模电 OTL音频功率放大器.doc

钦 州学院 模拟电子技术课程设计报告 OTL音频功率放大器 院 系 物理与材料科学学院专 业 应用电子技术 班 级 电子专101班 姓 名 黄广冠 毛敏鲜 刘燕 指导教师单位 钦州学院 指导教师姓名 申 康 指导教师职称 教 授 OTL音频放大器的设计应用电子技术专业2010级 黄广冠、毛敏鲜、刘燕指导教师 申康 摘要 ：本报告包括两个内容。第一部分，设计并实现OTL音频功率放大器，功率放大器的作用是给音响放大器的负载RL（扬声器）提供一定的输出功率。当负载一定时，希望输出的功率尽可能大，输出的信号的非线形失真尽可能的小，效率尽可能的高。本文设计的是一个 OTL 音频功率放大器，实物产品采用PCB印制电路板制作（单面板）使其性能良好满足设计要求和外表美观。第二部分，用Multisim软件对OTL功率放大器进行仿真实现。根据实例电路图和已经给定的原件参数，使用Multisim软件模拟电路，并对其进行静态分析，动态分析，显示波形图，计算数据等操作。 关键词： OTL功率放大电路；Multisim软件仿真；TDA2030音频放大器；交越失真；无输出耦合电容；输出功率；反馈网络；PCB单面板。设计目的 :（1） 进一步掌握模电数字电子技术课程所学的理论知识。 （2） 学习基本理论在实践中综合运用的初步经验，掌握模拟电路设计的基本方法、设计步骤，培养综合设计与调试能力。 （3） 培养实践技能，提高分析和解决实际问题的能力。（4） 掌握OTL音频功率放大器的设计方法，基本工作原理和性能指标测试方法。 （5） 通过一个OTL功率放大器的设计、安装和调试，进一步加深对互补对称功率放大电路的理解，增强实际动手能力。设计技术指标与要求：（1） 设音频信号为vi=10mV, 频率f1KHz；（2） 额定输出功率Po2W；（3） 负载阻抗RL=8；（4） 失真度3%目录 前言 3一. OTL音频放大器功率 3 1. 设计思想 3 1.1.设计方案 4 1.2.设计所需的元件 4 1.3.设计原理 5二. 电路仿真 6三. 电路连接测试 61. 元件的安装 62. 元件的调试 8 2.1静态工作点调试 8 2.2 放大器无输出，完全无声故障排除 8四. 性能测试与分析 9 1.波形测试 9 2.主要参数的测试与计算 95. 设计体会 9参考文献 10 前言 OTL(Output transformerless )电路是一种没有输出变压器的功率放大电路。过去大功率的功率放大器多采用变压器耦合方式，以解决阻抗变换问题，使电路得到最佳负载值。但是，这种电路有体积大、笨重、频率特性不好等缺点，目前已较少使用。OTL电路不再用输出变压器，而采用输出电容与负载连接的互补对称功率放大电路，使电路轻便、适于电路的集成化，只要输出电容的容量足够大，电路的频率特性也能保证，是目前常见的一种功率放大电路。它的特点是：采用互补对称电路(NPN、PNP参数一致，互补对称，均为射随组态，串联，中间两管子的射极作为输出)，有输出电容，单电源供电，电路轻便可靠。两组串联的输出中点”可理解为采用互补对称电路(NPN、PNP参数一致，互补对称，均为射随组态，串联，中间两管子的射极作为输出)。一.OTL音频功率放大器1. 设计思想 1.1 设计方案要求设计一个由二极管，三极管，电容，电阻等元件组合而成的OTL音频功率放大器。其中，二极管T1构成前置放大级，对输入信号进行倒相放大，二极管T2，T3的参数一致，互补对称，且均为共集电极接法，保证了输出电阻低，负载能力强的优点，作用是对输入的信号进行功率放大。 在明确了电路接线的基础上，在电路板上进行仿真模拟，并按照课本上相关的知识对该功放的主要参数计算。