资源预览内容
第1页 / 共22页
第2页 / 共22页
第3页 / 共22页
第4页 / 共22页
第5页 / 共22页
第6页 / 共22页
第7页 / 共22页
第8页 / 共22页
第9页 / 共22页
第10页 / 共22页
亲,该文档总共22页,到这儿已超出免费预览范围,如果喜欢就下载吧!
资源描述
- 1 - 模拟电路课程设计 题目:OCL 功率放大器 学院:信息学院 专业:自动化 班级学号: 学生姓名: 指导教师; - 2 - 目录目录 一、课程设计任务及要求一、课程设计任务及要求- 3 - 1、设计目的- 3 - 2、设计指标- 3 - 3、设计要求- 4 - 4、制作要求- 4 - 5、OCL 功率放大器各单元具体电路设计。- 4 - 6、完成整体电路设计及论证。 - 5 - 7、编写设计报告- 5 - 二、总体方案设计二、总体方案设计.- 5 - 1、设计思路- 5 - 2、OCL 功放各级的作用和电路结构特征 .- 7 - 三、单元电路的选择与设计三、单元电路的选择与设计- 8 - 1、设计方案- 8 - 2、确定工作电压- 8 - 3、功率输出级的设计- 9 - 方案设计电路图方案设计电路图.- 11 - 各单元电路设计、参数计算和元器件选择:.- 12 - 四、总电路图及其工作原理四、总电路图及其工作原理- 13 - 工作原理:- 15 - 五、功率放大五、功率放大器器元件参数计算元件参数计算 - 16 - 1.确定电源电压- 16 - 2.功率输出级计算- 17 - 3. 推动级的计算- 20 - 4 元件明细表 - 21 - 六、总结六、总结- 21 - 参考文献:参考文献: - 23 - - 3 - 一、课程设计任务及要求 1、设计目的 学习OCL功率放大器的设计方法 了解集成功率放大器内部电路工作原理 根据设计要求,完成对OCL功率放大器的设计,进一步 加强对模拟电子技术的了解 采用集成运放与晶体管原件设计OCL功率放大器 培养实践技能,提高分析和解决实际问题的能力 2、设计指标 频率响应:50Hzf20KHz 额定输出功率:Po=8W 负载电阻:RL=8 非线性失真尽量小 输入信号:Ui=100mv - 4 - 3、设计要求 (1)进行方案论证及方案比较 (2)分析电路的组成及工作原理 (3)进行单元电路设计计算 (4)画整机电路图 (5)写出元件明细表 (6)小结和讨论 (7)写出对本设计的心得体会 分析设计要求,明确性能指标;查阅资料、设计方案 分析对比。 4、制作要求 论证并确定合理的总体设计方案,绘制结构框图。 5、OCL功率放大器各单元具体电路设计。 总体方案分解成若干子系统或单元电路,逐个设计, 计算电路元件参数;分析工作性能。 - 5 - 6、完成整体电路设计及论证。 7、编写设计报告 写出设计与制作的全过程,附上有关资料和图纸, 有心得体会。 二、总体方案设计 1、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。放大电路实质 上都是能量转换电路。从能量控制的观点来看,功率 放大电路和电压放大电路没有本质的区别。但是,功 率放大电路和电压放大电路所要完成的任务是不同的。 对电压放大电路的主要要求是使其输出端得到不失真 的电压信号,讨论的主要指标是电压增益,输入和输 出阻抗等,输出的功率并不一定大。而功率放大电路 则不同,它主要要求获得一定的不失真(或失真较小) - 6 - 的输出功率。OCL 功率放大器是一种一种直接耦合的 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。 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。