工程综合训练OTL功放电路的设计.doc

此文档收集于网络，如有侵权，请联系网站删除课程名称：OTL功放电路的设计唐志平 学号：2012100203045班级：12机械C（二）设计要求：分立器件OTL电路设计：OTL(Output Transformer Less)是无输出变压器功率放大器的简称。采用OTL电路目的：（1）是简化电路（省略输出变压器）；（2）提高功放效率；（3）单电源供电输出级采用互补式复合管结构，分别对正负半周信号输出，合成为完整的周期信号；输出电容较大，同时起到中点浮动电源作用。为了获得较大的输出功率，一般由前置级-激励级（推动级）-功率输出级组成。主要参数： VCC=1216V,THD1%,RL=8,输出功率POM=1.53瓦；输入阻抗Ri 20k频带宽度：2020KHZ（-3dB）效率60%； 电源提供的能量应尽可能地转换给负载，以减少晶体管及电路的损失，要注意提高功放的效率。 =POm/PV100% Pom：负载（扬声器）得到的最大功率。 PV ：电源向OTL功放电路提供的功率。增益30db；增益=20log(vo/vi)3功放的分类1、甲类功放：导通角360度(无交越失真，效率低)2、乙类功放：导通角180度(存在交越失真，效率高)3、甲乙类功放：导通角大于180度(基本无交越失真，效率较高)4、丙类功放：导通角小于180度（有交越失真，效率高，用于高频功放电路）iCQVceVCC /RLVCCIBQ甲乙类放大的波形关系：VTIBQibiCVB1tICQ此文档仅供学习与交流1、 前置级要求有较大的输入阻抗，Ri20k；晶体管工作电流一般为0.5ma左右;2、激励级要有较大的增益，提供足够的驱动电流，并引入自举电路提高驱动能力， 满足输出幅度的需要；晶体管工作电流一般为23ma左右，需防自激；3、输出级工作处于甲乙类状态，克服交越失真采用准互补输出，需具有较大的电流 放大能力,一般用复合管结构；OTL功放最大输出功率与电源电压的关系满足： Pom=(Vcc-2Vces)2/8RL 一般情况下(IC1000ma)可认为： Vces 1v ,由此可知：当RL=8， Vcc=12V, Pom=1.5W; Vcc=16V, Pom=3W; Vcc=18V, Pom=4W;以此类推。 4、保持电路性能稳定，在输出级和前置级之间采用交直流负反馈电路。前置级激励级功率输出级交直流负反馈自举电路音频信号负载OTL电路设计思路+C5激励级电路的设计要求特点：满足增益要求，提供足够的驱动电流 ，为互补对称输出级建立甲乙类工作点, Q5静 态工作电流一般1.53ma。Q5、R6、R9、R10、D1、D2、C3组成推 动级电路，设置 Q5的工作电流约为2ma左 右。 R10、D1、D2是为改善输出级的交越失真而 设置的，D1、D2对复合输出管Vbe起 温度补 偿作用，调整R10使输出管工作在甲乙类状态 （VBC=1.31.8V），既消除交越失真又取得较 好的输出效率。 C5使得交变信号VBC 0，正、负半周时， 输出级取得相等的激励信号。 C4是防自激相位补偿电容，在30100p之间取值。Q5的集电极电位VC5(1/2VCC)-0.6V;VBC1.51.8V,IC5取值2ma,R10设置为300500可调；流过R8R9的电流IC5=2ma， IC5（ R8+R9 ）=VCC-(5.4+1.8)=4.8V, 求得： R8+R9=2.4K,取R8=220，R9=2. 2K，R6取100稳定工作点；Q5选取低频中功率管: BVceo 1.52VCC,Iceo10a， 100Icm 500ma,保证有足够的电流放大能力Q1Q3组成的NPN复合管和Q2Q4组成的PNP复合管均要求具有足够的电流放大能力，且特性要求准对称。Q1为NPN中功率管，BVceo 1.52VCC,Iceo10a， 100，Icm 500ma,保证有足够的电流放大能力。Q2为PNP中功率管，BVceo 1.52VCC,Iceo10a， 100，Icm 500ma,保证有足够的电流放大能力。Q3Q4选取NPN大功率管：（带散热片） BVceo 2VCC,Iceo100a， 在Ic电流为0.5A以上时， 2040；一般要求保证功率管的Icm 23(VOM/RL)，取Icm 4A。