模擬電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)---高保真ocl音頻放大器

1、<p><b>　　課 程 設(shè) 計(jì)</b></p><p>　　二○一一年十二月二十五日</p><p><b>　　目 錄</b></p><p>　　1．設(shè)計(jì)任務(wù)書……………………………………………………….. 3</p><p>　　2．總體設(shè)計(jì)……………………………………………

2、…………….. 4</p><p>　　3．單元電路設(shè)計(jì)計(jì)算………………………………………………..6</p><p><b>　　3.1 輸入級(jí)</b></p><p>　　3.2 放大電路及音頻控制電路</p><p>　　3.3 功率放大電路</p><p>　　4．調(diào)試說明……………………

3、…………………………..……….… 11</p><p>　　5．小結(jié)及討論………………………………..………………………14</p><p>　　6．參考文獻(xiàn)……………………………………..…………………… 16</p><p>　　附錄 設(shè)計(jì)電路圖………………………………..……………………17</p><p><b>　　1.

4、設(shè)計(jì)任務(wù)書</b></p><p>　　設(shè)計(jì)題目：高保真OCL音頻放大器。</p><p><b>　　設(shè)計(jì)要求：</b></p><p>　　1.21 分析電路的組成及工作原理。</p><p>　　1.22 分析單元電路設(shè)計(jì)計(jì)算。</p><p>　　1.23 采用衰減式音調(diào)

5、控制電路。</p><p>　　1.24 采用OCL音頻功率放大器。</p><p>　　1.25 說明電路調(diào)試的基本方法。</p><p>　　1.26 畫出完整電路圖。</p><p>　　1.27 小結(jié)和討論。</p><p><b>　　技術(shù)指標(biāo)</b></p>&

6、lt;p>　　1.31最大不失真輸出功率：Pom≥10W</p><p>　　1.32 負(fù)載阻抗（揚(yáng)聲器）：RL=8</p><p>　　1.33頻率響應(yīng)：fL～fH=50Hz～20kHz</p><p>　　1.34音調(diào)控制范圍：</p><p>　　低音：100Hz+12dB</p><p>　　高音：10k

7、Hz+12dB</p><p>　　1.35輸出電壓：Ui≤100m</p><p>　　1.36失真度：r≤2%</p><p>　　1.37穩(wěn)定性：在電源為+15～24V范圍內(nèi)變化時(shí)，輸出零點(diǎn)漂移≤100Mv</p><p><b>　　2.總體設(shè)計(jì)</b></p><p>　　2.1電路整體

8、方案的確定</p><p>　　音頻功率放大器的基本功能是把前級(jí)送來的聲頻信號(hào)不失真地加以放大，輸出足夠的功率去驅(qū)動(dòng)負(fù)載（揚(yáng)聲器）發(fā)出優(yōu)美的聲音。放大器一般包括前置放大和功率放大兩部分，前者以放大信號(hào)振幅為目的，因而又稱電壓放大器；后者的任務(wù)是放大信號(hào)功率，使其足以推動(dòng)揚(yáng)聲器系統(tǒng)。</p><p>　　功率放大電路是一種能量轉(zhuǎn)換電路，要求在失真許可的范圍內(nèi)，高效地為負(fù)載提供盡可能大的功率，

9、功放管的工作電流、電壓的變化范圍很大，那么三極管常常是工作在大信號(hào)狀態(tài)下或接近極限運(yùn)用狀態(tài)，有甲類、乙類、甲乙類等各種工作方式。為了提高效率，將放大電路做成推挽式電路，功放管的工作狀態(tài)設(shè)置為甲乙類，以減小交越失真。常見的音頻功放電路在連接形式上主要有雙電源互補(bǔ)推挽功率放大器OCL（無輸出電容）、單電源互補(bǔ)推挽功率放大器OTL（無輸出變壓器）、平衡（橋式）無變壓器功率放大器BTL等。由于功放管承受大電流、高電壓，因此功放管的保護(hù)問題和散熱

