1、. 精選 模擬電路課程設計 題目：OCL 功率放大器 學院：信息學院 專業(yè)：自動化 班級學號： 學生姓名： 指導教師; . 精選 目錄目錄 一、課程設計任務及要求一、課程設計任務及要求.- - 3 3 - - 1、設計目的.- 3 - 2、設計指標.- 3 - 3、設計要求.- 4 - 4、制作要求.- 4 - 5、OCL 功率放大器各單元具體電路設計。.- 4 - 6、完成整體電路設計及論證。.- 5 - 7、編寫設計報告.- 5 - 二、總體方案設計二、總體方案設計.- - 5 5 - - 1、設計思路.- 5 - 2、OCL 功放各級的作用和電路結構特征 .- 7 - 三、單元電路的選擇

2、與設計三、單元電路的選擇與設計.- - 8 8 - - 1、設計方案.- 8 - 2、確定工作電壓.- 8 - 3、功率輸出級的設計.- 9 - 方案設計電路圖方案設計電路圖.- - 1111 - - 各單元電路設計、參數計算和元器件選擇：.- 12 - 四、總電路圖及其工作原理四、總電路圖及其工作原理.- - 1313 - - 工作原理：.- 15 - 五、功率放大五、功率放大器器元件參數計算元件參數計算.- - 1616 - - 1.確定電源電壓.- 16 - 2.功率輸出級計算.- 17 - 3. 推動級的計算.- 20 - 4 元件明細表.- 21 - 六、總結六、總結.- - 212

3、1 - - 參考文獻：參考文獻：.- - 2323 - - . 精選 一、課程設計任務及要求 1、設計目的 學習OCL功率放大器的設計方法 了解集成功率放大器內部電路工作原理 根據設計要求,完成對OCL功率放大器的設計,進一步 加強對模擬電子技術的了解 采用集成運放與晶體管原件設計OCL功率放大器 培養(yǎng)實踐技能,提高分析和解決實際問題的能力 2、設計指標 頻率響應:50Hzf20KHz 額定輸出功率:Po=8W 負載電阻:RL=8 非線性失真盡量小 輸入信號:Ui=100mv . 精選 3、設計要求 （1）進行方案論證及方案比較 （2）分析電路的組成及工作原理 （3）進行單元電路設計計算 （4

4、）畫整機電路圖 （5）寫出元件明細表 （6）小結和討論 （7）寫出對本設計的心得體會 分析設計要求，明確性能指標；查閱資料、設計方案 分析對比。 4、制作要求 論證并確定合理的總體設計方案，繪制結構框圖。 5、OCL功率放大器各單元具體電路設計。 總體方案分解成若干子系統(tǒng)或單元電路，逐個設計， 計算電路元件參數；分析工作性能。 . 精選 6、完成整體電路設計及論證。 7、編寫設計報告 寫出設計與制作的全過程，附上有關資料和圖紙， 有心得體會。 二、總體方案設計 1、設計思路 功率放大器的作用是給負載 Rl提供一定的輸出功率， 當 RI一定時，希望輸出功率盡可能大，輸出信號的非 線性失真盡可能小

5、，且效率盡可能高。放大電路實質 上都是能量轉換電路。從能量控制的觀點來看，功率 放大電路和電壓放大電路沒有本質的區(qū)別。但是，功 率放大電路和電壓放大電路所要完成的任務是不同的。 對電壓放大電路的主要要求是使其輸出端得到不失真 的電壓信號，討論的主要指標是電壓增益，輸入和輸 出阻抗等，輸出的功率并不一定大。而功率放大電路 則不同，它主要要求獲得一定的不失真（或失真較?。?. 精選 的輸出功率。OCL 功率放大器是一種一種直接耦合的 功率放大器，它具有頻響寬，保真度高，動態(tài)特性好 及易于集成化等特點。 由于 OCL 電路采用直接耦合方式，為了保證工作 穩(wěn)定，必須采用有效措施抑制零點漂移，為了獲得足

