模拟电子技术课程设计---高保真OCL音频放大器.doc

课 程 设 计 课程名称模拟电子技术课程设计题目名称高保真ocl音频放大器专业班级10电子信息本科2班学生姓名 * * *学 号510010320*指导教师 二一一年十二月二十五日目 录1设计任务书. 32总体设计. 43单元电路设计计算.63.1 输入级3.2 放大电路及音频控制电路3.3 功率放大电路4调试说明. 115小结及讨论.146参考文献. 16附录 设计电路图.171.设计任务书1.1 设计题目：高保真ocl音频放大器。1.2 设计要求： 1.21 分析电路的组成及工作原理。1.22 分析单元电路设计计算。1.23 采用衰减式音调控制电路。1.24 采用ocl音频功率放大器。1.25 说明电路调试的基本方法。1.26 画出完整电路图。1.27 小结和讨论。1.3 技术指标1.31最大不失真输出功率：pom10w1.32 负载阻抗（扬声器）：rl=81.33频率响应：flfh=50hz20khz1.34音调控制范围：低音：100hz+12db高音：10khz+12db1.35输出电压：ui100m1.36失真度：r2%1.37稳定性：在电源为+1524v范围内变化时，输出零点漂移100mv2.总体设计2.1电路整体方案的确定音频功率放大器的基本功能是把前级送来的声频信号不失真地加以放大，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能量转换电路，要求在失真许可的范围内，高效地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，将放大电路做成推挽式电路，功放管的工作状态设置为甲乙类，以减小交越失真。常见的音频功放电路在连接形式上主要有双电源互补推挽功率放大器ocl（无输出电容）、单电源互补推挽功率放大器otl（无输出变压器）、平衡（桥式）无变压器功率放大器btl等。由于功放管承受大电流、高电压，因此功放管的保护问题和散热问题也必须要重视。ocl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。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，本电路选用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随器组成。高保真音频放大器组成框图信号ui5前置放大电路音调控制电路ocl功率放大器喇叭rl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，如附录电路图所示进行设计.3.单元电路设计计算3.1各级电压放大倍数的分配根据额定输出功率po和rl,求出输出电压为uo=6.7*8=7.3(uo为有效值)整机中频电压增益为：aum=73 设输入极电压增益，音调控制电路增益和输出极电压增益为aum1， aum2， aum3 则: aum1 aum2 aum3 =aum其中aum11（射极输出器），aum2 =6可选取为(510), aum2 包括音频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 =12可适当大些，它实际上是输入极的推动极电路的增益。 3.2电源电压的确定为了保证电路安全可靠地工作，通常使电路的最大输出功率pom比额定输出po要大一些，一般取： po=(56.7)w pom(1.52)po=10w所以，最大输出电压应根据pom来计算，为：uom=12.6v 电源电压必须大于uom，因为输出电压为最大值时，vt1和vt2已经接近饱和。考虑到管子的饱和压降，以及发射极电阻的压降作用，我用下式表示电源电压和输出电压最大值的关系：uom=uccucc=uom 其中称为电源利用效率，一般取： 0.8 则：vcc=(15.7521)v根据管子的材料、发射极电阻值和扬声器阻抗来选定值。如果上述因素是输出电压降低很多时，可选低一些，反之可选高一些。3.3功率输出级计算（见附录图3-3）3.31选择大功率管 准互补对称功放级四只管子中t4,t5是大功率管，要根据晶体管的三个极限参数来选取。