OCL音频功率放大器---成功版.doc

辽 宁 工 业 大 学 课 程 设 计 说 明 书 （论文）

辽 宁 工 业 大 学

模拟电子技术基础课程设计（论文）

题目：OCL功率放大器

院（系）： 电子与信息工程学院
专业班级：
学 号：
学生姓名：
指导教师： （签字）
起止时间： 2014.6.30-2014.7.11

课程设计（论文）报告的内容及其文本格式
1、课程设计（论文）报告要求用A4纸排版，单面打印，并装订成册，内容包括：
①封面（包括题目、院系、专业班级、学生学号、学生姓名、指导教师姓名、、起止时间等）
②设计(论文)任务及评语
③中文摘要 （黑体小二，居中，不少于200字）
④目录
⑤正文（设计计算说明书、研究报告、研究论文等）
⑥参考文献
2、课程设计（论文）正文参考字数：2000字周数。
3、封面格式
4、设计（论文）任务及评语格式
5、目录格式
①标题“目录”（小二号、黑体、居中）
②章标题（小四号字、黑体、居左）
③节标题（小四号字、宋体）
④页码（小四号字、宋体、居右）
6、正文格式
①页边距：上2.5cm，下2.5cm，左3cm，右2.5cm，页眉1.5cm，页脚1.75cm，左侧装订；
②字体：一级标题，小二号字、黑体、居中；二级，黑体小三、居左；三级标题，黑体四号；正文文字，小四号字、宋体；
③行距：20磅行距；
④页码：底部居中，五号、黑体；
7、参考文献格式
①标题：“参考文献”，小二，黑体，居中。
②示例：（五号宋体）
期刊类：[序号]作者1,作者2,……作者n.文章名.期刊名（版本）.出版年,卷次（期次）:页次.
图书类：[序号]作者1,作者2,……作者n.书名.版本.出版地:出版社，出版年:页次.

本科生课程设计（论文）
课程设计（论文）任务及评语
院（系）：电子与信息工程学院 教研室： 电子信息工程
学 号
121806062
学生姓名
张红梅
专业班级
电气（光伏）122班
课程设计（论文）题目
OCL功率放大器
课程设计（论文）任务
设计任务：
（1）采用全部或部分分立元件设计一种OCL音频功率放大器。
（2）额定输出功率，负载阻抗
（3）失真度
（4）设计放大器所需的直流稳压电源。
设计要求：
1 .分析设计要求，明确性能指标。必须仔细分析课题要求、性能、指标及应用环境等，广开思路，构思出各种总体方案，绘制结构框图。
2 .确定合理的总体方案。对各种方案进行比较，以电路的先进性、结构的繁简、成本的高低及制作的难易等方面作综合比较，并考虑器件的来源，敲定可行方案。
3 .设计各单元电路。总体方案化整为零，分解成若干子系统或单元电路，逐个设计。
4 .组成系统。在一定幅面的图纸上合理布局，通常是按信号的流向，采用左进右出的规律摆放各电路，并标出必要的说明。

进度计划
第1天：集中学习；第2天：收集资料；第3天：方案论证；第4天：选择器件进行单元电路设计；第5天：单元电路设计及仿真；第6天：整体电路设计并仿真；第7天：电路焊接制板；第8天：焊接调试；第9天：完善设计；第10天：答辩。
指导教师评语及成绩

平时： 论文质量： 答辩：
总成绩： 指导教师签字：
年 月 日
注：成绩：平时20% 论文质量60% 答辩20% 以百分制计算

摘 要
OCL音频功率放大器它具有频响宽、保真度高、动态特性好及易于集成化等特点。它是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的方便。集成功率放大电路具有输出功率大、外围元件少、使用方便等优点，因此在收音机、电视机、扩音器、伺服放大电路中得到了广泛的应用。本设计主要采用分立式原件电路进行设计，采用直流稳压电源、前置放大电路、OLC功率放大电路相结合的放大模式，当负载一定时，希望输出的功率尽可能大，输出的信号非线性失真尽可能的小。在OLC功率放大电路的两个二极管减小了非线性失真。
关键词：稳压电源 不失真 OLC功率放大 输出功率

