50W 單差分OCL功放電路理論計(jì)算及安裝實(shí)戰(zhàn)

1、50W 單差分OCL功放電路理論計(jì)算及安裝實(shí)戰(zhàn) 原理圖根據(jù)設(shè)計(jì)目標(biāo)輸出功率，介紹所有元件所起的作用及推算出參數(shù)。 為方便定量計(jì)算，先假定V+與V-兩個(gè)是理想電源，待計(jì)算出所有元件數(shù)值之后，再根據(jù)實(shí)際情況作出針對(duì)性調(diào)整。 輸出功率設(shè)計(jì)目標(biāo)： 配合CD音源，不加前級(jí)驅(qū)動(dòng)8歐、4歐、乃至更低的2歐負(fù)載下，平均連續(xù)輸出功率都能達(dá)到50W。峰值功率為1.414×50=70.7W71W。 電源 當(dāng)峰值輸出功率和負(fù)載阻抗確定后，就已決定了對(duì)電源電壓的要求。根據(jù)歐姆定律，由最大負(fù)載阻抗計(jì)算出最大輸出電壓，由最小負(fù)載阻抗計(jì)算出最大輸出電流。正

2、常音箱的阻抗在28歐之間，則： 通常在Vo max的基礎(chǔ)上增加一個(gè)大約2-5V的三極管飽和壓降(不同的三極管壓降不同，本例因電源共用，取值5V)，構(gòu)成放大器所需的電源電壓的基本值： V=±(Vo max+5) ，實(shí)際制作電源時(shí)，還應(yīng)計(jì)入電網(wǎng)電壓的波動(dòng)和電源的調(diào)整率。無負(fù)載時(shí)的電源電壓值通常高出有負(fù)載時(shí)的電源電壓值15%左右，加上電網(wǎng)電壓的波動(dòng)通常按10%計(jì)算。因此，最終的電源電壓為：V=±(Vo max+5)(1+15%+10%)=±36.25V±36V 換算為橋式整流前的交流電壓為：Vac=36.25÷1.3 =

3、27.88V28V      (1.3為經(jīng)驗(yàn)系數(shù)) 變壓器必須留有一定余量，一般按峰值輸出功率再除以0.75計(jì)算。71÷0.75=94.6W 取值100W/聲道，故2聲道對(duì)變壓器選型為：200W，雙AC 28V。 輸出管Q1、Q5 一般在使用三極管時(shí)都需要降額使用，保險(xiǎn)系數(shù)一般取極限參數(shù)的0.50.75倍，大功率管因功耗大，余量需要適當(dāng)留大一點(diǎn)，按0.5計(jì)，小功率管按0.75計(jì)。所以對(duì)輸出管的要求為：Vceo > 72 V  Ic >12A  Pd &g

4、t;142 W，Hfe-IC曲線在06A范圍內(nèi)盡量平直，綜合價(jià)格因素及配對(duì)難度，決定用ON生產(chǎn)的音頻三極管，Q5為NJW0281G ，Q10為NJW0302G。 此管的極限參數(shù)及Hfe-Ic曲線如下： 推動(dòng)管Q2、Q4 查輸出管的PDF得知它的Hfe范圍為75150，(為保證理論計(jì)算的可信度，都取最小值計(jì)算，下同)。所以在最大輸出狀態(tài)下輸出管要從推動(dòng)管取得的電流為：Io max÷75=6÷75=80mA，加上推動(dòng)管本身的靜態(tài)工作電流，按設(shè)計(jì)目標(biāo)為50mA計(jì)，再留一倍余量，則要求推動(dòng)管在260mA以內(nèi)，Hfe-Ic曲線盡量平直，耐壓要求同輸出管，

