OTL電路設計報告

..OTL電路設計報告學生__xxx__xxx__xxx一、課題名稱:分立器件OTL電路設計設計要求:OTL<OutputTransformerLess>是無輸出變壓器功率放大器的簡稱。采用OTL電路目的：〔1是簡化電路〔省略輸出變壓器；〔2提高功放效率；輸出級采用互補式復合管結構,分別對正負半周信號輸出,合成為完整的周期信號；輸出電容較大,同時起到中點浮動電源作用。為了獲得較大的輸出功率,一般由前置級-激勵級〔推動級-功率輸出級組成主要參數(shù)：VCC=12~16V,THD≤1%,RL=8Ω,輸出功率POM=1.5~3瓦；輸入阻抗Ri≥20kΩ頻帶寬度：20~20KHZ〔-3dB效率≥60%；電源提供的能量應盡可能地轉換給負載,以減少晶體管及電路的損失,要注意提高功放的效率〔。η=POm/PV×100%Pom：負載〔揚聲器得到的最大功率。PV；電源向OTL功放電路提供的功率。增益≥30db；增益=20log<vo/vi>。。設計思路1、前置級要求有較大的輸入阻抗,Ri≥20kΩ；晶體管工作電流一般為0.5ma左右;2、激勵級要有較大的增益,提供足夠的驅(qū)動電流,并引入自舉電路提高驅(qū)動能力,滿足輸出幅度的需要；晶體管工作電流一般為2~3ma左右,需防自激；3、輸出級工作處于甲乙類狀態(tài),克服交越失真采用準互補輸出,需具有較大的電流放大能力,一般用復合管結構；OTL功放最大輸出功率與電源電壓的關系滿足：Pom=<Vcc-2Vces>2/8RL一般情況下<IC≤1000ma>可認為：Vces≤1v,由此可知：當RL=8Ω,Vcc=12V,Pom=1.5W;Vcc=16V,Pom=3W;Vcc=18V,Pom=4W;以此類推。保持電路性能穩(wěn)定,在輸出級和前置級之間采用交直流負反饋電路。主要設計指標的實現(xiàn)方式及計算1.前置級電路的選取特點：引入交直流負反饋穩(wěn)定靜態(tài)工作點和增益并保持一定的帶寬,一般采用差分放大電路,IC1≈IC2=0.5ma。以圖1為例,介紹設計方法圖1圖1圖2前置輸入級由Q1Q2差分放大電路組成,每只三極管靜態(tài)工作電流設置為0.5ma左右,R1、R2、R3、R4、R5、R6是差分放大電路的偏置電阻,R4、R5阻值相等,流過的電流和Q1的集電極電流Ic相當〔Q1的β≥80,故Q1的基極近似取得電源的中點電壓。R2為Q1Q2提供1ma的工作電流。R1是差分級的單端輸出負載電阻,同時又可調(diào)整激勵級Q3的靜態(tài)電流和輸出級的靜態(tài)電壓VD〔電源的中點電壓。+C5Q1的基極電位Vb1≈6.0V,Ve1≈+C5IC1≈IC2=<VCC-Ve1>/2R2,R2取5.1KΩRi=R3//<rbe+2βR2>,rbe+2βR2＞＞R3,Ri≈R3,取33KΩQ1Q2可選取低頻小功率管BVceo≥1.5~2VCC,Iceo≤1μaβ≈80~100激勵級電路的設計特點：滿足增益要求,提供足夠的驅(qū)動電流,為互補對稱輸出級建立甲乙類工作點,Q5靜態(tài)工作電流一般1.5~3ma。