（1）vt1和vt2承受的最大反压：ucem2ucc=30v(取vcc=15v)（2）单管最大集电极电流，忽略管压降： icml=1.875 （3）单管的最大集电极功耗：两管在推挽工作时，单管最大集电极功耗为：pcm=0.2pom =2.8w 选择vt4、vt5，使其极限参数满足：uceo ucemic m i cmpcm pcm 注意应选取两功放管参数尽量对称，值接近相等，约为20。3.32选择互补管，计算r19, r20 ,r21(1) 确定r19, r20 ,r21由于功放管的参数对称，它们的输入电阻为：ri= rbe20要使互补管的输出电流大部分注入到功放管的基极，通常取r19,=r21=（510）ri 。平衡电阻r20可按r1 9/10选取。则r19,=r21=220，r20=22（2）选择互补管t2，t3因为vt2和vt3，分别别与vt4、vt5复合，它们承受的最大反压相同，均为2ucc,所以在计算集电极最大电流和最大功耗时，要考虑大r3、r4的分流作用和晶体管内部造成的损耗。在工程计算中可近似认为： icm=(1.11.5)ic4/=0.103a pcm = (1.11.5) p cm4 /=0.154w式中ic4，p cm4分别为功放管（t4,t5）的最大电流和最大管耗，为功放管的电流放大系数，约为25.选择vt2、vt3，使其极限参数满足：uceo 2uccicm i cmpcm pcmvt2为npn型，vt3为pnp型，并使3 =4=25.。（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= i cm/ (一般取ir16 =1.2ibm) 式中i cm ，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）/ r16=(vcc- 0.7-0.7) / r16，所以r16的阻值应为（vcc-1.4）/ ir16，而r17的阻值和r16相等3.4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，于是反馈电阻的大小也就确定了，约为24 k. 3.5衰减式音调控制电路的计算(参见附录图3-4)3.51确定转折频率因为同频带为flfh,所以两个转折频率分别为fl2 = fl , fh2 = fh又因为已知电路的转折频率fl1和fh2。又知flx和fhx处的提升衰减量，根据公式可求出：fl2=flx fh1=fhx 3.52确定电位器rw2和rw1的数值 因为运放的输入阻抗很高(一般大于500k)，又要求rw2和rw1的阻值远大于r1和r2的阻值，同时还满足提升和衰减量的要求，所以电位器rw2和rw1的阻值应选取的较大，通常100500k范围，约为rw2=rw1=300 k3.53计算阻容元件值c 3=c4= fl2 c 3fl1r2=12c4 fl2 r1=12c4 fl1 r2 c1= 12r1fl1c2= 12(r1r2)fl13.54音调控制电路的电压放大器（参见附录图） 根据前面电压增益分配的讨论，已知音调控制电路总的电压增益aum2，它包括音调控制电路的衰减量r2(r1+r2)和电压放大器的增益au，所以有aum2 =au* r2(r1+r2) 则 au= aum2 *(r1+r2)r2au是由电压放大器中引入的负反馈决定的，即au=1+r9r7r7可取（12k），从而r9的阻值就确定了。4.电路板调试4.1不通电检测检查单路元件焊接是否正确、可靠，注意元件的位置、管子型号、管脚是否接对，电解电容极性正确无误。用万用表电阻档检测电源 ucc及-ucc到输出中点间的电阻值，以及对地的电阻值。其余各管在路简易测试be、bc、be极间是否存在短路现象，无论何时都必须排除短路故障和烧保险丝故障才能开机。为确保安全，可以选用断开基极的检测方法试之。4.2通电测试界限要对直观检查是否烧保险丝，线路板上的电容、晶体管是否炸裂，电阻是否烧焦。通电检查时，可将电源开关打开，用手控制插头与插座的接触，测输出中点电位，如接近0，则接插头，然后手摸电路中各晶体管、电阻等是否有迅速发热的情况。若有，先要排除故障再开机。正常情况下，中点电压为0或稍偏正或负值，用交流档检测输出中点有电压摆动4.3静态测试（1）为保护功率管，首先负载开路测试。接通电源，粗测各级管子静态工作情况，逐级检查各管ube和uce。