OCL功率放大电路课程设计.docx

电子技术课程设计报告专业班级：设计题目：学生学号：学生姓名：指导教师：完成时间：高职学院一、设计任务与要求(3)二、电路原理分析与方案设计(3)三、单元电路分析与设计(6)四、总原理图及元器件清单(8)五、电路仿真与调试(9)六、实验分析与结果(10)七、结论与心得(10)八、参考文献(11)设计课题题目（模拟部分）：O C L功率放大器一、设计任务与要求设计任务：利用运放741、三极管等搭建基本的OCL功率放大电路，为解决正向传输小 于负向传输的问题，采取两种方式：加入自举电路、加入有源负载搭建电路。1、学习设计功率放大电路；2、使用EDA仿真软件进行设计。设计参数指标：1、额定输出功率PomN2W；2、负载阻抗RL=20Q；3、失真度r < 3%。设计要求：1、方案论证，确定总体电路原理方框图；2、单元电路设计，合理选择元器件；3、仿真调试及测量结果。设计意义：熟练掌握二极管、三极管、电阻、电容、电位器等器件的测试判断以及参数 的查阅与运用。通过OCL功放电路的制作，熟悉OCL功放的工作原理掌握电子产 品的制作和调试方法，提高实践动手能力，培养工程实践观念。二、电路原理分析与方案设计2.1系统工作原理2.1.1 OCL互补对称电路特点：1）双电源供电；2）输出端不加隔直电容。C的作用：隔直通交；储存电能，代替一个电源°OCL 全对称功率放大器要求中点电压接近0V，当制作功放调试时中点电压不为OV时， 就需要调整，由于OCL功放是全对称电路，所以电路中元器件参数也要求完全对 称，如果元器件参数不对称，功放输出中点电压会超过规定幅度，例如大于 200mV，此时就需要对功放中点电压进行调整，调整时主要更换输入差分电路三 极管，输入差分电路某一只三极管和别的三极管参数差别较大，会引起功放输出 的中点直流电压较大，此时需要逐个更换差分三极管，每更换一只差分电路三极 管就测试一下中点电压，当中点电压比较小时，就不需更换了，另外需对整个电 路的对称性检查，差分以后电路参数不对称也需更换，制作功放时，电阻最好选 择金属膜电阻，要求精度在5%以内，最好为精度1%，差分电路三极管选择差分 电路专用三极管而不是普通三极管。2.1.2静态分析如图2-1所示：静态时，ui = 0V ，T1、T2均不工作 uo = 0VUce1二+Vcc， Uce2=Vcc2.1.3动态分析图2-1 OCL电路图2-2消除交越失真的OCL电路ui>0,T1导通T2截止，iL二iC1,RL上得到上正下负的电压；ui<0,T1截止T2导通，iL=iC2,RL上得到上负下正的电压。设三极管T1、T2特性曲线对称，贝。Icm1=Icm2=Icm, Ucem1=|Ucem2|=Ucem,则集电极最大输出电压为Ucem=VccUCES集电极最大输出电流为Icem=(VccUCES)/RL最大输出功率；产章"忽略UCES则/2i-1直流电源恁提供的功率=/1 呷V22-fL-f血由或陌)=号已L每个三极管的最大功耗：PTm=0.2Pom优点：电路省掉大电容，改善了低频响应，又有利于实现集成化。缺点：三极管发射极直接连到负载电阻上，若静态工作点失调或电路内元器件损 坏，将造成一个较大的电流长时间流过负载，造成电路损坏。实际使用的电路中 常常在负载回路接入熔断丝作为保护措施为了解决正向传输小于负向传输的问题，可以采取两种方式：加入自举电路和加 入有源负载搭建电路。方案一、加入自举电路电路图2-3所示，C3称为自举电容，和R7共同组成了自举电路(Bootstrap Circuit)，可以解决正向传输小于负向传输的问题。图2-3方案二、加入有源负载电路图2-4所示，接入恒流源，也可以解决正向传输小于负向传输的问题。图2-4三、单元电路分析与设计1.原理分析电路中，R8和C2是运放的电源滤波电路；D1,D2是Q1和Q2的静态偏置二极管，R4是偏置电阻，用于调整复合管的微导通状态；C3 和R7构成自举电路可以解决电阻R3所带来的影响（如图3-1所示），也可以通 过加入有源负载，如加入一恒流源11（如图3-2所示）；R8、R9构成平衡电阻； R10和R11可减少复合管的穿透电流，提高电路的稳定性；Q1、Q3以及Q2、Q4 构成复合管；土VCC为直流稳压电源产生的土 12V直流电。图3-1加自举电路的OCL放大器仿真图图3-2加有源负载的OCL放大器仿真图2.仿真分析：仿真电路图如图3-1，3-2所示。仿真电路图3-1仿真波形如 图3-3,仿真电路图3-2仿真波形如图3-4所示。图3-3加自举电路的仿真波形图3-4加有源负载的仿真波形四、总原理图及元器件清单1.总原理图通过两者的实验论证及综合比较，选用带自举电路的OCL电路比较好，电路图如图3-1所示。2.