江苏大学模拟电子技术课程设计.doc

模拟电路课程设计

所属学院：计算机科学与通信工程学院
指导老师：唐平
同组成员：
完成时间：2011年1月12日

目 录
一、引言……………………………………………………………..（3）
二、设计目的………………………………………………………...（3）
三、设计任务、技术指标和要求…………………………………....（3）
四、设计方案选择与论证………………………………………..….（4）
五、总体电路的原理和功能框图（方案比较和说明）………......（7）
六、功能块及单元电路的设计与主要参数计算，元器件选择和电路参 数计算的说明等……………………………………….….………....（9）
七、全部元器件、型号清单……………………………………….....（10）
八、仿真过程波形和结果……………………………………….....（11）
九、课程设计体会和收获…..…………..……………………….....（12）
十、参考文献……….…………………………………………….....（13）

课程题目：OCL功率放大器
一、引言
OCL功率放大器是一种直接耦合的功率放大器，它具有频响宽、保真度高、动态特性好及易于集成化等特点。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。
二、设计目的
1．学习基本理论在实践中综合运用的初步经验，掌握模拟电路设计的基本方法、设计步骤，培养综合设计与调试能力。
2．学会OCL音频功率放大器的设计方法和性能指标测试方法。
3．培养实践技能，提高分析和解决实际问题的能力。
三、设计任务、技术指标和要求
设计任务：
利用运放、三极管等搭建基本的OCL功率放大电路，为解决正向传输小于负向传输的问题，采取两种方式：加入自举电路、加入有源负载搭建电路。
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.设计放大器所需的直流稳压电源。
3.使用EDA仿真软件进行设计。
设计参数指标：
1、采用全部或部分分立元件（末级必须用分立元件）设计一OCL音频功率放大器；
2、额定输出功率Po≥10W；
3、负载阻抗RL=8Ω；
4、失真度γ≤3%；
5、5.3dB带宽20∽30KHz；
6、输入灵敏度不低于150mV。
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。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。
4.仿真调试及测量结果。
设计意义：
熟练掌握二极管、三极管、电阻、电容、电位器等器件的测试判断以及参数的查阅与运用。通过OCL功放电路的制作，熟悉OCL功放的工作原理掌握电子产品的制作和调试方法，提高实践动手能力，培养工程实践观念。
四、设计方案选择与论证
1.OCL互补对称电路特点：
1） 双电源供电;
2） 输出端不加隔直电容。C的作用：隔直通交；储存电能，代替一个电源。OCL全对称功率放大器要求中点电压接近0V，当制作功放调试时中点电压不为OV时，就需要调整，由于OCL功放是全对称电路，所以电路中元器件参数也要求完全对称，如果元器件参数不对称，功放输出中点电压会超过规定幅度，例如大于200mV，此时就需要对功放中点电压进行调整，调整时主要更换输入差分电路三极管，输入差分电路某一只三极管和别的三极管参数差别较大，会引起功放输出的中点直流电压较大，此时需要逐个更换差分三极管，每更换一只差分电路三极管就测试一下中点电压，当中点电压比较小时，就不需更换了，另外需对整个电路的对称性检查，差分以后电路参数不对称也需更换，制作功放时，电阻最好选择金属膜电阻，要求精度在5%以内，最好为精度1%，差分电路三极管选择差分电路专用三极管而不是普通三极管。
2.静态分析
如图2-1所示：静态时，ui = 0V， T1、T2均不工作uo = 0VUce1=+Vcc， Uce2=－Vcc
3.动态分析

