电源与功放电路设计.docx

《电源与功放电路设计.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《电源与功放电路设计.docx（11页珍藏版）》请在淘文阁 - 分享文档赚钱的网站上搜索。

1、OCL 高保真功率放大器电路设计班级：08 电子、姓名：樂音王2023-3-02摘 要：OCL 功率放大器即为无输出电容功率放大器。承受两组电源供电，使用了正负电源，在电压不太高的状况下，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，其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。关 键 字：电源电路、功率放大器、乙类功放电路，OCL 功放一、 引言功率放大电路是一种能量转换电路 , 要求在失真许可的范围内 , 高效地为负载供给尽可能大的功率, 功放管的工作电流、电压的变化范围很大, 那么三极管常常是工作在大信号状态下或

2、接近极限运用状态, 有甲类、乙类、甲乙类等各种工作方式。为了提高效率,将放大电路做成推挽式电路, 功放管的工作状态设置为乙类, 以减小交越失真。常见的音频功放电路在连接形式上主要有双电源互补推挽功率放大器 OCL (无输出电容)、单电源互补推挽功率放大器 O TL (无输出变压器)、平衡(桥式) 无变压器功率放大器 BTL 等。由于功放管承受大电流、高电压, 因此功放管的保护问题和散热问题必需重视。功率放大器可以由分立元件组成, 也可由集成电路实现。本课题主要设计一个 OCL 功率放大器，来满足设计要求。二、 设计任务设计一个 OCL 功率放大器，要求如下： 1最大不失真输出功率 PLM5WR

3、L=8。2） 输入为标准音频线路输入 RO=600,1mW(0.775V3） 放大器的效率优于 50。4） 放大器的频响特性：1Hz100 KHz。5） 设计并制作一个双路12V线性直流稳压电源可选用 78XX 和 79xx 系列三端稳压模块。三、设计思路电路原理方面, 该电路包括差动输入放大电路、共射放大电路、偏置电路、交越失真消退电路、准互补功率放大电路、负反响电路、扬声器补偿电路等。其电路原理总图如下所示，但电源承受自己设置的直流稳压电源正负 12V。四、系统设计1 、输入端仿真图依据要求，由于 Ri = 600 ，则选择 R1 为 600Vo=6-R2/R1*Vi=6-1.27Vi在正

4、输入端参加 6V 电压，为了抬高静态工作电压，使后面的三极管正常工作， 也有利于减小交越失真。在输入端参加 100uf 的电容，起到隔直通交的作用。2、差分放大器10原理：由两个参数特性一样的晶体管用直接耦合方式构成的放大器。假设两个输入端上分别输入大小一样且相位一样的信号时，输出为零，从而克 服零点漂移。差分放大器将两个输入端电压的差以一固定增益放大。很多 系统在差分放大器的一个输入端加输入信号，另一个输入端加反响信号， 从而实现负反响调整作用。其原理图与仿真图如下所示：该放大电路由于承受两个特性一样的放大电路组成对称电路 , 并且放射极上有共用 R2 电阻共同作用,到达抑制零漂的效果, 一

5、方面, 共用放射极电阻, 使两放大电路由于零漂产生的参数变化同时进展, 零漂被抵消。另一方面, 共用电阻 R2 也作为负反响电阻, 通过电流负反响作用, 进一步削减工作点的漂移。3、双电源 OCL 乙类功率放大器1甲类、乙类功率放大器比较甲类放大器的特点是工作点选在输出特性曲线线性区的中间位置，信号电流在整个周期内都流通，失真小但效率低，输出功率也小。乙类放大器工作点选在基极电流等于零的那条输出特性曲线上，信号电流只在半周期内流通，效率高， 输出功率大，符合我们这次课题的要求，因此我们选择乙类功率放大器。而鉴于乙类功率放大器很简洁消灭交越失真，我们承受准乙类功率放大器，即比乙类功放略微抬高点静

6、态工作点，这样即可消退交越失真现象。 2乙类推挽功率放大器利用两只型号一样、主要参数一样的晶体管，承受变压器耦合组成工作在乙类状态的推挽功率放大器，可以获得高效率、低失真的功率放大。电路工作的主要特点是两管交替工作，并将每管工作时所得半周期输出波形进展合成，完成不失真的放大。乙类(B 类)功率放大器工作点零偏置，只有在信号 0丌(正半周)范围内，功率器件于线性放大区内导通工作，导通角等于零，如下图。单管乙类功率放大器仅有半周信号输出，失真大。设计上假设使用两个功率器件，分别于信号的正、负半周轮番工作，就能不失真地进展功率放大，这种工作方式被形象地叫做“推挽”。乙类推挽功率放大器具有失真小、效率

7、高的特点，是一种常用的功率放大器电路。原理图如下所示：两管 T2、T3 两管分别在 Uin 的两个半周期内导通，一管导通，一管截止， 相互协作，交替工作。输出端Uo 分别接在两管集电极，当两管交替输出的集电极电流通过时正负半周合成为完整的波形。需要指出，电路工作在乙类状态时，两管基极都未设偏置。由于晶体管输入特性曲线上存在一段“死区”，在信号正负半周交接的零值四周，消灭没有放大输出的状况，反映到负载上就会消灭波形的两半周交界处有不连接的现象，即“交越失真”。推挽放大器假设承受准乙类放大方式，就可以大大减小交越失真。所以一般的有用电路，在静态时都要给晶体管加上肯定的正向偏压。保证晶体管在信号电压

