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功率放大解读
2009/2010学年第1学期
专用周任务书
课程名称:
EDA课程设计
班级:
电信0901
学生:
寇亚茹
教学周数:
1周
地点:
系统结构实验室
指导教师:
屈老师、田宝珍、张老师
功率放大电路的制作目录
一、前言……………………………………………………………(3)
二、绪论…………………………………………………………(4)
三、实验环境的要求………………………………………………(5)
1、软件环境…………………………………………………
2、硬件环境…………………………………………………
四、电源部分的设计………………………………………………(5)
五、OTL功放设计的总体方案……………………………………(6)
5.1方案的原理框图…………………………………………
5.2总体电路图………………………………………………
六、电路及元器件选择和电路参数计算……………………(7)
6.1单元电路设计与原理说明………………………………
6.2输入级设计………………………………………………
6.3驱动级设计………………………………………………
6.4输出级设计………………………………………………
七、电路调试……………………………………………………(9)
仿真调试……………………………………………………
八、设计体会与总结……………………………………………(10)
一、前言
《模拟电子技术》是一门发展迅速、实践性和应用性很强的电子技术专业基础课程。
为了适应现代电子技术飞跃发展的需要,更好的培养21世纪应用型电子技术人才,需要在加强学生基础理论学习的同时,还要加强实验技能的训练。
提高动手能力和课堂理论知识是相辅相成的。
将理论知识、课题内容的作业、讨论与技能训练相结合,融为一体,课程设计以此为目的使能力培养贯穿于整个教学过程。
本次课程设计(OTL功率放大器)综合了模拟电路中的许多理论知识,它使我们学过的相关理论知识得到更好的巩固,并使理论知识与实际问题相联系。
提高自己的动手实践能力、安装与检测电路的能力。
其中主要涉及到的基础知识有半导体三极管的应用,放大电路的分析方法和应用,负反馈放大电路与基本运算电路的性能与作用,基本偏置电路的设计及其应用等。
对于综合运用所学过的知识有一定的帮助和巩固。
本次实训的基本任务和要求如下:
1、额定输出功率10W,负载阻抗8Ω
2、具有合适频响宽度、保真度要好、动态特性好
3、采用分立元件设计,频响为20HZ-20KHZ
4、所设计的电路具有一定的抗干扰能力。
二、绪论
根据本次设计的要求,采用双电源供电路可实现。
OCL功放部分放大系统的步骤:
输入信号-信号拾取-小信号放大-功率放大-输出信号。
功率放大器的作用是提供较大的输出功率来驱动负载。
如使扬声器发出宏亮的声音、示波器中的光点随信号偏转、电动机、电磁阀动作的实现等都需要对功率进行放大。
而电压放大器的主要要求是在负载得到不失真的电压信号时,讨论的主要指标是电压放大倍数、输入和输出电阻等,输出功率并不一定大。
功率放大器则不同,它是一种能量转换器。
设计电路时,考虑的是最大输出功率、非线性失真、减小管子功耗以提高放大器的效率、使管子安全可靠工作等。
由于要求输出功率大,因此电源消耗的功率也大,就存在效益指标的问题。
由于功率放大器工作电流、电压的变化范围很大,那么晶体管常常是工作在大信号状态下或接近极限运用状态的非线性区,因此非线性失真、晶体管功耗、散热、直流电源功率的转换效率等都是功放中的重要指标。
为了提高效率,将放大电路做成推挽式电路,功放管的工作状态设置为甲乙类,以减小交越失真。
常见的功放电路在连接形式上主要有双电源互补推挽功率放大器OTL、单电源互补推挽功率放大器OTL、平衡(桥式)无变压器功率放大器BTL等。
由于功放管承受电流、电压,因此功放管的保护和散热问题必须重视。
功率放大器可以由分立元件组成,也可由集成电路实现。
在此次设计中,采用的是由集成运放和相应分立元件所组成的功率放大电路。
OTL电路是一种互补对称输出的单端推挽电路,为甲乙类电路工作方式,是OTL(无输出变压器)电路改进设计而成的。
它的特点是:
前置、推动、功放及至负载扬声器全部都是直流耦合的,即省略了匹配用的输入、输出变压器,也省略了输出电容器,克服了低频时电容器容抗使扬声器低频输出下跌,低频相移的不足,以及浪涌电流对扬声器的冲击,避免了扬声器对电源不对称,使正负半周幅度不同而产生的失真,成为当今大功率放音设备的主流电路。
三、实训的环境
硬件:
CPU赛扬420(1.6GHZ)内存:
1.0GB
显示器17寸
硬盘80G
显卡:
RadeonX1550Series
软件:
WindowsXPProtel99SE
Multisim2001
IE6.0或其他浏览器Office2003
四、电源部分的设计
电源供应包括变压器,整流器,滤波电容,并且加入了稳压电路(正、负稳压器)。
当220V交流电进入放大器时,首先经过变压器,把220V电压降到几十伏,并且通过滤波电容,将直流电压降到电路所需的工作电压。
滤波电容的功能不仅是滤除交流纹波而已,它还具有储存电能的功效。
当电流放大级突然需要极大的电能时,要靠墙壁内的市电供应时来不及的,此时滤波电容的储电能力就起了很大的作用。
经过变压,整流,滤波的电压还会遇上一个状况,那就是万一墙壁上的市电不稳定时,也同样会影响到电源供应的电压。
因此,设计中电压放大级采用了稳压电路,使得电压稳压输出这样可使电路的输出电阻降低。
电源设计的思路如图:
五、OTL功放设计的总体方案
5.1方案的结构框图
5.2总体电路原理图
上图是采用一个电源的互补对称原理电路,图中的V1组成前置放大级,V2和V3组成互补对称电路输出级。
前置放大级为共射放大器,且采用分压式偏置电路,它具有一定的电压与电流放大能力,这样,整个电路就具有较大的功率增益。
同时,通过调节RP1可实现静态下中点对地电压UA的调整,原理如下:
RP↑→UB1↓→IE1↓→IC1Q↓→IR3(=IC1Q)↓→UB2(=UG-R4IR3-R3IR3)↑→UA(=UB2-UBE2)↑
同理,调小RP,将使中点电压UA下降。
二极管V4、V5为功放电路提供较小的静态偏置,使功放管V2、V3静态下微导通,以克服交越失真。
若将V1或V5替换为一个可调电阻,则可调节功放管静态下的导通深度。
图中的R1、C1构成“自举电路”。
R1为隔离电阻,将M点电压UM与UG隔开,R1阻值较小,一般远小于R3。
C1为自举电容,其电容量很大,这样可使UM紧随U1同幅变化
六、单元电路及元器件选择和电路参数计算
6.1单元电路设计与原理说明
6.2输入级设计
输入级的作用是抑制零点飘移,保证电路工作稳定,同时对前级送来的信号作底失真放大。
为此,采用带恒流源的、由复合管组成的差分放大电路,且设置的静态偏置电流较小。
根据设计说明书中的主要技术指标要求(PL>=6W、Ui=200mV、_<3%(f=1HZ时))经过电容C1接入集成运放的同相输入端
6.3驱动级设计
驱动级作用是获得足够高的电压放大倍数,以及为输出级提供足够大的驱动电流,为此,驱动级采用同相运算放大器,由于R1接地,一方面决定了整个电路的输入阻抗,另一方面保证U+=0.而反相端由于经R2、C2交流接地,同时又因电路对称,输出D点对地电位为零,即Ud=0(常称D点为“交流零点”),反相端的电位也为零,故同相放大器的Uo=0,C点的电位Uc=0。
6.4输出级设计
输出级的作用是给负载提供足够大的输出信号功率,可采用由复合管构成的甲乙类互补对称放大电路。
采用甲乙类工作电路,既保证了工作效率的提高,又消除了交越失真,在本电路中,我所采用的由甲乙类所构成的PNP-NPN复合异型管电路更好的解决了电路中所产生的失真。
七、电路调试
仿真调试
八、设计体会与总结:
通过实验使我对OTL放大器的知识更进一步的加深了,而且通过实践升华了理论,提高了自己的动手能力。
在过程中遇到的困难让我们学会了如何更好更快的去解决实际问题,学会了查找资料,将资料中所显示的内容,与自己所学的知识联系起来,用EDA中所学的软件Multisim将它进行仿真,以备后期电路板的焊接。
通过实验使我明白,在进行设计时,首先不要急于动手,要通过大量的理论计算和论证,论证合理后在进行实物的焊接。
然后我明白理论和实践存在很大的差距,掌握理论知识是我们学习的一部分,我们应该通过更多的实践去丰富自己的能力,更好的掌握理论,将理论与实践结合起来,更让我明白团体精神的重要性,让我学会了与人分享,更懂得做好一件事情的不容易。
在设计是最先要进行的工作就是明确实验目的,设计总体方案即实现的步骤,接着就是查找相关资料,通过对资料的分析,确定电路原理图,了解各个器件的功能,这次我们设计的是功率放大器,通过这次的实训,我深刻体会到理论与实际操作的区别,在今后学习中我会努力做到理论与实践相结合。
将课堂所学理论应用但实际中,做到活学活用,学以致用。
总而言之,在整个的实习中我学习了很多的东西,使我眼界打开,感受颇深。
简单的焊接使我了解到人生学习的真谛,课程虽然结束了,但学习还没结束,电子的世界将为我打开,只有继续以电子实习的感受而获得的指导思想走下去,在事业的途中打开另一扇门。
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- 功率 放大 解读