10、問題也必須要重視。</p><p>　　OCL電路由于性能比較好，所以廣泛地應(yīng)用在高保真擴(kuò)音設(shè)備中。本課題輸出級(jí)選用OCL功率放大器，偏置電路選用甲乙類功放電路。為了使電路簡(jiǎn)單，信號(hào)失真小，本電路選用反饋型音調(diào)控制電路。為了不影響音調(diào)控制電路，要求前置輸入阻抗比較高，輸出阻抗低，本級(jí)電路選用場(chǎng)效應(yīng)管共源放大器和源級(jí)跟隨器組成。</p><p>　　高保真音頻放大器組成框圖</p>

11、;<p>　　實(shí)際的音頻放大電路可以有不同的結(jié)構(gòu)方案，下面根據(jù)由集成運(yùn)放和晶體管的電路形式，如附錄電路圖所示進(jìn)行設(shè)計(jì).</p><p>　　3.單元電路設(shè)計(jì)計(jì)算</p><p>　　3.1各級(jí)電壓放大倍數(shù)的分配</p><p>　　根據(jù)額定輸出功率Po和RL,求出輸出電壓為</p><p>　　UO==√6.7*8=7.3(UO

12、為有效值)</p><p>　　整機(jī)中頻電壓增益為：</p><p>　　Aum==73 ① </p><p>　　設(shè)輸入極電壓增益，音調(diào)控制電路增益和輸出極電壓增益為Aum1， Aum2， Aum3 則: Aum1 Aum2 Aum3 =Aum</p><p>　　其中Aum11（射極輸出器），Aum2 =6可選取為(5~10), A

13、um2 包括音頻控制電路中電壓放大器的增益和音調(diào)控制電路本身的中頻衰減（對(duì)衰減式RC音調(diào)控制電路而言），Aum3 =12可適當(dāng)大些，它實(shí)際上是輸入極的推動(dòng)極電路的增益。 </p><p>　　3.2電源電壓的確定</p><p>　　為了保證電路安全可靠地工作，通常使電路的最大輸出功率Pom比額定輸出Po要大一些，一般?。?lt;/p><p>　　Po=(5~6.7)w

14、 Pom(1.5~2)Po=10w</p><p>　　所以，最大輸出電壓應(yīng)根據(jù)Pom來計(jì)算，為：</p><p>　　Uom==12.6v</p><p>　　電源電壓必須大于Uom，因?yàn)檩敵鲭妷簽樽畲笾禃r(shí)，VT1和VT2已經(jīng)接近飽和?？紤]到管子的飽和壓降，以及發(fā)射極電阻的壓降作用，我用下式表示電源電壓和輸出電壓最大值的關(guān)系：</p><

15、p><b>　　Uom=Ucc</b></p><p>　　Ucc=Uom ②</p><p>　　其中稱為電源利用效率，一般?。?lt;/p><p>　　~0.8 則：Vcc=(15.75~21)v</p><p>　　根據(jù)管子的材料、發(fā)射極電阻值和揚(yáng)聲器阻抗來選定值。如果上述因素是輸出電壓降低很多時(shí)，可

16、選低一些，反之可選高一些。</p><p>　　3.3功率輸出級(jí)計(jì)算（見附錄圖3-3）</p><p>　　3.31．選擇大功率管</p><p>　　準(zhǔn)互補(bǔ)對(duì)稱功放級(jí)四只管子中T4,T5是大功率管，要根據(jù)晶體管的三個(gè)極限參數(shù)來選取。</p><p>　?。?）VT1和VT2承受的最大反壓：</p><p>　　UCE

17、m2Ucc=30v</p><p>　　(取Vcc=15v)</p><p>　?。?）單管最大集電極電流，忽略管壓降：</p><p>　　IcmL=1.875 </p><p>　　（3）單管的最大集電極功耗：</p><p>　　兩管在推挽工作時(shí)，單管最大集電極功耗為：</p><p

