OCL功率放大器的設計.ppt

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華僑大學信息科學與工程學院 OCL功率放大器的設計 模電課程設計 一 課設設計目的 任務與要求 設計目的 1 掌握電子系統(tǒng)的一般設計方法2 掌握模擬電路器件的應用3 培養(yǎng)綜合應用所學知識來指導實踐的能力4 掌握常用元器件的識別和測試5 熟悉常用儀表 了解電路調試的基本方法 設計任務 OCL音頻功率放大器 設計要求第一 輸出功率要盡可能大為了獲得大的功率輸出 要求功放管的電壓和電流都有足夠大的輸出幅度 因此器件往往在接近極限運用狀態(tài)下工作 第二 功率效率要盡可能高由于輸出功率大 因此直流電源消耗的功率也大 這就存在一個效率問題 所謂效率就是負載得到的有用信號功率和電源供給的直流功率的比值 這個比值越大 意味著效率越高 第三 非線性失真要盡可能小功率放大電路是在大信號下工作 所以不可避免地會產(chǎn)生非線性失真 而且同一功放管輸出功率越大 非線性失真往往越嚴重 這就使輸出功率和非線性失真成為一對主要矛盾 但是 在不同場合下 對非線性失真的要求不同 例如 在測量系統(tǒng)和電聲設備中 這個問題顯得很重要 而在其它工業(yè)系統(tǒng)中 則以輸出功率為主要目的 對非線性失真的要求就降為次要問題了 第四 功率器件的散熱要盡可能好在功率放大電路中 為了輸出較大的信號功率 器件要承受較高的電源電壓 其次 為了充分利用允許的管耗而使管子輸出足夠大的功率 放大器器件的散熱就成為設備能否安全可靠工作的重要保證 此外 在功率放大電路中 為了輸出較大的信號功率 器件要承受較大的動態(tài)電流 這也會增加功率管損壞的概率 所以 功率管的損壞與保護問題是產(chǎn)品設計中不容忽視環(huán)節(jié) OCL是英文OutputCapacitorLess的縮寫 意為無輸出電容 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 OCL電路通常采用兩組電源供電 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 該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 盡管性能優(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 但為了培養(yǎng)學生的設計能力 本課題要求采用分立元件電路進行設計 二 產(chǎn)品指標及設計要求 1 設計指標 采用分 立元件 集成電路 設計 額定輸出功率 負載阻抗 失真度 設計放大器所需的直流穩(wěn)壓電源 2 設計 制作過程分析設計要求 明確性能指標 查閱相關資料 分析對比方案 畫出電原理圖 分析計算元器件的性能及參數(shù) 電路的仿真與調試 論證并確定合理的總體設計方案 繪制功能結構框圖 OCL功率放大器各單元具體電路設計 a 分解總體設計方案b 以子系統(tǒng)或單元電路為單元 逐個細化設計 c 電路計算根據(jù)設計要求 結合 方案 對各單元電路的元器件參數(shù)進行分析計算 確定其參數(shù) 印刷電路板制作 根據(jù)最后確定的各單元電路 繪制出總的印刷電路圖 制作印刷電路板 PCB板 制作要求 a 業(yè)余制作手繪電路圖 或用Protel繪制 b 根據(jù)電路原理圖中所用的元件形狀和印刷板面積的大小合理安排元件的密度和各元件的位置 確定元件位置應按照先大后小 先整體后局部的原則進行 使電路中相鄰元件就近放置 排列整齊均勻 c 各元件之間的連接導線在拐彎處和兩線相交處不能拐直角 須用曲線過渡 也不能相互交叉和迂回太遠 有些導線實在做不到這一點時 可以考慮在印刷板的反面印制導線 再用穿釘與正面電路連接 或在焊接元件時另外用絕緣導線連接 d 輸入部分和輸出部分距離遠一些為好 以免互相干擾 制作流程 1 原稿制作 噴墨 硫酸紙 激光 硫酸紙 透明菲林 光繪非林 2 曝光 曝光機60 180秒 太陽光5 10分鐘 日光燈8 10分鐘 3 顯像 專用顯像劑 4 蝕刻 三氯化鐵 5 鉆孔 小電鉆 1 用protel或PowerPCB直接畫PCB圖 不會PROTEL PowerPCB的 也可以用Windows的畫筆程序 以備打印 畫出您所需要的印刷電路板圖2 將圖打印到熱轉印紙 比如 不干膠貼紙的光滑底襯紙 打印出來后仔細觀察 檢查是否有斷線的地方 3 將打印好PCB的轉印紙平鋪在覆銅板上 準備轉印 4 將熱轉印紙上的碳粉通過熱轉印機轉印到敷銅板上 也可用很熱的電熨斗加溫 約140 170 之間 加壓將轉印紙上黑色塑料粉壓在覆銅板上形成高精度的抗腐層 等溫度稍低后再慢慢將轉印紙揭下來 4 將敷銅板放入三氯化鐵腐蝕液進行腐蝕 注意不要腐蝕過度 5 用清洗劑清洗電路板上的黑色碳粉 6 用打孔機在電路板打孔 熱轉印法制板基本流程 焊接焊點 圓滑光亮 無氣孔 無尖角 無拖尾 大小一致 焊料適當 使焊錫充布焊盤 不堆錫 更不能粘連 焊接時時間不宜超過3s 防止損壞元件 焊接CMOS器件時應使用防靜電烙鐵 防止將其極性擊穿 當元件焊錯后需要拆器件時要特別注意焊板上的銅片 一旦銅片脫落 就會在電路的連接上造成困難 檢查 調試各電路板 通電測試性能參數(shù) 撰寫設計報告 1 功率放大器的作用是給負載RL提供一定的輸出功率 當RL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 且效率盡可能高 2 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(shù) 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 如下圖所示 3 設計思路 3 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 音量控制級 送來的信號作用低失真 低噪聲放大 為此 通常都采用帶恒流源的 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(shù) 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)工作點須設置直流負反饋電路 為穩(wěn)定電壓放大倍數(shù)和改善電路性能須設置交流負反饋電路 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 確定電源電壓 4 功放部分電路計算簡介 末級功放管的選取 復合管的選取 其他參數(shù)確定 5 前置放大部分電路計算簡介 要確定運放的選型 需要先確定電路總的電壓放大倍數(shù) 請按設計要求自行計算 典型電路中的運放供電分別取自電源的正負極 由兩組R4R5和C2 C3 C6 C7構成分壓濾波供給運放工作 電源用10 F 0 1 F電容去耦合 6 電源部分設計及電路計算 典型電路 典型電路中 220V市電經(jīng)變壓器輸出兩組獨立的25V交流電 大電容濾波后得到 35V直流電 再加一個0 1 F小電容濾除電源中的高頻分量 制作調試過程中 電源空載時可在輸出電容上并聯(lián)1k 大功率電阻供電容放電 保護穩(wěn)壓塊 35V直流電 經(jīng)兩個穩(wěn)壓塊分別獲得所需的輸出電壓 穩(wěn)壓塊型號 既要考慮其輸入 出電壓 還要注意其輸出電流 保證足夠的電源功率輸出 變壓器一定要保證其輸出功率足夠 發(fā)熱小 D9 D10為防止反相電流沖擊穩(wěn)壓塊的保護二極管 最后 預祝大家順利完成任務