OCL功率放大电路课程设计(数电).doc

OCL功率放大电路课程设计(数电)

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《电子电路课程设计》说明书

题 目：

姓名/学号：
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班 级：

指导教师:
闫改珍、张平娟 职称: 讲师

2012 年 6月1日

……………………………….OCL功率放大电路的设计………………………….

目录
1。1设计要求………………………………………………………………。( 3 )
1。1。1系统功能………………………………………………………( 3 ）
1.1.2性能指标………………………………………………………（ 3 ）
1。2系统设计………………………………………………………………
3 ）设计目的………………………………………………………（ 3 )
1.1.1 设计思路………………………………………………………（ 4 ）
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Output Capacitor Less 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
元器件名称
元器件参数
电桥D1(D1～D4）
IN5402×4
电容C1
0.1 μF
电桥D2（D5~D8）
IN5402×4
电容C2
0.1 μF
电阻R1
1 KΩ/1W
电容C3
0.33 μF
电阻R2
1 KΩ/1W
电容C4
0。33 μF
二极管D9
2CP10
电解电容C5
2200 μF /35V
二极管D10
2CP10
电解电容C6
2200 μF /35V
运放U1
LM7824
电解电容C7
2200 μF /35V
运放U2
LM7924
电解电容C8
2200 μF /35V
电解电容C9
10 μF
电解电容C10
10 μF
前置放大级部分：
元器件名称
元器件参数
元器件名称
元器件参数
电阻R0
2。5 kΩ
电容C1
10 μF
电阻R1
100 Ω
电容C2
0.1 μF
电阻R3
150 Ω
电容C3
0.1 μF
电阻Rf
76 kΩ
电解电容C4
1 μF
滑动变阻器Rw
1 kΩ
电解电容C5
47 μF
运放U1
NE5532
电解电容C6
10 μF
电阻R4×2
4 Ω
电解电容C7
10 μF
电阻R5×2
20 Ω

功率放大器部分：
元器件名称

元器件参数
元器件名称
元器件参数
电阻R1
27 kΩ
电容C1
10 μF
电阻R2
1.5 kΩ
电解电容C2
100 μF
电阻R3
15 kΩ
电解电容C3
30 μF
电阻R4
3 kΩ
电容C4
20 pF
电阻R5
1 kΩ
电容C5
51 pF
电阻R6
27 kΩ
电解电容C6
200 μF
滑动变阻器R7
1 kΩ
电解电容C7
1 μF
电阻R8
12 kΩ
电解电容C8
1 μF
电阻R9
510 Ω
电容C9
0.01 μF
电阻R10
15 Ω
三极管VT1
3DG6
电阻R11
150 Ω
三极管VT2
3DG6
电阻R12
15 Ω
三极管VT3
3CG120B
电阻R13
150 Ω
三极管VT4
3DG170H
电阻R14
30 Ω
三极管VT5
3CK9D
二极管VD1
2CP10
三极管VT6
3DD63C
保险丝
限流1mA
三极管VT7
3DD63C
扬声器
8 Ω

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.