VI
目 录
第1章 绪论 1
1.1 XXX概况 1
1.2 本文研究内容 2
第2章 XXX电路设计 3
2.1 XXX总体设计方案 3
2.2 具体电路设计 4
2.2.1 XXX电路设计 4
2.2.2 XXX设计 5
2.2.3 XXX电路设计 6
2.3 元器件型号选择 7
2.4 EWB仿真、数据分析 8
第3章 课程设计总结 9
参考文献 10
元器件清单 11

第1章 绪论
1.1 OCL音频功率放大器概况
音频功率放大器是一个技术已经相当成熟的领域，几十年来，人们为之付出了不懈努力，无论是线路技术还是元器件方面，乃至与思想认识上都取得了长足的进步。
早期的晶体管功放半导体技术的进步是晶体管放大器向前迈进了一大步。自从有了晶体管，人们就开始用它制造功率放大器，早期的放大器几乎全用锗管来制作，但由于锗管工艺上的一些原因，使得放大器中所用的晶体管，尤其是功放管性能指标不易做得很高，例如，共发射极截止频率fh的典型值为40khz，大电流管的耐压值一般在30v~40v左右。这样放大器的频率响应也很狭窄，大大影响了音乐中高频信号的重现，再加上功放管的耐压、电流和功耗三个指标相互制约，制作较大功率的OCL功率放大器不易找到三个指标都满足的管子，所以不得不采用变压器耦合输出，变压器的相移又使得电路中家深度负反馈变得很困难，谐波失真得不到充分的抑制，因此这一阶段的晶体管放大器音质是很差的。
晶体管功放的发展和互调失真。随着半导体工艺的逐渐成熟，大电流、高耐压的晶体管品种日益增加，越来越多的功率放大器采用了无输出的变压器OCL电路。最初的大功率PNP管是锗管，而NPN管是硅管，两者的特性差别非常显著，电路的对称性很差，人们多采用准互补电路，通过一只小功率管于大功率管复合，得到一只极性与PNP管类似的大功率管，降低了因电路对称性差而招致的失真。到了六十年代末，大功率的PNP硅管商品化的时候，互补对称电路得到了广泛应用。元器件的进步使晶体管功率放大器技术指标产生了质的飞跃，在主观音质评价方面，也改变了过去人们对晶体管功放的看法。

1.2 本文研究内容
根据任务书内容进行描述
1.分析设计要求，明确性能指标。必须仔细分析课题要求、性能、指标及应用环境等，广开思路，构思出各种总体方案，绘制结构框图。
2 .确定合理的总体方案。对各种方案进行比较，以电路的先进性、结构的繁简、成本的高低及制作的难易等方面作综合比较，并考虑器件的来源，敲定可行方案。
3 .设计各单元电路。总体方案化整为零，分解成若干子系统或单元电路，逐个设计。
4.组成系统。在一定幅面的图纸上合理布局，通常是按信号的流向，采用左进右出的规律摆放各电路，并标出必要的说明。

第2章 OCL音频功率放大电路设计
2.1 OCL音频功率放大器总体设计方案
方案一
本设计的电源通过变压器变为25V交流电，经过整流滤波得到31V的直流电，同时直流电再经三端集成稳压电路输出正负15V,供应前置放大电路和功率放大电路使用。再用OCL功率放大、音频INPUT音频输出组成。本方案符合设计要求，但是结构复杂不易操作，且不经济实用。如图1所示

音频INPUT
OCL功放
音频输出

稳压电源

图-1
方案二
电源与设计方案一相同。前置放大电路采用通用型低功耗集成运放LM324D，功率放大部分，Q1和Q2组成互补输出级。Q1和Q2分别使用2N5551和2N2950，D1D2克服交越失真，从而更好地进行信号放大。本方案符合设计要求，思路清晰，结构简单，容易制作，实用性强。因此我选择方案二。

+15v
直流 稳压 电 源
功率 放大 电 路
前置 放大 电 路
+15v
输入 初步 输出
~220v
市电 信号 放大
-15v
-15v
2.2 具体电路设计
2.2.1 直流稳压电源电路设计
稳压电路
滤波电路
整流电路
电源变压器