6、 夠大的輸出功率驅動負載工作，故需要有足夠高的電 壓放大倍數。因此，性能良好的 OCL 功率放大器應由 輸入級，推動級和輸出機等部分組成。OCL 是英文 Output Capacitor Less 的縮寫，意為無輸出電容。采用 兩組電源供電，使用了正負電源，在電壓不太高的情 況下，也能獲得比較大的輸出功率，省去了輸出端的 耦合電容。使放大器低頻特性得到擴展。OCL 功放電 路也是定壓式輸出電路，為釧電路由于性能比較好， 所以廣泛地應用在高保真擴音設備中。性能優(yōu)良的集 成功率放大器給電子電路功放級的調試帶來了極大地 方便。為了培養(yǎng)學生的設計能力，本課題主要采用分 立元件電路進行設計。 . 精選

7、2、OCL 功放各級的作用和電路結構特征 輸入級：主要作用是抑制零點漂移，保證電路工作 穩(wěn)定，同時 對前級（音調控制級）送來的信號作用低 失真，低噪聲放大。為此，采用帶恒流源的，由復合 管組成的差動放大電路，且設置的靜態(tài)偏置電流較小。 推動級作用是獲得足夠高的電壓放大倍數，以及為 輸出級提供足夠大的驅動電流，為此，可采帶集電極 有源負載的共射放大電路，其靜態(tài)偏置電流比輸入級 要大。 輸出級的作用是給負載提供足夠大的輸出信號功率， 可采用有復合管構成的甲乙類互補對稱功放或準互補 功放電路。 此外，還應考慮為穩(wěn)定靜態(tài)工作點須設置交流負 反饋電路，為穩(wěn)定電壓放大倍數和改善電路性能須設 置交流負反饋電

8、路，以及過流保護電路等。電路設計 時各級應設置合適的靜態(tài)工作點，在組裝完畢后須進 . 精選 行靜態(tài)和動態(tài)測試，在波形不失真的情況下，使輸出 功率最大。動態(tài)測試時，要注意消振和接好保險絲， 以防損壞元器件。 三、單元電路的選擇與設計 1、設計方案 利用三極管的電流控制作用或場效應管的電壓控 制作用將電源的功率轉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，應用這一點，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

9、大信號，這現(xiàn)象成為三極管的放大 作用。經過不斷的電流及電壓放大，就完成了功率放 大。 . 精選 2、確定工作電壓 為了達到輸出功率 10W 的設計要求，同時使電路 安全可靠地工作，電路的最大輸出功率 P應比設計 om 指標大些，一般取 P（1.52）P 。即本設計中 omo 電路的最大輸出功率應按 68W 來考慮。 由于是 P=U OM L R2 1 2 OM 因此，最大輸出電壓為 U= OMLOM RP2 考慮到輸出功率管 V2，V4的飽和壓降和發(fā)射極電 阻 R10，R11的壓降，電源電壓常取 V=（1.21.5）U CCOM 3、功率輸出級的設計 輸出功率管的選擇 輸出功率管 V4，V6為

10、同類型的 NPN 型大功率管， 其承受的最大反向電壓U2V，每個管的最大 maxCE CC 集電極電流為IV/R14+R，每個管的最大 maxCM CCL . 精選 集電極功耗為P0.2P。 maxCOM 復合管的選擇 V1,V3 分別與 V2,V4 組成復合管,它們承受的最大 電壓均為 2 V,考慮到 R7,R8 的分流作用和晶體管的 CC 損耗,在估算 V1,V3 的集電極最大電流和最大管耗時,可 近似為 I= I(1.11.5) maxCmaxC 2 max C I P=P(1.11.5) maxCmaxC 2 max C P 電阻 R6-R11的估算 R7,R8用來減小復合管的穿透電流