5、功率要求為：P=UI=36×260mA=9.36W，留一倍余量，取值20W。在網(wǎng)上搜索收集了下別人常用的推動(dòng)管，再通過比較PDF資料中的Hfe-Ic曲線及考慮價(jià)格因素，最后決定使用東芝的2SC5171/2SA1930。 C5171極限參數(shù)及Hfe-Ic曲線如下： 電壓放大級(jí)Q6 查PDF得Q2、Q4的Hfe范圍為100-300，則Q2需要從Q6處取得的電流為： 130÷100=1.3ma。Q6負(fù)責(zé)整個(gè)電路的主要電壓增益，需要保證在整個(gè)設(shè)計(jì)范圍內(nèi)都工作在甲類狀態(tài)，故靜態(tài)電流取值需遠(yuǎn)大于輸出電流，方能保證在設(shè)計(jì)范圍內(nèi)，信號(hào)不失真。此處靜態(tài)

6、電流取值10倍于輸出電流，即13ma，在026ma之內(nèi)，Hfe-Ic曲線盡量平直。此管功耗較輸出管小很多，耐壓要求可適當(dāng)放寬，按0.75倍的保險(xiǎn)系數(shù)計(jì)，可算出耐壓大于48V，功耗為36×26mA=0.936W，取整留一倍余量則為2W。在不考慮安裝散熱片的情況下，這個(gè)功率會(huì)使管子溫度比較高，綜合價(jià)格以及配對(duì)等因素，決定使用日立的B649、D669。 它的極限參數(shù)及Hfe-Ic曲線如下： 電壓放大級(jí)Q6的恒流源Q7 要求同Q6，為方便，選擇與之配對(duì)的D669。 溫度補(bǔ)償兼靜態(tài)電流調(diào)節(jié)管Q3 電流要求同Q6，對(duì)耐壓幾乎沒有要求，只是必須安裝

7、固定方便，能與大功率管固定在同一個(gè)散熱片上。為方便，一樣選擇用D669。 輸入差分級(jí)Q8、Q9 查PDF得知電壓放大管Q6的Hfe范圍為100-200，那么Q6的基極電流為13÷100=0.13mA，輸入級(jí)的靜態(tài)電流取值10倍于輸出電流，即1.3ma，為方便計(jì)算可取1mA或者是1.5mA，功率要求為36*1.5mA=54mW，一倍余量，為108mW，基本TO92的管子都能勝任。 綜合之下，要求hfe-Ic 0-3ma平直，噪音系數(shù)要低，Cob要小，放大倍數(shù)要大，穿透電流要小。相當(dāng)多的要求，原本考慮用日立的低噪聲管2SC2856/2SA1911對(duì)管，誰知滿世界找不到

8、，最后改用東芝的2SC2240/2SA970，極限參數(shù)及Hfe-Ic曲線如下： 差分輸入級(jí)恒流管Q10 要求基本同Q8、Q9，為方便選擇相同型號(hào)的管子即可。 元件作用及參數(shù)計(jì)算 輸入級(jí)恒流源 由LED、Q10、R18、RV3組成Q8、Q9的恒流源，其恒流值為輸入級(jí)之2只管子之和，本例為3mA實(shí)際調(diào)試時(shí)使恒流值在23mA即可。 發(fā)光指示燈兼恒壓源LED 由LED的V-I曲線得出所選用的發(fā)光二極管在5ma時(shí)壓降約為2V。LED限流電阻R16 用于限制流過LED的電流，R16=(36V×2 4V)÷5

9、mA=13.6k，R2宜大不宜小，R2太小容易燒毀LED。可在13K20K之間取值。 RV3、R18 當(dāng)R16確定后，可視為V led2V不變，則RV3+R18=(2-Vbe)÷3mA466.7，這兩只電阻的大小決定輸入級(jí)的恒流值，根據(jù)輸入靜態(tài)電流的要求，兩者之和可在470-750之間調(diào)整，在此，調(diào)整RV3即可調(diào)整電路輸出中點(diǎn)電壓，如調(diào)整到頭還達(dá)不到0V的中點(diǎn)電壓，可以適當(dāng)增加或者減小R18的值。 R10 電壓放大級(jí)反饋電阻 R10為Q6提供本級(jí)負(fù)反饋，此電阻取值過大會(huì)影響電路的最大輸出，過小則反饋量太小起不了穩(wěn)定電路的作用，一般取值