元件清单元件序号型号主要参数数量备注1R120kQ12R21kQ13R32kQ14R4143Q15R52kQ16R620kQ17R7470Q18R8510Q19R9100mQ110R10510Q111R11100mQ112R128Q113Q12N39041TO-9214Q22N39041TO-9215Q32N39051TO-9216Q42N39041TO-9217C14.7uF118C2100uF119C3100uF120VDD12V121VCC-12V122V10.45V 1KHz123D11N41481DO-3524D21N41481DO-3525U1741-DIV1DIP-8五、电路仿真与调试1. 调试过程描述仿真时，两个电容取值分别为4.7uF和100uF，可以使下限频率更低。在MultiSIM9中进行仿真，电路图几参数如图所示。仿真时，适当调整R4 （兼 顾输去波形的交越失真与放大器的功率，比如R4=143Q，同时在Q3的发射极上 串入10Q的平衡电阻），在输入端加入电压幅值为0.42V，频率为1KHz的正弦信 号，测得输出信号电压幅值为8.8V，波形失真度为0.0220%，电源提供电流为 359mA，放大电路的下限频率约为2.6Hz,上限频率约为38KHz。由此可得电源提 供功率为8.62W，负载消耗功率为4.84W，功率放大器的效率为56.1%，放大器 的电压放大倍数为20.95,其带宽约为38KHz，符合设计要求。交越失真 调整R4为较小值时（比如R4=10Q ）远放输出端的电压波形如图所 示，而功放的输出波形如图所示。说明功放部分已出现交越失真。由于电路的整 体负反馈作用，使运放输出信号波形恰好与功放部分的交越失真波形相反，起相 抵作用，从而使功放输出波形趋于正常。为了使运放输出不是真，通过调整R4, 比如R4=143Q，此时输出管的集电极电流为1.25mA，处于甲乙类状态，既保证 交越失真最小，同时功放部分的效率较高。2. 仿真结果与实测数据进行对照1）仿真电路中输入音频信号用函数发生器代替频率1000Hz振幅0.45v2）当输入为正弦信号时输入输出波形如图2-3所示：图2-3正弦波测试波形当R5为80%时仿真测得输入功率为9.556mW，输出功率为5.086W，功率放大倍 数为532.23，波形没有失真。3）当输入为三角波信号时输入输出波形如图2-4所示:当R5为80%时仿真测得输入功率为6.306mW，输出功率为5.086W，功率放大倍数为806.53，波形没有失真。4）当输入为三角波信号时输入输出波形如图2-5所示：图2-5方波测试波形当R5为80%时仿真测得输入功率为18.998mW，输出功率为5.079W，功率放大倍数为267.34，波形没有失真。六、实验分析与结果通过对加自举电路的O CL功率放大电路和加入有源负载的OCL功率放大电路的仿 真和调试，可以知道OCL功率放大电路处于甲乙类状态，既保证交越失真最小， 同时功放部分的效率较高，在理想状态下可以达到78.5%；再加入加自举电路或 加入有源负载，解决了正向传输小于负向传输的问题；且总谐波失真只有0.374% 左右，非常理想；信号噪声失真在45.833dB左右。七、结论与心得结论 造成本次电路设计很难成功的一个主要因素是细心，不管在选用器材 方面还是在调试方面，都要做到仔细认真。OCL功放电路设计也比较成功基本上 达到题目要求，并且测试了三种波形均无失真现象，用在音响放大电路中很好， 电路比较简单，成本比较低，效果也比较好。心得与体会通过这次课程设计我对模拟电子技术有了更进一步的熟悉和了解，实际操作起来很困难，要将实际和理论联系起来需要不断的下功夫，它 和课本上的知识有很大联系，但又高于课本，一个看似很简单的电路，要动手把 它设计出来就比较困难了，因为是设计要求我们在以后的学习中注意这一点，要 把课本上所学到的知识和实际联系起来，同时通过本次电路的设计，不但巩固了 所学知识，也使我们把理论与实践从真正意义上结合起来，增强了学习的兴趣， 考验了我们借助互联网络搜集、查阅相关文献资料，和组织材料的综合能力。在进行一个综合性的硬件设计时，要全面考虑问题，如想用其他信号来控制 一个信号，就要考虑到和这个信号直接或间接关系的信号，必须是最重要相关的 信号，然后用真值表来解决他们的关系，通过门电路来实现。当我们拿到一个课 题时，一定要先仔细分析要求，然后做出总体设计方案，再进一步细化各单元电 路，最后将整个电路组合在一起，画出最终的逻辑电路图。最后，在通过这两个礼拜地设计实习，让我真正理解了书本上知识，也让我 知道我们课本上的知识在实际中怎么应用，理论联系实践，相互关系。通过此次 设计，我对理论知识的学习有了很大的兴趣，现在我可以主动的去学习，我明白 自己该学习那个方面，重点是什么？我也掌握的了在理论中遇到问题，应该怎样 去解决，在实际中遇到迷团应该怎样去检查调试。八、参考文献1 康华光主编.电子技术基础M.北京：高等教育出版社，20062 刘建主编.电子技术综合实验M.南昌航空大学电工电子实验中心编，20063 劳五一主编.模拟电子电路分析、设计及仿真.北京：清华大学出版社，20074 章忠全主编.电子技术基础实验与课程设计北京：中国电力出版社，19995 周良权主编.模拟电子技术基础（第3版）.北京：高等教育出版社，2005