OCL功率放大电路课程设计数电Word文档格式.docx

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1.1.2原理总图………………………………………………………（5）

1.2单元电路设计

1.3系统的仿真

1.1设计要求：

1.1.1系统功能

OCL是英文OutputCapacitorLess的缩写，意为无输出电容。

采用两组电源供电，使用了正负电源，在电压不太高的情况下，也能获得比较大的输出功率，省去了输出端的耦合电容，使放大器低频特性得到扩展。

OCL功率放大电路实质上是一种能量转换电路，主要用以获得一定的不失真（或失真较小）的输出功率。

OCL功放电路也是定压式输出电路，为钏电路由于性能比较好，所以广泛地应用在高保真扩音设备中。

性能优良的集成功率放大器给电子电路功放级的调试带来了极大地方便。

1.1.2性能指标

①．利用运放741、三极管等元器件设计基本的OCL功率放大电路；

②．电路的最大输出功率>

15W；

③．电路的效率>

60%。

1.2系统设计

1.2.1设计目的

①．掌握电子系统的一般设计方法

②．掌握模拟电路器件的应用

③．培养综合应用所学知识来指导实践的能力

④．掌握常用元器件的识别和测试

⑤．熟悉常用仪表，了解电路调试的基本方法

1.2.2设计思路

功率放大器的作用是给负载Rl提供一定的输出功率，当RI一定时，希望输出功率尽可能大，输出信号的非线性失真尽可能小，且效率尽可能高。

由于OCL电路采用直接耦合方式，为了保证工作稳定，必须采用有效措施抑制零点漂移，为了获得足够大的输出功率驱动负载工作，故需要有足够高的电压放大倍数。

因此，性能良好的OCL功率放大器应由输入级，推动级和输出机等部分组成。

1.2.3原理总图

1.3单元电路设计

1.3.1音调控制电路及前置放大的分析及设计

图一音调控制及前置放大电路总图

1.3.1.1音调控制电路

音调控制器的功能是根据需要控制、调节放大器的频率响应，达到优化音质的目的。

本设计采用负反馈集成运放电路，根据指标的转折频率要求，选择元件参数，如图一所示。

1.3.1.1.1音调控制级在低频状态

当音调控制器工作在低频状态时，C6视为开路，RW4跨接在音频放大器输入输出及之间，对控制起不了作用。

当电位器的抽头在最左端时低频提升最大如图二所示。

低频频率响应函数为：

即Ao=R2/R1=1,R2=R1,由条件得

图二音调控制级在低频状态

1.3.1.1.2音调控制级在高频状态

图三音调控制在高频状态图四星形接法装换成三角接法

如图三所示，电容C4、C5视为短路，为便于计算将星型接法变为三角形接法，

当RW4电位器中间抽头位于最左端时，高频得到最大提升，Rc跨界在输入输出级之间，对控制不起作用，如图四所示。

高频提升电路频率响应函数为：

1.3.1.2前置放大级

图五前置放大器

前置放大器是指置于信源与放大器级之间的电路或电子设备，例如置于光盘播放机与高级音响系统功率放大器之间的音频前置放大器。

前置放大器是专为接收来自信源的微弱电压信号而设计的，已接收的信号先以较小的增益放大，有时甚至在传送到功率放大器级之前便先行加以调节或修正，如音频前置放大器可先将信号加以均衡及进行音调控制。

本设计考虑到噪声、频率响应的要求，选择用低噪声的集成运放NE5532，电路设计如图五所示，采用反相输入电压放大倍数为Uout=Uin*R22/R23=3Uin.R22为反馈电阻，C3为耦合电容。

1.3.2功率放大电路的分析及设计

本级的输入级采用差分放大电路，由镜像恒流源供电。

具有抑制零点漂移、稳定静态工作点、输入阻抗高的优点；

中间级采用开启式公射放大电路和恒压偏置，具有推动激励作用，消除交越失真；

输出级采用准互补乙类OCL放大电路，具有较好的的电路输出对称性和功率放大作用。

电路如图六所示。

图六OCL功率放大器

确定电源电压VCC，设功率管饱和压降Vces=2V，R11=0.5Ω.由最大输出功率:

Pmax=Uo²

／RL,

Uo²

=Pmax*RL,即Uo=

=6.32V。

又由电压输出有效值Uo=（Vcc-Vces）/

*RL/（R11+RL）,即VCC=9.50V，取电源电压VCC=±

12V；

最大不失真输出电压峰值：

Uom=（Vcc-Vceo）*RL/（R11+RL）=9.41V

负载电流最大值：

Icmax=Uom/RL=1.2A.输入阻抗：

Ri=Ui/Ii,用输入幅值为150mV的正弦波如图七所示，测得Ii=3.3uA,则Ri=45.5K，输出阻抗Ro=（Uo′/Uo-1）/RL，空载时Uo′=8.50V，RL=8Ω负载时，Uo=7.0V，则Ro=2Ω。

