OTL功率放大器

1、1 CDIO设计目的（1）熟练掌握功率放大器的电路组成及其特性。（2）保证安全、高效、小失真的情况下，输出所需功率。（3）熟练掌握用555芯片设计信号发生器，掌握555芯片的电路组成。（4）掌握方波、三角波、正弦波之间波形变换原理及电路组成。2 CDIO设计正文2.1功率放大器乙类互补推挽功率放大电路（1）工作原理T1 与 T2功率管互补配对，在一个周期内T1 与 T2轮流导通，通过 RL 的电流iL = iE1 iE2 ，合成完整的正弦波。 原理图如图1所示。图1 乙类互补推挽原理电路 静态分析vi = 0V,vo = 0V, T1、T2均不工作。 动态分析vi0V,T1导通，T2截止, i

2、o= ic1； vi0V,T1截止，T2导通,io=-ic2。（2）电路特点晶体管的静态电流等于零。电路的静态功耗为零，能量转换效率高。存在交叉失真。（3）性能分析乙类工作时，T1与T2轮流导通，其图解分析如图2所示。图 2 互补推挽图解分析 正负电源总的直流功率：PD = PD1 + PD2 = 2VccIco = 2VccIcm/p充分激励令 VCE(sat) = 0，ICEO = 0，则 Vcm = VCC，Icm = VCC/RL，则乙类功放的最大集电极效率 激励不足 Vcm 减小，引入电源电压利用系数 x 表示 Vcm的减小程度。 定义 x = Vcm/VCC,则输出功率：直流电源提

3、供功率：集电极效率：时最大，其值为 功放性能随 x 变化的特性：x小时，PD 、Po 、 hC 小；x 接近 1 时，PD 、Po 、hC 大。结论：a.PC 非单调变化，两头小，中间大；b.PD 随 x (激励)线性增大，与甲类(不变)不同。其变化特性如图3所示。 图 3 Po 、 PD 、 PC随 x变化的特性 (4)安全条件安全工作条件： PC1max = PC2max = 0.2Pomax PCM取其中的小值检查二次击穿。(5)设计要求设计功率放大电路时，必须做到：在电路组成上，采用避免管外电路无谓消耗直流功率的结构。在工作特性上，输出负载、输入激励和静态工作点三者必须有一个最佳配置；

4、合理选择功率管的运用状态。仿真电路设计OTL功率放大器，该电路含推动级，输入信号取100mv,频率取3KHz。经一级放大电路将输入电压放大后，再通过OTL功率放大器，为减小失真，功率放大电路中包含二极管偏置电路。其仿真图如图4所示。图4 OTL功率放大器 仿真结果其仿真结果如图5所示。 2.1.3 仿真结果图5 输出电压波形 仿真波形如图5所示，经电压放大和功率放大后，输出电压将近8V，此时Po=Vcm /2RL3.2WPD=VccIcm/=VccVcm/RL7.6Wc=Po/PD42.1分析可得，输出功率将近3.2W，符合要求，但集电极效率没有达到最大，输出波形存在失真，说明电路仍存在需要改

5、进的地方。2.2 555信号发生器函数信号发生器的设计以555定时器组成的多谐振荡器为核心。主要思路是多谐振荡器在接通电源后能自行产生矩形波，方波通过积分电路将转变为三角波，三角波再经低通滤波网络转变为正弦波，2.2.1 555的电路组成555定时器是一种多用途的数字模拟混合集成电路，可以方便地构成单稳态触发器，施密特触发器和多谐振荡器。双极型产品型号最后数码为555，CMOS型产品型号最后数码为7555。其功能和外部引脚完全相同。其引脚分布图如图6所示。图6 555 定时器的引脚示意图 图7 555内部电路结构 555内部电路结构如图7所示，其中，各部分组成如下。（1）分压器5脚悬空时，UR

6、1=2/3Ucc,UR2=1/3Ucc；5脚外接控制电压UCO时， UR1=Uco,UR2=1/2Uco 。 注：当5脚不加控制电压时，通常经过一个0.01F的电容接地，以抑制干扰。（2）电压比较器U+U-时，Ci1；U+U-时，Ci0。表1 基本RS触发器功能表（3）基本RS触发器R SQn+10 0不定0 101 011 1Qn（4）放电三极管VT是一个集电极开路的放电三极管。当uO0时，VT导通；当uO1时，VT截止。表2 555定时器功能表其功能表如表2所示。 输入输出阈值输入(u6)触发输入(u2)复位(RD)输出(VO)放电管T00导通2/3Vcc2/3Vcc1/3Vcc10导通1