18、>　　Pcm=0.2Pom =2.8W </p><p>　　選擇VT4、VT5，使其極限參數(shù)滿足：</p><p>　　UCEO > UCEM</p><p>　　IC M > I cm</p><p>　　PcM > PCm</p><p>　　注意應(yīng)選取兩功放管參數(shù)盡量對(duì)稱，值接近相等

19、，約為20。</p><p>　　3.32．選擇互補(bǔ)管，計(jì)算R19, R20 ,R21</p><p>　　(1) 確定R19, R20 ,R21</p><p>　　由于功放管的參數(shù)對(duì)稱，它們的輸入電阻為：Ri= rbe20</p><p>　　要使互補(bǔ)管的輸出電流大部分注入到功放管的基極，通常取R19,=R21=（5~10）Ri 。平衡電

20、阻R20可按R1 9/10選取。則R19,=R21=220，R20=22</p><p>　?。?）選擇互補(bǔ)管T2，T3</p><p>　　因?yàn)閂T2和VT3，分別別與VT4、VT5復(fù)合，它們承受的最大反壓相同，均為2Ucc,所以在計(jì)算集電極最大電流和最大功耗時(shí)，要考慮大R3、R4的分流作用和晶體管內(nèi)部造成的損耗。在工程計(jì)算中可近似認(rèn)為：</p><p>　　Ic

21、m=(1.1~1.5)Ic4/=0.103A </p><p>　　Pcm = (1.1~1.5) P cm4 /=0.154w</p><p>　　式中Ic4，P cm4分別為功放管（T4,T5）的最大電流和最大管耗，為功放管的電流放大系數(shù)，約為25.</p><p>　　選擇VT2、VT3，使其極限參數(shù)滿足：</p><p>　　UCE

22、O > 2UCC</p><p>　　ICM > I cm</p><p>　　PcM > Pcm</p><p>　　VT2為NPN型，VT3為PNP型，并使3 =4=25.。</p><p><b>　　（3）計(jì)算偏置電阻</b></p><p>　　功放級(jí)互補(bǔ)管（T2,

23、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大于互補(bǔ)管的基極電流IBM，即IR16>IBM= I cm/ (一般取IR16 =1.2IBM) 式中I cm ，分別為互補(bǔ)管的集電極最大電流和電流放大系數(shù)，而IR16=（Vcc-Ube2-Ube4）/ R16=(Vcc- 0.7-0.7) / R16，所以R16的阻值應(yīng)為（Vcc-1.4）/ IR16，而R17的阻值和R16相等<

24、;/p><p>　　3.4．推動(dòng)級(jí)的計(jì)算</p><p>　　推動(dòng)級(jí)要有較大的電壓放大倍數(shù)，前面已根據(jù)總路的電壓增益確定了推動(dòng)級(jí)的放大倍數(shù)Aum3；其大小由閉環(huán)負(fù)反饋決定：Aum3=1+Rf/R14，R14阻值不要過小，一般為1~2k左右，于是反饋電阻的大小也就確定了，約為24 k.</p><p>　　3.5．衰減式音調(diào)控制電路的計(jì)算(參見附錄圖3-4)</p&

25、gt;<p>　　3.51確定轉(zhuǎn)折頻率</p><p>　　因?yàn)橥l帶為fL~fH,所以兩個(gè)轉(zhuǎn)折頻率分別為</p><p>　　fL2 = fL , fH2 = fH</p><p>　　又因?yàn)橐阎娐返霓D(zhuǎn)折頻率fL1和fH2。又知fLx和fHx處的提升衰減量，根據(jù)公式可求出：</p><p>　　fL2=fLx ①</

26、p><p><b>　　fH1=fHx ②</b></p><p>　　3.52．確定電位器Rw2和Rw1的數(shù)值</p><p>　　因?yàn)檫\(yùn)放的輸入阻抗很高(一般大于500k)，又要求Rw2和Rw1的阻值遠(yuǎn)大于R1和R2的阻值，同時(shí)還滿足提升和衰減量的要求，所以電位器Rw2和Rw1的阻值應(yīng)選取的較大，通常100~500k范圍，約為Rw2=Rw1=3

