ocl功率放大器課程設(shè)計(jì)

1、<p>　　電子技術(shù)基礎(chǔ)課程設(shè)計(jì)（論文）</p><p>　　題目： OLC功率放大器 </p><p><b>　　院（系）：電</b></p><p>　　專業(yè)班級： </p><p>　　學(xué) 號： </p><p>　　學(xué)

2、生姓名： </p><p>　　指導(dǎo)教師： </p><p>　　教師職稱： </p><p>　　起止時間： </p><p>　　課程設(shè)計(jì)（論文）任務(wù)及評語</p><p>　　院（系）：電子與信息

3、工程學(xué)院 教研室：電子信息工程</p><p><b>　　目 錄</b></p><p>　　第1章 OCL功率放大器設(shè)計(jì)方案論證1</p><p>　　1.1 OCL功率放大器的應(yīng)用意義1</p><p>　　1.2 OCL功率放大器設(shè)計(jì)的要求及參數(shù)1</p>

4、<p>　　1.3 設(shè)計(jì)方案論證2</p><p>　　1.4 總體設(shè)計(jì)方案框圖及分析3</p><p>　　第2章 OCL功率放大器各單元電路設(shè)計(jì)3</p><p>　　2.1 直流穩(wěn)壓電源設(shè)計(jì)3</p><p>　　2.2 前置放大級設(shè)計(jì)4</p><p>　　2.3 功率放大器設(shè)計(jì)5&l

5、t;/p><p>　　第3章 OCL功率放大器整體電路設(shè)計(jì)6</p><p>　　3.1 整體電路圖及工作原理8</p><p>　　3.2 電路參數(shù)計(jì)算11</p><p>　　3.3 整體電路性能分析11</p><p>　　3.4元器件清單列表11</p><p>　　第4章 設(shè)計(jì)總

6、結(jié)13</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)14</b></p><p>　　OCL功率放大器設(shè)計(jì)方案論證</p><p>　　OCL功率放大器的應(yīng)用意義</p><p>　　OCL(Output Capacitorless無輸出電容器)電路是采用正負(fù)兩組對稱電源供電,沒有輸出電容器的直接耦合的電路,負(fù)載接在兩只輸出

7、管中點(diǎn)和電源中點(diǎn)。OCL功率放大器是在OTL功率放大器的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的一種全頻帶直接耦合低功率放大器，它在高保真擴(kuò)音系統(tǒng)中得到了廣泛應(yīng)用。</p><p>　　OCL功率放大器設(shè)計(jì)的要求及參數(shù)</p><p><b>　　設(shè)計(jì)參數(shù)：</b></p><p>　　采用全部或部分分立元件設(shè)計(jì)一種OCL音頻功率放大器。</p><

8、;p><b>　　額定輸出功率</b></p><p><b>　　負(fù)載阻抗。</b></p><p><b>　　失真度</b></p><p>　　設(shè)計(jì)放大器所需的直流穩(wěn)壓電源。</p><p><b>　　設(shè)計(jì)要求：</b></p>

9、<p>　　1 .分析設(shè)計(jì)要求，明確性能指標(biāo)。必須仔細(xì)分析課題要求、性能、指標(biāo)及應(yīng)用環(huán)境等，廣開思路，構(gòu)思出各種總體方案，繪制結(jié)構(gòu)框圖。</p><p>　　2 .確定合理的總體方案。對各種方案進(jìn)行比較，以電路的先進(jìn)性、結(jié)構(gòu)的繁簡、成本的高低及制作的難易等方面作綜合比較，并考慮器件的來源，敲定可行方案。</p><p>　　3 .設(shè)計(jì)各單元電路?？傮w方案化整為零，分解成若干子

10、系統(tǒng)或單元電路，逐個設(shè)計(jì)。</p><p>　　4.組成系統(tǒng)。在一定幅面的圖紙上合理布局，通常是按信號的流向，采用左進(jìn)右出的規(guī)律擺放各電路，并標(biāo)出必要的說明。</p><p><b>　　設(shè)計(jì)方案論證</b></p><p>　　根據(jù)本課題要求，我們所設(shè)計(jì)的低功率放大器應(yīng)由以下幾部分組成：直流穩(wěn)壓電源、前置放大及功率放大。以下逐一加以設(shè)計(jì)及論證

