01-110903-0123-OTL功放電路設(shè)計與制作參考模板

1、摘要在模擬電子線路中，電信號經(jīng)過放大之后，往往要去推動執(zhí)行機構(gòu)完成人們所預(yù)期的功能，例如推動喇叭發(fā)聲，推動繼電器實現(xiàn)控制等。執(zhí)行機構(gòu)要正常工作都需要從電路中獲取較大的電能。因此，放大電路的末級均由功率放大器組成。功放(功率放大器)的原理就是利用三極管的電流控制作用或場效應(yīng)管的電壓控制作用將電源的功率轉(zhuǎn)換為按照輸入信號變化的電流。 因為聲音是不同振幅和不同頻率的波，即交流信號電流，三極管的集電極電流永遠是基極電流的倍，是三極管的交流放大倍數(shù)，應(yīng)用這一點，若將小信號注入基極，則集電極流過的電流會等于基極電流的倍，然后將這個信號用隔直電容隔離出來，就得到了電流(或電壓)是原先的倍的大信號，這現(xiàn)象成為

2、三極管的放大作用。經(jīng)過不斷的電流及電壓放大，就完成了功率放大。 而場效應(yīng)管則是用柵極電壓來控制源極與漏極的電流，其控制作用用跨導(dǎo)表示，即柵極變化一毫伏，源極電流變化一安，就稱跨導(dǎo)為1，功率放大器就是利用這些作用來實現(xiàn)小信號控制大信號，從而使多級放大器實現(xiàn)了大功率的輸出，并非真的將功率放大了！關(guān)鍵字：OTL，放大倍數(shù)，差分1 / 27目錄摘要1目錄2一 設(shè)計要求31.基本要求32.擴展要求3二 整體設(shè)計方案41.系統(tǒng)設(shè)計框圖42.OTL硬件電路總圖4三 各單元電路簡介51.前置放大電路5（1）前置電路的作用5（2）前級放大電路的構(gòu)成52.響度控制器63.音量控制電路74.音調(diào)控制器75.音調(diào)補償

3、電路86.音調(diào)均衡電路97.差分放大電路9（1）差分放大電路的組成9(2)差分放大電路的輸入和輸出方式9(3)差模信號和共模信號10(4)差分放大電路的靜態(tài)計算10(5) 差分放大電路的差模工作狀態(tài)11(6) 共模狀態(tài)動態(tài)計算13(7)恒流源差分放大電路148.OTL后級功率放大電路15（1）OTL后級功率放大器基本電路特點15（2）本機OTL電路介紹169.電源電路17四 整機調(diào)試171 空載調(diào)試182 帶假負載調(diào)試183 接實際負載調(diào)試19五 結(jié)束語20六 參考文獻21一 設(shè)計要求1.基本要求本課題所設(shè)計的OTL功率放大器額定輸出功率為30W，用作擴音機電路中的功率輸出級。設(shè)計指標:（1）

4、額定輸出功率P。=30 W.（2）負載電阻RL=8 （3）頻率響應(yīng)：fL=100 Hz，fH=20 kHz。（4）信號源內(nèi)阻:Rg=2 k。（5）電路的電壓增益Av40，輸入Vi160mV。（6）要求自制印刷電路板，裝出電路，達到各項指標要求。2.擴展要求（1）主通頻帶在50-50KHz之間。（2）在電源電壓不超過 + 15V情況下，輸出功率達到50W。（3）信噪比20dB。二 整體設(shè)計方案1.系統(tǒng)設(shè)計框圖圖1-1 整體系統(tǒng)框圖2.OTL硬件電路總圖圖1-1 整體系統(tǒng)框圖三 各單元電路簡介1.前置放大電路（1）前置電路的作用前級控制與放大電路，前與音響信號源相連后與功率放大部分相連。一般來說，