11、,其值太小會影響 復合管的穩(wěn)定性,太 大又會影響輸出功率,一般取 R7=R8=(5-10)Ri2。Ri2為 V2管輸入端的等效輸入電阻， 其大小為 Ri2=r+（1+）R10（大功率管的 r 約為 2be 10 歐）輸出管 V2，V4的發(fā)射極電阻 R10，R11用于獲得 電流負反饋作用，使電路工作更加穩(wěn)定，一般取 R10=R11=（0.050.1）R 。 L 由于 V1，V3管的類型不同，接法也不一樣，因此 . 精選 兩管的輸入阻抗不一樣，會使加到 V1，V3的基極輸入 端的信號不對稱。為此，加 R6，R9作為平衡電阻，使 兩管的輸入電阻相等。 確定偏置電路 為了克服交越失真，二極管 V8，V

12、9和 R7，R8共同 組成輸出級的偏置電路，以使輸出級工作于甲乙類狀 態(tài)。其中 V8，V9選擇與復合管 V4，V5相同材料的硅二 極管，可獲得較好的的溫度補償作用。 方案設計電路圖 . 精選 集成運放放大器與晶體管組成的功率放大器 圖一 各單元電路設計、參數計算和元器件選擇： 元器件清單：電阻： R1=4.7K; R2=4.3K; R3=47K; R7=6.8K; . 精選 R8=1K(電位器)： R9=10K； R10=22; R11=220; R12=22; R13=220; R14=0.5; R16=8; 電容： C1=C2=10F; C4=C5=220F; C6=C7=0.01F 四、

13、總電路圖及其工作原理 . 精選 . 精選 工作原理： 1用差分放大輸入級抑制零漂，如前所述，為了 使 R 在靜態(tài)時沒有直流電流通過，即 A 點的靜態(tài)直流 L 電位為零，所以采用正，負對稱的兩個小電源 （+V，-V） 。但是溫度的變化又會引起零漂，所以 CCCC 應采用差分放大器作為輸入級，用它來抑制 A 點電位 因受溫度等因素影響而產生的零漂。 2其他元器件的作用。V3管為激勵級，它把 V1 管輸出信號再進行一次放大后去推動功率輸出級的功 放管工作，故該級又稱為推動級。C5 是高頻負反饋電 容，防止 V3高頻自激。 3R7，V8，V9為功放管提供靜態(tài)偏置，防止交越 失真，把 V4，V5基極直流

14、電信分開，并利用 V8，V9補 償功放管的溫度特性，以穩(wěn)定功放管的基極偏流。 4R5，C3，R6組成電壓串聯(lián)負反饋電路。C3對低 頻信號短路，分壓比 R6/（R5+R6）為反饋系數，R6越 大，反饋量越大，反饋越強。分壓比適當則既可減小 信號非線性失真，又不致造成放大器增益下降太多。 . 精選 5R16，C6稱中和電路，防止由于感性負載而引起 高頻自激。 6R4，C2是差動放大器的電源濾波電路。 7C4稱自舉電容，用來提高功率輸出級的增益。 由圖可知，當輸入信號 U1為正半周時，經 V1，V2 和 V3次放大并反相，u 也為正半周，則 V4，V6復合 3c 管導通，信號放大后經 R14，R ，

15、地，+V返回 LCC V4，V6形成回路，在負載 R 上有放大了的正半周電流 L i1通過，其方向如圖中的實線所示。同理可知負半周上 的 i2通過，如圖中虛線所示。這樣輪流推挽工作，在 R 上就獲得功率放大后的完整信號。 L 五、功率放大器元件參數計算 1.確定電源電壓 電源電壓的高低決定著輸出電壓的大小。 為了保證電路安全可靠地工作，通常是電路的最大 輸出功率 Pom要比額定輸出功率 P0大一些，一般取 . 精選 Pom=（1.5 到 2）P0。故 Pom=1.88=14.4 W 所以，最大輸出電壓 Uom應該根據 Pom來計算，即， Uom=2PomRL=214.48=15.2V 考慮到管

