ocl功率放大器課程設(shè)計

1、<p>　　電子技術(shù)基礎(chǔ)（上）課程設(shè)計（論文）</p><p>　　題目：OCL 功 率 放 大 器</p><p>　　院（系）： </p><p>　　專業(yè)班級： </p><p>　　學(xué) 號： </p><

2、;p>　　學(xué)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（論文）任務(wù)及評語</p><p&g

3、t;　　院（系）：信息科學(xué)與工程學(xué)院 教研室：電子信息工程教研室</p><p><b>　　目 錄</b></p><p>　　第1章 OCL功率放大器設(shè)計方案論證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)計的

4、要求及參數(shù)1</p><p>　　1.3 設(shè)計方案論證1</p><p>　　1.4 總體設(shè)計方案框圖及分析2</p><p>　　第2章 OCL功率放大器各單元電路設(shè)計2</p><p>　　2.1 直流穩(wěn)壓電源設(shè)計2</p><p>　　2.2 前置放大級設(shè)計3</p><p>

5、　　2.3 功率放大器設(shè)計4</p><p>　　第3章 OCL功率放大器整體電路設(shè)計5</p><p>　　3.1 整體電路圖及工作原理5</p><p>　　3.2 電路參數(shù)計算6</p><p>　　3.3 整體電路性能分析8</p><p>　　3.4元器件清單列表8</p><

6、;p>　　第4章 設(shè)計總結(jié)9</p><p><b>　　參考文獻10</b></p><p>　　OCL功率放大器設(shè)計方案論證</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)電路是采用正負兩組對稱電源供電,沒有輸出電容器的直接

7、耦合的單端推挽電路,負載接在兩只輸出管中點和電源中點. 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，它在高保真擴音系統(tǒng)中得到了廣泛應(yīng)用。</p><p>　　OCL功率放大器設(shè)計的要求及參數(shù)</p><p>　　本次課程設(shè)計需要采用全部或部分分立元件設(shè)計此OCL音頻功率放大器。并設(shè)計出此功率放大器所需的直流穩(wěn)壓電源。設(shè)計參數(shù)如下所示：</p&

8、gt;<p><b>　　額定輸出功率。</b></p><p><b>　　負載阻抗。</b></p><p><b>　　失真度</b></p><p><b>　　設(shè)計方案論證</b></p><p>　　根據(jù)本課題要求，我們所設(shè)計的低

9、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)計及論證。</p><p><b>　　電源部分</b></p><p>　　本設(shè)計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&g

10、t;<b>　　信號放大部分</b></p><p>　　前置放大電路采用低噪聲雙運放，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、負兩組電源供電，揚聲器直接接在兩輸出管的輸出端與地之間，

11、同時應(yīng)使本功放工作在甲乙類狀態(tài)。</p><p>　　總體設(shè)計方案框圖及分析</p><p>　　總體設(shè)計方案框架圖：（如下圖1-1所示）</p><p>　　分析：本設(shè)計采用市電供電，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行初步放大，再經(jīng)過功率放大器進行進一步的放大。最后通過輸出端輸出，

12、即得到所需。</p><p>　　OCL功率放大器各單元電路設(shè)計</p><p><b>　　直流穩(wěn)壓電源設(shè)計</b></p><p>　　220 V市電經(jīng)變壓器輸出兩組獨立的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

13、電阻。另外這組直流電還要傳給7824、7924來獲得 ±24 V。</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作用。（如圖2-1所示）</p><p><b>　　前置放大級設(shè)計</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

14、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。我采用雙運放NE5532（如圖2-2所示）。實際制作中將它接成同相放大形式，運放反相端串聯(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為負反饋對地電阻。為了更好的實現(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

15、.4 dB,由于NE5532需要±3 V～±22 V的電源，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</b></p><p>　　此功率放大器由三部分組成：輸入級、推動級和輸出級。其中VT1和VT2構(gòu)成差分式輸入級電路，VT3管

16、構(gòu)成推動級，VT4和VT5是推挽式互補對稱輸出級。</p><p>　　電路中，R4和C2是VT1和VT2的電源濾波電路；R5、R6和C3是負反饋網(wǎng)絡(luò)；C4是高頻負反饋電容；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

17、構(gòu)成復(fù)合管；R14與C9為消振網(wǎng)絡(luò)，可改善揚聲器的高頻特性；保險絲用于保護功放管和揚聲器；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</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

18、運放7824、7924可獲得±24V的直流電。用此電源來給前置放大電路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，流入雙運放NE5532放大。放大信號可經(jīng)電阻、電容進行負反饋，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

19、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)過VT1、VT2后，再通過由R5、R6和C3組成的負反饋網(wǎng)絡(luò)，其中由于C3的隔直作用，所以R5只有交流負反饋作用，R6具有較強的直流反饋作用，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R6一起還有交流負反饋作用。 C4是高頻負反饋電容（電容超前補償電路），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