电源变压器 由于所需的直流电压比电网的交流电压相差较大，因此常利用电源变压器降压得到合适的交流电压进行转换。
整流电路 利用二极管具有单向导电性，将正负交替的正弦交流电压整流成单方向的脉动电压。本电路中采用四个二极管(IN4007)将电压器次级交流电压变成单向直流电压，它包含直流成分和许多谐波成分。
滤波电路 滤波电路的作用是利用储能元件滤去直流电压中的交流成分，使输出电压趋于平滑，采用电容滤波成本低，输出电压平均值较高，但带载能力差，适用于负载电流较小且在变化不大的场合。
稳压电路 稳压电路的作用使输入电压或负载在一定范围内变化时，保证输出电压稳定。对要求不高的小功率电路，可采用并联型硅稳压管稳定电路。
如图2所示为直流稳压电源。

如图-2 直流稳压电源

2.2.2 前置放大电路设计
如图3所示， 前置放大电路为反向比例放大电路，由运放LM324D和电阻R1、R2组成，通用型低功耗集成四运放LM324内含4个独立的高增益、频率补偿的运算放大器，既可接单电源使用，也可接双电源使用，驱动功耗低，可与TTL逻辑电路相容。前端放大功能是完成小信号的电压放大任务、提高信噪比，其失真度和噪声对系统的影响最大，是应该优先考虑的指标。电容可以滤出直流信号对电路放大增益的影响，放大交流有用信号，通过调节R1、R2可以改变电压增益。

如图-3 前置放大电路
2.2.3 功率放大电路设计
如图4所示，功率放大器运用了甲乙类双电源互补对称电路，二极管D1、D2为三极管提供门槛电压从而克服因达不到门槛电压而引起的交越失真，R4和R5使，电路对称Q1和Q2组成互补输出级。，静态时，在D1和D2上产生的压降为Q1和Q2提供了一个适当的偏压，使之处于导通状态。有信号时，由于电路工作在甲乙类，即使Vi很小，也能进行放大。

图-4 功率放大电路

2.3 元器件型号选择
直流稳压电源
交流电源 220V 电桥D1(D1-D8）DN5402 电容C1、C2 0.1uF 电容C3、C4 0.33uF 电解电容C5、C6、C7、C8 2200UF/35V 电阻R1、R2 1000欧姆/1W 二极管D9、D10 2CP10 运放U1 LM7824 运放U2 LM7924 电解电容C9、C10 10uF
前置放大电路
电阻R1 1000O欧姆 电阻R2 100000欧姆 电阻R3 3000欧姆 电容C1470mF、C2 120mF 运放U1 DM324D
功率放大电路
电阻R4 100欧姆 电阻R5 10O欧姆 电阻R6 8欧姆 二极管D1、D2 1N3903 电容C3 2.2Mf 三极管Q1 2N5551 三极管Q2 2N2905

2.4 EWB仿真、数据分析
总体电路如图5所示，对于基本的OCL音频功率放大电路来说，若考虑晶体管间的开启电压，则当输入的电压的数值小于开启电压时，二极管均处于截止状态，输出电压为0，只有当输入电压大于开启电压时，二级管材导通，他们的积极电流失真，为了消除交越失真，应当设置合适的静态工作点，使两只晶体管均工作在临界导通或微导通状态。

如图-5 OCL音频功率放大器总体电路图

功率放大电路最重要的技术指标是电路的最大输出功率及效率。为了求解最大输出功率，首先求出负载上能够得到的最大输出电压幅值。当输入电压足够大，且又不产生饱和失真时电路的图解分析如图6、7所示。事实上即使不画出图来，也能得到同样的结论。可以想象，若输出功率最大，则在正弦波信号的正半周，输入电压逐渐增大时，输出电压随之逐渐增大，管子压降必然逐渐减小，当管压降逐渐下降到饱和管压降时，输出电压达到最大幅值，其值为 ，因此最大不失真输出电压的有效值