16、子的飽和壓降以及發(fā)射極限流電阻的壓降 作用，電源電壓 Vcc必須大于 Uom，數量關系為 Vcc=1/Uom=1/0.715.2=22V 式中：電源利用系數，一般取 =0.6 到 0.8. 在確定了各級電壓增益和電源電壓以后就可以進 行電路中各級的估算，通常需按照由后級向前級的順 序進行設計。 2.功率輸出級計算 (1)選擇大功率管 準互補對稱功放級四只管子中的 T4、T5是大功率管， 要根據集體管的三個極限參數來選取。 第一章管子承受的最大反向電壓為 UCEM 2VCC 44V. 第二章每管最大集電極電流為 IcmVCC/RL 2.75A . 精選 第三章單管最大集電極功耗為 PCM 0.2

17、POM 2.88W 然后就可以根據這些極限參數選取功率管，使選取 的功率管極限參數滿足 BUCEO UCEM ICM Icm PCM Pcm 因此，選 T4，T5 管的型號分別為 3AD18A 和 3AD18C。 注意：應選取兩功放管參數盡量對稱， 值接近相等。 ， （2）選取互補管，計算 R19，R20，R21 確定 R19,R20,R21 由于功放管參數對稱,它們的輸入電阻為： Ri = rbe200+（1+）26mv/Ic=200.5 要使互補管的輸出電流大部分注入功放管的基極， 通常取 R19 = R21=（5-10）Ri=6200.5=1203 平衡電阻 R20可按 R19/10=1

18、20.3，選取 . 精選 R18=R20=120.3。 選取互補管 T2,T3 因為 T2,T3 分別于 T4,T5組成復合管，它們承受的 最大反向電壓相同（均為 2Vcc）,而集電極最大電流和 最大功耗科近似認為 Icm(1.1-1.5)Ic4 /=1.315/50=0.39 A Pcm (1.1-1.5)Pcm4/=1.310/50=0.26 A 其中：Ic4 Pcm4 功放管（T4,T5）的集電極最大電流和最 大管耗； 功放管的電流放大系數。 選擇互補管，使其極限參數滿足 BUCEO UCEM ICM Icm PCM Pcm 因此，取 T2，T3管的型號分別為 3AD4 和 3AD5.

19、3.計算偏執(zhí)電阻 功放級互補管（T2，T3）的靜態(tài)電流由 R16，二極管 和 R17支路提供。要使 R16，R17中流過的電流 IR16大于互 . 精選 補管的基極電流 IBm,即 IR16IBmIcm/(一般取 IR161.2IBm) 式中，IBm， 分別為互補管的集電極最大電流和電流放 大系數，而 IR16（VccUBE2UBE4）/R16（Vcc0.70.7）/R16， 所以 R16的阻值應為（Vcc1.4）/IR16，而 R17的阻值和 R16相等。 故：取 IR161.2IBm =1.20.39/50=0.009A R16=（Vcc1.4）/IR16 =（22-1.4） /0.009

20、=2.3k R17=R16=2.3 k 3. 推動級的計算 推動級要有較大的電壓放大倍數，前面已根據總電 阻的電壓增益確定了推動級的放大倍數 Aum3;其大小由 閉環(huán)負反饋決定 Aum31Rf/R14 R14阻值不要過小，一般為 12k 左右，于是反饋電阻 Rf的大小也就確定了。 . 精選 故：Rf=（Aum3 -1）R14 = 24 k 4 元件明細表 R16 2.3 k R17 2.3 k R18 120.3 R20 120.3 R19 1203 R21 1203 T2 3AD4 T3 3AD5 T4 3AD18A T5 3AD18C 六、總結 經歷了這次課程設計，我對模擬電路這門課有了 更進一步的認識和了解，理論和實際操作都很困難， 要將實際和理論聯(lián)系起來需要不斷的下功夫，它和課 本上的知識有很大聯(lián)系，但又高于課本，一個看似很 簡單的電路，要動手把它設計出來就比