若发现ube=0（管子截止）或ube0（管子饱和）均属不正常。检查场效应管ugs和uds是否符合设计值。首先排除故障，在逐级调整工作点。输出级：输出重中点电位应为0v。若偏离0v，调节r15。注意在调整时，r15 应由小到大，使vt5始终工作在放大区，防止r15过大烧毁vt8.前置级：调节r30，使vt11管vsi为设计数值。在调整r26 ，使vs2=up/2。（2）输出端接假负载（8，8w电阻），量测静态工作情况。要求输出端电压为0v，电源在允许范围内变化，偏移电压不应超过100mv。若偏移过大，说明互补对称管参数相差太大，或者差分对管不对称。4.4动态测试（1）测试电路需用仪器:信号发生器xfd-6型低频信号发生器；电压及使真度测量仪sz-1型失真度测量仪；波形监视sr8二踪波器；万用表和交流毫伏表。（2）调试输出功率管静态电流：信号源频率f=1khz，ui=20mv，w3、w2置于中点，w1置于最大，由示波器观察输出信号波形。调整电阻r10,使输出波形刚好不产生交越失真。量测输出管静态电流（不加输入信号）io2030ma即为正常。（3）量测输出最大功率： 按图1-10接线，w1、w2、w3位置同上，输入信号f=1khz,逐渐加大输出入入信号电压ui，示波器显示的波形刚好不产生削波失真，失真度3%，此时输出电压值uom为最大输出电压（有效值）。音频信号发生器ocl音频放大器电路示波器失真度仪1-10测试电路根据 pom=若pom大于指标要求即可.（4）测量输入灵敏度：接线，w1、w2、w3、的位置同上。输入信号频率f=1khz，在输入阻抗ri 500k时，测得此时输入信号电压ui的数值。若ui100mv即满足要求。（5）测量频率响应：接线同上。因为电路在单音频信号下工作，长时间输出最大功率容易烧毁功率管，为此，可现在低电压下测试，一般使输出电压约为50%的额定值。测试时，w3、w2置于中点，w1不动，保持输入电压ui恒定，改变信号频率f从50khz至20khz，测出对应的输出电压uo。注意测试过程中波形不应失真，不能有振荡产生。若以上测试均能正常工作，可加大ui，是输出在额定值范围进行测试，步骤方法同上。注意测试应迅速、准确。（6）测试音调控制电路和整机的高低音控制特性。整机高低音控制特性的测试接线同上，输入电压ui=50mv，w1不动，改变信号频率f从50hz20khz,按下述w2和w3的位置测试：高音提升和低音提升特性：w2、w3滑动端置于左端a、c点，测得对应的uo。高音衰减和低音衰减特性：w2、 w3滑动端置于左端b、d点，测得对应的uo。 音调控制电路的特性测试方法同上，只是输入信号ui从c9加入，输出信号从c12引出。(7)失真度测量接线同图1-10。输入信号频率分别为100hz、1khz、5khz时，输出达到额定输出功率，分别测出对应的失真度数值。(8)测量噪声电压：接线同上。w2、w3置于中点，w1置于最大，使输入端短路（无输入信号），观察输出噪声波形，测量其有效值电压un，若un15mv即满足要求。4.5成品试听检验（1）接扬声器负载开机后在无输入信号时，不应有严重的交流声。功率管不应过热，正常工作时，一般70。两功率管发热情况不应有太大差别。（2）用收音机输入音乐信号慢慢加大w1，音量应逐渐加大。调节w2和w3,高低音应有明显变化，不应出现沙哑、尖叫和噗噗声。 5心得体会通过为期一周的实习，我深刻体会到了自己知识的匮乏。我深深的感觉到自己知识的不足，自己原来所学的东西只是一个表面性的，理论性的，而且是理想化的。根本不知道在现实中还存在有很多问题。设计一个很简单的电路，所要考虑的问题，要比考试的时候考虑的多的多。所以，一开始，我遇到了很多麻烦。通过老师和同学们的帮助，我渐渐的有了眉目。这样，在很大程度上提高了我考虑问题的全面性。设计电路，还要考虑到它的前因后果。什么功能需要什么电路来实现。另外，还要考虑它的可行性，实用性等等。这样，也提高了我的分析问题的能力。原来，我们学习的电路只是一个理论知识，通过这次实习。使我的理论知识上升到了一个实践的过程。同时在实践中也加深了我们对理论知识的理解。另外，这次实习不仅使我的电学知识有一个很大的提高，而且还使我学到了许多其他方面的知识。比如，在计算机上制图，提高了我的动手能力。总之，通过这次实习，不