5、面板上大部分控制按鍵、控制開關(guān)、控制旋鈕都是該電路的組成部分，它們控制著整個音響系統(tǒng)信號源的選擇、音量的控制、等響度、平衡度、高音低音音調(diào)調(diào)節(jié)等功能，故此部分電路亦稱為“音響控制中心”。不同的功放，其前級控制與放大電路中的各功能電路，特別是前置放大電路與混合放大電路，有不同的安排方式。有些將前置放大電路、混合放大電路獨立安排；而更多的則考慮到目前功放所駁接的音源設(shè)備主要是CD、VCD、DVD等，這些音源的輸出信號的電壓幅度足夠高(一般都在1V2V)、輸出內(nèi)阻低，因而將前置放大與混合放大兩部分合在一起，成為前置混合放大電路。（2）前級放大電路的構(gòu)成下圖是本機前置放大電路圖：圖2.1前置放大電路圖

6、信號經(jīng)4.7uf電容和510歐電阻直接送入2N4250進行前級放大，其中270K電阻和100P電容為前級下拉電阻，起到了減小前級無輸入時的干擾電壓輸入，6K2電阻和150P電容為2N4210的下偏置電阻。由于話筒信號比較微弱，一般只有幾毫伏到幾十毫伏，而延時集成電路的輸人電平必須達到一定值(如250mV)之后，才能獲得足夠高的信噪比，因此，所有的卡拉OK電路均設(shè)有話筒(MIC)前置放大器。有些機器的前置放大器仍然采用分立元件，而更多的則是采用雙運放集成塊。同時，為了兼顧使用的方便，還設(shè)置了話筒音量控制電位器。有些機器是先將兩路話筒信號分別進行前置放大后再混合，有些機器則是先將兩路話筒信號混合后

7、，再進行前置放大的。另外，機器中可只設(shè)一只話筒量電位器，同時對兩路或多路話筒音量進行控制；也可設(shè)置兩只或多只話筒音量電位器，分別對各路話筒的音量進行控制。話筒音量控制電位器既可設(shè)在前置放大電路中，也可設(shè)置在混合緩沖放大電路中。輸入端靈敏度最高，約01V左右。為了防止內(nèi)外噪波信號的串入而產(chǎn)生干擾，從輸入端子開始，至音量控制電位器，再到輸入管的柵極，其音頻輸入信號線應(yīng)全部采用金屬屏蔽隔離線，走線應(yīng)按照距離最近為原則。2.響度控制器人耳對不同頻率聲音響度的靈敏度相差很大，頻率越低，靈敏度越差。例如40dB的1000Hz中4 4徐輪森音，要比聲壓級相同的100Hz的低音響得多，如果要使100Hz的低音

8、聽起來和40dB的1000Hz中音的響度相同，必須把聲壓提高到5ldB。因此，在測量聲壓級時必須按照人耳靈敏度特性的等響度曲線，加入對各種頻率具有均衡性質(zhì)的網(wǎng)絡(luò)，才能直接測出入耳響度的計權(quán)聲壓。功率放大器在音量開小時，聆聽者往往會覺得低音不足，這就是等響度曲線所反映出的人耳聽覺特性所造成的。為了彌補人耳聽覺的缺陷，因此，在前置放大器中通?？稍鲈O(shè)響度控制電路，利用頻率補償網(wǎng)絡(luò)適當(dāng)?shù)靥嵘鸵艉透咭舴至?。圖I是響度控制電路。在響度控制電路圖中，由于CI電容器的容抗隨著信號頻率降低而增大，因而有利于低頻分量的傳輸，相當(dāng)于提升了低音；此外由于C2電容器的容抗隨著信號頻率的升高而減少，有利于高頻分量的傳輸

9、，圖1 響度控制電路故高音也被提升。當(dāng)響度控制電位器旋至下端時，輸出音量減小，而低音和高音的相對提升保持不變；當(dāng)電位器旋至上端時，輸出音量增大，而低音和高音的相對提升量減小。3.音量控制電路音量控制器是用來調(diào)節(jié)輸入功率放大器的信號電平，以控制揚聲器的輸出功率大小。一般在功放的前級采用可變電位器來作音量控制。連續(xù)式可調(diào)電位器的阻值一般為100kQ500kQ，但必須選用指數(shù)型WTHZ、WTHS規(guī)格，這樣才能符合聽音的習(xí)慣。其電路非常簡單，由可變電阻對地組成分壓電路，直接控制信號電平高低。采用連續(xù)式可變電位器來控制音量，由于音頻信號直接通過電位器，使用日久后因磨損而產(chǎn)生轉(zhuǎn)動噪聲時，會在揚聲器中出現(xiàn)喀