11、。</p><p><b>　　電源部分</b></p><p>　　本設(shè)計(jì)的電源通過變壓器變?yōu)?5 V交流電，經(jīng)整流濾波得到±31 V的直流電；同時直流電再經(jīng)三端集成穩(wěn)壓電路輸出±15 V，供應(yīng)前置放大電路和功率放大器使用。</p><p><b>　　信號放大部分</b></p>&l

12、t;p>　　前置放大電路采用低噪聲雙運(yùn)放，分別以相同放大的方式，作為左右通道的信號放大。</p><p>　　功率放大電路由三部分組成：輸入級、推動級和輸出級。輸入級由有兩個三極管組成差分放大電路，推動級由一個三極管組成，輸出級由兩個三極管對稱構(gòu)成。兩輸出管分別由正、負(fù)兩組電源供電，揚(yáng)聲器直接接在兩輸出管的輸出端與地之間，同時應(yīng)使本功放工作在甲乙類狀態(tài)。</p><p>　　1.4總

13、體設(shè)計(jì)方案框圖及分析</p><p>　　總體設(shè)計(jì)方案框架圖：（如下圖1-1所示）</p><p>　　分析：本設(shè)計(jì)采用市電供電，將市電220 V通過變壓器變成±24 V的直流電，供前置放大器與功率放大器使用。輸入信號通過前置放大電路進(jìn)行初步放大，再經(jīng)過功率放大器進(jìn)行進(jìn)一步的放大。最后通過輸出端輸出，即得到所需。</p><p>　　OCL功率放大器各單元

14、電路設(shè)計(jì)</p><p><b>　　直流穩(wěn)壓電源設(shè)計(jì)</b></p><p>　　220 V市電經(jīng)變壓器輸出兩組獨(dú)立的25 V交流電，大電容濾波得到±35 V直流電，再加一個0.1μF小電容濾除電源中的高頻分量?？紤]到制作過程中電源空載時的電容放電可在輸出電容并上1 kΩ大功率電阻。另外這組直流電還要傳給7824、7924來獲得 ±24 V。

15、</p><p>　　萬一輸入端短路，大電容放電會使穩(wěn)壓塊由于反電流沖擊而損壞，加兩個二極管可使反相電流流向輸入端起到保護(hù)作用。（如圖2-1所示）</p><p><b>　　前置放大級設(shè)計(jì)</b></p><p>　　前端放大功能是完成小信號的電壓放大任務(wù)、提高信噪比，其失真度和噪聲對系統(tǒng)的影響最大，是應(yīng)該優(yōu)先考慮的指標(biāo)。我采用雙運(yùn)放NE55

16、32（如圖2-2所示）。實(shí)際制作中將它接成同相放大形式，運(yùn)放反相端串聯(lián)47 μF的電解電容，讓交流信號全反饋，信號放大倍數(shù)1+Rf/R0,其中Rf為反饋電阻，在其上并聯(lián)一個小電容抑制自激震蕩，R0為負(fù)反饋對地電阻。為了更好的實(shí)現(xiàn)對信號的放大，我將放大倍數(shù)定為30 dB左右，取Rf = 76 kΩ,R0 = 2.5 kΩ，Avf = 1+76/2.5 = 31.4 dB,由于NE5532需要±3 V～±22 V的電源，

17、所以在三端穩(wěn)壓塊7815、7915供給的±24 V上加入兩個電阻分壓，電源用10μF、0.1μF電容去耦合。</p><p><b>　　功率放大器設(shè)計(jì)</b></p><p>　　此功率放大器由三部分組成：輸入級、驅(qū)動級和輸出級。其中VT1和VT2構(gòu)成差分式輸入級電路，VT3管構(gòu)成推動級，VT4和VT5是推挽式互補(bǔ)對稱輸出級。</p><