27、00 k</p><p>　　3.53．計(jì)算阻容元件值</p><p><b>　　C 3=</b></p><p>　　C4= fL2 C 3／fL1</p><p>　　R2=1／2C4 FL2</p><p>　　R1=1／2C4 FL1 － R2 </p><p>

28、;　　C1= 1／2R1fL1</p><p>　　C2= 1／2(R1∥R2)fL1</p><p>　　3.54．音調(diào)控制電路的電壓放大器（參見附錄圖）</p><p>　　根據(jù)前面電壓增益分配的討論，已知音調(diào)控制電路總的電壓增益Aum2，它包括音調(diào)控制電路的衰減量R2／(R1+R2)和電壓放大器的增益Au，所以有</p><p>　　A

29、um2 =Au* R2／(R1+R2) </p><p>　　則 Au= Aum2 *(R1+R2)／R2</p><p>　　Au是由電壓放大器中引入的負(fù)反饋決定的，</p><p>　　即Au=1+R9／R7</p><p>　　R7可?。?~2k），從而R9的阻值就確定了。</p>&l

30、t;p><b>　　4.電路板調(diào)試</b></p><p><b>　　4.1不通電檢測(cè)</b></p><p>　　檢查單路元件焊接是否正確、可靠，注意元件的位置、管子型號(hào)、管腳是否接對(duì)，電解電容極性正確無誤。用萬用表電阻檔檢測(cè)電源 Ucc及-Ucc到輸出中點(diǎn)間的電阻值，以及對(duì)地的電阻值。其余各管在路簡(jiǎn)易測(cè)試Be、Bc、Be極間是否存在短

31、路現(xiàn)象，無論何時(shí)都必須排除短路故障和燒保險(xiǎn)絲故障才能開機(jī)。為確保安全，可以選用斷開基極的檢測(cè)方法試之。</p><p><b>　　4.2通電測(cè)試</b></p><p>　　界限要對(duì)直觀檢查是否燒保險(xiǎn)絲，線路板上的電容、晶體管是否炸裂，電阻是否燒焦。通電檢查時(shí)，可將電源開關(guān)打開，用手控制插頭與插座的接觸，測(cè)輸出中點(diǎn)電位，如接近0，則接插頭，然后手摸電路中各晶體管、電

32、阻等是否有迅速發(fā)熱的情況。若有，先要排除故障再開機(jī)。正常情況下，中點(diǎn)電壓為0或稍偏正或負(fù)值，用交流檔檢測(cè)輸出中點(diǎn)有電壓擺動(dòng)</p><p><b>　　4.3靜態(tài)測(cè)試</b></p><p>　?。?）為保護(hù)功率管，首先負(fù)載開路測(cè)試。接通電源，粗測(cè)各級(jí)管子靜態(tài)工作情況，逐級(jí)檢查各管UBE和UCE。若發(fā)現(xiàn)UBE=0（管子截止）或UBE0（管子飽和）均屬不正常。檢查場(chǎng)效應(yīng)

33、管UGS和UDS是否符合設(shè)計(jì)值。首先排除故障，在逐級(jí)調(diào)整工作點(diǎn)。</p><p>　　輸出級(jí)：輸出重中點(diǎn)電位應(yīng)為0V。若偏離0V，調(diào)節(jié)R15。注意在調(diào)整時(shí)，R15 應(yīng)由小到大，使VT5始終工作在放大區(qū)，防止R15過大燒毀VT8.</p><p>　　前置級(jí)：調(diào)節(jié)R30，使VT11管VSI為設(shè)計(jì)數(shù)值。在調(diào)整R26 ，使VS2=Up/2。</p><p>　?。?）輸出

34、端接假負(fù)載（8，8W電阻），量測(cè)靜態(tài)工作情況。要求輸出端電壓為0V，電源在允許范圍內(nèi)變化，偏移電壓不應(yīng)超過100mV。若偏移過大，說明互補(bǔ)對(duì)稱管參數(shù)相差太大，或者差分對(duì)管不對(duì)稱。</p><p><b>　　4.4動(dòng)態(tài)測(cè)試</b></p><p><b>　?。?）測(cè)試電路</b></p><p><b>　　需