20、可使電路獲得更好的溫度補償。同時為了解決電路的工作點偏置和穩(wěn)定問題，加入R8、R9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。揚聲器放出信號正半周的放大聲音；當(dāng)信號負半周輸入時，VT5、VT7導(dǎo)通、VT4、VT6截止，VT5、VT7由負電源供電。揚聲器放出信號負半周的放大聲音，由于四只功放管上下的電路完全對稱，所以輸入信號的正、負半周

21、得到了均勻的放大。功放的輸出端與揚聲器直接</p><p><b>　　電路參數(shù)計算</b></p><p><b>　　確定電源電壓參數(shù)：</b></p><p>　　為了達到設(shè)計要求，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)計指標大些一般取Pom≈（1.5～2）Po。</p><p&

22、gt;　　由于Pom=V 2om/2RL,因此，最大輸出電壓為Vom=(2POMRL)1/2。考慮到輸出功率管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>

23、;<p>　　VCC≈18.6～26.9 V</p><p>　　這里我取了LM7824,LM7924這兩個運算放大器，它們所輸出的電壓為±24V，其他指標也均達到要求。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

24、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&g

25、t;<p><b>　　PCM>PCmax</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&g

26、t;<p>　　這里我選擇了兩個3DD63C的管子，它們的參數(shù)基本符合以上分析的數(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>　　PC

27、max≈(1.1～1.5)ICmax/β</p><p>　　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&g

28、t;<p>　　所以，根據(jù)以上分析可得 U(BR)CEO>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>

29、<p><b>　　其他參數(shù)確定:</b></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

30、=R12=15Ω、R11=R13=150Ω。</p><p>　　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)驗進行選擇。R1=27kΩ、R2=1.5kΩ、R3=15kΩ、R4=3kΩ、R5=1kΩ、R6=27

31、kΩ、R7=1kΩ、R8=12kΩ、R9=510Ω；C1=10μF、C2=20μF、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

32、其微弱的信號。經(jīng)過計算此功放的輸出功率為12.5～20.8 W，失真度約為2.13﹪，基本符合設(shè)計要求。</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>

33、;<b>　　功率放大器部分：</b></p><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)計總結(jié)</b></p><p>　　在完成這個設(shè)計之后，我也有一定的思考，重新將自己的設(shè)計細細看了幾遍，同時也把做同樣設(shè)計的幾個同學(xué)的設(shè)計借來觀摩了一番。在

34、進行對比和分析之后，又有很多所得。</p><p>　　一開始進行設(shè)計的時候，我基本上都是參照書本或者網(wǎng)上的例子進行，甚至就是按照它的步驟再做一遍。當(dāng)然在初學(xué)階段這未必不可以，這樣做可以讓我熟悉軟件的操作環(huán)境，了解設(shè)計方法和步驟，更加深刻理解基本概念。但是等到自己設(shè)計的時候，我覺得就應(yīng)該拋開例子，完全按照自己的思路獨立進行，這樣可能會在設(shè)計中碰到更多的問題，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

35、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。在這方面我做的也不是很好，所以設(shè)計之后再回想一下，里面自己的東西很少，這也是以后需要改進的地方。</p><p>　　這一點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Protel

36、、EWB等，因為這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，功能很強大，基本上能滿足我在設(shè)計中的任何要求。但是我們同樣可以自己摸索，用其他差不多或者更好的軟件。還有設(shè)計時所采用的公式，每個設(shè)計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，比如在進行電路參數(shù)計算時我就發(fā)現(xiàn)書本的公式好象可能有印刷錯誤，在不能確定的前提下我去圖書館查閱資料，發(fā)現(xiàn)好幾本參考書

37、上計算參數(shù)時都是采用另一個公式，于是我暫時先采用這個公式，計算出數(shù)據(jù)后進行仿真，發(fā)現(xiàn)近似性很好，能滿足設(shè)計指標。第三點，在整個設(shè)計過程中都會有很多的計算，如果靠筆算會很麻煩也不能保證準確性。這個時候我們就可以把以前學(xué)的本領(lǐng)用出來了VC、matlab都是很好的工具，利用它們編寫一些小工具進行計算，大大方便了我們的設(shè)計，減少了設(shè)計</p><p>　　我的設(shè)計缺少系統(tǒng)性，在整個設(shè)計過程中探索性也不夠。不過這畢竟是初次

38、設(shè)計，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步。</p><p><b>　　參考文獻</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>　

39、　電子技術(shù)基礎(chǔ)實驗與課程設(shè)計·章忠全主編·北京：中國電力出版社 1999</p><p>　　實用電工電子技術(shù)手冊·實用電子技術(shù)手冊編委會·北京：機械工業(yè)出版社 2003</p><p>　　全國大學(xué)生電子設(shè)計競賽獲獎作品精選·全國大學(xué)生電子設(shè)計大賽組委會·北京：北京理工大學(xué)出版社 2003.3</p><p&