Q5、R6、R9、R10、D1、D2、C3組成推動級電路,設置Q5的工作電流約為2ma左右。R10、D1、D2是為改善輸出級的交越失真而設置的,D1、D2對復合輸出管Vbe起溫度補償作用,調(diào)整R10使輸出管工作在甲乙類狀態(tài)〔VBC=1.3~1.8V,既消除交越失真又取得較好的輸出效率。C5使得交變信號⊿VBC≈0,正、負半周時,輸出級取得相等的激勵信號。C4是防自激相位補償電容,在30~100p之間取值Q5的集電極電位VC5≈<1/2VCC>-0.6V;VBC≈1.5~1.8V,IC5取值2ma,R10設置為300~500Ω可調(diào)；流過R8R9的電流≈IC5=2ma,IC5〔R8+R9=VCC-<5.4+1.8>=4.8V,求得：R8+R9=2.4KΩ,取R8=220Ω,R9=2.2KΩ,R6取100Ω穩(wěn)定工作點；Q5選取低頻中功率管:BVceo≥1.5~2VCC,Iceo≤10μa,β≥100Icm≥500ma,保證有足夠的電流放大能力輸出級電路的設計特點：互補對稱〔正負半周,克服交越失真,足夠的輸出幅度,較高的工作效率。Q1Q3組成NPN復合管,Q2Q4組成PNP復合管。正半周Q1Q3經(jīng)C2RL形成回路,負正半周C2經(jīng)Q2Q4RL形成回路。C2實際上是起到中點浮動電源作用,在正半周輸出時,C2經(jīng)充電儲存能量,為負半周輸出提供足夠的能源。設計依據(jù)不僅僅是按通頻帶考慮,而是和輸出功率的能耗相關,取值一般在幾百~千微法數(shù)量級。從輸出端引入交直流負反饋到前置級,穩(wěn)定靜態(tài)工作點和增益。R8和C1組成自舉電路,促使Q1Q3組成NPN復合管進入臨界飽和狀態(tài),得到正向最大輸出幅度。VA的靜態(tài)電位一般設置為VCC-<0.5~1.0V>,靜態(tài)時C1被充電,具有〔1/2VCC-0.5V的電壓。有利于提高正半周的輸出幅度。+C5+C5要求具有足夠的電流放大能力,且特性要求準對稱。Q1為NPN中功率管,BVceo≥1.5~2VCC,Iceo≤10μa,β≥100,Icm≥500ma,保證有足夠的電流放大能力。Q2為PNP中功率管,BVceo≥1.5~2VCC,Iceo≤10μa,β≥100,Icm≥500ma,保證有足夠的電流放大能力。Q3Q4選取NPN大功率管：〔帶散熱片BVceo≥2VCC,Iceo≤100μa,在Ic電流為0.5A以上時,β≥20~40；一般要求保證功率管的Icm≥2~3<VOM/RL>,取Icm≥4A。且要求功率管的PCM≥0.5~0.8POMR11R12是Q3Q4靜態(tài)分流電阻〔動態(tài)分流作用忽略可不計,在甲乙類狀態(tài)下,復合管的工作電流控制在5~10ma,不出現(xiàn)交越失真時,Q1Q2的靜態(tài)電流一般≤1~1.5ma,VbeQ3≤0.6V,可算出R11=R12≤400Ω,取330Ω。請同學們在VCC=12V時,確定各級電路的電容耐壓值〔原則：選取的耐壓值≥1.5~2實際承受的最大電壓。電路原理圖電路的PCB圖正面反面裝配、焊接要領及說明焊接技術要領

