OTL功率放大器.docx
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OTL功率放大器
1CDIO设计目的
(1)熟练掌握功率放大器的电路组成及其特性。
(2)保证安全、高效、小失真的情况下,输出所需功率。
(3)熟练掌握用555芯片设计信号发生器,掌握555芯片的电路组成。
(4)掌握方波、三角波、正弦波之间波形变换原理及电路组成。
2CDIO设计正文
2.1功率放大器
2.1.1乙类互补推挽功率放大电路
(1)工作原理
T1与T2功率管互补配对,在一个周期内T1与T2轮流导通,通过RL的电流iL=iE1–iE2,合成完整的正弦波。
原理图如图1所示。
①静态分析
vi=0V , vo=0V,T1、T2均不工作。
②动态分析
vi>0V , T1导通,T2截止 , io=ic1 ;
vi<0V , T1截止,T2导通 , io=-ic2 。
(2)电路特点
①晶体管的静态电流等于零。
②电路的静态功耗为零,能量转换效率高。
③存在交叉失真。
(3)性能分析
乙类工作时,T1与T2轮流导通,其图解分析如图2所示。
正负电源总的直流功率:
PD=PD1+PD2=2VccIco=2VccIcm/
①充分激励
令VCE(sat)=0,ICEO=0,则Vcm=VCC,Icm=VCC/RL,则
乙类功放的最大集电极效率
②激励不足
Vcm减小,引入电源电压利用系数表示Vcm的减小程度。
定义 =Vcm/VCC,则
输出功率:
直流电源提供功率:
集电极效率:
功放性能随变化的特性:
小时,PD、Po、C小;
接近1时,PD、Po、C大。
结论:
a.PC非单调变化,两头小,中间大;
b.PD随(激励)线性增大,与甲类(不变)不同。
其变化特性如图3所示。
图3Po、PD、PC随变化的特性
(4)安全条件
安全工作条件:
PC1max=PC2max=0.2Pomax 取其中的小值检查二次击穿。 (5)设计要求 设计功率放大电路时,必须做到: ①在电路组成上,采用避免管外电路无谓消耗直流功率的结构。 ②在工作特性上,输出负载、输入激励和静态工作点三者必须有一个最佳配置;合理选择功率管的运用状态。 2.1.2仿真电路 设计OTL功率放大器,该电路含推动级,输入信号取100mv,频率取3KHz。 经一级放大电路将输入电压放大后,再通过OTL功率放大器,为减小失真,功率放大电路中包含二极管偏置电路。 其仿真图如图4所示。 2.1.3仿真结果 其仿真结果如图5所示。 2.1.3仿真结果 仿真波形如图5所示,经电压放大和功率放大后,输出电压将近8V,此时 Po=Vcm²/2RL≈3.2W PD=VccIcm/π=VccVcm/πRL≈7.6W ηc=Po/PD≈42.1% 分析可得,输出功率将近3.2W,符合要求,但集电极效率没有达到最大,输出波形存在失真,说明电路仍存在需要改进的地方。 2.2555信号发生器 函数信号发生器的设计以555定时器组成的多谐振荡器为核心。 主要思路是多谐振荡器在接通电源后能自行产生矩形波,方波通过积分电路将转变为三角波,三角波再经低通滤波网络转变为正弦波, 2.2.1555的电路组成 555定时器是一种多用途的数字—模拟混合集成电路,可以方便地构成单稳态触发器,施密特触发器和多谐振荡器。 双极型产品型号最后数码为555,CMOS型产品型号最后数码为7555。 其功能和外部引脚完全相同。 其引脚分布图如图6所示。 555内部电路结构如图7所示,其中,各部分组成如下。 (1)分压器 ①5脚悬空时,UR1=2/3Ucc,UR2=1/3Ucc; ②5脚外接控制电压UCO时,UR1=Uco,UR2=1/2Uco。 注: 当5脚不加控制电压时,通常经过一个0.01µF的电容接地,以抑制干扰。 (2)电压比较器 U+≥U-时,Ci=1; U+<U-时,Ci=0。 表1基本RS触发器功能表 (3)基本RS触发器 RS Qn+1 00 不定 01 0 10 1 11 Qn (4)放电三极管 VT是一个集电极开路的放电三极管。 当uO=0时,VT导通; 当uO=1时,VT截止。 表2555定时器功能表 其功能表如表2所示。 