模電課程設(shè)計報告《OCL功率放大器設(shè)計》.doc

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一、課程設(shè)計任務(wù)及要求 1、設(shè)計目的 ①學習音頻功率放大器的設(shè)計方法 ②了解集成功率放大器內(nèi)部電路工作原理 ?根據(jù)設(shè)計要求,完成對音頻功率放大器的設(shè)計,進一步加強對模擬電子技術(shù)的了解 ④采用集成運放與晶體管原件設(shè)計OCL功率放大器 ⑤培養(yǎng)實踐技能,提高分析和解決實際問題的能力 2、設(shè)計指標 ①頻率響應(yīng):20Hz≤f≤20KHz ②輸出功率:Po > 4w ③負載電阻:RL=8Ω ④非線性失真盡量小 ⑤輸入信號:Ui <0.1v 3、設(shè)計要求 ①畫出電路原理圖 ②元器件及參數(shù)選擇 ③電路的仿真與調(diào)試 分析設(shè)計要求，明確性能指標；查閱資料、設(shè)計方案分析對比。 4、制作要求 論證并確定合理的總體設(shè)計方案，繪制結(jié)構(gòu)框圖。 5、OCL功率放大器各單元具體電路設(shè)計?？傮w方案分解成若干子系統(tǒng)或單元電路，逐個設(shè)計，計算電路元件參數(shù)；分析工作性能。 6、完成整體電路設(shè)計及論證。 7、編寫設(shè)計報告 寫出設(shè)計與制作的全過程，附上有關(guān)資料和圖紙，有心得體會。 二、總體方案設(shè)計 1、設(shè)計思路 功率放大器的作用是給負載Rl提供一定的輸出功率，當RI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。 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(qū)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(yīng)由輸入級，推動級和輸出機等部分組成。 2、OCL功放各級的作用和電路結(jié)構(gòu)特征 ①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（音調(diào)控制級）送來的信號作用低失真，低噪聲放大。為此，采用帶恒流源的，由復(fù)合管組成的差動放大電路，且設(shè)置的靜態(tài)偏置電流較小。 ②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(qū)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。 ③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(fù)合管構(gòu)成的甲乙類互補對稱功放或準互補功放電路。 此外，還應(yīng)考慮為穩(wěn)定靜態(tài)工作點須設(shè)置交流負反饋電路，為穩(wěn)定電壓放大倍數(shù)和改善電路性能須設(shè)置交流負反饋電路，以及過流保護電路等。電路設(shè)計時各級應(yīng)設(shè)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。 三、單元電路的選擇與設(shè)計 1、設(shè)計方案 利用三極管的電流控制作用或場效應(yīng)管的電壓控制作用將電源的功率轉(zhuǎn)換為按照輸入信號變化的電流。因為聲音是不同振幅和不同頻率的波，即交流信號電流，三極管的集電極電流永遠是基極電流的β倍，β是三極管的交流放大倍數(shù)，應(yīng)用這一點，若將小信號注入基極，則集電極流過的電流會等于基極電流的β倍，然后將這個信號用隔直電容隔離出來，就得到了電流(或電壓)是原先的β倍的大信號，這現(xiàn)象成為三極管的放大作用。經(jīng)過不斷的電流及電壓放大，就完成了功率放大。 2、確定工作電壓 為了達到輸出功率10W的設(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P應(yīng)比設(shè)計指標大些，一般取P≈（1.5～2）P。即本設(shè)計中電路的最大輸出功率應(yīng)按6～8W來考慮。 由于是 P=U 因此，最大輸出電壓為 U= 考慮到輸出功率管V2，V4的飽和壓降和發(fā)射極電阻R10，R11的壓降，電源電壓常取 V=（1.2—1.5）U 3、功率輸出級的設(shè)計 ①輸出功率管的選擇 輸出功率管V4，V6為同類型的NPN型大功率管，其承受的最大反向電壓U≈2V，每個管的最大集電極電流為I≈V/R14+R，每個管的最大集電極功耗為P≈0.2P。 ②復(fù)合管的選擇 V1,V3分別與V2,V4組成復(fù)合管,它們承受的最大電壓均為2 V,考慮到R7,R8的分流作用和晶體管的損耗,在估算V1,V3的集電極最大電流和最大管耗時,可近似為 I= I≈(1.1—1.5) P=P≈(1.1—1.5) ③電阻R6-R11的估算 R7,R8用來減小復(fù)合管的穿透電流,其值太小會影響復(fù)合管的穩(wěn)定性,太 大又會影響輸出功率,一般取R7=R8=(5--10)Ri2。Ri2為V2管輸入端的等效輸入電阻，其大小為Ri2=r+（1+β）R10（大功率管的 r約為10歐）輸出管V2，V4的發(fā)射極電阻R10，R11用于獲得電流負反饋作用，使電路工作更加穩(wěn)定，一般取R10=R11=（0.05—0.1）R。 由于V1，V3管的類型不同，接法也不一樣，因此兩管的輸入阻抗不一樣，會使加到V1，V3的基極輸入端的信號不對稱。為此，加R6，R9作為平衡電阻，使兩管的輸入電阻相等。 ④ 確定偏置電路 為了克服交越失真，二極管V8，V9和R7，R8共同組成輸出級的偏置電路，以使輸出級工作于甲乙類狀態(tài)。其中V8，V9選擇與復(fù)合管V4，V5相同材料的硅二極管，可獲得較好的的溫度補償作用。 ⑤方案設(shè)計電路圖 集成運放放大器與晶體管組成的功率放大器 圖一 各單元電路設(shè)計、參數(shù)計算和元器件選擇： 元器件清單：電阻： R1=4.7KΩ; R2=4.3KΩ; R3=47KΩ; R7=6.8KΩ; R8=1KΩ(電位器)： R9=10ΩK； R10=22Ω; R11=220Ω; R12=22Ω; R13=220Ω; R14=0.5Ω; R16=8Ω; 電容： C1=C2=10μF; C4=C5=220μF; C6=C7=0.01μF 四、總電路圖及其工作原理 工作原理： 1．用差分放大輸入級抑制零漂，如前所述，為了使R在靜態(tài)時沒有直流電流通過，即A點的靜態(tài)直流電位為零，所以采用正，負對稱的兩個小電源（+V，-V）。但是溫度的變化又會引起零漂，所以應(yīng)采用差分放大器作為輸入級，用它來抑制A點電位因受溫度等因素影響而產(chǎn)生的零漂。 2．其他元器件的作用。V3管為激勵級，它把V1管輸出信號再進行一次放大后去推動功率輸出級的功放管工作，故該級又稱為推動級。C5是高頻負反饋電容，防止V3高頻自激。 3．R7，V8，V9為功放管提供靜態(tài)偏置，防止交越失真，把V4，V5基極直流電信分開，并利用V8，V9補償功放管的溫度特性，以穩(wěn)定功放管的基極偏流。 4．R5，C3，R6組成電壓串聯(lián)負反饋電路。C3對低頻信號短路，分壓比R6/（R5+R6）為反饋系數(shù)，R6越大，反饋量越大，反饋越強。分壓比適當則既可減小信號非線性失真，又不致造成放大器增益下降太多。 5．R16，C6稱中和電路，防止由于感性負載而引起高頻自激。 6．R4，C2是差動放大器的電源濾波電路。 7．C4稱自舉電容，用來提高功率輸出級的增益。 由圖可知，當輸入信號U1為正半周時，經(jīng)V1，V2和V3次放大并反相，u也為正半周，則V4，V6復(fù)合管導通，信號放大后經(jīng)R14，R，地，+V返回V4，V6形成回路，在負載R上有放大了的正半周電流i1通過，其方向如圖中的實線所示。同理可知負半周上的i2通過，如圖中虛線所示。這樣輪流推挽工作，在R上就獲得功率放大后的完整信號。 五、功率放大器元件明細表 元件 大小 數(shù)量(單位:個) 運算放大器 CF741 1 二極管 2CP10 2 三極管 3DG6 1 3DD01 1 3CG21 1 3DD1 1 電阻 1Ω 2 30Ω 1 240Ω 4 1KΩ 2 7KΩ 2 47KΩ 2 10KΩ 1 8KΩ 1 電容 0.1μF 1 10μF 2 六、總結(jié) 課設(shè)的過程是艱辛的，但是收獲是巨大的。首先，我們再一次的加深鞏固了對已有的知識的理解及認識；其次，我們第一次將課本知識運用到了實際設(shè)計，使得所學知識在更深的層次上得到了加深。再次，因為這次課程設(shè)計的確在某些方面存有一定難度，這對我們來講都是一種鍛煉，培養(yǎng)了我們自學、查閱搜集資料的能力；再有，計算操作過程中，我們曾經(jīng)面臨過失敗、品味過茫然，但是最終我們還是堅持下來了，這就是我們意志、耐力和新年上的勝利，在今后的日子里，它必將成為我們的寶貴財富。 參考文獻： 1.《電子設(shè)計技術(shù)》陸 坤 張義中 電子科技大學出版 1998.10 2.《現(xiàn)代音響技術(shù)設(shè)計》張飛碧 項 鈺 機械工業(yè)出版社 2004.7 3.《集成電路應(yīng)用800例》陳永莆 電子工業(yè)出版社 2000.1 4.《新型集成電路及其應(yīng)用實例》何希才 科技出版社 5. 《模擬電路技術(shù)》張英全 劉蕓 樊愛華 機械工業(yè)出版社 6.《模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)》（第三版）童詩白 華成英 主編 高等教育出版社 系（教研室）主任簽字： 指導教師簽字： 2011年6 月 17 日