电路在12V的直流电压下工作，在负载为8的情况下保证了P2W，失真度3%，电路中还引入了交直流电压并联负反馈（由原理图中Rw1的一端接在A点引起）从而稳定了放大器的静态工作点，也改善了非线性失真。电容C1、 C2为电源滤波电容，用以防止电源引线太长时造成的放大器的低频自激现象发生。在元件的选取方面，由于互补对称的两个三极管工作在共集电极的状态下，其电压增益接近且略小于1，功率增益主要靠它的电流增益来保证，所以电流放大系数的选择很重要，一般要求要选的值大一些，这样会使的两互补对称管的配对性好一些，功率增益提高一些，失真度减少一些。1.2 设计所需的元件元件序号型号主要参数数量备注R1定值电阻1K40.1元/个R2定位器5K11元/个R3定值电阻1010.1元/个C1耐压值50V0.1uf10.2元/个C2耐压值50V10uf20.2/元个C3耐压值50V0.05uf10.1元/个C4耐压值50V220 uf30.2元/个C5耐压值35V3300 uf21.2元/个C6耐压值50V0.22 uf20. 元2/个C7耐压值50V1 uf20.2元/个集成运放uA74111元/个集成功率放大LM386电压增益为2646dB11元/个二极管D11N4007耐压1000V,电流1A60.2元/个变压器22015V19元/个稳压器件LM7812输出电压12V，输出电流100mA11.2元/个稳压器件LM7912输出电压-12V, 输出电流 100mA11.2元/个发光二极管1.52V,10 mA 20 mA20.2元/个扬声器DH8 5W14元/个其他实验及测试设备： +12V直流电源 直流电压表 直流毫安表 函数信号发生器 双踪示波器 交流毫伏表 频率计 1.3 设计思路稳压部分滤波部分整流部分电源变压器输出电压波形转化如下：2. 电路仿真在计算机上使用Multisim对设计的OTL音频功率放大器进行仿真，仿真的结果为能实现最初的设计目标，仿真电路如图12所示。图（2） OTL音频功率放大器仿真图三. 电路连接测试1. 元件的安装（1）.计算机上使用protel绘制电路板并制作PCB板。（2）.在制作好的铜板上按图（1）连接好线路，元件焊接部位上锡。（3）.将电阻器,晶体管插入印制板的相应位置上，要注意，电解电容器的极性和晶体管的管脚不要插错。 （4）.焊接元器件时保留元器件引线的适当长度,焊点要光滑,防止虚焊和搭锡。（5）.检查电路的电气连通性能是否正常。2.元件的调试 2.1. 静态工作点的调试 按上述原理图在电路板上连接线路，将输入信号旋钮旋至零（ui=0）电源进线中串入直流毫安表，电位器 RW2置最小值，RW1 置中间位置。接通12V 电源，观察毫安表指示，同时用手触摸输出级管子，若电流过大，或管子温升显著，应立即断开电源检查原因（如RW2 开路，电路自激，或输出管性能不好等）。如无异常现象，可开始调试。 a.中点电位的调试： 理论上，对于OTL电路，单电源供电时，只要调整Rw1，就能使中点A点的电位等于电源电压的一半。 在实际调试过程中，很多情况下，调整Rw1，A点的电位很难达到电源电压的一半，而且在调试后，也难保持这个电压。解决方案如下：首先，用万用表检查各个晶体管是否完好，特别是查看输出级功放三极管T2、T3和输出级二极管D是否被击穿短路或开路。然后通电检查各级放大电路的工作点是否正常。并重新调整放大器的工作点，使中点UA恢复正常。而且，放大器的工作点和中点电压要反复调整，才能达到要求。 b.调整输出极静态电流及测试各级静态工作点： 调节RW2 ，使T2、T3管的IC2IC31020mA。 