10、在47-200之間，再根據(jù)實(shí)際電路情況調(diào)整。  R16、R11 差分輸入級(jí)負(fù)載電阻，阻值大小直接影響電壓放大級(jí)的工作電流，阻值大則電壓放大級(jí)電流增大，反之則減小，并且與R10符合下式關(guān)系： V R16×1.5ma(Q8靜態(tài)電流)=V R10 ×13 ma（Q6靜態(tài)電流）+0.7（Q6Vbe壓降） 當(dāng)R10阻值確定時(shí)，R16、R11也隨著確定。一般在1K2.2K范圍之內(nèi)取值，取值大則電壓放大級(jí)的電流會(huì)隨著增大，發(fā)熱量也會(huì)增大。 R2、R3 推動(dòng)管負(fù)載電阻，同時(shí)為輸出管提供偏壓。按輸出管的靜態(tài)電流為50mA計(jì)

11、算，則 V R2=Vbe+V R1=0.7+50mA×0.27=713.5mV 按推動(dòng)級(jí)的靜態(tài)電流25mA計(jì)算，則 R3=713.5÷25=28.54，取30。 R1、R4 輸出管反饋電阻，為本級(jí)提供負(fù)反饋，兼配合溫度補(bǔ)償管Q3起穩(wěn)定靜態(tài)電流作用。此電阻取值過大會(huì)影響電路的最大輸出，過小則反饋量太小起不了穩(wěn)定電流的作用，一般取值在0.1歐0.47歐之間，本例取值0.22歐，5W無感電阻。 R6、R7、RV1、Q3、C1 組成溫度補(bǔ)償兼靜態(tài)電流調(diào)節(jié)電路，它所提供的偏壓應(yīng)該是推動(dòng)管及輸出管Vbe+射極電阻上的

12、壓降之和，假設(shè)Vbe=0.7V，按輸出靜態(tài)電流為50ma計(jì)，則偏壓為： Vce=4×0.7+0.05×0.272.8135V。計(jì)算中被假設(shè)Vbe為恒定值，但實(shí)際電路中此值會(huì)隨著溫度上升而減小，大概是-2.6mV/，4只管子就是-10.4 mV/的溫度系數(shù)，如果調(diào)整管提供的偏壓沒有隨溫度上升而減小，那么輸出管的靜態(tài)電流會(huì)隨著溫度上升而上升，電流的上升又會(huì)加劇溫度上升.最壞的情況會(huì)導(dǎo)致燒毀輸出管。為避免這種情況發(fā)生，必須將Q3與輸出管安裝在同個(gè)散熱片上，并且由它組成的偏壓電路至少有-10.4 mV/的溫度系數(shù)，方能保證電路靜態(tài)電流的穩(wěn)定。 C1起穩(wěn)定偏置電壓

13、作用，取值0.1uF1uF。 用下圖的簡化電路為例，計(jì)算出R1與R2的比值。 假設(shè) 溫度在25度時(shí)，三極管的Vbe值為0.7V，基極電流為Ib, 溫度在35度時(shí)，三極管的Vbe值為0.7-0.026V=0.674V， Ib會(huì)有一定變化但非常細(xì)微，忽略不計(jì)，故可認(rèn)為Ib不變。 那么 Vcc1-Vcc2=10.4 mV/×10=0.104V Vcc1=(0.7÷R2 +Ib)×R1 +0.7 Vcc2=(0.674÷R2 +Ib)×R1 +0.674 

14、;代入得到 (0.7÷R2 +Ib)R1 +0.7 (0.674÷R2 +Ib) R1 +0.674)=0.104V 通過計(jì)算得到R1：R2=3：1。 圖中Ic可視為放大級(jí)電路工作電流，由電壓放大級(jí)的分析得知，此電流為13mA，Q1放大倍數(shù)按100計(jì)算，Ib=13mA÷100=0.13mA，I2取0.37mA，使I1=0.5mA，即能保證大部份電流經(jīng)由Q1流過，又有能保證Q1有足夠的基極電流。 R1=(2.8V-0.7V) ÷0.5mA=4.2K        &#