且要求功率管的PCM0.50.8POMR11R12是Q3Q4静态分流电阻（动态分流作用忽略可不计），在甲乙类状态下，复合管的工作电流控制在510ma,不出现交越失真时，Q1Q2的静态电流一般11.5ma，VbeQ3 0.6V,可算出R11=R12400,取330。请同学们在VCC=12V时，确定各级电路的电容耐压值（原则：选取的耐压值 1.52实际承受的最大电压）。OTL互补功放电路原理分析OTL功放前置输入级由T1T2差分放大电路组成，每只三极管静态工作电流设置为0.5ma左右，R0、R1、R2、R12、R14、R10是差分放大电路的偏置电阻， R1、R2阻值相等，流过的电流和T1的集电极电流Ic相当（T1的60），故T1的基极近似取得电源的中点电压。R14为T1T2提供1ma的工作电流。 R12是差分级的单端输出负载电阻，同时又可调整推动级T3的静态电流和输出级的静态电压VD。R13是T3的交直流负反馈电阻，既稳定静态工作点和增益又改善非线性失真。T3、R3、R4、R5、D1、D2、C2、C3、C4组成推动级电路，设置 T3的工作电流约为2ma左右。 R5、D1、D2是为改善输出级的交越失真而设置的，D1、D2对复合输出管Vbe起温度补偿作用，调整R5使输出管工作在甲乙类状态（VBC=1.51.8V），既消除交越失真又取得较好的输出效率。C3是防自激相位补偿电容，在30100p之间取值。为提高输出波形正半周的幅度， R3、C2构成自举电路（1/10s）。将推动级的负载电阻分离为（R3+R4），VA的静态电位设置为VCC-0.5V，在静态时VD调整为1/2VCC，电容C2上的电压VC2 =1/2VCC-0.5V，信号正半周时，C2提升VA的电位，有助于NPN复合管进入饱和状态，大大提高信号正半周的输出幅度。C4使得交变信号VBC 0，正、负半周时，输出级取得相等的激励信号。T4T6组成NPN复合管,T5T7组成PNP复合管,构成互补输出电路，R6、R7是输出管的静态分流电阻，但它对动态驱动电流影响极弱，动态分流作用可忽略。NPN、PNP复合管需配对使用（要求正负半周输出幅度对称），借助自举电路工作的NPN复合管的总电流放大倍率应比不借助自举电路工作的PNP复合管要小。C5C6是输出电容，C6改善C5的电感特性， C5实际上是起到中点浮动电源作用，在正半周输出时， C5经充电储存能量，为负半周输出提供足够的能源，设计依据不仅是按通频带考虑，而是和最大输出功率所需的能耗相关，取值一般在几百千微法数量级。在VCC=12V，RL=8，THD1%时，POM1.5W。R8、R9是自制电阻，用0.08的漆包线长约200mm绕制在1K以上的电阻上，起保险丝的作用。（需双线并绕，消除电感效应）R10、R11、C9组成交流负反馈电路，功放的增益 （1+R10/R11）。由于R10引入了深度直流负反馈（反馈系数为1），输出静态电位VD易调整、较稳定。当电源电压为16V时，若维持T1T2和T3的静态工作电流不变，只需调整R14和R4的阻值即可，输出功率接近3W。OTL功放电路的调试方法对照原件清单和印刷电路板准确无误装配并将功率管的散热板固定牢，检查无虚、漏、错焊，即可调试。注意：甲乙类工作点控制支路的R5D1D2焊接不要出现虚焊或二极管极性反接形成开路，否则静态时末级功放管电流可达数安培以上导致管子过载，甚至损坏。1、静态电位的调整：加入12V电源，调试前最好测量T1的基极电位，应是6V左右，射极电位是6.6V左右。在静态条件下测量输出静态电位VD（注：可调电阻R5调到最小值，使T4T7处于截止状态），若高于1/2VCC，调整R12，增加它的阻值，使得T3的工作电流加大， VD向减少方向变化，反之亦然。将VD调整到6V0.1V即可。如调整R12静态电位VD无变化，需检查T1、T2是否有虚焊，三极管极间是否有短路等故障。调整的目的是使VD处于中点电位，大信号时，输出幅度有对等的变化范围。若测量输出静态电位VD偏离1/2VCC很多，则需测量R12、R12、R13、R18这些电阻上的压降，对T1、T2（工作电流0.5ma左右）、T3 （工作电流1.52ma左右）的工作状态检查，排除故障再调试。