OCL音頻功率放大器課程設計報告

1、課 程 設 計 報 告 書 專 用 紙淮 海 工 學 院課程設計報告書 題 目： 光電子元器件認知、制作 與設計（二）模擬電子 技術課程設計 學 院： 理學院 專 業(yè)： 光信息科學與技術 班 級： 姓 名： 學 號： 2013年 12 月 20 日目錄1 緒論32 設計的目的和要求：33 重要元器件的參考資料33.1 UA741集成運放33.2 三極管43.3 電容43.4 信號源54 OCL系統(tǒng)工作原理54.1 電路圖54.2 OCL互補對稱電路特點64.3 靜態(tài)分析64.4 動態(tài)分析64.5 復合三極管74.6 OCL電路的優(yōu)缺點75 元器件清單86 電路仿真測試86.1 仿真信號86.2

2、 電路圖86.3 調節(jié)放大倍數(shù)96.4 總諧波失真106.5 擴展OTL音頻功率放大器電路107 焊接與調試117.1 插面包板117.2 焊接電路127.3 電路測試127.5 電路板優(yōu)化137.6 制作正負直流電源137.7 最后成品147.8 參加光電設計大賽148 出現(xiàn)的問題及解決158.1 入手158.2 仿真158.3 焊接159 總結報告1610 參考文獻17評語181 緒論OCL功率放大電路是一種能量轉換電路, 要求在失真許可的范圍內, 高效地為負載提供盡可能大的功率, 功放管的工作電流、電壓的變化范圍很大, 那么三極管 常常是

3、工作在大信號狀態(tài)下或接近極限運用狀態(tài), 有甲類、乙類、甲乙類等各種工作方式。為了提高效率,將放大電路做成推挽式電路, 功放管的工作狀態(tài)設置 為乙類, 以減小交越失真。常見的音頻功放電路在連接形式上主要有雙電源互補推挽功率放大器OCL (無輸出電容)、單電源互補推挽功率放大器OTL (無輸出變壓器)、平衡(橋式) 無變壓器功率放大器BTL等。由于功放管承受大電流、高電壓, 因此功放管的保護問題和散熱問題必須重視。功率放大器可以由分立元件組成, 也可由集成電路實現(xiàn)。本課題主要設計一個OCL功率放大器，來滿足設

4、計要求。另外擴展OTL電路，OTL功率放大器，它具有非線性失真小，頻率響應寬，電路性能指標較高等優(yōu)點，也是目前OTL電路在各種高保真放大器應用電路中較為廣泛采用的電路之一。2 設計的目的和要求： 2.1 設計的目的 模擬電子技術課程設計是模擬電子技術基礎課程的實踐性教學環(huán)節(jié)，通過該教學環(huán)節(jié)，要求達到以下目的： 1. 使學生進一步掌握模擬電子技術的理論知識，培養(yǎng)學生工程設計能力和綜合分析問題、解決問題的能力； 2. 使學生基本掌握常用電子電路的一般設計方法，提高電子電路的設計和實驗能力； 3. 熟悉并學會選用電子元器件，為以后從事生產和科研工作打下一定的基礎。 2.2 設計要求 1.采用全部或部

5、分分立元件設計一個OCL音頻功率放大器；末級功放分立元件。2.額定輸出功率Po不小于2W。3.失真度3%；4.工作頻率2030KHz；（輸入音頻信號為各種音頻音源的音頻線路輸出信號）5.負載阻抗：86.可使用實驗室電源。3 重要元器件的參考資料3.1 UA741集成運放圖11和5為偏置(調零端)，2為正向輸入端，3為反向輸入端，4接地，6為輸出，7接電源 8空腳3.2 三極管（1）9012 PNP 50V 500mA 600mW 低頻管 放大倍數(shù)30-90（由于multisim軟件元器庫中沒有9012，可用2SA1015代替）（2）9013 NPN 20V 625mA 500mW 低頻管 放大

6、倍數(shù)40-110（由于multisim軟件元器庫中沒有9013，可用2SC1815代替）（3）2n3055 （由于multisim軟件元器庫中沒有2n3055，可用ZTX614代替）功率30W左右電流：6A擊穿電壓：100V電流 - 集電極 (Ic)（最大）：15A電壓 - 集電極發(fā)射極擊穿（最大）：60VIb、Ic條件下的Vce飽和度（最大）：3V 3.3A, 10A電流 - 集電極截止（最大）：700A在某 Ic、Vce 時的最小直流電流增益 (hFE)：20 4A, 4V3.3 電容電容的作用：在電路設計過程中,要用電容來進行濾波.有時要用電解電容,有時要陶瓷電容.有時兩種均要用到. 電

