模电功率放大课程设计3.doc

音频功率放大口摘要 本报告包含两个内容。第一部分，设计并实现OCL，功率放大器的作用是给音频放大器的负载RL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的大，输出的信号的非线性失真尽可能的小，效率尽可能的高，功率放大器的常见的电路形成有OTL电路和OCL电路。有用继承运算放大器和晶体管组成的功率放大器，也有专集成电路功率放大器芯片。本文设计是的一个OCL功率放大器，该功率放大器采用的是分立元件组成的做成的功率放大器，含有输入级、中间级、和输出级，采用正输入单电源供电，经过对电路的静态分析，动态分析通过仿真实现输出功率的要求。关键词：OCL功率放大电路；分立元件；输出功率ABSTRACT This report contains two contents.The first part, designs and realizesOCL, the power amplifier function is provides certain output to audioamplifier load RL.When load certain, hoped the output power as far as possible big, output signal nonlinear distortion as far as possible small, efficiency as far as possible high, the power amplifier common electric circuit forms has the OTL electric circuit and the OCL electric circuit.The useful inheritance operational amplifier and the transistor compose power amplifier, also has the special collection to become the electric circuit power amplifier chip.This article designs is a OCL power amplifier, this power amplifier uses the power amplifier which is the discrete component composes makes, includes the input level, the middle level, and the output stage, uses is inputting the single power source power supply, passes through to the electric circuit static analysis, dynamic analysis through simulation realization output requestKeywords:OCL power enlargement electric circuit; Discrete component; Output; 目 录音频功率放大口I摘要IABSTRACTII目 录III题目 OCL音频功率放大器11 设计要求及设计任务21.1 设计要求21.2 设计任务22 理论分析与设计32.1 电路设计原理及方案32.2 电路原理计算说明及意义33 基本电路设计53.1总电路与UPCB图53.1.1 OCL功率放大器的原理图如图153.1.2 OCL功率放大器的原理图如图253.2电路的工作原理64 焊接与调试94.1焊接94.2 调试94.3 测试结果95 总结10参考文献1112 题目 OCL音频功率放大器 引言 伴随着科学技术的迅速发展，人们的生活水平的不断的提高，对音频功率放大器的要求越来越高。音频是多媒体中的一种重要媒体。人能够听见的音频信号的频率范围大约是60HZ-20KHZ其中语音大约分布在300HZ-4KHZ之间，而音乐和其他自然声响是全范围分布的。 如何通过分析仪器让音频功放达到更高的要求是许多人为之努力的永恒的课题，声音经过模拟设备记录或再生，成为模拟音频，在经数字化成数字音频，音频分析就是以数字音频信号为分析对象以数字信号处理的各种理论为分析手段，提取信号在时域，频域内一系列特性的过程。本文基于所学的知识模拟制作音响功率放大器，践实所学的知识掌握程度，并通过对所学的知识来制造改进相关产品，实际动手的过程中遇见了很多问题，但是在老师的指导和帮助下解决相应的问题。同时在与同组人的讨论学习过程中加强团队的意识的培养，加强了相互协调合作能力，从而高质、有效的完成本项任务。OCL电路是一种没有输出变压器功率放大电路。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，目前已经较少使用，OCL不再输出变压器，而是采用输出电容与负载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（PNP、NPN参数一致，互补对称，均为射随组态，串联，中间两极管的射集作为输出），有输出电容，单电源供电，电路经便可靠。1 设计要求及设计任务1.1 设计要求音频功率放大器（OTL或OCL）,设计要求：1.分析设计要求，明确性能指标。必须仔细分析课题要求、性能、指标及应用环境等，广开思路，构思出各种总体方案。2.用分立元件完成制作，不可以采用音频放功率集成电路。 3.输出功率=5w。 4.FL=10KHZ 1.2 设计任务1.学习基础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础方法、设计步骤、培养综合设计与调试能力。2.培养实践技巧，提高分析和解决实际问题的能力。3.掌握OCL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。4.通过一个OCL功率放大器的设计，安装和调试，进一步加深对互补对称功放的理解，增强实际动手能力。