10、啦喀啦的噪聲。此外，如果在安裝時，連接導(dǎo)線屏蔽不好或接地點選擇不當(dāng)，還會產(chǎn)生感應(yīng)交流聲。步式電位器比連續(xù)電位器有所改善，可以避免在調(diào)控過程中產(chǎn)生接觸與摩擦噪聲。波段式音量控制器是采用多檔波段開關(guān)與精密電阻按照指數(shù)方式串聯(lián)組裝而成，特別適合在一些高檔雙聲道的功率放大器中使用，通過面板上的刻度指示，容易做到兩聲道的平衡。圖2.2 等響度音量調(diào)節(jié)電路4.音調(diào)控制器音調(diào)控制器是用來滿足聆聽者對音色的不同要求和愛好的。有人喜歡傾聽低音強勁的節(jié)奏，也有人特別欣賞高音的穿透能力，使用音調(diào)控制器更可以增強音樂的情調(diào)。音調(diào)控制器是用來調(diào)節(jié)音頻信號中高頻、中頻和低頻成分的比例，以改變前級放大器的頻率響應(yīng)特性，使信

11、號中不同頻率成分產(chǎn)生不同程度的提升或衰減，以達到改變放大電路頻率響應(yīng)的目的。圖2是最簡單的音調(diào)控制器。在圖2中，采用可變電位器R與一個固定電容C跨接在放大管的屏極回路或柵極回路與地之間，調(diào)節(jié)可變電位器的阻值，即可改變電容器對高頻的旁路作用。當(dāng)阻值增加時，此旁路阻抗亦增加，即電容器等于沒有作用，高音頻不易通過電容器入地，放大管將前級傳來的信號全部進行放大；當(dāng)電位器阻值減小時，則旁路阻抗減小，電容器的旁路作用加大，音頻信號中的高音成分入地，相對的低音成分增加，故顯得低音豐滿。圖2.3 最簡單的音調(diào)控制器C1與RP2其作用只能衰減高音，對高音的強弱起到調(diào)節(jié)作用，稱為高音控制。C2與R2是串聯(lián).改變R

12、2的阻值即控制C2的作用，當(dāng)R2變大時C 2的影響增加對低音通過就困難，只允許高音通過；當(dāng)R2減小時，C2的影響減小，低音則通行無阻，使低音增強，稱為低音控制。當(dāng)高音控制(Treble)電位器旋至最上端時，阻值減至最小，高音則可通行無阻；而旋至最下端時，電容器對地旁路作用加強，高音成分即被衰減。當(dāng)?shù)鸵艨刂?BASS)電位器旋至最上端時，阻值最小，低音即可通行無阻；當(dāng)電位器旋至最下端時，阻值增大，電容器的影響增加，低音通過困難，低音即被衰減。5.音調(diào)補償電路音調(diào)控制電路的作用只能控制高音與低音通過的程度，其效果屬于衰減式控制法，對放大電路的增益均起到衰減作用。音調(diào)補償電路對于所需要的高音與低音，

13、通過高低音網(wǎng)絡(luò)與放大管的作用使之增強，使放大器高頻端與低頻端的特性得到相應(yīng)的提升。6.音調(diào)均衡電路音調(diào)控制與音調(diào)補償其輸入的音源信號的頻響特性是平坦的，但對種類繁多的拾音器來說，它們的輸出頻響特性不完全平坦。音調(diào)補償電路式拾音器的頻響特性是低音較弱，高音較強；而晶體式拾音器的頻響特性則是高音不足，因此在多種拾音器的輸入端， 為了達到對各種拾音器都能獲7.差分放大電路（1）差分放大電路的組成 差分放大電路是由對稱的兩個基本放大電路，通過射極公共電阻耦合構(gòu)成的，如圖所示。對稱的含義是兩個三極管的特性一致，電路參數(shù)對應(yīng)相等。 b1=b2=b VBE1=VBE2= VBE rbe1= rbe2= rb

