课程设计---基本互补对称功率放大器OCL的设计.

1、课程设计任务书题目：基本互补对称功率放大器OCL的设计初始条件：具较扎实的电子电路的理论知识及较强的实践能力；对电路器件的选型及电路形式的选择有一定的了解；具备低高频电子电路的基本设计能力及基本调试能力；能够正确使用实验仪器进行电路的调试与检测。要求完成的主要任务：1采用6个以上的晶体管完成一个互补对称功率放大器OCL的设计；2设计的功率放大器输出功率达到10W以上；3. 利用MULTISIM和PROTE软件绘制该电路的原理图和PCB印制电路板图；4. 完成课程设计报告（应包含电路图，清单、调试及设计总结）。时间安排：12011年6月10日分班集中，布置课程设计任务、选题；讲解课设具体实施计划

2、与课程设计报告格式的要求；课设答疑事项。22011年6月10日至2011年6月23日完成资料查阅、设计、制作与调试；完成课程设计报告撰写。3.2011年6月24日提交课程设计报告，进行课程设计验收和答辩。年月日指导教师签名：年月日系主任（或责任教师）签名：目录摘要错.误!未定义书签ABSTRACT错误!未定义书签1功率放大器的特点及OCL各模块工作原理错误!未定义书签功率放大器的特点错.误!未定义书签功率放大器的分类：错.误!未定义书签功率放大器的个组成模块及原理错.误!未定义书签中级驱动的基本放大电路工作原理错.误!未定义书签输入级差分放大器模块的工作原理错.误!未定义书签输出级功率放大器模

3、块的工作原理错.误!未定义书签2 基本互补对称功率放大器的设计错.误!未定义书签3 电路的仿真及实物调试错.误!未定义书签MultisiM软件仿真电路.错误!未定义书签实物的调试.错误!未定义书签4通过PROTEL制作PCB板错误!未定义书签5元件清单错误!未定义书签6心得体会错.误!未定义书签参考文献错.误!未定义书签摘要功率放大器广泛应用于电子线路系统中，在很多情况下设备的额定输出功率比较小，这时就要在信号输出端和信号接收设备之间加上功率放大器来补充所需的功率，在电路中的核心部件是晶体管，其原理是利用三极管的放大作用，通过电流控制作用将直流电源的能量转换为输出信号的电流能量。由多级电路，经

4、过不断的电流及电压放大，就完成了功率放大。本课程设计采用基本互补对称型OCL电路，即省去输出端的大电容，优点是可以使系统的低频响应更加平滑。另外本课设采用protel和Multisim软件来画电路原理图和制作PCB板，进行分析和调试。掌握设计和调试电路的一些方法和技巧。关键字：输出频率，晶体管，互补对称AbstractPoweramplifiersarewidelyusedinelectroniccircuitsystems.Inmanycases,theratedoutputpowerofequipmentisrelativelysmall.Thenweaddthepoweramplifie

5、rbetweenoutputthesignalandthesignalreceivingdevicetosupplementthepowerneeded.Thekeycomponentsinthecircuitisthetransistor,theprincipleistheuseoftransistoramplification.TheenergyoftheDCpowerwastransformedintothecurrentenergyoftheoutputsignalbyCurrentcontrolaction.Bythemulti-levelcircuit,throughcontinu

6、ouscurrentandvoltageamplification,Thepoweramplificationofthecircuitiscompleted.ThiscourseisdesignedwiththebasiccomplementarysymmetricalcircuitOCL,whicheliminatestheneedforlargeoutputcapacitor.Theadvantageofitcanmakethelow-frequencysystemmoresmooth.AnotherlessondesignusingprotelandMultisimsoftwaretod

7、rawschematicandPCBboardproduction,WeshouldControlcircuitdesignanddebugsomeofthemethodsandtechniquesKeywords:outputfrequency,transistor,complementarysymmetry1功率放大器的特点及OCL各模块工作原理功率放大器的特点晶体管是功率放大器的核心元件，其原理是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能量。若将小信号注入晶体管的基极，则集电极流过的电流会等于基极电流的B倍，然后将这个信号用隔直电容隔离出来

