課程設(shè)計(jì)OCL功率放大器的設(shè)計(jì)

1、<<模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)>>課程設(shè)計(jì)報(bào)告題 目：_音頻功率放大器_專 業(yè)：_電子信息工程_年 級(jí)：_2010級(jí)_學(xué) 號(hào)：_1010612050_學(xué)生姓名：_覃超_聯(lián)系電話：_指導(dǎo)老師：_黃杰_完成日期： 2012 年 06 月 20日OCL功率放大器的設(shè)計(jì)摘 要無(wú)輸出電容（OCL）功率放大器是在OTL功率放大器的基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的一種全音頻直接耦合低頻功率放大器，在高保真擴(kuò)音系統(tǒng)中得到了廣泛應(yīng)用。OCL功率放大器的放大原理與OTL功率放大器基本相同，主要區(qū)別是OCL采用了雙電源，省去了輸出電容，獲得了良好的頻率特性的同時(shí)引出了0CL功率放大器特有的“零點(diǎn)漂移”問(wèn)題，因此設(shè)計(jì)電

2、路時(shí)應(yīng)注意抑制零點(diǎn)漂移。借用仿真軟件對(duì)電路進(jìn)行虛擬實(shí)驗(yàn)和測(cè)驗(yàn)分析，達(dá)到預(yù)期目的。關(guān)鍵詞：功率放大器；分立元件，恒流源；OCL；ProteusABSTRACTno output capacitance (the OCL) power amplifier is in power amplifier OTL developed on the basis of a full audio frequency power amplifier directly coupled, in high fidelity loudspeaker system has been widely used. The pow

3、er of the DaQi repeatedly OCL OTL power amplifier amplification principle and basic same, the main difference is the OCL double power supply, tell the output capacitance, have the good frequency characteristics of the derivation of the unique power amplifier CL 0 "zero drift" problem, so c

4、ircuit design should pay attention to the inhibition zero drift. Borrow simulation software to circuit analysis and test of virtual experiment, to achieve the desired objectives.Keywords: power amplifier; Division components, constant current source; OCL; Proteus目錄（要自動(dòng)生成的）摘要（三號(hào)黑體）IABSTRACT(三號(hào)Times N

5、ew Romar)I1 設(shè)計(jì)要求及方案選擇(標(biāo)題1為四號(hào)黑體)31.1設(shè)計(jì)要求(標(biāo)題2為小四黑體)31.2方案選擇(標(biāo)題2為小四黑體)32 理論分析與設(shè)計(jì)22.1功率放大電路的分析及設(shè)計(jì)22.2正負(fù)12V線性直流穩(wěn)壓電源的分析及設(shè)計(jì)33電路設(shè)計(jì)43.1 硬件電路的設(shè)計(jì)53.2整個(gè)仿真電路94 系統(tǒng)測(cè)試104.1調(diào)試所用的基本儀器清單104.2調(diào)試結(jié)果104.3測(cè)試結(jié)果分析105 總結(jié)11參考文獻(xiàn)111 設(shè)計(jì)要求及方案選擇(標(biāo)題1為四號(hào)黑體)1.1設(shè)計(jì)要求(標(biāo)題2為小四 黑體)1.采用分立元件制作，不能采用音頻集成電路。2.輸出功率5W。3.fL100HZ,fH10KHZ1.2方案選擇(標(biāo)題2為

6、小四 黑體)1.設(shè)計(jì)思路功率放大器的作用是給負(fù)載提供一定的輸出功率，當(dāng)RL一定是，希望輸出功率盡可能大，輸出信號(hào)的非線性失真盡可能小，且效率盡可能高。需要注意的零點(diǎn)漂移的問(wèn)題：OCL功率放大器的零點(diǎn)漂移就是兩只輸出管的連接點(diǎn)。所謂“零點(diǎn)漂移”就是“零點(diǎn)的直流電位偏移了零電位”。由于OCL電路采用直接耦合方式，為了保證電路工作穩(wěn)定，必須采取有效的措施一直零點(diǎn)漂移。為了獲得足夠大的輸出功率，驅(qū)動(dòng)負(fù)載工作，故需要足夠大的電壓放大倍數(shù)。因此，性能良好的OCL功率放大電路應(yīng)由輸入級(jí)，驅(qū)動(dòng)級(jí)和輸出級(jí)等部分組成。2.OCL各級(jí)的作用和電路特征（1） 輸入級(jí)：主要作用是抑制零點(diǎn)漂移，保證電路工作穩(wěn)定，同時(shí)對(duì)前

