3.fL100HZ,fH10KHZ1.2方案选择(标题2为小四 黑体)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RL一定是，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。需要注意的零点漂移的问题：OCL功率放大器的零点漂移就是两只输出管的连接点。所谓“零点漂移”就是“零点的直流电位偏移了零电位”。由于OCL电路采用直接耦合方式，为了保证电路工作稳定，必须采取有效的措施一直零点漂移。为了获得足够大的输出功率，驱动负载工作，故需要足够大的电压放大倍数。因此，性能良好的OCL功率放大电路应由输入级，驱动级和输出级等部分组成。2.OCL各级的作用和电路特征（1） 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。（2） 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） 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，要注意消振以防损坏元器件。2 理论分析与设计2.1功率放大电路的分析及设计本级的输入级采用差分放大电路，由镜像恒流源供电。具有抑制零点漂移、稳定静态工作点、输入阻抗高的优点；中间级采用开启式共射放大电路和恒压偏置，具有推动激励作用，消除交越失真；输出级采用准互补乙类OCL放大电路，具有较好的的电路输出对称性和功率放大作用。电路如图六所示。图六 OCL功率放大器确定电源电压VCC，设功率管饱和压降Vces=2V，R11=0.5.由最大输出功率:Pmax=UoRL, Uo=Pmax*RL, 即Uo=6.32V。又由电压输出有效值 U（Vcc-Vces）/*RL/(R11+RL),即VCC=9.50V，取电源电压VCC=12V；最大不失真输出电压峰值：Uom=(Vcc-Vceo)*RL/(R11+RL)=9.41V负载电流最大值：Icmax=Uom/RL=1.2A.输入阻抗：Ri=Ui/Ii,用输入幅值为150mV的正弦波如图七所示，测得Ii=3.3uA,则Ri=45.5K，输出阻抗Ro=(Uo/Uo-1)/RL，空载时Uo=8.50V，RL=8负载时，Uo=7.0V，则Ro=2。图七 输入信号源的幅值和输入电流2.2正负12V线性直流稳压电源的分析及设计原理框图如图九所示：图九 线性直流稳压电源原理框图考虑到功率放大器的负载等要求电源采用集成稳压芯片LM7812和LM7912，原理如图十所示图十 正负12V线性直流稳压电源原理图3电路设计3.1硬件电路的设计3.1.1输入级恒流源差分放大电路的设计如图八所示，两个输入端分别输入大小、相位相同的信号时，输出为零，从而克服零点漂移，并保证输出级中点电压的稳定。差分放大器将两个输入端的差以一固定增益放大，很多系统在差分放大器的一个输入端加输入信号，另一个输入端加反馈信号，增加曾哥功放的稳定性和降低噪声，并实现反馈调节作用。在三级管输出特性的恒流区，当集电极电压有一个较大的变化量UCE时，集电极电流ic 基本不变。此时三级管c、e之间的等效电阻rce=uCE/ic的值很大。用恒流源三级管充当一个阻值很大的长尾电阻Re，既可在不用大电阻的条件下有效的抑制零漂，又适合集成电路制造供工艺代替大电阻的特点，因此，这种方法在集成运放中被广泛采用。图八 恒流源式差分放大电路3.1.2推动级电路的设计如图九所示，推动级是给功率输出级提供足够的激励电流和稳定的静态偏压，整个功率放大器的增益主要由这一级提供。为了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，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。为了稳定偏置电压，可采用恒压电路，有多个二极管串联而成，并有激励管集电极负载和几个电阻构成。 图九推动级偏置电路3.1.3输出级准互补对称推挽功放设计输出级主要起到电流放大作用，以向扬声器提供足够的激励电流，高正扬声器正确放音。输出级采用互补或准互补输出形式的单端推挽放大电路，其输出级由上臂下臂不同极性复合管构成，利用它们的偏置极性相反的特性，可以自动地分别放大正、负半半周信号，即具有互补特性，又因为在工作时总是一鼻导通，另一臂截止，工作再推挽状态，又称准互补对称推挽功放，如图九所示。图九：准互补对称推挽功放3.1.4大功率管保护电路如图十所示，小功率三极管，拉动大功率三极管，起到线性放大放大电流的作用并起到电子开关作用，以保护电路。 图十：大功率管保护电路3.1.5反馈电路设计如图十所示，反馈网络是为了提高电路的稳定性和减低失真，OCL电路均要加入交直流负反馈，通常会采用环路反馈。大环路反馈被大多数功放使用，即反馈信号从输出端取出，经反馈网络到查分放大器一输入端，这种负反馈可以提高放大器的速率，消除扬声器的反动势经环路反馈到输入级造成失真。图十：反馈电路3.1.6各种补偿电路的设计消除自激所加的补偿电容：电容120P为消振电容，用来抑制电路振荡，行进相位补偿,以消除电路高频自激。 端扬声器阻抗补偿电路：用以补偿扬声器的感抗成分，使放大器的负载较接近于纯阻性，放大器共走稳定，不易自激，输出级晶体管不易过压，运行比较稳定。3.2整个电路仿真图 图十一：仿真图4 系统测试4.1调试所用的基本仪器清单双踪示波器、万用表，信号发生器等。4.2调试结果为了良好的完成调式工作，需要对实验仪器进行熟悉。在调式过程中，R12的调节对电路的电流产生很大的影响。因此，第一步调节R12，使输出的电流在一定的范围内，这样可以较好的使各级三极管在正常状态下工作。因此第一步调节R12，确保在输出级前一级放大支路上的电流在4mA5mA左右，第二步调节R14、R12对电路进行凋零，即在电路输入为零时，其输出也为零；这样可以减小系统本身噪声对信号的影响。第三步调节放大增益最主要的增益调节是反馈电阻R13，调节反馈电阻及音源输入电位器观察输出信号是否失真，在最大不失真的情况下测得：输出功率：Po=6.125W5w(RL=8)输入阻抗为：Ri=Ui/Ii=0.15/3.3*10-6=45k.4.3测试结果分析本设计通过分析论证，所做成的作品满足设计的要求，但由于实验室解乏一些仪器，只能用仿真的数据进行有关计算，这样仿真出来的理想数据跟实际的数据会有所误差，但最终经过调式最后所得到的数据以理论计算的误差慢慢减小。如图九所示仿真图图九 输入信号与输出信号5 总结本次设计起初遇到很多问题，首先是电路设计时经验不足，没放有测试点，造成进行数据采集是非常的不方便，其次是理论知识不够扎实，对一些基本的理论分析不熟悉，浪费很多时间。不过经过这次设计让我对模电的知识掌握有了更进一步的提高，掌握了分析模拟电子技术的一些技巧和方法，相信在以后的更多的课程设计中会有更大的进步.，同时也非常感谢老师和同学们的协作与指导！让我顺利的完成本次设计。参考文献1 张肃文.高频电子线路M.北京：高等教育出版社，2000. 2 江思敏、姚鹏翼.PADS电路原理图和PCB设计M.机械工业出版社，2007.3童