图2-1 OCL电路   图2-2 消除交越失真的OCL电路
ui>0,T1导通T2截止，iL=iC1,RL上得到上正下负的电压；
ui<0,T1截止T2导通，iL=iC2,RL上得到上负下正的电压。
设三极管T1、T2特性曲线对称，则Icm1=Icm2=Icm, Ucem1=|Ucem2|=Ucem,则
集电极最大输出电压为 Ucem=Vcc－UCES
集电极最大输出电流为 Icem=（Vcc－UCES)/RL
每个三极管的最大功耗：PTm=0.2Pom
优点：电路省掉大电容，改善了低频响应，又有利于实现集成化。
缺点：三极管发射极直接连到负载电阻上，若静态工作点失调或电路内元器件损坏，将造成一个较大的电流长时间流过负载，造成电路损坏。实际使用的电路中常常在负载回路接入熔断丝作为保护措施
为了解决正向传输小于负向传输的问题，可以采取两种方式：加入自举电路和加入有源负载搭建电路。
方案一、加入自举电路
电路图2-3所示，C3称为自举电容，和R7共同组成了自举电路（Bootstrap Circuit）， 可以解决正向传输小于负向传输的问题。

图2-3
方案二、加入有源负载
电路图2-4所示，接入恒流源，也可以解决正向传输小于负向传输的问题。

图2-4
五、 总体电路的原理和功能框图（方案比较和说明）
初步放大
前置放大电 路
功率放大电路
输出信号

输入信号

设计思路：要求设计一个采用集成元件的电路其中额定功率要大于10W，负载阻抗=8Ω，利用课本上相关知识点来计算。5.3dB宽带20—30KHZ这里我们利用所学的有源带通滤波电路中计算中心频率，品质因素。调节R5和R2构成的负反馈回路，使电路的闭环增益为5.3DB。

图3-1 加自举电路的OCL放大器仿真图

图3-2加有源负载的OCL放大器仿真图
2．仿真分析：仿真电路图如图3-1，3-2 所示。仿真电路图3-1仿真波形如图3-3，仿真电路图3-2仿真波形如图3-4所示。

图3-3加自举电路的仿真波形

图3-4加有源负载的仿真波形

通过两者的实验论证及综合比较，选用带自举电路的OCL电路比较好，电路图如图3-1所示。
六、功能块及单元电路的设计与主要参数计算，元器件选择和电路参数计算的说明等
电路中，R8和C2是运放的电源滤波电路；D1,D2是Q1和Q2的静态偏置二极管, R4是偏置电阻，用于调整复合管的微导通状态；C3和R7构成自举电路可以解决电阻R3所带来的影响（如图3-1所示），也可以通过加入有源负载，如加入一恒流源I1（如图3-2所示）；R8、R9构成平衡电阻；R10和R11可减少复合管的穿透电流，提高电路的稳定性；Q1、Q3以及Q2、Q4构成复合管；±VCC为直流稳压电源产生的±16V直流电。