35、用儀器:</b></p><p>　　信號(hào)發(fā)生器——XFD-6型低頻信號(hào)發(fā)生器；</p><p>　　電壓及使真度測(cè)量?jī)x——SZ-1型失真度測(cè)量?jī)x；</p><p>　　波形監(jiān)視——SR8二蹤波器；</p><p>　　萬用表和交流毫伏表。</p><p>　　（2）調(diào)試輸出功率管靜態(tài)電流：</p&g

36、t;<p>　　信號(hào)源頻率f=1kHz，Ui=20mV，W3、W2置于中點(diǎn)，W1置于最大，由示波器觀察輸出信號(hào)波形。調(diào)整電阻R10,使輸出波形剛好不產(chǎn)生交越失真。量測(cè)輸出管靜態(tài)電流（不加輸入信號(hào)）IO20~30mA即為正常。</p><p>　?。?）量測(cè)輸出最大功率： </p><p>　　按圖1-10接線，W1、W2、W3位置同上，輸入信號(hào)f=1kHz,逐漸加大輸出入入信

37、號(hào)電壓Ui，示波器顯示的波形剛好不產(chǎn)生削波失真，失真度3%，此時(shí)輸出電壓值Uom為最大輸出電壓（有效值）。</p><p><b>　　1-10測(cè)試電路</b></p><p><b>　　根據(jù) Pom=</b></p><p>　　若Pom大于指標(biāo)要求即可.</p><p>　　（4）測(cè)量輸入靈

38、敏度：</p><p>　　接線，W1、W2、W3、的位置同上。輸入信號(hào)頻率f=1kHz，在輸入阻抗ri >500k時(shí)，測(cè)得此時(shí)輸入信號(hào)電壓Ui的數(shù)值。若Ui100mV即滿足要求。</p><p>　?。?）測(cè)量頻率響應(yīng)：</p><p>　　接線同上。因?yàn)殡娐吩趩我纛l信號(hào)下工作，長(zhǎng)時(shí)間輸出最大功率容易燒毀功率管，為此，可現(xiàn)在低電壓下測(cè)試，一般使輸出電壓約為5

39、0%的額定值。測(cè)試時(shí)，W3、W2置于中點(diǎn)，W1不動(dòng)，保持輸入電壓Ui恒定，改變信號(hào)頻率f從50kHz至20kHz，測(cè)出對(duì)應(yīng)的輸出電壓Uo。注意測(cè)試過程中波形不應(yīng)失真，不能有振蕩產(chǎn)生。</p><p>　　若以上測(cè)試均能正常工作，可加大Ui，是輸出在額定值范圍進(jìn)行測(cè)試，步驟方法同上。注意測(cè)試應(yīng)迅速、準(zhǔn)確。</p><p>　?。?）測(cè)試音調(diào)控制電路和整機(jī)的高低音控制特性。</p>

40、<p>　　整機(jī)高低音控制特性的測(cè)試接線同上，輸入電壓Ui=50mV，W1不動(dòng)，改變信號(hào)頻率f從50Hz~20kHz,按下述W2和W3的位置測(cè)試：</p><p>　　①高音提升和低音提升特性：W2、W3滑動(dòng)端置于左端A、C點(diǎn)，測(cè)得對(duì)應(yīng)的Uo。</p><p>　?、诟咭羲p和低音衰減特性：W2、 W3滑動(dòng)端置于左端B、D點(diǎn)，</p><p><

41、b>　　測(cè)得對(duì)應(yīng)的Uo。</b></p><p>　　音調(diào)控制電路的特性測(cè)試方法同上，只是輸入信號(hào)Ui從C9加入，輸出信號(hào)從C12引出。</p><p><b>　　(7)失真度測(cè)量</b></p><p>　　接線同圖1-10。輸入信號(hào)頻率分別為100Hz、1kHz、5kHz時(shí)，輸出達(dá)到額定輸出功率，分別測(cè)出對(duì)應(yīng)的失真度數(shù)值