18、;p>　　電路中，R4和C2是VT1和VT2的電源濾波電路；R5、R6和C3是負(fù)反饋網(wǎng)絡(luò)；C4是高頻負(fù)反饋電容；VD1是VT4和VT5的靜態(tài)偏置二極管；C5是高頻自勵消除電容；R7用于調(diào)整復(fù)合管的微導(dǎo)通狀態(tài)；R8、R9和C6構(gòu)成自舉電路；R10和R12構(gòu)成平衡電阻；R11和R13可減少復(fù)合管的穿透電流，提高電路的穩(wěn)定性；VT4、VT6以及VT5、VT7構(gòu)成復(fù)合管；R14與C9為消振網(wǎng)絡(luò)，可改善揚(yáng)聲器的高頻特性；保險(xiǎn)絲用于保護(hù)功放管

19、和揚(yáng)聲器；C7與C8能消除直流電源意外產(chǎn)生的交流量；±VCC為直流穩(wěn)壓電源產(chǎn)生的±24V直流電。（如圖2-3所示）</p><p>　　OCL功率放大器整體電路設(shè)計(jì)</p><p>　　整體電路圖及工作原理</p><p>　　220V市電經(jīng)變壓器、橋式整流、濾波以及運(yùn)放7824、7924可獲得±24V的直流電。用此電源來給前置放大電路

20、及功率放大器提供能量。 </p><p>　　普通信號經(jīng)由輸入端輸入到前置放大電路，電容濾除信號中的直流量，流入雙運(yùn)放NE5532放大。放大信號可經(jīng)電阻、電容進(jìn)行負(fù)反饋，通過測試后從輸出端輸出，形成初步放大信號。</p><p>　　初步放大信號流入由VT1、VT2組成的差分放大電路，由于差分放大電路的阻抗非常大，所以電壓在此放大，此外它還具有使輸出端的直流電壓穩(wěn)定在零電位上的作用。信號經(jīng)

21、過VT1、VT2后，再通過由R5、R6和C3組成的負(fù)反饋網(wǎng)絡(luò)，其中由于C3的隔直作用，所以R5只有交流負(fù)反饋?zhàn)饔?，R6具有較強(qiáng)的直流反饋?zhàn)饔?，以使VT1至VT7各管工作穩(wěn)定，使輸出端靜態(tài)電壓穩(wěn)定在0 V。另外，R5和R6一起還有交流負(fù)反饋?zhàn)饔谩?C4是高頻負(fù)反饋電容（電容超前補(bǔ)償電路），以防止電路可能出現(xiàn)的高頻自激。VD1是VT4和VT5的靜態(tài)偏置二極管,它可使電路獲得更好的溫度補(bǔ)償。同時為了解決電路的工作點(diǎn)偏置和穩(wěn)定問題，加入R8、R

22、9和C6組成的自舉升壓電路。推動級VT3也起到信號放大的作用。當(dāng)信號正半周輸入時，VT4、VT6導(dǎo)通、VT5、VT7截止，VT4、VT6由正電源供電。揚(yáng)聲器放出信號正半周的放大聲音；當(dāng)信號負(fù)半周輸入時，VT5、VT7導(dǎo)通、VT4、VT6截止，VT5、VT7由負(fù)電源供電。揚(yáng)聲器放出信號負(fù)半周的放大聲音，由于四只功放管上下的電路完全對稱，所以輸入信號的正、負(fù)半周得到了均勻的放大。功放的輸出端與揚(yáng)聲器直接</p><p&g

23、t;<b>　　電路參數(shù)計(jì)算</b></p><p><b>　　確定電源電壓參數(shù)：</b></p><p>　　為了達(dá)到設(shè)計(jì)要求，同時使電路安全可靠地工作，電路的最大輸出功率Pom應(yīng)比設(shè)計(jì)指標(biāo)大些一般取Pom≈（1.5～2）Po。</p><p>　　由于Pom=V 2om/2RL,因此，最大輸出電壓為Vom=(2POM

24、RL)1/2?？紤]到輸出功率管VT6和VT7的飽和壓降，所以電源電壓常取VCC=(1.2～1.5)Vom。</p><p>　　設(shè)計(jì)要求Po≧10W。所以由以上公式可得 </p><p>　　Pom≈15～20 W</p><p>　　Vom≈15.5～17.9 V</p><p>　　VCC≈18.6～26.9 V</p>