2 理论分析与设计2.1 电路设计原理及方案5通过了解功率放大器的工作原理设计一个以分立元件组成的的OCL功率放大器，其中，通过前级三极管的放大和中级后级的放大作用。在明确电路连接的基础上，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参数计算，在电路12v的直流电压下工作，在负载为8欧姆的情况下保证了功率的输出值，电路中还引用了交直流电压并联负反馈（由原理图中的Rp1可以调节静态工作点），从而稳定了功率放大器的静态工作点，也改善了非线性失真，电容C1为电源的滤波电容，可以防止电源引线太长时造成的功率放大器的低自激现象。RP4电路的音量调节，可以改变音量的大小。起到了可以调节音量大小的作用。而RP3与RP1可以调节电压的输入，可以改变电压放大及消除失真作用。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压的状态下，其电压增益接近且忽略小于1，功率增益主要靠它的电流增益保证，所以电流放大系数B的选择很重要，一般要求选的B值要大些，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。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倍，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。2.2 电路原理计算说明及意义1221电路原理计算说明： 1、按照输入信号的传递顺序可以看出，电路是个三级放大电路，第一级是以Q1和Q2为放大管、双端输入、单端输出的差分放大电路。第二级是以复合管为放大电路。第三级是准互补电路。其中涉及的OCL电路输出功率公式为：P=12RLUom2 。 2、确定工作电压3为了达到输出功率5W的设计要求，同时使电路安全可靠地工作，电路的最大输出功率P 应比设计指标大些，一般取P （1.52）P 。即本设计中电路的最大输出功率应按610W来考虑。 由于是 Pom=12RLUom2因此，最大输出电压为 Uom =2PomRL2.2.2电路设计的意义： 熟练掌握二极管、三极管、电阻、电容、电位器等器件的测试判断以及参数的查阅与运用。 通过OCL功放电路的制作，熟悉OCL功放的工作原理，掌握电子产品的制作和调试方法，提高实践动手能力，培养工程实践观念2.2.3 OCL功放各级的作用和电路结构特征：（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，由复合管组成的差分放大电路，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，要注意消振和接好保险丝，以防损坏元器件。3 基本电路设计3.1总电路与UPCB图3.1.1 OCL功率放大器的原理图如图1图1 总电路图3.1.2 OCL功率放大器的原理图如图24图2 功率放大器的PCB图3.2电路的工作原理3.2.1 OCL功放前级差分放大电路如图3图3差分放大电路前级放大电路通过Q1、Q2两个三极管形成差分放大电路，RP4是调节音量大小，而C1为电源的滤波电容，可以防止电容引线太长时造成的功率放大器的低自激现象。而差分放大电路对共模信号的抑制，不但利用了电路的参数对称性所起的补偿作用，使两只晶体管的集电极电位变化相等；而且还利用了发射极电阻R6对共模信号的负反馈作用，抑制了每只晶体管集电极的变化，从而抑制了集电极电位的变化，还有稳定静态工作点的作用，完成了电压的初级放大作用。3.2.2功率放大器的中级放大电路原理中级放大电路有Q5、Q3、Q7三个三极管组成的，其中Q5是对的电压有放大作用，而D2、D3、D4与Q3、Q7形成消除交越失真电路，当所加的信号按照正弦规律变化时，由于二极管D2、D3、 D4的动态很小，所以两个Q3、Q7电位近似相等，也就是说，可以认为两极管之间电位差基本是恒定值，两个三极管的电位随输入的电压产生变化，电流也随之改变，这样即使输入电压很小，总能保证至少有一只晶体管导通，从而消除了电路的交越失真。交越失真放大电路如图4 图4 交越失真放大电路3.2.3功率放大电路后级放大电路原理后级放大电路由Q4、Q6、R9、R13、R15、C3组成的后级放大，其中R9、R13的作用是把部分的电流转化为电压反馈会输入端，而C3也起到输出滤波作用，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图5后级放大电路4 焊接与调试24.1焊接4.1.1焊接工具：电烙铁、镊子、剪刀、斜口钳、尖嘴钳。 4.1.2焊接方法：(a)焊前准备 准备好电烙铁以及镊子、剪刀、斜口钳、尖嘴钳、焊料、焊剂等工具，将电烙铁及焊件搪锡，左手握焊料，右手握电烙铁，保持随时可焊状态。 (b)用烙铁加热备焊件。 (c)送入焊料，熔化适量焊料。 (d)移开焊料。 (e)当焊料流动覆盖焊接点，迅速移开电烙铁4.1.3 焊接质量不高的原因：手工焊接对焊点的要求是：电连接性能良好；有一定的机械强度；光滑圆润。 4.2 调试 在调试仿真的时候电路的输出功率都符合要求，可是等到做出实物图是发现开始时没反应，原来是电路有一处断开了，经过焊接后终于可是发出声音了，但是不清晰，经过调节滑动变阻器RP1可以改变功率放大器的差分电路的静态工作点，使得声音更加清晰，调节RP4可以改变功率放大器的声音大小，调节RP2与RP3可以改变输入电压。4.3 测试结果 把显示电路板插到主电路板上，刚开始没有声音，经过调节RP4将声音调大可以听见有声音发出，但是不清楚，再调节RP1调节功率放大器的静态工作点可以听见声音清晰些，在调节RP2与RP3则可以调节是电路失真程度小，功率放大器可以清晰的听到声音，功率达到要求，输出频率也可以调在其范围内，如：输入500mv时，f=50hz对应的幅度为8.34v，f=10khz对应的幅度为16.3v，f=30khz时对应的幅度为14.67v，f=50khz对应的幅度为7.3v。成功完成作品。 5 总结在完成这个设计之后，我也有一定的思考，重新将自己的设计细细看了几遍，同时也把做同样设计的几个同学的设计借来观摩了一番。在进行对比和分析之后，又有很多所得。 通过这一段时间的课程设计，首先让我对这门课程有了更深的理解，又学到了很多的知识，尤其是课本里所学不到知识，并且觉得数