2、 输出级静态电流的调整：VD调整后，将电流表串入R8回路，调电阻R5的值，由小调大，缓慢调整，使得输出管工作电流达到510ma(随输出管不同，大致的电流范围，在不出现交越失真的前提下，电流小一点好),再检测VD，可能偏离原先调好的值，此时，需再调电阻R12 ，对 R5和R12反复调整几次即可达到调整要求，调整的目的是给输出管建立甲乙类工作点。调好后，测量VA的电位在11.5V左右，VC 在 5.4V左右,VD 60.1V。T6的集电极电流为515ma（以动态测量时，不出现交越失真，电流小为好）。OTL功放PCB图（6）装配、焊接要领及说明。焊接时所使用的助焊剂，应该采用松香或一般的中性焊剂，避免使用酸性助焊剂。因为酸性焊剂不但有腐蚀作用，而且会引起电路漏电现象现。对一股元件的焊接，电烙铁与元件间最好保45度左右的倾斜角这样接触面较大，容易焊牢。其焊接时间一般保持12秒为宜，接地线的焊接时间可加长一些。 元件焊上支架前应先将元件引线在支架绕远牢，或穿进孔内勾牢，然后再进行焊接。对于元件在焊接前就必须将引脚表面氧化层用砂皮擦清，并镀邓好焊锡后再焊接。 元件与地线进行焊接时，也必须将通地端与地线绕牢。或者与焊版孔勾牢，然后再焊接。 对需要进行调整的元器件，可暂时采用搭焊，调试完毕后再绕住焊牢 先检查印刷电路板和焊接情况，焊接时温度不要太高，应无短路和虚焊.假焊现象，然后可以接通电源，组装后要检测振荡电路用万用表直流电压档测量。主要数据测量1测增量Vipp=100mv,f=,vcc=12v,rl=18欧Vopp=7.682测幅值Vcc=12v,f=1khz,Vopp不失真Vopp最大=10.3v测通频带宽度Fh-fl=20-1=19khz元件清单OTL功放电路图及清单T1 T5封装形式：TO-92; T6T7封装形式：TO-220;T1、T2、T5(8550三极管)，T3、T4（8050三极管） 序名 称编 号规格/型号数 量备注（代用）一直插电阻R1、R222K2R1733K1R0、R1039k233KR32401300R42.4 K1R181K1R115101390510R145.1K14.7KR1351151100R6、R73302R8、R902短路线微调电阻R122K13KR55 001音量调节电位器R1650K1二电解电容C1、C9、C4100/25V3C0100/25V1100/15V也可C2、C7、 C8470/25V3C52200/25V1三瓷片电容C351P151100PC64.7/25V13.37/25V四晶体管T1、T285502特性大致一致T585501T3、T480502T6、T7BD243A2带散热板五二极管D1、D21N41482发光二极管LED13mm12A保险座F11音频输入线1长度：60CM（1） 体会与收获：通过电子元件焊接使我掌握了常用的电工工具，如钢丝钳、尖嘴钳、螺丝刀、万用表、电烙铁等使用方法及注意事项。在电子方面，熟悉了常用电子器件类别，如电容、电阻、二极管等型号、规格、性能、使用范围及基本测试方法。通过这次实习，我对电子方面的认识更深入了一层，知道了电路的基本工作原理在现实生活中的应用。另外，在老师再次讲述了怎样识别电子元件和怎样使用万用表后，我们可以很轻松的认识电子元件，尤其是使用四色环读数法对电阻大小进行识别。使我对我们的专业越来越感兴趣，并且我相信我们的专业前景一定很广泛，也是我能够在这个专业不停摸索下去。最后，我们通过动手操作，去焊接了电子元件，使我们加深了对电路的理解，掌握了几门焊接技术，使我们心灵上得到愉悦的同时掌握了知识。使我们更加充满自信，提高了动手操作能力，使我用欲望去认真学习本专业的其他课程，很支持开这个课程，我们受益匪浅。我希望我们的专业能够在得到很好的发展。 通过查找资料。焊接：焊接是被焊工件的材质（同种或异种），通过加热或加压或两者并用，并且用或不用填充材料，使工件的材质达到原子间的建和而形成永久性连接的工艺过程。将焊件压紧在两个柱状电极之间，通电加热，使焊件在接触处熔化形成熔核，然后断电，并在压力下凝固结晶，形成组织致密的焊点。焊接的正确操作：以焊接元件在电路板上为例，分为五步：一，烙铁头同时接