7、解電容與陶瓷電容一般用在IC的電源與地之間,起濾波作用，陶瓷電容單獨使用去耦作用.電解電容在電路中的作用:（1）濾波作用：為了防止電路各部分供電電壓因負載變化而產生變化，所以在電源的輸出端及負載的電源輸入端一般接有數(shù)十至數(shù)百微法的電解電容.由于大容量的電解電容一般具有一定的電感，對高頻及脈沖干擾信號不能有效地濾除，故在其兩端并聯(lián)了一只容量為0.001-0.lpF的電容，以濾除高頻及脈沖干擾.（2）耦合作用：在低頻信號的傳遞與放大過程中，為防止前后兩級電路的靜態(tài)工作點相互影響，常采用電容藕合.為了防止信號中韻低頻分量損失過大，一般總采用容量較大的電解電容。3.4 信號源電腦聲卡或板載聲卡輸出電壓

8、峰峰值為2V（峰峰值就是輸出電壓的正波峰與負波峰的差值），輸出電壓有效值為0.707V一般的CD/VCD/MP3/MP4/DVD機的音頻輸出電壓為500mv-1000mv所以仿真電路中的信號源設置為700Mv,盡可能的符號實際信號的要求。4 OCL系統(tǒng)工作原理4.1 電路圖圖2電路講解：（1） 三極管T1、T3組成NPN復合管，三極管T2、T4組成PNP復合管，這兩個復合管組成準互補對稱電路。（2） R14、D1、D2的作用是在輸出級的兩個三極管T1、T2的基極之間產生一個偏壓，使靜態(tài)的輸出級的功率管中已有一個較小的集電極電流，即互補對稱輸出級工作在甲乙類狀態(tài)，目的是減小輸出波形的交越失真。（

9、3） 若出現(xiàn)交越失真，可以增大R14的阻值。（4） 注意：D1、D2極性不能接反或者R14、D1、D2開路，否則會使功率三極管電流急劇增大，可能會燒壞三極管。4.2 OCL互補對稱電路特點（1）雙電源供電（2）輸出端不加隔直電容。4.3 靜態(tài)分析靜態(tài)時，ui = 0V     T1、T2、T3、T4均不工作     uo = 0V4.4 動態(tài)分析ui>0,T1、T3導通T2、T4截止，IL=ICT3,RL上得到上正下負的電壓。ui<0,T2、T4截止T1、T3導通，IL=ICT4,R

10、L上得到上負下正的電壓。參數(shù)計算（1）、最大輸出功率 （2）、直流電源供給晶體管集電極的直流功率=11.46W（3）、OCL互補對稱電路的最大效率h =78.5%（4）、OCL互補對稱電路功放管的管耗 PT1max=0.2=0.2Pom=1.8W（5）、晶體管的選擇原則Icm=1.5A（6）T3、T4的極限參數(shù)管子的最大集電極電流 ICM=1.5A最大集射間耐壓值U(BR)CEO2VCC=24V（7）前置放大集提供給復合管基極的電流最大值 IBm=（8）開關J1、J2下?lián)?，OTL電路中，C4兩端電壓UC4=6V4.5 復合三極管因為2N3055的放大倍數(shù)小，所以要加小功率管推動。圖34.6 O

11、CL電路的優(yōu)缺點OCL音頻功率放大器優(yōu)點：電路省掉大電容，改善了低頻響應，又有利于實現(xiàn)集成化。OCL音頻功率放大器缺點：三極管發(fā)射極直接連到負載電阻上，若靜態(tài)工作點失調或電路內元器件損壞，將造成一個較大的電流長時間流過負載，造成電路損壞。實際使用的電路中常常在負載回路接入熔斷絲作為保護措施。5 元器件清單名稱型號·主要參數(shù)數(shù)量集成運放uA7411二極管1N41482三極管9012190131NPN功放2n3055功率30W左右 電流：6A擊穿電壓：100V2電容470uF1瓷片電容100nF1瓷片電容1uF2電阻11K2100224021K21821230147K1滑動變阻器4K21

12、00K1萬用板7*9CM1蜂鳴器(喇叭)16 電路仿真測試6.1 仿真信號仿真電路中輸入音頻信號用函數(shù)發(fā)生器代替頻率1kHz振幅700mV6.2 電路圖當輸入為正弦信號時輸入（紅色波線）、輸出（藍色色波線）波形如圖4所示：XSC1 紅色線為信號源輸入、藍色線為輸出XSC2 綠色線集成運放輸出、紫色線為功率管基極R15恰為37%時紫色正弦波失真 圖46.3 調節(jié)放大倍數(shù)圈住的R2、R15可以調節(jié)放大倍數(shù)，如圖5：圖56.4 總諧波失真如圖6：圖66.5 擴展OTL音頻功率放大器電路雙聯(lián)開關上撥為OCL電路雙聯(lián)開關下?lián)転镺TL電路圖7有波形可知，OCL與OTL電路放大效果一樣7 焊接與調試7.1