25、<p>　　這里我取了LM7824,LM7924這兩個運(yùn)算放大器，它們所輸出的電壓為±24V，其他指標(biāo)也均達(dá)到要求。因此它們可作為前置放大電路與功率放大器的直流穩(wěn)壓電源。</p><p>　　確定功率輸出管的參數(shù)：</p><p>　　輸出功率管的參數(shù)選擇。輸出功率管VT6、VT7為同類型的NPN型大功率管，其承受的最大反向電壓UCEmax≈2VCC,每管的最大集電極

26、電流為ICmax≈VCC/Rl,每管的最大集電極功耗為PCmax≈0.2Pom。再選擇兩管時除了要注意β值盡量對稱外，其極限參數(shù)應(yīng)滿足下列關(guān)系：</p><p>　　U(BR)CEO>UCEmax≈2VCC</p><p><b>　　ICM>ICmax</b></p><p><b>　　PCM>PCmax<

27、/b></p><p>　　所以，根據(jù)以上分析可得 U(BR)CEO>48 V</p><p><b>　　ICM>3 A</b></p><p><b>　　PCM>3～4 W</b></p><p>　　這里我選擇了兩個3DD63C的管子，它們的參數(shù)基本

28、符合以上分析的數(shù)據(jù)。</p><p>　　復(fù)合管的參數(shù)選擇。VT4、VT5分別與VT6、VT7組成復(fù)合管，它們承受的最大電壓均為2VCC，在估算VT4、VT5的集電極最大電流和最大管耗時，可近似為</p><p>　　ICmax≈(1.1～1.5)ICmax/β</p><p>　　PCmax≈(1.1～1.5)ICmax/β</p><p>

29、;　　所以選擇VT4、VT5管時，其極限參數(shù)應(yīng)滿足</p><p>　　U(BR)CEO>2VCC</p><p><b>　　ICM>ICmax</b></p><p><b>　　PCM>PCmax</b></p><p>　　所以，根據(jù)以上分析可得 U(BR)C

30、EO>48 V</p><p>　　ICM>0.33～0.45 A</p><p>　　PCM>0.33～0.6 W</p><p>　　這里VT4我選擇了3DG170H的管子,VT5我選擇了3CK9D 的管子，它們的參數(shù)基本符合以上分析的數(shù)據(jù)。</p><p><b>　　其他參數(shù)確定:</b><

31、;/p><p>　　部分重要電阻的參數(shù)選擇：電阻的選擇很重要，太小會影響管子的穩(wěn)定性，太大又會影響輸出功率，R11 = R13=（5～10）RiT5。（RiT5為VT5管的等效輸入電阻，其大小為RiT5=rbeT5+（1+βT5）。）由于R10、R12為平衡電阻，故R10=R12=R11(R13)∥RiT5。所以，我將電阻的參數(shù)定為R10=R12=15Ω、R11=R13=150Ω。</p><p&

32、gt;　　R14與C9串聯(lián)的消振網(wǎng)絡(luò)的參數(shù)選擇：R14與C9的取值視揚(yáng)聲器的頻率響應(yīng)而定，以效果最佳為好。我取R14=30Ω、C9=0.01μF。</p><p>　　電容及其他部件的參數(shù)選擇：由于時間及資料的不足，此部分我僅憑自己的經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行選擇。R1=27kΩ、R2=1.5kΩ、R3=15kΩ、R4=3kΩ、R5=1kΩ、R6=27kΩ、R7=1kΩ、R8=12kΩ、R9=510Ω；C1=10μF、C2=20μ

33、F、C3=30μF、C4=20pF、C5=51pF、C6=200 pF、C7=1μF、C8=1μF。靜態(tài)偏置二極管VD1選擇2CP10。推動級三極管VT3選擇3CG120B。</p><p><b>　　整體電路性能分析</b></p><p>　　此功放不僅能放大普通信號，還能放大一些極其微弱的信號。經(jīng)過計(jì)算此功放的輸出功率為12.5～20.8 W，失真度約為2.1