1.焊接前調(diào)好烙鐵溫度,烙鐵應保持干凈。并調(diào)好藥品的溫度〔約280度。

2.左手持焊錫,右手持烙鐵。先將焊鐵頭靠在被焊元件引腳與焊盤交匯處,再將焊錫送至住交匯處及烙鐵頭上。

3.焊接時間2-3秒。

4.焊點牢固光滑,大小適中,一般控制在焊盤大小的2/3以上。

5.焊鐵牢固明亮,焊接時不損壞器件。

6.不得有虛、假、漏焊。

7.焊料與被焊元件金屬引腳接觸處的角度為45-60度。

8.焊點表面應光潔明亮,不得有拉尖,起皺,鼓氣,夾渣,出現(xiàn)麻點等現(xiàn)象。

9.焊料到被焊元件金屬引腳的過渡處應圓滑流暢的濕潤狀及凹凸面。調(diào)試方法和步驟對照原件清單和印刷電路板準確無誤裝配并將功率管的散熱板固定牢,檢查無虛、漏、錯焊,即可調(diào)試。注意：甲乙類工作點控制支路的R5D1D2焊接不要出現(xiàn)虛焊或二極管極性反接形成開路,否則靜態(tài)時末級功放管電流可達數(shù)安培以上導致管子過載,甚至損壞。1、靜態(tài)電位的調(diào)整：加入12V電源,調(diào)試前最好測量T1的基極電位,應是6V左右,射極電位是6.6V左右。在靜態(tài)條件下測量輸出靜態(tài)電位VD〔注：可調(diào)電阻R5調(diào)到最小值,使T4~T7處于截止狀態(tài),若高于1/2VCC,調(diào)整R12,增加它的阻值,使得T3的工作電流加大,VD向減少方向變化,反之亦然。將VD調(diào)整到6V±0.1V即可。如調(diào)整R12靜態(tài)電位VD無變化,需檢查T1、T2是否有虛焊,三極管極間是否有短路等故障。調(diào)整的目的是使VD處于中點電位,大信號時,輸出幅度有對等的變化范圍。若測量輸出靜態(tài)電位VD偏離1/2VCC很多,則需測量R12、R12、R13、R18這些電阻上的壓降,對T1、T2〔工作電流0.5ma左右、T3〔工作電流1.5~2ma左右的工作狀態(tài)檢查,排除故障再調(diào)試。補圖"輸出級靜態(tài)電流的調(diào)整：VD調(diào)整后,將電流表串入R8回路,調(diào)電阻R5的值,由小調(diào)大,緩慢調(diào)整,使得輸出管工作電流達到5~10ma<隨輸出管不同,大致的電流范圍,在不出現(xiàn)交越失真的前提下,電流小一點好>,再檢測VD,可能偏離原先調(diào)好的值,此時,需再調(diào)電阻R12,對R5和R12反復調(diào)整幾次即可達到調(diào)整要求,調(diào)整的目的是給輸出管建立甲乙類工作點。調(diào)好后,測量VA的電位在11.5V左右,VC在5.4V左右,VD≈6±0.1V。T6的集電極電流為5~15ma〔以動態(tài)測量時,不出現(xiàn)交越失真,電流小為好。動態(tài)測量〔1在輸出空載下：輸入端接入VPP=100mv,f=1kHZ的正弦信號,用示波器觀察輸出波形有無交越失真,緩慢加大信號幅度,輸出波形幅度也隨之變化,若有交越失真,需適當加大R5的值〔增加末級輸出管T6的工作電流,直到失真剛消失為止。當幅度達到臨界飽和時,輸出幅度VPP在10V左右,隨即就可接入負載測量?！?帶載條件下：接入負載RL≥8Ω的揚聲器,逐漸加大信號,觀察輸出幅度VPP是否能接近10V左右,若上半周信號幅度?。骸?說明自舉電路工作不良,檢查C2是否良好,有無虛焊？〔2T6大電流放大能力不夠,飽和壓降偏大。若下半周信號幅度?。骸?T7大電流放大能力不夠,飽和壓降偏大。<4>輸出電容C5實際容值不足。只要輸出幅度VPP在臨界失真下達到9V以上,接近10V。波形上下半周誰先出現(xiàn)削波失真不用考量。帶載測量時,輸出幅度會比空載略低是正常的。若調(diào)試中輸出幅度偏小,且增益與設計值偏差較多,則需檢查R10R11的阻值是否正確？確信元件無錯時,可適當增加激勵級的增益,將R13減小到68~51Ω。將電路閉環(huán)負反饋電阻R11適當減少<390~510Ω>提高電路增益?！?