图七输入信号源的幅值和输入电流

1.3.2.1恒流源式差分放大电路设计

如图八所示，两个输入端分别输入大小、相位相同的信号时，输出为零，从而克服零点漂移。

差分放大器将两个输入端的差以一固定增益放大。

很多系统在差分放大器的一个输入端加输入信号，另一个输入端加反馈信号，从而实现反馈调节作用。

在三级管输出特性的恒流区，当集电极电压有一个较大的变化量ΔUCE时，集电极电流ic基本不变。

此时三级管c、e之间的等效电阻rce=ΔuCE/Δic的值很大。

用恒流源三级管充当一个阻值很大的长尾电阻Re，既可在不用大电阻的条件下有效的抑制零漂，又适合集成电路制造供工艺代替大电阻的特点，因此，这种方法在集成运放中被广泛采用。

图八恒流源式差分放大电路

1.3.3正负12V线性直流稳压电源

原理框图如图九所示：

图九线性直流稳压电源原理框图

考虑到功率放大器的负载等要求电源采用集成稳压芯片LM7812和LM7912，原理如图十所示

图十正负12V线性直流稳压电源原理图

1.3.4元器件清单列表

稳压电源部分：

元器件名称

元器件参数

电桥D1（D1～D4）

IN5402×

4

电容C1

0.1μF

电桥D2（D5～D8）

电容C2

电阻R1

1KΩ/1W

电容C3

0.33μF

电阻R2

电容C4

二极管D9

2CP10

电解电容C5

2200μF/35V

二极管D10

电解电容C6

运放U1

LM7824

电解电容C7

运放U2

LM7924

电解电容C8

电解电容C9

10μF

电解电容C10

前置放大级部分：

电阻R0

2.5kΩ

100Ω

电阻R3

150Ω

电阻Rf

76kΩ

电解电容C4

1μF

滑动变阻器Rw

1kΩ

47μF

NE5532

电阻R4×

2

4Ω

电阻R5×

20Ω

功率放大器部分：

27kΩ

1.5kΩ

电解电容C2

100μF

15kΩ

电解电容C3

30μF

电阻R4

3kΩ

20pF

电阻R5

电容C5

51pF

电阻R6

200μF

滑动变阻器R7

电阻R8

12kΩ

电阻R9

510Ω

电容C9

0.01μF

电阻R10

15Ω

三极管VT1

3DG6

电阻R11

三极管VT2

电阻R12

三极管VT3

3CG120B

电阻R13

三极管VT4

3DG170H

电阻R14

30Ω

三极管VT5

3CK9D

二极管VD1

三极管VT6

3DD63C

保险丝

限流1mA

三极管VT7

扬声器

8Ω

注：

电源部分元器件采用国际半导体命名方法，其他部分均采用国家半导体命名方法。

1.4系统的仿真

1.4.1调试结果

为了良好的完成调式工作，需要对实验仪器进行熟悉。

在调式过程中，R12的调节对电路的电流产生很大的影响。

因此，第一步调节R12，使输出的电流在一定的范围内，这样可以较好的使各级三极管在正常状态下工作。

因此第一步调节R12，确保在输出级前一级放大支路上的电流在4mA~5mA左右，第二步调节R14、R12对电路进行凋零，即在电路输入为零时，其输出也为零；

这样可以减小系统本身噪声对信号的影响。

第三步调节放大增益最主要的增益调节是反馈电阻R13，调节反馈电阻及音源输入电位器观察输出信号是否失真，在最大不失真的情况下测得：

输出功率：

Po=6.125W>

5w（RL=8Ω）

输入阻抗为：

Ri=Ui/Ii=0.15/3.3*10∧-6=45k.

1.4.2　测试结果分析

本设计通过分析论证，所做成的作品满足设计的要求，但由于实验室解乏一些仪器，只能用仿真的数据进行有关计算，这样仿真出来的理想数据跟实际的数据会有所误差，但最终经过调式最后所得到的数据以理论计算的误差非常小。

如图九所示仿真图

图九输入信号与输出信号

附：

仿真结果图

1.5参考文献

[1]杨素行.模拟电子技术.高等教育出版社.2010.

[2]铃木雅臣.晶体管电路设计.科学出版社.2004.

[3]杨欣，王玉凤，刘湘黔.电子设计从零开始.清华大学出版社2005.