14、e ICBO1=ICBO2= ICBO Rc1=Rc2= Rc Rb1=Rb2= Rb差動放大電路(2)差分放大電路的輸入和輸出方式 差分放大電路一般有兩個輸入端，同相輸入端，反相輸入端。根據(jù)規(guī)定的正方向，在一個輸入端加上一定極性的信號，如果所得到的輸出信號極性與其相同，則該輸入端稱為同相輸入端。 反之，如果所得到的輸出信號的極性與其相反，則該輸入端稱為反相輸入端。 信號的輸入方式：若信號同時加到同相輸入端和反相輸入端，稱為雙端輸入； 若信號僅從一個輸入端加入，稱為單端輸入。差分放大電路可以有兩個輸出端，一個是集電極C1，另一個是集電極C2。從C1和C2輸出稱為雙端輸出，僅從集電極C1或C2對

15、地輸出稱為單端輸出。(3)差模信號和共模信號差模信號是指在兩個輸入端加上幅度相等，極性相反的信號；共模信號是指在兩個輸入端加上幅度相等，極性相同的信號。如圖所示。差分放大電路僅對差模信號具有放大能力，對共模信號不予放大。溫度對三極管電流的影響相當(dāng)于加入了共模信號。差分放大器是模擬集成運算放大電路輸入級所采用的電路形式。 共模信號和差模信號示意圖(4)差分放大電路的靜態(tài)計算差分放大電路的靜態(tài)和動態(tài)計算方法與基本放大電路基本相同。為了使差分放大電路在靜態(tài)時，其輸入端基本上是零電位，將Re從接地改為接負電源VEE，如圖6-10所示。由于接入負電源，所以偏置電阻Rb可以取消，改為VEE和Re提供基極偏

16、置電流?；鶚O電流為: 由IB的計算式可知，Re對一半差分電路而言，只有2 Re 才能獲得相同的電壓降。 雙電源差分放大電路(5) 差分放大電路的差模工作狀態(tài) 差分放大電路的差模工作狀態(tài)分為四種：A. 雙端輸入、雙端輸出（雙-雙），B. 雙端輸入、單端輸出（雙-單），C. 單端輸入、雙端輸出（單-雙），D. 單端輸入、單端輸出（單-單）。 (A)差模電壓放大倍數(shù)Avd雙端輸入差分放大電路如圖6-11所示。負載電阻接在兩集電極之間，vi接在兩輸入端之間，也可看成vi /2各接在兩輸入端與地之間。 圖6-11 雙端輸入雙端輸出 雙端輸入、雙端輸出差模電壓放大倍數(shù) 這種方式適用于對稱輸入和對稱輸出，輸

17、入、輸出均不接地的情況。 雙端輸入、單端輸出差模電壓放大倍數(shù) 雙端輸入單端輸出雙端輸入單端輸出因只利用了一個集電極輸出的變化量，所以它的差模電壓放大倍數(shù)是雙端輸出的二分之一。這種方式適用于將差分信號轉(zhuǎn)換為單端輸出信號。 單端輸入、雙端輸出差模電壓放大倍數(shù)單端輸入信號可以轉(zhuǎn)換為雙端輸入，其轉(zhuǎn)換過程見圖。右側(cè)的Rs+rbe歸算到發(fā)射極回路的值為(Rs+rbe)/（1+b）Re，故Re對Ie分流極小，可忽略，于是有 單端輸入轉(zhuǎn)換為雙端輸入 vi1 =vi2= vi 這種方式用于將單端信號轉(zhuǎn)換成雙端差分信號,可用于輸出負載不接地的情況。 單端輸入、單端輸出電壓放大倍數(shù): 通過從T1或T2的集電極輸出，

18、可以得到輸出與輸入之間或反相或同相的關(guān)系。從T1的基極輸入信號，從C1輸出，為反相；從C2輸出為同相。 (B)差模輸入電阻 不論是單端輸入還是雙端輸入，差模輸入電阻Rid是基本放大電路的兩倍。 (C)輸出電阻 輸出電阻在單端輸出時， 雙端輸出時， (6) 共模狀態(tài)動態(tài)計算例如，溫漂信號屬共模信號，它對差分放大電路中Ic1和Ic2的影響相同。如果輸入信號極性相同，幅度也相同，則是純共模信號。如果極性相同，但幅度不等，則可以認為既包含共模信號，又包含差模信號，應(yīng)分開加以計算，如圖6-14所示。圖6-14共模、差模信號混合的情況 圖6-15 共模微變等效電路 (A) 共模放大倍數(shù)Avc 共模信號對放