8、，就得到了电流是原先的b倍的大信号，这现象即三极管的放大作用。经过不断的电流及电压放大，就完成了功率放大。在实际应用中放大电路并不是孤立的，在电路的输出端要接入放大对象，即待放大的的信号，同时放大电路必将经过放大或处理的信号送到负载，这就要求输出级除电压放大外，还要提供一定的功率。事实上，各种放大电路的本质都是对能量的转换和控制，无论哪种组态的放大电路，无论有无电压或电路流放大作用，均有功率放大作用。功率放大电路只不过是强调电路的侧重点不一样。区分并不是很严格。但要注意的是功率放大器的负载都是低阻值的负载，在各种电压放大器组态中，共射极放大电路和共基极放大电路的负载能力差，无法驱动低阻值的负载

9、，负载能力最强的电压放大电路是共集极放大电路，所以在各种功率放大器电路中的核心是共集电极放大电路。在实际应用中，功率放大器有以下几个特点要重视：(1) 电路的输出功率是交变电流和交变电压的乘积，为得到需要的较大输出功率，驱动低阻值的负载，要求输出的电压幅值足够大，电流幅值足够大，所以电路中的晶体管处于大信号工作状态。(2) 功放电路中的晶体管处于大信号工作状态，要承受大的电压、电流，必然有相当大的管耗，当超过晶体管的额定管耗时就易烧毁。电路设计使用中首先要考虑怎样充分地发挥晶体管功能而又不损坏晶体管。由于电路中功放管工作状态常接近极限值，所以在功放电流调整和使用时要小心，不宜超限使用，同时注意

10、电路的散热，另外尽量选择额定管耗大的晶体管。(3) 从能量转换的观点来看，功率放大电路提供给负载的交流功率是在输入交流信号的控制下将直流电源提供的能量转换成交流能量而来的。任何电路都只能将直流电能的一部分转换成交流能量输出，其余的部分主要是以热量的形式损耗在电路内部的晶体管和电阻上，并且主要是晶体管的损耗。对于同样功率的直流电能，转换成的交流输出能量越多，功率放大电路的效率就越高。因为功率大，所以效率的问题就变得十分重要，否则，就会带来能源的浪费。(4) 功放电路的输入信号已经几级放大，有足够强度，这会使功放管工作点大幅度移动，所以要求功放电路有较大的动态范围。功放管的工作点选择不当，输出会有

11、严重失真。同时由于晶体管的非线性，功率放大电路又工作在大信号工作状态，必然导致工作过程中会产生较大的非线性失真。输出功率越大，电压和电流的幅度就越大，信号的非线性失真就越严重。因而如何减小非线性失真是功率放大电路的一个重要问题。功率放大器的分类：1.以晶体管的静态工作点位置分类,即常见的功率放大器按晶体管静态工作点Q在交流负载线上的位置不同，可分为甲类、乙类和甲乙类3种。（1）甲类功率放大器工作在甲类工作状态的晶体管，静态工作点Q选在交流负载线的中点附近。在输入信号的整个周期内，晶体管都处于放大区内，输出的是没有削波失真的完整信号，所示它允许输入信号的动态范围较大，但是甲类功放在没有信号输入时

12、也要消耗电源功率，这部分电源功率全部消耗在导通的晶体管和偏置电阻上，此时电路转换效率为零，当有用信号输入时，电源的功率也只有部分转换为有用信号，只有当信号越大，送给的负载的功率才越高，转换效率才增加。所以其静态电流大、损耗大、效率低。（2）乙类功率放大器工作在乙类工作状态的晶体管，静态工作点Q选在晶体管放大区和截止区的交界处，即交流负载线和Ib二0的交点处。在输入信号的整个周期内，晶体管半个周期工作在放大区，半个周期工作在截止区，放大器只有半波输出。当不输入信号或输入信号在晶体管不导通的半个周期内，晶体管没有电流通过,此时晶体管的功率损耗为零,故与甲类功放相比损耗小、效率高，但非线性失真太大。