輸出工作效率的測量：在滿載工作時,測量出流過VCC的直流電流IVCC和負載的輸出波形幅度VPP,就可計算出該電路的工作效率η,最好的會接近60%,這和理想狀態(tài)條件下的效率η=78.5%<π/4>有一定的差距,請同學們分析產(chǎn)生差距的因素。〔4通頻帶BW/AV增益的測量：用逐點法或掃頻法,同學們可測量出OTL功放電路的通頻帶〔測試時,保持輸入信號幅度〔vinPP=100mv不變,僅改變頻率,測量出對應頻率時的輸出幅度將測量結果和仿真作對比并分析。若你想讓OTL板在16V電壓下工作,只需調(diào)整R14〔參考值6.8~7.2K、R4的阻值〔參考值3~3.3K和R13的阻值〔參考值51~100Ω即可,調(diào)試的方法同前,輸出功率可接近3W；若負載RL改用4Ω,輸出功率將接近6W。注意；T6、T7大電流〔﹥1000ma時的電流放大系數(shù)〔β和較低的飽和壓降〔VCEsat是提升輸出幅度的重要因素。R8、R9是自制電阻,用Φ0.08的漆包銅線長約200mm繞制在1KΩ的電阻上,起保險絲的作用,在工作電流小于1安培時,此電阻可短接不用。附：銅的電阻率ρ為0.0175Ω·mm2/m。主要參數(shù)的測量、調(diào)整及數(shù)據(jù)整理1、靜態(tài)電位的調(diào)整加入6V電源,調(diào)試前測量T1的基極電位3V左右,射極電位6V左右。把可調(diào)電阻R5調(diào)到最小值,使T4~T7處于截止狀態(tài),在靜態(tài)條件下測量輸出靜態(tài)電位VD,若高于1/2VCC,調(diào)整R12,增加它的阻值,使得T3的工作電流加大,VD向減少方向變化,反之亦然。將VD調(diào)整到6V±0.1V。2、輸出級靜態(tài)電流的調(diào)整VD調(diào)整后,將電流表串入R8回路,調(diào)電阻R5的值,由小調(diào)大,緩慢調(diào)整,使得輸出管工作電流達到5~10mA,再檢測VD,可能偏離原先調(diào)好的值,此時,需再調(diào)電阻R12,對R5和R12反復調(diào)整幾次即可達到調(diào)整要求,調(diào)好后,測量VA的電位在11.5V,VC在5.4V,VD≈6±0.1V。T6的集電極電流為5~15mA。3、動態(tài)測量〔1在輸出空載下：輸入端接入VPP=100mv,f=10kHZ的正弦信號,用示波器觀察輸出波形有無交越失真,緩慢加大信號幅度,輸出波形幅度也隨之變化,若有交越失真,需適當加大R5的值,直到失真剛消失為止。當幅度達到臨界飽和時,輸出幅度VPP在10V左右,隨即就可接入負載測量。測量數(shù)據(jù)如下：〔2帶載條件下：接入負載RL=18Ω的電阻,逐漸加大信號,觀察輸出幅度VPP接近10V左右。〔3輸出工作效率的測量：在滿載工作時,測量出流過VCC的直流電流IVCC和負載的輸出波形幅度VPP,就可計算出該電路的工作效率η。我的測量:增益和通頻帶的測量vcc=12vip=50mvRL=18Ω不變測得fL=10Hz,fH=281kHz.當f=fL時v0=vmax/=3.6當f=fH時v0=max/=3.6增益Av=V0pp/vipp=17.525效率的測量f=1khz,vcc=12v,RL=18Ω加大vipp=582mv使v0pp=10.2v輸出最大不失真值讀出不失真時電流的讀數(shù)Iv=100.1mA測效率=/2*RL/<VCC*Iv>=0.633數(shù)據(jù)的整理①當VCC=12V,f=10kHZ,RL=18Ω,ViPP=582mV,VoPP=10.2V時,根據(jù)公式η=PO/PV=[〔VPP/2√2^2]/<VCC*IVCC*RL>得η≈0.6033VCC12Vf10kHZRL18ΩViPP582mVVoPP10.2Vη0.6033〔4通頻帶BW/AV增益的測量：用逐點法可測量出OTL功放電路的通頻帶測試時,保持輸入信號幅度〔vinPP=100mv不變,僅改變頻率,測量出對應頻率時的輸出幅度,數(shù)據(jù)如下：f<kHZ>0.010.9580100200281VoPP<V>5.097.127.207.206.765.645.09因此可得次OTL功放板的通頻帶為0.01Khz~281kHZ整理電路原理圖,并標明調(diào)試測試完成