7、/3Vcc1不变不变2.2.2 555构成多谐振荡器接通VCC后，VCC经R1和R2对C充电。当uc上升到2VCC/3时，uo=0，T导通，C通过R2和T放电，uc下降。当uc下降到VCC/3时，uo又由0变为1，T截止，VCC又经R1和R2对C充电。如此重复上述过程，在输出端uo产生了连续的矩形脉冲。其电路组成及其工作原理分别如图8、图9所示。由此可分别求得振荡周期：T = 0.7（R1+2R2）C振荡频率：占空比：图8 555构成多谐振荡器图9 多谐振荡器工作原理 方波、三角波、正弦波之间波形变换555构成的多谐振荡器，其通过不同支路对电容进行充放电，从而可以产生方波，再由方波经过转换电路

8、可以转换成三角波、正弦波，其整体框图如图10所示。由方波变换为三角波可通过积分电路，如图11所示。通过低通滤波器即可变换为正弦波，原理图如图12所示。正弦波低通滤波三角波积分电路方波多谐振荡器 图10 波形转变框架图图12 低通滤波图11 积分电路2.2.4仿真电路由555芯片设计构成的多谐振荡器，其通过不同的支路分别对电容进行充放电，可以生成方波，再分别经过积分电路及低通滤波器后可得三角波及正弦波。其实验仿真图如图13所示。图13 555构成的波形发生器仿真电路2.2.5仿真结果经仿真可得方波、三角波、正弦波分别如图14、图15、图16所示。图14 由555信号发生器产生方波图15 由555

9、信号发生器产生三角波 图16 由555信号发生器产生正弦波 由仿真波形可得数据如表3所示。表3 仿真结果仿真波形周期峰峰值矩形波130.979us2.500v三角波130.979 us71.864mv正弦波130.979 us1.135mv所得数据符合设计要求。3 设计总结自CDIO开设以来，一年的时间内，我们已完成基本放大器的设计。此次，我们又完成了功率放大器的设计及由555芯片设计的信号发生器。通过仿真实践，我对电子线路有了更深程度的理解，也对我们专业有了更深一步的认识。此次设计乙类功率放大器，困难重重。起初，不是波形失真，就是输出功率达不到要求。经过各方面搜集资料，才终于完成了乙类功放的

10、设计，但是集电极效率没有达到最高，仍有待提高。通过设计乙类功放，我对功率放大器有了更深一步的认识，也意识到学以致用的重要性。尤其是我们现实生活中，我们身边各种电器，我们只会简单操作使用，却不能理解它的原理，作为信息专业的一名学生，我深感惭愧。在数字电子技术中接触555定时器，此次利用555芯片设计信号发生器。起初，知识与能力有限，只产生了方波，积分电路方面存在一定的障碍。通过在老师那里学习，我又对积分电路及低通滤波方面进行了学习，对其有了更深程度的了解。也重新设计了电路，产生了三角波及正弦波。一年的专业基础课学习，我对我们专业也开始有了明确的方向。学习的过程中，需要我们有严谨的求学态度，认真是

11、我们不可或缺的品质，坚持是我们必备的素质。除了学习书本上的知识，自学也是我们应该具有的能力，我们要充分利用课余时间，多了解与专业学习有关的知识。也要更多的注重实践，把学习与实践结合起来，把学到的知识与生活中的实例结合起来，这样才有助于我们更好的掌握所学的知识。大学，在不知不觉间已走过了两年，不就的将来，我们就要各奔前程。我相信，努力了就一定有收获。获取知识的路上我们难免犯错，但只要我们不气馁，不放弃，成功一定属于我们。作为信息专业的一名学子，求真务实是我坚守的原则，我会始终严格要求自己，更好的掌握知识，更多的运用于实践，努力地提升自己。在此，也感谢老师的辛勤教诲与同学的热心帮助。4 参考文献1谢嘉奎.电子线路(非线性部分，第四版) M.北京：高等教育出版社,2000，(05).2 康华光. 电子技术基础(数字部分,第五版)M. 北京: 高等教育出版社, 2006,（01）：120-130.