19、大電路來說也是變化量，不能視為直流量。計算共模放大倍數(shù)Avc的微變等效電路，如圖06.08所示。其中Re用2Re 等效，這與差模微時不同。共模放大倍數(shù)Avc的大小，取決于差分電路的對稱性，雙端輸出時可以認為等于零。單端輸出時為 (B) 共模抑制比 共模抑制比KCMR是差分放大器的一個重要指標。 或 雙端輸出時KCMR可認為等于無窮大，單端輸出時共模抑制比(7)恒流源差分放大電路為了提高共模抑制比應(yīng)加大Re 。但Re加大后，為保證工作點不變，必須提高負電源，這是不經(jīng)濟的。為此可用恒流源T3來代替Re 。恒流源動態(tài)電阻大，可提高共模抑制比。同時恒流源的管壓降只有幾伏，可不必提高負電源之值。這種電路

20、稱為恒流源差分放大電路，電路如圖6-16所示。 恒流源電流數(shù)值為:Ie3=( VZ- VBE3)/ Re 恒流源差分放大電路8.OTL后級功率放大電路（1）OTL后級功率放大器基本電路特點 互補對稱式OTL功率放大器基本電路如圖所示。 （1）普通三極管復(fù)合后級驅(qū)動 （2）并聯(lián)三極管式后級復(fù)合驅(qū)動 （3）反饋式雙管復(fù)合后級驅(qū)動（2）本機OTL電路介紹本論文選取第一種后級驅(qū)動形式。OTL電路輸入級由Q17、Q19 (Q18、Q15)組成差分放大器，發(fā)射極設(shè)置了VR3(VR4)后可對中點電壓進行調(diào)整，以糾正晶體管參數(shù)差異引起的中點偏移。兩管集電極之間的R53、C2 (R54、C11)是為消除超音頻干

21、擾信號而設(shè)置。Q14(Q16)與外圍元件組成恒流源電路。R28(R31)是直流反饋電阻，把輸出中點的直流變化反饋到差分電路的反相輸入端，對中點電壓進行伺服控制。本電路的交流反饋不象一般OCL電路由輸出端取出，而是通過C15、R27 (C16、R30)從電壓放大級Q9(Q8)集電極取得。這樣既可以消除高頻移相引起的自激，又不會影響電路的高頻特性。電壓放大級由Q7、Q9 (Q11、Q8)組成的第二級差分電路完成，Q10(Q12)是此差分放大器的鏡像恒流源負載。兩級放大恒流源和鏡流源的引入，有效抑制了電壓波動對電路的影響，使整個電路穩(wěn)定性大大提高。Q1(Q2)是恒壓偏置管，調(diào)整其下偏置電阻VR1(V

22、R2)可改變功率管的be結(jié)電壓，也就是改變功率管的靜態(tài)電流，使電路可在甲類與甲乙類之間變化。此電路沒有設(shè)置功率管發(fā)射極電阻取樣放大的過流保護電路，而是增加了D1、Z1、D2、Z2 (D3、Z3、D4、Z4）組成的限壓電路。當(dāng)輸入信號過大使3.9V穩(wěn)壓管導(dǎo)通時，峰值信號將被吸收，從而防止后級過激勵而引起的過流現(xiàn)象。Q5、Q7 (Q6、Q4)是電流放大級，也叫推動級。在電壓放大和電流放大兩級電路中，三極管的b、c間都加有33P的瓷片電容，這是對電路進行相位補償?shù)闹泻碗娙荨？捎行б种聘哳l移相引起的高頻自激。功率輸出級采用東芝音響對管C3280、A1301。R58、C38 (R64、C39)組成茹貝爾