13、如果采用两个不同类型的晶体管组合起来交替工作，则可以达到最小失真时的信号。（3）甲乙类功率放大器工作在甲乙类工作状态的晶体管，静态工作点Q选在甲类和乙类之间。在输入信号的一个周期内，晶体管有时工作在放大区，有时工作在截止区，其输出为单边失真的信号。甲乙类工作状态的电流较小，效率也比较高，电路只要有信号输入，晶体管就开始工作，因静态偏置电流很小，在输出功率，功耗和转换效率方面与乙类十分接近，但比乙类的低。分析方法与乙类相同。2.以功率放大器输出端特点分类：（1）有输出变压器功放电路无输出变压器功放电路（又称OTL功放电路）（3）无输出电容器功放电路（又称OCL功放电路）(4) 桥接无输出变压器功

14、放电路(又称BTL功放电路)在本课程设计中，我选择的甲乙类的无输出电容器功放电路OCL。功率放大器的个组成模块及原理功率放大器用来对输入信号进行功率放大，在不同的使用场合下由于对输出信号的功率等要求不同，所以采用不同类型的功放电路。一般情况下，功率放大器是一个多级放大器电路，主要有最前面的前置放大器，中级的推动级和最后的功放输出级电路组成。如图1。图1功率放大器电路组成框图1.3.1中级驱动的基本放大电路工作原理放大电路的两个作用一是针对变化量即交流量进行放大；二是实现能量转换，把直流电源能量转变成的信号能量。日常中最基本、最常见的晶体管放大电路是共射级放大电路。作为电压放大器，它能够把微弱的

15、信号电压放大。将输入的交流小信号电压叠加在直流电压上，使晶体管基极、发射极之间的正向电压发生变化，通过晶体管的控制作用，使集电极电流有更大的变化，它的变量在集电极电阻上产生大的电压变量，从而实现电压放大。要想实现放大电压作用，有二个要求：第一，要有直流通路，即保证晶体管BJT发射结处于正向偏置，集电结处于反向偏置，使晶体管工作在放大区，以实现电流的控制作用。第二，要有交流通路，使输入的待放大信号能加到发射结上，以控制三极管的电流，而且放大了的信号能从电路中输出。图2基本共射极放大器放大电路有两种工作状态：直流工作状态和交流工作状态。静态：输入信号为零Vi=0时，放大电路中各处的电压电流都是不变

16、的直流电的工作状态，称直流工作状态。静态时，晶体管的IB,IC,VCE在特性曲线上确定为一点，称为静态工作点，常称为Q点。在分析静态时，画直流通路的原则是大电容开路，大电感短路，直流电源不变，信号源短路，其直流通路如图3（a），然后利用估算法求解静态工作点。其求解方法：VccVbe的5bVCEVCCICR16一个放大电路的静态工作点必须由这三个参数共同决定，通常所说的求静态工作点，就是求出三个参数的数值。静态工作点在模拟晶体管放大电路中是很重要的，其设置主要目的就是防止交流信号不失真，静态工作点没有设置好，重者会产生截止和饱和失真，轻者不利与信号的放大。静态工作点最好设置在负载上的中心，这样正

17、弦信号的正半周和负正半幅值可以比较大，也不会失真。要是设置比较偏了，要想不失真的话，只能输入很小幅值的信号。/*TtK17rRES丿QLD*2H9?DRISRESR19RESGNDM-液形设羞上升丿下晖时闫信号迭顷濒率占空比振申昌iII-a1ifluFXFOlIJTLT4二图9输入信号为50Hz信号由输入端进入，经过我设计的互补对称OCL电路后，由MultisimIO进行仿真,本软件提供了虚拟仪器示波器和功率表，可以方便的查看仿真后的效果，形象的观察输出波形和相应的输出功率。主要操作是在负载的两端加上示波器，通过Simulation工具栏启动电路仿真，再双击示波器，查看仿真输出波形结果。功率因

18、數8.477W1.0WI话O-XSCixsci时间通a通項A130,013ms10.000Vlfid.Oia10.(KOVO.MOs0.000V在开始的仿真中，我调节电位器R14,使其的阻值偏离中间值。此时输出信号如图10。时间轴fillaUe比倒10耐处5V/Div忧例|5V/Dv血沿1T2JL图10电位器R14偏离很大时的输出信号如图可看出，当电位器R14严重偏离时，产生的信号有很严重的失真，这是因为R14的调节影响到两个晶体管的Q值大小，此时Q值要么过高，要么过低，差分放大器两边的Q也不在相等。即此时差分放大器抑制零点漂移及其共模信号的功能消失，等效成了普通的射级放大器，所以才会出现上述