7、級(jí)（音調(diào)控制級(jí)）送來(lái)的信號(hào)作用低失真，低噪聲放大。為此，采用帶恒流源的，由復(fù)合管組成的差動(dòng)放大電路，且設(shè)置的靜態(tài)偏置電流較小。（2） 推動(dòng)級(jí)：作用是獲得足夠高的電壓放大倍數(shù)，以及為輸出級(jí)提供足夠大的驅(qū)動(dòng)電流，為此，可采帶集電極有源負(fù)載的共射放大電路，其靜態(tài)偏置電流比輸入級(jí)要大。（3） 輸出級(jí)：的作用是給負(fù)載提供足夠大的輸出信號(hào)功率，可采用有復(fù)合管構(gòu)成的甲乙類互補(bǔ)對(duì)稱功放或準(zhǔn)互補(bǔ)功放電路。此外，還應(yīng)考慮為穩(wěn)定靜態(tài)工作點(diǎn)須設(shè)置交流負(fù)反饋電路，為穩(wěn)定電壓放大倍數(shù)和改善電路性能須設(shè)置交流負(fù)反饋電路，以及過(guò)流保護(hù)電路等。電路設(shè)計(jì)時(shí)各級(jí)應(yīng)設(shè)置合適的靜態(tài)工作點(diǎn)，在組裝完畢后須進(jìn)行靜態(tài)和動(dòng)態(tài)測(cè)試，在波形不失真

8、的情況下，使輸出功率最大。動(dòng)態(tài)測(cè)試時(shí)，要注意消振以防損壞元器件。2 理論分析與設(shè)計(jì)2.1功率放大電路的分析及設(shè)計(jì)本級(jí)的輸入級(jí)采用差分放大電路，由鏡像恒流源供電。具有抑制零點(diǎn)漂移、穩(wěn)定靜態(tài)工作點(diǎn)、輸入阻抗高的優(yōu)點(diǎn)；中間級(jí)采用開(kāi)啟式共射放大電路和恒壓偏置，具有推動(dòng)激勵(lì)作用，消除交越失真；輸出級(jí)采用準(zhǔn)互補(bǔ)乙類OCL放大電路，具有較好的的電路輸出對(duì)稱性和功率放大作用。電路如圖六所示。圖六 OCL功率放大器確定電源電壓VCC，設(shè)功率管飽和壓降Vces=2V，R11=0.5.由最大輸出功率:Pmax=Uo²RL, Uo²=Pmax*RL, 即Uo=6.32V。又由電壓輸出有效值 U（V

9、cc-Vces）/*RL/(R11+RL),即VCC=9.50V，取電源電壓VCC=±12V；最大不失真輸出電壓峰值：Uom=(Vcc-Vceo)*RL/(R11+RL)=9.41V負(fù)載電流最大值：Icmax=Uom/RL=1.2A.輸入阻抗：Ri=Ui/Ii,用輸入幅值為150mV的正弦波如圖七所示，測(cè)得Ii=3.3uA,則Ri=45.5K，輸出阻抗Ro=(Uo/Uo-1)/RL，空載時(shí)Uo=8.50V，RL=8負(fù)載時(shí)，Uo=7.0V，則Ro=2。圖七 輸入信號(hào)源的幅值和輸入電流2.2正負(fù)12V線性直流穩(wěn)壓電源的分析及設(shè)計(jì)原理框圖如圖九所示：圖九 線性直流穩(wěn)壓電源原理框圖考慮到功率