13、插面包板圖87.2 焊接電路圖10 圖117.3 電路測試 圖12峰峰值輸入：0.5V×2=1V 輸出：5V×4=20V放大倍數(shù)約20倍7.5 電路板優(yōu)化圖13 圖14如圖13 將多余的線去掉，接上音頻輸入輸出插口并固定，方便接入和輸出音頻信號。如圖14 將正極VCC、負極VEE以及地線改為USB母座插口，即插即用，不用再麻煩判斷，也避免了接錯的情況。如圖15 電路板背面： 圖157.6 制作正負直流電源手機充電電源制作+5V、-5V雙電源，并在輸出端配USB公頭，與電路板的USB母座相配，直流電源正極、負極、地線三線一一對應。輸入為手機充電適配器，也可更換為USB公頭，直

14、接插在電腦或者雙口移動電源上以供使用。圖167.7 最后成品圖177.8 參加光電設計大賽圖188 出現(xiàn)的問題及解決8.1 入手（1）剛開始不知道從何入手，怎么辦？解決：看課本，看課后習題，上網查資料，翻閱參考書，并查找各元器件的作用。先仿真書上的基礎電路以及別人的電路，從中尋找思路，繪出自己的電路。8.2 仿真（1）仿真軟件multisim元器庫中沒有老師提供的元器件，怎么辦？解決：尋找參數(shù)類似的元器件代替，如：三極管9012可用2SA1015代替；三極管9013可用2SC1815代替；三極管2n3055可用ZTX614代替。（2）示波器波形混在一起，分不清怎么辦？解決：更改示波器線的顏色。

15、（3）波形沒有出來，不知道怎么回事？解決：某個線沒接好，仔細檢查，發(fā)現(xiàn)問題，例如，剛開始下圖的線沒相交，檢查后發(fā)現(xiàn)并改正。8.3 焊接（1）插面包板要注意哪些事情？2區(qū)的孔橫向相鄰孔是不通的，縱向的所有孔是短路的。1區(qū)的孔和2區(qū)的孔互不想通。剛開始沒發(fā)現(xiàn)這個問題，最后才發(fā)現(xiàn)，又重連了一遍，造成了麻煩。（2）用電阻代替負載，插面包板，測試時把負載燒了2次，怎么回事？T_T解決：第一次燒是因為面包板有問題，上圖1區(qū)和2區(qū)的孔竟然短路了第二次燒，就不知道什么原因了，最后懷疑面包板有問題，最終決定直接去焊電路！（3）波形出不來，怎么回事？解決：有的地方漏焊了，仔細檢查，解決問題。例如下圖：這里三級管3

16、個引腳有1個忘記連了。這里不該連，卻不小心連住了，剪斷銅線就解決了。（4）測試接入不方便，怎么辦？解決：改成對應的插座，即插即用 （5）好不容易焊好的電路，害怕三極管燒壞怎么辦？解決：注意在接入電源之前，一定要檢查好下圖中的滑動變阻器阻值接到最小值，并在加電源后手頻繁地觸摸三極管，如果發(fā)現(xiàn)三極管過熱，立刻斷開電源。（6）實物電子元器件，引腳不知道怎么接，怎么辦？解決：上網查資料，問老師。如UA741引腳的接法可以在網上找到，三極管e、b、c的判斷，可以根據(jù)老師講的方法用萬用表測，以防萬一，再跟同學對照一下。9 總結報告選題：之所以選這個OCL音頻功率放大器課題來做，剛開始只是感覺音頻放大器好玩

17、一點，可以放出聲音，跟我們生活聯(lián)系的比較緊密，我們身邊揚聲器無處不在，根據(jù)自己所學的模電知識，做出來是感覺很棒的。查資料：由于校園生活過于忙碌，平時上課時并不太能跟上老師的進度，一般都是似懂非懂，要想自己做出來OCL音頻功率放大器，必須對這方面的知識非常了解，所以我把跟這方面書上有關的功率放大、差分、反饋等相關知識都看了，并對照參考書把課后習題也看了，上網搜集了很多的OCL資料，可以說查資料占用了我相當多的時間，但是正是如此我也學到了很多。動手：從仿真到焊接出最終的成品遇到了太多的問題，報告前邊也有總結，我就不過多的說了，其實不止上邊列出來的問題，其他還有很多，只是一時想不起來沒有寫上去。在我看來動手制作是相當鍛煉人的能力與耐力了。將原來理論的東西轉換為事物并不是自己原先想象的那么簡單，還需要很多的鍛煉，比如焊接的本領，布局方式，如何識別元器件都是需要相當多長時間的鍛煉及經驗的積累。最后非常滿意地焊出了OCL音頻功率放大器，當它放出清晰的音樂時，我基本上快興奮地跳了起來，革命尚未成功，還需努力，我以后會繼續(xù)加油的，來滿足自己的