19、结果。当我重新调节电位器时，调节到合适的位置，使得差分放大器的两边Q值基本一样，寥T.XSClXSC1两边对称，同时保持输入信号不变。在仿真观察效果。如图11。图11选择合适电位器时的输出信号如图所示，当电位器选的合适时，输出信号为完整的正弦波，基本无失真，达到比较好的效果。并且最终的仿真输出功率达到12W，满足课程设计的要求。基本成功。由以上分析可见，在晶体管交流工作时，必须要先新确定静态工作点Q,只有Q点合适时，输出才会有好的效果。实物的调试在实际制作电路板时，由于我没有买到对应确定参数的元器件，只能选择在理论设计参数附近的元器件。所以不可避免的出现误差，最终的输出功率结果与理论值不同。同

20、时所设计的电路板也有些问题，由于输出的功率为12W左右，输出电流也比较高，必须在电路板中采取相应的散热措施，并且选择大功率的三极管。但我在实际的调试中，由于多次在正负双直流电源下工作，最终导致我的两个TIP41中功率的晶体管烧掉。经过分析，我发现由于我的疏忽，竟然将两个晶体管TIP41直接连在了直流电源两端，没有加入限流电阻，导致输出功率和电流过大，烧掉晶体管。而在电路的仿真中并没有发现不妥，看来仿真和真正的实物调试还是有相当差别的。4通过Protel制作PCB板在本次课程设计中，采用protel软件制作PCB，protel软件包含了电路原理图绘制，检查原理图电性能可靠性，多层印制电路板设计，

21、电子表格生成等功能，使用起来非常方便。在软件的使用中，首先画电路原理图，注意要将使用的元器件所在的元件库加载到页面文件中，同时编辑元件的属性，注意要加上元件的封装号，这是非常重要的，否则无法生成PCB板。绘制原理图后，先测试用户设计的电路原理图的正确性,通过检验电气规则测试。如图12。图12电气规则检查选择要测试的参数，然后点击确定，就可以查看检验的结果，此时根据结果可以进行修改。接着就可以创建网络表了，如图13。在protel软件中网络表是最重要的，它是连接原理图和PCB板的桥梁，必须重视。网绍表创建込区奉数选择轨迩选项|輸出稻式图13生成网络表生成成功后，就可以新建一个PCB文档，首先要将

22、所用到的元件封装的封装库放入页面文件中。并确保封装库中的封装号与原理图及网络表的封装号一致。然后再PCB文档中引入网络表，如图14。图14载入网络表如图所示在载入中，没有出现错误，载入成功，如图15,生成全部元件的封装图15生成元件封装通过图16自动布线然后自己进行元件封装的布局，摆放好元件的位置。最后进行元件的自动布线,软件自动生成，如图16。最终成功生成PCB板，但为了PCB板的性能，可以进一步操作。可以设置较大宽度的电源线和接地线。提高电源线的承载电流的能力，增加系统的可靠性。还可以对所有的焊盘进行补泪滴，增强焊盘的稳定性。如图17。2FJ7222CE56TT&R13lk乂-R1Dzao

23、图17生成的PCB板另外，为了增强PCB板的抗干扰能力，可以进行覆铜操作。结果如图18diio:HMEliEHBiaWSISiSiaii=：；iiiiiBi鬲睡iliiiHiiifiiling：?劃HllTDIIWOf)-u.1.1i鱼埜iiliEiiliiliiiiisiQiil：iiillaliSOiisumiBffiissttsa鈕田11曰图18覆铜的PCB板5元件清单序号元件名称型号数量1滑动变阻器11：12电阻Ik23电阻脈14电阻10k15电阻20k16电阻50017电阻7k18电阻20029电阻E0210电阻8111二极管1N4004112稳压二极管IH4742A1139013npn4149012pnp215TIP4LCnpn26心得体会本次课程设计刚开始时，为了找到合适的电路图，在过程中遇到的问题很多都是在书上不能找到的，所以我必须自己查找相关资料，利用图书馆和网络，这是一个比较辛苦和漫长的过程，你必须从无数的信息中分离出对你有用的，然后加以整理，最后才学习到变为自己的并用到设计中的问题去，然后为了提高成功的可