则电路的闭环增益为：
品质因素：
则带宽：
七、全部元器件、型号清单
元件序号
型号
主要参数
数量
备注
1
R1
127Ω
1

2
R2
12kΩ
1

3
R3
2kΩ
1

4
R4
143Ω
1

5
R5
22kΩ
1

6
R6
2kΩ
1

7
R7
470Ω
1

8
R8
610Ω
1

9
R9
100mΩ
1

10
R10
510Ω
1

11
R11
100mΩ
1

12
R12
20Ω
1

13
Q1
2N3904
1
TO-92
14
Q2
2N3904
1
TO-92
15
Q3
2N3906
1
TO-92
16
Q4
2N3904
1
TO-92
17
C1
9uF
1

18
C2
100uF
1

19
C3
100uF
1

20
VDD
16V
1

21
VCC
-16V
1

22
V1
0.46V 1KHz
1

23
D1
1N4148
1
DO-35
24
D2
1N4148
1
DO-35
25
U1
741-DIV
1
DIP-8

八、仿真过程波形和结果
1．调试过程描述
仿真时，两个电容取值分别为9uF和100uF，可以使下限频率更低。在MultiSIM10中进行仿真，电路图参数如图所示。仿真时，适当调整R4（兼顾输去波形的交越失真与放大器的功率，比如R4=143Ω，同时在Q3的发射极上串入10Ω的平衡电阻），在输入端加入电压幅值为0.42V，频率为1KHz的正弦信号，测得输出信号电压幅值为8.8V，波形失真度为0.0220﹪，电源提供电流为359mA，放大电路的下限频率约为2.6Hz, 上限频率约为38KHz。由此可得电源提供功率为8.62W，负载消耗功率为4.84W，功率放大器的效率为56.1﹪，放大器的电压放大倍数为20.95，其带宽约为38KHz，符合设计要求。
交越失真 调整R4为较小值时（比如R4=10Ω）远放输出端的电压波形如图所示，而功放的输出波形如图所示。说明功放部分已出现交越失真。由于电路的整体负反馈作用，使运放输出信号波形恰好与功放部分的交越失真波形相反，起相抵作用，从而使功放输出波形趋于正常。为了使运放输出不是真，通过调整R4，比如R4=143Ω，此时输出管的集电极电流为1.25mA，处于甲乙类状态，既保证交越失真最小，同时功放部分的效率较高。
2．仿真结果与实测数据进行对照
1）仿真电路中输入音频信号用函数发生器代替频率1000Hz振幅0.46v
2）当输入为正弦信号时输入输出波形如图2-3所示：

图2-3正弦波测试波形
当R5为80%时仿真测得输入功率为9.556mW，输出功率为5.086W，功率放大倍数为532.23，波形没有失真。
3）当输入为三角波信号时输入输出波形如图2-4所示：

图2-4三角波测试波形
当R5为80%时仿真测得输入功率为6.306mW，输出功率为5.086W，功率放大倍数为806.53，波形没有失真。
4）当输入为三角波信号时输入输出波形如图2-5所示：

图2-5方波测试波形
当R5为80%时仿真测得输入功率为18.998mW，输出功率为5.079W，功率放大倍数为267.34，波形没有失真。
通过对加自举电路的OCL功率放大电路和加入有源负载的OCL功率放大电路的仿真和调试，可以知道OCL功率放大电路处于甲乙类状态，既保证交越失真最小，同时功放部分的效率较高，在理想状态下可以达到78.5%；再加入加自举电路或加入有源负载，解决了正向传输小于负向传输的问题；且总谐波失真只有0.374%左右，非常理想；信号噪声失真在45.833dB左右。
九、课程设计体会和收获
造成本次电路设计很难成功的一个主要因素是细心，不管在选用器材方面还是在调试方面，都要做到仔细认真。OCL功放电路设计也比较成功基本上达到题目要求，并且测试了三种波形均无失真现象，用在音响放大电路中很好，电路比较简单，成本比较低，效果也比较好。
通过这次课程设计我对模拟电子技术有了更进一步的熟悉和了解，实际操作起来很困难，要将实际和理论联系起来需要不断的下功夫，它和课本上的知识有很大联系，但又高于课本，一个看似很简单的电路，要动手把它设计出来就比较困难了，因为是设计要求我们在以后的学习中注意这一点，要把课本上所学到的知识和实际联系起来，同时通过本次电路的设计，不但巩固了所学知识，也使我们把理论与实践从真正意义上结合起来，增强了学习的兴趣，考验了我们借助互联网络搜集、查阅相关文献资料，和组织材料的综合能力。
通过这两个礼拜地设计实习，让我真正理解了书本上知识，也让我知道我们课本上的知识在实际中怎么应用，理论联系实践，相互关系。通过此次设计，我对理论知识的学习有了很大的兴趣，现在我可以主动的去学习，我明白自己该学习那个方面，重点是什么？我也掌握的了在理论中遇到问题，应该怎样去解决，在实际中遇到迷团应该怎样去检查调试。
十、参考文献
[1] 模拟电子技术基础·成立，杨建宁主编·南京：东南大学出版社 2006
[2] 模拟电子技术实验教程·严雪萍，蒋彦主编·北京：化学工业出版社 2008
[3] 实用电工电子技术手册·实用电子技术手册编委会·北京：机械工业出版社 2003
[4] 全国大学生电子设计竞赛获奖作品精选·全国大学生电子设计大赛组委会·北京：北京理工大学出版社 2003.3
[5] 电子元器件与实用电路基础·韩广兴·电子工业出版社
[6] 电子技术常用器件应用手册·陈汝全·北京：机械工业出版社 1994

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