23、補償電路，補償揚聲器音圈純電感負載對電路形成的不良影響和高頻自激。9.電源電路 簡單的整流濾波電路圖四 整機調(diào)試OTL功放調(diào)試要領(lǐng)調(diào)試前必須先將OTL功放電路圖與安裝實體機仔細對照，反復(fù)檢查兩三遍?？词欠裼薪渝e的地方或漏焊的元件，各個接點之間用鑷子輕輕拉一下，是否存在虛焊或假焊現(xiàn)象。各電子管屏極與柵極之間的元件或走線不可貼緊或平行，如有貼近之處應(yīng)予以撥開。全部檢查無誤后即可開始調(diào)試。1 空載調(diào)試先測量電源變壓器各輸出端的交流高壓，再測量經(jīng)整流濾波后的各級電壓。初學(xué)裝配功放者必須注意，在測量時可將萬用表的一端用鱷魚夾與機內(nèi)接地線或機底座鉗住(電子管功放的底板)。測量電壓時，單手操作。當(dāng)電源關(guān)斷后

24、，機內(nèi)的大電容器內(nèi)仍有高壓電荷存儲，誤觸電容電極時，放電電壓很高，會造成電擊，應(yīng)先采用低阻值電阻使電容器對地洩放電能后，才能進行對元器件的檢測。電源部分測量無誤后，即可先將前級接通，先測量輸入管與推動管各級的電壓。然后再將萬用表測量兩只推動放大管的電壓，電壓為電源電壓的一半，這樣推動級輸出的音頻信號電壓才會平衡。如電壓相差較大，則必須尋找出故障原因如線路接錯等均會造成電壓不一致。前級測量完畢后，再將OTL后級功放接上，先測量OTL功放管上邊管的電壓，接著再測量OTL功放管中點電壓也應(yīng)在電源電壓的一半左右。在功放級來調(diào)整好以前，中心點的對地電壓不一定等于1/2Vcc。2 帶假負載調(diào)試先選擇一只阻

25、值為8左右，功耗為1020w的線繞電阻作為假負載，接在OTL功放級的中心點輸出端與地之間的8接線柱上。因為OTL功放在未調(diào)整好以前，上邊功放管與下邊功放管工作尚未達到完全平衡狀態(tài)，此時中點負載兩端的電壓未能達到1/2Vcc ，故負載中有較大的直流電流通過。對于無輸出電容的OTL功放來說，如果此時用揚聲器作負載，揚聲器音圈可能會因大電流通過而被燒毀。先預(yù)測功放管的工作狀態(tài)是否平衡，可用萬用電表直流電壓5v檔，測量各只功放管6N5P，每管電壓降的正常值為01V左右如果功放管基射極的電壓降相差較大時，則表明其中有的功放管發(fā)射能力參差不齊。為了保持功放線性能良好，使功放管工作于線性范圍區(qū)域內(nèi)，故功放管

26、集電極對發(fā)射極的電壓一般取5v左右。在測量功放管負壓時，應(yīng)在測量回路中先串人一只1uF、1200V的電容器，這樣可以減少分壓作用，測量準確度高。然后將萬用表撥到交流電壓10V檔，測量功放輸出級假負載兩端的直流電壓，是否已經(jīng)接近0V。此項調(diào)整工作應(yīng)仔細進行，因功率管特性不同，其負壓的高低也有一定差別。上述測量工作每個聲道的功放級應(yīng)重復(fù)調(diào)試一至二次，中點電壓調(diào)到接近1/2Vcc，將調(diào)定的電位器用熱融膠或其他膠鎖住，使之保持不變或采用相同阻值的固定電阻代替之。3 接實際負載調(diào)試經(jīng)以上初步調(diào)試結(jié)束后，即可接上揚聲器進行實際細調(diào)。為保險起見，也可先接一只老舊揚聲器試聽。在確認萬無一失時，再接上好音箱試聽。新調(diào)試好的功放機在開機后不要立即注入音頻信號，應(yīng)仔細傾聽揚聲器有無異常情況出現(xiàn)，并密切注視機內(nèi)各部分元器件的溫升情況，如發(fā)現(xiàn)有溫升過高或有焦氣味出現(xiàn)，應(yīng)立即關(guān)機檢