从减小交越失真角度而言，应适当加大输出极静态电流，但该电流过大，会使效率降低，所以一般以1020mA左右为宜。由于毫安表是串在电源进线中， 因此测得的是整个放大器的电流，但一般T1的集电极电流IC1 较小，从而可以把测得的总电流近似当作末级的静态电流。如要准确得到末级静态电流，则可从总电流中减去IC1之值。 调整输出级静态电流的另一方法是动态调试法。先使RW20，在输入端接入f1KHz的正弦信号ui。逐渐加大输入信号的幅值，此时， 输出波形应出现较严重的交越失真（注意：没有饱和和截止失真），然后缓慢增大RW2 ，当交越失真刚好消失时，停止调节RW2 ，恢复ui0 ，此时直流毫安表读数即为输出级静态电流。一般数值也应在1020mA左右，如过大，则要检查电路。 输出极电流调好以后，测试各级三极管的静态工作点，并定性分析是否均工作在正常的范围内。 2.2、放大器无输出，完全无声故障排除。 从实验原理图中可知，输入信号要经过三极管T1的倒相放大后，在经过T2，T3进行功率放大，去推动输出级的喇叭工作，如果放大器完全没有输出，很可能就是因为两三极管b-e极偏压过小，不能保证两个三极管导通。理论上，只要调整Rw1和Rw2使得二极管D和电阻Rw2提供的偏置电压能够满足T2，T3两三极管导通条件即可。四. 性能测试与分析 1.波形测试 （1）测试直流稳压电源示波器波形：观察示波器的波形可知到该电源是否在工作范围内。 （2）测试OTL音频功率放大器的输出波形：按总原理图接好电路，在交流信号输入端用信号发生器接入1KHz 10mV的电压源，用示波器观察RL两端的波形，并和输入的波形进行对比，观察波形有没有失真，输入信号是否确实被不失真放大。2. 主要参数的测试与计算1.1测量Pom 输入端接f1KHz 的正弦信号ui，输出端用示波器观察输出电压u0波形。逐渐增大ui，使输出电压达到最大不失真输出，用交流毫伏表测出负载RL上的电压有效值U0，即可求出1.2测量 当输出电压为最大不失真输出时，读出直流毫安表中的电流值，此电流即为直流电源供给的平均电流IdC（有一定误差），由此可近似求得 PEUCCIdc，再根据上面测得的P0m，即可求出 1. 3输入灵敏度测试 输入灵敏度是指输出最大不失真功率时，输入信号Ui之值。根据输入灵敏度的定义，只要测出输出功率P0P0m 时的输入电压值Ui即可。1.4噪1.4噪声电压的测试 测量时将输入端短路(ui0) ，观察输出噪声波形，并用交流毫伏表测量输出电压，即为噪声电压UN，本电路若UN15mV，即满足要求1.5试听 输入信号改为录音机输出，输出端接试听音箱及示波器。开机试听，并观察语言和音乐信号的输出波形。五. 设计体会 通过这次对OTL音频功率放大器的设计与制作，让我们了解了设计电路的程序和OTL音频功率放大器的原理与设计理念。在接电路的过程中要仔细并且得有耐心，在检查错误时要更耐心，当出现错误时，首先检查线接对了没有，如果没有错误就看是不是元件存在问题，遇见错误要一步一步的来。从这次设计中得到：1、 接触到了与自己相关专业的具体的知识，通过实践巩固了学过的知识。明白了团体精神的重要性，更懂得做好一件事情的不容易。2、 掌握了功率放大器电路的设计与制作，和晶体管极性的判断，如何去检查电路中的错误与线路是否导通，进一步熟练万用表的使用，如何制作PCB电路板。3、 初步了解了一些专业软件的使用，如ultisim的软件的使用，也初步接触到了具体的制版全过程。在这次设计中，让我们确实遇了很多难以解决的问题，同时也学到了很多知识。明白了理论知识和实践不能混为一谈，要想具备纯熟的动手技能，理论知识是必不可少的，反过来，具备了理论知识并不