10、放大器的負(fù)載等要求電源采用集成穩(wěn)壓芯片LM7812和LM7912，原理如圖十所示圖十 正負(fù)12V線性直流穩(wěn)壓電源原理圖3電路設(shè)計(jì)3.1硬件電路的設(shè)計(jì)輸入級(jí)恒流源差分放大電路的設(shè)計(jì)如圖八所示，兩個(gè)輸入端分別輸入大小、相位相同的信號(hào)時(shí)，輸出為零，從而克服零點(diǎn)漂移，并保證輸出級(jí)中點(diǎn)電壓的穩(wěn)定。差分放大器將兩個(gè)輸入端的差以一固定增益放大，很多系統(tǒng)在差分放大器的一個(gè)輸入端加輸入信號(hào)，另一個(gè)輸入端加反饋信號(hào)，增加曾哥功放的穩(wěn)定性和降低噪聲，并實(shí)現(xiàn)反饋調(diào)節(jié)作用。在三級(jí)管輸出特性的恒流區(qū)，當(dāng)集電極電壓有一個(gè)較大的變化量UCE時(shí)，集電極電流ic基本不變。此時(shí)三級(jí)管c、e之間的等效電阻rce=uCE/ic的值很大

11、。用恒流源三級(jí)管充當(dāng)一個(gè)阻值很大的長(zhǎng)尾電阻Re，既可在不用大電阻的條件下有效的抑制零漂，又適合集成電路制造供工藝代替大電阻的特點(diǎn)，因此，這種方法在集成運(yùn)放中被廣泛采用。圖八 恒流源式差分放大電路推動(dòng)級(jí)電路的設(shè)計(jì)如圖九所示，推動(dòng)級(jí)是給功率輸出級(jí)提供足夠的激勵(lì)電流和穩(wěn)定的靜態(tài)偏壓，整個(gè)功率放大器的增益主要由這一級(jí)提供。為了獲得足夠高的電壓放大倍數(shù)，以及為輸出級(jí)提供足夠大的驅(qū)動(dòng)電流，可采帶集電極有源負(fù)載的共射放大電路，其靜態(tài)偏置電流比輸入級(jí)要大。為了穩(wěn)定偏置電壓，可采用恒壓電路，有多個(gè)二極管串聯(lián)而成，并有激勵(lì)管集電極負(fù)載和幾個(gè)電阻構(gòu)成。圖九推動(dòng)級(jí)偏置電路輸出級(jí)準(zhǔn)互補(bǔ)對(duì)稱推挽功放設(shè)計(jì)輸出級(jí)主要起到電流

12、放大作用，以向揚(yáng)聲器提供足夠的激勵(lì)電流，高正揚(yáng)聲器正確放音。輸出級(jí)采用互補(bǔ)或準(zhǔn)互補(bǔ)輸出形式的單端推挽放大電路，其輸出級(jí)由上臂下臂不同極性復(fù)合管構(gòu)成，利用它們的偏置極性相反的特性，可以自動(dòng)地分別放大正、負(fù)半半周信號(hào)，即具有互補(bǔ)特性，又因?yàn)樵诠ぷ鲿r(shí)總是一鼻導(dǎo)通，另一臂截止，工作再推挽狀態(tài)，又稱準(zhǔn)互補(bǔ)對(duì)稱推挽功放，如圖九所示。圖九：準(zhǔn)互補(bǔ)對(duì)稱推挽功放大功率管保護(hù)電路如圖十所示，小功率三極管，拉動(dòng)大功率三極管，起到線性放大放大電流的作用并起到電子開(kāi)關(guān)作用，以保護(hù)電路。圖十：大功率管保護(hù)電路反饋電路設(shè)計(jì)如圖十所示，反饋網(wǎng)絡(luò)是為了提高電路的穩(wěn)定性和減低失真，OCL電路均要加入交直流負(fù)反饋，通常會(huì)采用環(huán)路反