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 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。为了培养学生的设计能力,本课题主要采 用分立元件电路进行设计。 - 7 - 2、OCL 功放各级的作用和电路结构特征 输入级:主要作用是抑制零点漂移,保证电路工作 稳定,同时 对前级(音调控制级)送来的信号作用低 失真,低噪声放大。为此,采用带恒流源的,由复合 管组成的差动放大电路,且设置的静态偏置电流较小。 推动级作用是获得足够高的电压放大倍数,以及为 输出级提供足够大的驱动电流,为此,可采带集电极 有源负载的共射放大电路,其静态偏置电流比输入级 要大。 输出级的作用是给负载提供足够大的输出信号功率, 可采用有复合管构成的甲乙类互补对称功放或准互补 功放电路。 此外,还应考虑为稳定静态工作点须设置交流负 反馈电路,为稳定电压放大倍数和改善电路性能须设 置交流负反馈电路,以及过流保护电路等。电路设计 时各级应设置合适的静态工作点,在组装完毕后须进 - 8 - 行静态和动态测试,在波形不失真的情况下,使输出 功率最大。动态测试时,要注意消振和接好保险丝, 以防损坏元器件。 三、单元电路的选择与设计 1、设计方案 利用三极管的电流控制作用或场效应管的电压控 制作用将电源的功率转换为按照输入信号变化的电流。 因为声音是不同振幅和不同频率的波,即交流信号电 流,三极管的集电极电流永远是基极电流的倍, 是三极管的交流放大倍数,应用这一点,若将小信号 注入基极,则集电极流过的电流会等于基极电流的 倍,然后将这个信号用隔直电容隔离出来,就得到了 电流(或电压)是原先的倍的大信号,这现象成为三 极管的放大作用。经过不断的电流及电压放大,就完 成了功率放大。 - 9 - 2、确定工作电压 为了达到输出功率 10W 的设计要求,同时使电路 安全可靠地工作,电路的最大输出功率 P应比设计 om 指标大些,一般取 P(1.52)P 。即本设计中 omo 电路的最大输出功率应按 68W 来考虑。 由于是 P=U OM L R2 1 2 OM 因此,最大输出电压为 U= OMLOM RP2 考虑到输出功率管 V2,V4的饱和压降和发射极电 阻 R10,R11的压降,电源电压常取 V=(1.21.5)U CCOM 3、功率输出级的设计 输出功率管的选择 输出功率管 V4,V6为同类型的 NPN 型大功率管, 其承受的最大反向电压U2V,每个管的最大 maxCE CC 集电极电流为IV/R14+R,每个管的最大 maxCM CCL - 10 - 集电极功耗为P0.2P。 maxCOM 复合管的选择 V1,V3 分别与 V2,V4 组成复合管,它们承受的最大 电压均为 2 V,考虑到 R7,R8 的分流作用和晶体管的 CC 损耗,在估算 V1,V3 的集电极最大电流和最大管耗时, 可近似为 I= I(1.11.5) maxCmaxC 2 max C I P=P(1.11.5) maxCmaxC 2 max C P 电阻 R6-R11的估算 R7,R8用来减小复合管的穿透电流,其值太小会影响 复合管的稳定性,太 大又会影响输出功率,一般取 R7=R8=(5-10)Ri2。Ri2为 V2管输入端的等效输入电阻, 其大小为 Ri2=r+(1+)R10(大功率管的 r 约为 2be 10 欧)输出管 V2,V4的发射极电阻 R10,R11用于获得 电流负反馈作用,使电路工作更加稳定,一般取 R10=R11=(0.050.1)R 。 L 由于 V1,V3管的类型不同,接法也不一样,因此 - 11 - 两管的输入阻抗不一样,会使加到 V1,V3的基极输入 端的信号不对称。为此,加 R6,R9作为平衡电阻,使 两管的输入电阻相等。 确定偏置电路 为了克服交越失真,二极管 V8,V9和 R7,R8共同 组成输出级的偏置电路,以使输出级工作于甲乙类状 态。