42、。</p><p>　　(8)測(cè)量噪聲電壓：</p><p>　　接線同上。W2、W3置于中點(diǎn)，W1置于最大，使輸入端短路（無輸入信號(hào)），觀察輸出噪聲波形，測(cè)量其有效值電壓UN，若UN<15mV即滿足要求。</p><p><b>　　4.5成品試聽檢驗(yàn)</b></p><p>　?。?）接揚(yáng)聲器負(fù)載開機(jī)后在無輸入

43、信號(hào)時(shí)，不應(yīng)有嚴(yán)重的交流聲。功率管不應(yīng)過熱，正常工作時(shí)，一般<70℃。兩功率管發(fā)熱情況不應(yīng)有太大差別。</p><p>　　（2）用收音機(jī)輸入音樂信號(hào)慢慢加大W1，音量應(yīng)逐漸加大。調(diào)節(jié)W2和W3,高低音應(yīng)有明顯變化，不應(yīng)出現(xiàn)沙啞、尖叫和噗噗聲。</p><p><b>　　5．心得體會(huì)</b></p><p>　　通過為期一周的實(shí)習(xí)，我深

44、刻體會(huì)到了自己知識(shí)的匱乏。我深深的感覺到自己知識(shí)的不足，自己原來所學(xué)的東西只是一個(gè)表面性的，理論性的，而且是理想化的。根本不知道在現(xiàn)實(shí)中還存在有很多問題。設(shè)計(jì)一個(gè)很簡(jiǎn)單的電路，所要考慮的問題，要比考試的時(shí)候考慮的多的多。所以，一開始，我遇到了很多麻煩。通過老師和同學(xué)們的幫助，我漸漸的有了眉目。這樣，在很大程度上提高了我考慮問題的全面性。</p><p>　　設(shè)計(jì)電路，還要考慮到它的前因后果。什么功能需要什么電路來

45、實(shí)現(xiàn)。另外，還要考慮它的可行性，實(shí)用性等等。這樣，也提高了我的分析問題的能力。</p><p>　　原來，我們學(xué)習(xí)的電路只是一個(gè)理論知識(shí)，通過這次實(shí)習(xí)。使我的理論知識(shí)上升到了一個(gè)實(shí)踐的過程。同時(shí)在實(shí)踐中也加深了我們對(duì)理論知識(shí)的理解。</p><p>　　另外，這次實(shí)習(xí)不僅使我的電學(xué)知識(shí)有一個(gè)很大的提高，而且還使我學(xué)到了許多其他方面的知識(shí)。比如，在計(jì)算機(jī)上制圖，提高了我的動(dòng)手能力。</

46、p><p>　　總之，通過這次實(shí)習(xí)，不僅使我對(duì)所學(xué)過的知識(shí)有了一個(gè)新的認(rèn)識(shí)。而且提高了我考慮問題，分析問題的全面性以及動(dòng)手操作能力。使我的綜合能力有了一個(gè)很大的提高。</p><p><b>　　6．參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　康華光、陳太欽 電子技術(shù)基礎(chǔ) 模擬部分 高等教育出版社1998年出版</p><p>

47、　　焦寶文 電子技術(shù)基礎(chǔ) 課程設(shè)計(jì)指南 清華大學(xué)出版社 1984年出版</p><p>　　胡斌 圖標(biāo)細(xì)說電子元器件 電子工業(yè)出版社 2008年出版</p><p>　　鄭應(yīng)光 模擬電子線路 東南大學(xué)出版社 2000</p><p>　　楊素行 模擬電子電路

48、 北京中央廣播電視大學(xué)豎出版社 1994年出版</p><p><b>　　7.附錄</b></p><p>　　圖3—1 輸入級(jí)電路圖 </p><p>　　圖3—2 電壓放大及音調(diào)控制電路圖</p><p>　　圖3-3 輸出級(jí)</p><p>　　圖3-4 衰減式RC音頻控制電