13、饋。大環(huán)路反饋被大多數(shù)功放使用，即反饋信號(hào)從輸出端取出，經(jīng)反饋網(wǎng)絡(luò)到查分放大器一輸入端，這種負(fù)反饋可以提高放大器的速率，消除揚(yáng)聲器的反動(dòng)勢(shì)經(jīng)環(huán)路反饋到輸入級(jí)造成失真。圖十：反饋電路各種補(bǔ)償電路的設(shè)計(jì)消除自激所加的補(bǔ)償電容：電容120P為消振電容，用來(lái)抑制電路振蕩，行進(jìn)相位補(bǔ)償,以消除電路高頻自激。 端揚(yáng)聲器阻抗補(bǔ)償電路：用以補(bǔ)償揚(yáng)聲器的感抗成分，使放大器的負(fù)載較接近于純阻性，放大器共走穩(wěn)定，不易自激，輸出級(jí)晶體管不易過(guò)壓，運(yùn)行比較穩(wěn)定。3.2整個(gè)電路仿真圖圖十一：仿真圖4系統(tǒng)測(cè)試4.1調(diào)試所用的基本儀器清單雙蹤示波器、萬(wàn)用表，信號(hào)發(fā)生器等。4.2調(diào)試結(jié)果為了良好的完成調(diào)式工作，需要對(duì)實(shí)驗(yàn)儀器進(jìn)

14、行熟悉。在調(diào)式過(guò)程中，R12的調(diào)節(jié)對(duì)電路的電流產(chǎn)生很大的影響。因此，第一步調(diào)節(jié)R12，使輸出的電流在一定的范圍內(nèi)，這樣可以較好的使各級(jí)三極管在正常狀態(tài)下工作。因此第一步調(diào)節(jié)R12，確保在輸出級(jí)前一級(jí)放大支路上的電流在4mA5mA左右，第二步調(diào)節(jié)R14、R12對(duì)電路進(jìn)行凋零，即在電路輸入為零時(shí)，其輸出也為零；這樣可以減小系統(tǒng)本身噪聲對(duì)信號(hào)的影響。第三步調(diào)節(jié)放大增益最主要的增益調(diào)節(jié)是反饋電阻R13，調(diào)節(jié)反饋電阻及音源輸入電位器觀察輸出信號(hào)是否失真，在最大不失真的情況下測(cè)得：輸出功率：Po=6.125W>5w(RL=8)輸入阻抗為：Ri=Ui/Ii=0.15/3.3*10-6=45k.4.3測(cè)

15、試結(jié)果分析本設(shè)計(jì)通過(guò)分析論證，所做成的作品滿足設(shè)計(jì)的要求，但由于實(shí)驗(yàn)室解乏一些儀器，只能用仿真的數(shù)據(jù)進(jìn)行有關(guān)計(jì)算，這樣仿真出來(lái)的理想數(shù)據(jù)跟實(shí)際的數(shù)據(jù)會(huì)有所誤差，但最終經(jīng)過(guò)調(diào)式最后所得到的數(shù)據(jù)以理論計(jì)算的誤差慢慢減小。如圖九所示仿真圖圖九 輸入信號(hào)與輸出信號(hào)5 總結(jié)本次設(shè)計(jì)起初遇到很多問(wèn)題，首先是電路設(shè)計(jì)時(shí)經(jīng)驗(yàn)不足，沒(méi)放有測(cè)試點(diǎn)，造成進(jìn)行數(shù)據(jù)采集是非常的不方便，其次是理論知識(shí)不夠扎實(shí)，對(duì)一些基本的理論分析不熟悉，浪費(fèi)很多時(shí)間。不過(guò)經(jīng)過(guò)這次設(shè)計(jì)讓我對(duì)模電的知識(shí)掌握有了更進(jìn)一步的提高，掌握了分析模擬電子技術(shù)的一些技巧和方法，相信在以后的更多的課程設(shè)計(jì)中會(huì)有更大的進(jìn)步.，同時(shí)也非常感謝老師和同學(xué)們的協(xié)作與指導(dǎo)！讓我順利的完成本次設(shè)計(jì)。參考文獻(xiàn)1 張肅文.高頻電子線路M.北京：高等教育出版社，2000. 2 江思敏、姚鵬翼.PADS電路原理圖和PCB設(shè)計(jì)M.機(jī)械工業(yè)出版社，2007.3