其中 V8,V9选择与复合管 V4,V5相同材料的硅二 极管,可获得较好的的温度补偿作用。 方案设计电路图 - 12 - 集成运放放大器与晶体管组成的功率放大器 图一 各单元电路设计、参数计算和元器件选择: 元器件清单:电阻: R1=4.7K; R2=4.3K; R3=47K; R7=6.8K; - 13 - R8=1K(电位器): R9=10K; R10=22; R11=220; R12=22; R13=220; R14=0.5; R16=8; 电容: C1=C2=10F; C4=C5=220F; C6=C7=0.01F 四、总电路图及其工作原理 - 14 - - 15 - 工作原理: 1用差分放大输入级抑制零漂,如前所述,为了 使 R 在静态时没有直流电流通过,即 A 点的静态直流 L 电位为零,所以采用正,负对称的两个小电源 (+V,-V) 。但是温度的变化又会引起零漂,所以 CCCC 应采用差分放大器作为输入级,用它来抑制 A 点电位 因受温度等因素影响而产生的零漂。 2其他元器件的作用。V3管为激励级,它把 V1管 输出信号再进行一次放大后去推动功率输出级的功放 管工作,故该级又称为推动级。C5 是高频负反馈电容, 防止 V3高频自激。 3R7,V8,V9为功放管提供静态偏置,防止交越 失真,把 V4,V5基极直流电信分开,并利用 V8,V9补 偿功放管的温度特性,以稳定功放管的基极偏流。 4R5,C3,R6组成电压串联负反馈电路。C3对低 频信号短路,分压比 R6/(R5+R6)为反馈系数,R6越大, 反馈量越大,反馈越强。分压比适当则既可减小信号 非线性失真,又不致造成放大器增益下降太多。 - 16 - 5R16,C6称中和电路,防止由于感性负载而引起 高频自激。 6R4,C2是差动放大器的电源滤波电路。 7C4称自举电容,用来提高功率输出级的增益。 由图可知,当输入信号 U1为正半周时,经 V1,V2 和 V3次放大并反相,u 也为正半周,则 V4,V6复合管 3c 导通,信号放大后经 R14,R ,地,+V返回 V4,V6形 LCC 成回路,在负载 R 上有放大了的正半周电流 i1通过, L 其方向如图中的实线所示。同理可知负半周上的 i2通 过,如图中虚线所示。这样轮流推挽工作,在 R 上就 L 获得功率放大后的完整信号。 五、功率放大器元件参数计算 1.确定电源电压 电源电压的高低决定着输出电压的大小。 为了保证电路安全可靠地工作,通常是电路的最大 输出功率 Pom要比额定输出功率 P0大一些,一般取 Pom=(1.5 到 2)P0。故 - 17 - Pom=1.88=14.4 W 所以,最大输出电压 Uom应该根据 Pom来计算,即, Uom=2PomRL=214.48=15.2V 考虑到管子的饱和压降以及发射极限流电阻的压降 作用,电源电压 Vcc必须大于 Uom,数量关系为 Vcc=1/Uom=1/0.715.2=22V 式中:电源利用系数,一般取 =0.6 到 0.8. 在确定了各级电压增益和电源电压以后就可以进 行电路中各级的估算,通常需按照由后级向前级的顺 序进行设计。 2.功率输出级计算 (1)选择大功率管 准互补对称功放级四只管子中的 T4、T5是大功率管, 要根据集体管的三个极限参数来选取。 第一章管子承受的最大反向电压为 UCEM 2VCC 44V. 第二章每管最大集电极电流为 IcmVCC/RL 2.75A 第三章单管最大集电极功耗为 PCM 0.2POM - 18 - 2.88W 然后就可以根据这些极限参数选取功率管,使选取 的功率管极限参数满足 BUCEO UCEM ICM Icm PCM Pcm 因此,选 T4,T5 管的型号分别为 3AD18A 和 3AD18C。 注意:应选取两功放管参数
网站客服QQ:2055934822
金锄头文库版权所有
经营许可证:蜀ICP备13022795号 | 川公网安备 51140202000112号