输入 输出 阈值输入(u6) 触发输入(u2) 复位(RD) 输出(VO) 放电管T × × 0 0 导通 <2/3Vcc <1/3Vcc 1 1 截止 >2/3Vcc >1/3Vcc 1 0 导通 <2/3Vcc >1/3Vcc 1 不变 不变 2.2.2555构成多谐振荡器 接通VCC后,VCC经R1和R2对C充电。 当uc上升到2VCC/3时,uo=0,T导通,C通过R2和T放电,uc下降。 当uc下降到VCC/3时,uo又由0变为1,T截止,VCC又经R1和R2对C充电。 如此重复上述过程,在输出端uo产生了连续的矩形脉冲。 其电路组成及其工作原理分别如图8、图9所示。 由此可分别求得 振荡周期: T=0.7(R1+2R2)C 振荡频率: 占空比: 2.2.3方波、三角波、正弦波之间波形变换 555构成的多谐振荡器,其通过不同支路对电容进行充放电,从而可以产生方波,再由方波经过转换电路可以转换成三角波、正弦波,其整体框图如图10所示。 由方波变换为三角波可通过积分电路,如图11所示。 通过低通滤波器即可变换为正弦波,原理图如图12所示。 低通滤波 积分电路 图10波形转变框架图 2.2.4仿真电路 由555芯片设计构成的多谐振荡器,其通过不同的支路分别对电容进行充放电,可以生成方波,再分别经过积分电路及低通滤波器后可得三角波及正弦波。 其实验仿真图如图13所示。 图13555构成的波形发生器仿真电路 2.2.5仿真结果 经仿真可得方波、三角波、正弦波分别如图14、图15、图16所示。 图14由555信号发生器产生方波 由仿真波形可得数据如表3所示。 表3仿真结果 仿真波形 周期 峰峰值 矩形波 130.979us 2.500v 三角波 130.979us 71.864mv 正弦波 130.979us 1.135mv 所得数据符合设计要求。 3设计总结 自CDIO开设以来,一年的时间内,我们已完成基本放大器的设计。 此次,我们又完成了功率放大器的设计及由555芯片设计的信号发生器。 通过仿真实践,我对电子线路有了更深程度的理解,也对我们专业有了更深一步的认识。 此次设计乙类功率放大器,困难重重。 起初,不是波形失真,就是输出功率达不到要求。 经过各方面搜集资料,才终于完成了乙类功放的设计,但是集电极效率没有达到最高,仍有待提高。 通过设计乙类功放,我对功率放大器有了更深一步的认识,也意识到学以致用的重要性。 尤其是我们现实生活中,我们身边各种电器,我们只会简单操作使用,却不能理解它的原理,作为信息专业的一名学生,我深感惭愧。 在数字电子技术中接触555定时器,此次利用555芯片设计信号发生器。 起初,知识与能力有限,只产生了方波,积分电路方面存在一定的障碍。 通过在老师那里学习,我又对积分电路及低通滤波方面进行了学习,对其有了更深程度的了解。 也重新设计了电路,产生了三角波及正弦波。 一年的专业基础课学习,我对我们专业也开始有了明确的方向。 学习的过程中,需要我们有严谨的求学态度,认真是我们不可或缺的品质,坚持是我们必备的素质。 除了学习书本上的知识,自学也是我们应该具有的能力,我们要充分利用课余时间,多了解与专业学习有关的知识。 也要更多的注重实践,把学习与实践结合起来,把学到的知识与生活中的实例结合起来,这样才有助于我们更好的掌握所学的知识。 大学,在不知不觉间已走过了两年,不就的将来,我们就要各奔前程。 我相信,努力了就一定有收获。 获取知识的路上我们难免犯错,但只要我们不气馁,不放弃,成功一定属于我们。 作为信息专业的一名学子,求真务实是我坚守的原则,我会始终严格要求自己,更好的掌握知识,更多的运用于实践,努力地提升自己。 在此,也感谢老师的辛勤教诲与同学的热心帮助。 4参考文献 [1]谢嘉奎.电子线路(非线性部分,第四版)[M].北京: 高等教育出版社,2000,(05). [2]康华光.电子技术基础(数字部分,第五版)[M].北京: 高等教育出版社,2006,(01): 120-130. [3]杨欣等.电路设计与仿真[M].北京: 清华大学出版社,2001,(04): 10-70. [4]任晓光.集成555定时器及其应用[J].电大理工,2004,(03). [5]颜恒斌,张玉洁.探讨MultiSim仿真软件在电工实验中的应用[J].科技信息(学术研究),2008,(26). 课程设计 评语 课程设计 成绩 指导教师 (签字) 年月日
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