15、160;    R2=R1÷3=1.4K 故R1可根據(jù)實(shí)際情況在4.3K5.6K內(nèi)取值，R2在1.4K2.2K內(nèi)取值，R1與R2的比例決定了電路的靜態(tài)電流及溫度反饋系數(shù)。 RL、R17、C10 組成輸出網(wǎng)絡(luò)，起隔離喇叭反向電動(dòng)勢(shì)的作用，可有效提高電路穩(wěn)定性。 L為用1.5mm的漆包線在6mm的筆上繞15-20圈即可，中間穿過一只1022歐/1W的電阻，對(duì)聲音小有影響。R17與C10組成“茹貝爾網(wǎng)絡(luò)”，電阻的阻值及功率大小可看出電路的穩(wěn)定程度。本例取10歐1/4W、104P C8 輸入耦合電容，隔直通交，用

16、于信號(hào)傳遞，取值4.7uF10uF。 R13、C7 輸入端低通RC濾波電路，用于濾除信號(hào)中超高頻成份，有利于提高電路穩(wěn)定性。 R13取560-1K，C7取47P330P。 R12 輸入級(jí)偏置電阻，同時(shí)決定了電路的輸入阻抗，取值范圍20K56K。 R5、R8、R9、C5、C9 組成反饋回路，同時(shí)決定了電路的整體放大倍數(shù)，值為：1+R9/R8 按普通CD機(jī)輸出信號(hào)為1V計(jì)算，Vomax=24V，則放大倍數(shù)最少為24倍 實(shí)際留一定余量可取值為2836倍。 R8為反饋電阻，一般取與輸入偏置電阻同值，取值

17、范圍20K56K。 由R8的取值和放大倍數(shù)，可計(jì)算出R9的范圍值為5602K之間。R8和R9的大小對(duì)聲音整體取向有影響。 C9為反饋電容，一般取值在22uF220uF之間，取值越大則低頻下潛會(huì)越深，但中高頻會(huì)相對(duì)暗點(diǎn)(不同品牌電容有不同效果)。 R5、C5組成超前反饋，用于消除方波響應(yīng)的過沖現(xiàn)象。對(duì)中高頻影響較大 R5可在10K56K間取值，C5在5P33P間取值。 C2 防自激電容，在不自激的前提下，容量越小越好，一般取值在47P以下。 D5、D6、C11、C12、C16、C17 為輸入級(jí)和電壓放大級(jí)提供電源，防

18、止大電流放大級(jí)對(duì)輸入級(jí)和放大級(jí)造成影響。 D5、D6用4007，C11和C16選用50V 100uF-330uF的電解電容，C12、C17選用50V 0.1uF的CBB電容。                          安裝調(diào)試步驟 1：照元件圖焊接元件，暫時(shí)不安裝輸出管。 2：通電確認(rèn)電源電壓正常，LED正常發(fā)亮，摸元件無明顯溫升。 3：用萬用表測(cè)量OUT與GND的電壓，正常應(yīng)該在100mv以內(nèi)，而且調(diào)整RV3時(shí)，此電壓會(huì)隨著改變，并把此電壓調(diào)整到接近1mv左右(因C9是有極性的電容，故適當(dāng)偏正的電壓為佳，如是無極電容，則可調(diào)整到為0)。如無法調(diào)到0，則可適當(dāng)增加或減小R18的值。 4：確認(rèn)3正常的情況下，萬用表測(cè)量下圖1、2與test間的電壓，正常值在0.5V左右，而且調(diào)整RV1時(shí)，此電壓會(huì)隨著改變。確認(rèn)此電壓正常后，逆時(shí)針調(diào)整RV1到阻值最大，使測(cè)得的電壓最小。 5：焊上輸出管及輸出電阻，最好在電源變壓器前邊串聯(lián)一個(gè)220V60W