34、3﹪，基本符合設(shè)計(jì)要求。</p><p><b>　　元器件清單列表</b></p><p><b>　　穩(wěn)壓電源部分：</b></p><p><b>　　前置放大級部分：</b></p><p><b>　　功率放大器部分：</b></p>

35、<p>　　注：電源部分元器件采用國際半導(dǎo)體命名方法，其他部分均采用國家半導(dǎo)體命名方法。</p><p><b>　　設(shè)計(jì)總結(jié)</b></p><p>　　在完成這個設(shè)計(jì)之后，我也有一定的思考，重新將自己的設(shè)計(jì)細(xì)細(xì)看了幾遍，同時也把做同樣設(shè)計(jì)的幾個同學(xué)的設(shè)計(jì)借來觀摩了一番。在進(jìn)行對比和分析之后，又有很多所得。</p><p>　　

36、一開始進(jìn)行設(shè)計(jì)的時候，我基本上都是參照書本或者網(wǎng)上的例子進(jìn)行，甚至就是按照它的步驟再做一遍。但是等到自己設(shè)計(jì)的時候，我覺得就應(yīng)該拋開例子，完全按照自己的思路獨(dú)立進(jìn)行，這樣可能會在設(shè)計(jì)中碰到更多的問題，但是這樣也能讓我學(xué)到更多，而且在解決遇到的問題時會更加引發(fā)自己的思考，說不上創(chuàng)新，但可能會有新意產(chǎn)生，也就是自己的東西了。</p><p>　　這一點(diǎn)我想在任何一門課程的學(xué)習(xí)，在今后任何一行工作都是很重要的。如果沒有

37、探索性，我們只會走著前人走過的路，踩著前人踏過的腳印。在這這個設(shè)計(jì)過程中，探索性主要可以體現(xiàn)在下面幾個方面。一個是繪圖所用的軟件，很多人推薦我們使用EWB等，因?yàn)檫@幾個軟件有它們很大的優(yōu)勢，在學(xué)習(xí)使用過程中我也深有體會，特別是EWB，功能很強(qiáng)大。還有設(shè)計(jì)時所采用的公式，每個設(shè)計(jì)書上基本都有較為成熟的公式讓我們參考。但它們不一定就是最好的，我們也可以到圖書館到網(wǎng)上去查閱更多的資料，計(jì)算出數(shù)據(jù)后進(jìn)行仿真，發(fā)現(xiàn)近似性很好，能滿足設(shè)計(jì)指標(biāo)。沒有

38、探索就沒有創(chuàng)新，沒有創(chuàng)新很可能就會被淘汰，在今后的學(xué)習(xí)和設(shè)計(jì)中，我也會更加注重這方面的鍛煉和培養(yǎng)，希望會有所進(jìn)步。</p><p>　　我的設(shè)計(jì)缺少系統(tǒng)性，在整個設(shè)計(jì)過程中探索性也不夠。不過這畢竟是初次設(shè)計(jì)，我興趣比較濃，積極性也挺高的，所以也做的比較早，而且設(shè)計(jì)的最后仿真結(jié)果都還不錯，所以我給自己定位在良好偏上，以后還需要多學(xué)習(xí)多交流多研究，我相信我會有更大的進(jìn)步。</p><p>&l

39、t;b>　　參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　電子技術(shù)基礎(chǔ)（第三版）（模擬部分）·康華光主編·北京：高等教育出版社 </p><p>　　電子技術(shù)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)與課程設(shè)計(jì)·章忠全主編·北京：中國電力出版社 1999</p><p>　　實(shí)用電工電子技術(shù)手冊·實(shí)用電子技術(shù)手冊編委會·北京：機(jī)械

40、工業(yè)出版社 2003</p><p>　　全國大學(xué)生電子設(shè)計(jì)競賽獲獎作品精選·全國大學(xué)生電子設(shè)計(jì)大賽組委會·北京：北京理工大學(xué)出版社 2003.3</p><p>　　電子元器件與實(shí)用電路基礎(chǔ)·韓廣興·電子工業(yè)出版社</p><p>　　電子技術(shù)常用器件應(yīng)用手冊·陳汝全·北京：機(jī)械工業(yè)出版社 1994<