最大输出功率

在忽略积极回路电流的情况下，电源提供的电流

电源在负载获得最大交流功率时所消耗的平均功率等于其平均电流与电源电压之积，其表达式为

图-6 前置放大电路仿真

图-7 功率放大仿真

整理后可得到

在理想情况下，

第3章 课程设计总结
课程设计完成之后，我进行了反复思考，重新将自己的设计仔仔细细看了几遍，同时也把同学的设计借来观摩了一番。在进行对比和分析之后又有很多不同的感想。万事开头难，记得我刚开始时就像一只无头的苍蝇，去图书馆借来了大量的书籍，在网上搜索资料，但是一天过去了还是一点头绪都没有，不知从何开始，后来我参照书本或者网上的例子进行，甚至就是按照它的步骤再做一遍。当然在初学阶段这未必不可以，这样做可以让我熟悉软件的操作环境，了解设计方法和步骤，更加深刻理解基本概念。充分了解之后，我觉得就应该抛开例子，完全按照自己的思路独立进行，虽然这样可能会在设计中碰到很多的困难问题，但是这样能让我学到更多，而且在解决遇到的问题时会更加引发自己的思考，说不上创新，但可能会有新意产生，不管怎样这也将是自己创造出来的东西了。在这方面我做的也不是很好，所以设计之后再回想一下，里面自己的东西很少，这也是以后需要改进的地方。这一点我想在任何一门课程的学习，在今后任何一行工作都是很重要的。如果没有探索性，我们只会走着前人走过的路，踩着前人踏过的脚印。
在这这个设计过程中，探索性主要可以体现在下面几个方面。一个是绘图所用的软件EWB，因为这个软件我在之前没有接触过，所以得通过自己去学习学习这个软件也是通过网上的资料及图书馆的信息，在学习中遇到了很多的困难，但是通过自己坚持不懈的努力，最终都一一克服了，使用过程中我也深有体会， EWB，功能很强大，基本上能满足我在设计中的任何要求。还有设计时所采用的公式，每个设计书上基本都有较为成熟的公式让我们参考。但它们不一定就是最好的，我们也可以到图书馆到网上去查阅更多的资料，比如在进行电路参数计算时我就发现书本的公式好象可能有印刷错误，在不能确定的前提下我去图书馆查阅资料，发现好几本参考书上计算参数时都是采用另一个公式，于是我暂时先采用这个公式，计算出数据后进行仿真，发现近似性很好，能满足设计指标。第三点，在整个设计过程中都会有很多的计算，如果靠笔算会很麻烦也不能保证准确性。这个时候我们就可以把以前学的本领用出来了VC、matlab都是很好的工具，利用它们编写一些小工具进行计算，大大方便了我们的设计，减少了设计中的机械性，何乐而不为呢？没有探索就没有创新，没有创新很可能就会被淘汰，在今后的学习和设计中，我也会更加注重这方面的锻炼和培养，希望会有所进步。在每次的课程设计中，遇到问题，最好的办法就是问别人，因为每个人掌握情况不一样，不可能做到处处都懂，发挥群众的力量，复杂的事情就会变得很简单。这一点我深有体会，在很多时候，我遇到的困难或许别人之前就已遇到，向他们请教远比自己在那冥思苦想来得快。
我的设计缺少系统性，在整个设计过程中探索性也不够。不过这毕竟是初次设计，我兴趣比较浓，积极性也挺高的，所以也做的比较早，而且设计的最后仿真结果都还不错，所以我给自己定位在良好偏上，以后还需要多学习多交流多研究，我相信我会有更大的进步。

参考文献
[1] 康华光主编.电子技术基础（模拟部分）.第五版.北京：高等教育出版社,2005.
[2] 华成英主编.模拟电子技术基本教程. 北京：清华大学出版社，2009.8.
[3] 李杰等编著.电子技术基础.北京：清华大学出版社，2008.
[4] 郑家龙主编.集成电子技术基础教程. 北京：高等教育出版社,2002.
[5] Altera 可编程逻辑器件及其应用.刘宝琴，译，北京：清华大学出版社，2004.
[6] 陈汝全主编，电子技术常用器件应用手册，北京理工大学出版社，1991.

元器件清单
元器件名称
参数
元器件名称
参数
电解电容
120mF （1个）
三极管
2N5551（1个）
电解电容
470mF （1个）
三极管
2N2905（1个/
电解电容
2.2mF （4个）
二极管
1N4001 （2个）
电解电容
10μF（2个）
二极管
1N3903 （2个）
电容
1B4B42 (2个)
变压器
NLT-PQ4-10（2个
电容
0.33uF （2个）
电桥
1B4B42（2个）
电容
100μF （2个）
运放
LM324D（1个）
电容
2.2mF（1个）
电阻
8Ω（1个）
电阻
100kΩ （1个）
电阻
10OΩ （2个
电阻
3kΩ （2个）
电阻
1KΩ （2个）

14