8、较低时，仍处于良好导通状态。具体电路如以下图所示：电路说明：4、15、C3 组成了共射放大器；Q8、R26、R13 构成跨导环放大器为功放管供给准乙类直流偏置电压，抑制穿插失真 ；Q5、C4、R14 为恒流源负载；R10、D1、D2 供给了 Q5 的偏置电压4、稳压电源设计1，LM78XX 的应用输入端 LM78 12输出端3公共端123在 1 端输入限定范围内的沟通电压，2 端接地，可在 3 端输出指定的电压。如：LM7812，其输入端输入范围为 14.527V，其输出端输出+12V 电压。而假设为 LM79，则同理可输出负电压。2、原理图如下所示0 16VC1LM7812 2C3C12U

9、(+12V)O220 16VCC112LM79121由于LM7812 和 LM7912 输入端电压值应在 14.527V，因此，我们这里承受了变压器，把电源电压的沟通电压 220V 变为 16V 沟通电； 2由于信号接地引起的不良耦合，因此我们在直流电源和地之间接了退耦，即图中的 C1,C 。3依据屡次试验证明，选择电容为 100u，0.1u。但由于实际缘由，焊接时 C 承受1了 4.7uF其仿真图为：五、焊接焊接技术是设计硬件电路的一个重要环节，焊接是这次工程的重点和难点。要求手工焊接所形成的焊点：圆滑光亮、无气孔、无尖角、无拖尾；大小全都； 焊料适当，使焊锡充布焊盘，不堆锡，更不能粘连，焊

10、接时时间不宜超过 3s， 防止损坏元件；焊接 CMOS 器件时应使用防静电烙铁，防止将其极性击穿。当元件焊错后需要拆器件时要特别留意焊板上的铜片，一旦铜片脱落，就会在电路的连接上造成困难。本次焊接时应留意三极管的引脚问题，尤其是后面的那两个大功放管的引脚， 第一次焊接时把它的 e b c 脚搞错，增大了后面调试阶段的难度，另外，由于本次的原理图比较简单，焊接时很简洁漏焊，多焊，造成调试时直流稳压电源连接不上，最终是接地线和电源线的正确连接，为了避开电流过大造成的耦合，电源线和接地线到最终都要连接在一根很粗的铜线上。为了简洁检查错误，我们在焊接的时候尽量依据原来设计的电路图来布局。焊接时主要依据

11、如下原理图来连线，总原理图为：六、调试为了良好的完成调试工作，需对试验仪器进展生疏。在调试过程中， R26 的调整会对电路的电流产生很大的影响。因此第一步调整 R26，是输出的电流在肯定的范围内，这样可以较好的是各级三级管在正常状态工作。因此第一步调R26, 确保在输出级前一级放大支路即 Q7、Q10 支路上的电流在 4mA5mA； 其次步调整 R25、R26 对电路板进展调零，即在电路输入为 0 时，其输出也为 0； 这样可以减小系统本身噪声对信号的影响。第三步调整放大增益，最主要的增益调整是 R23，本电位器对于增益的放大起最主要的作用，在调整次电位器的同时要观看信号输出是否失真。在试验的

12、调试过程中，特别是在保证信号不失真的状况下主要联合调整 R26、R23、R25 这三个电位器，R26 调整增益，R23 防止交越失真的主要调整电位器，而对于波形的其他失真需对这三个电位器综合调整。依据设计要求：输出功率 PLM5WRL=8则输出电压有效值为：PLM * RL1/2 =401/2= 6.325V输出电压 Vopp = 8.9V除了功率放大要满足肯定的要求之外，必需对信号的保真做更多的功课，人的音频主要在 20-20KHZ,所以在这个范围内都必需保证信号的不失真，这样才能到达高保真功放的根本要求。七、遇到的问题本次试验最主要的问题是在调试过程。最先遇到的问题是电压加不上，经过电路的

13、一级级检察，觉察最终的大功率管的管脚 b 和 e 接反了。遇到的其次个问题时在输入小信号时，如何调整电路，消退信号的失真，由于选用的运放时LM324，在输入级输入小信号时，输出的小信号会有交跃失真，为解决此问题， 在不转变整个电路的状况下，抬高输入的电压，使后级的上面半个区域的三级管Q6、Q7 主要在工作，这样可以减小交跃失真，但是对于整个电路的设计来说是存在肯定的问题，三级管 Q7 功耗会是原来的两倍，这样比较简洁烧坏三级管Q7。为了减小噪声和加载电压时对后面小信号的影响，需要加一些退偶电容， 这样起到一个缓冲的作用，对于后面信号干扰会尽可能的削减。八、试验结果经过大约三四天的努力，板子最终

14、调出来了，由于零点调得比较好，输入音频信号后通过扬声器放出来的声音质量还行，没多大的噪声。通过函数发生器输入小信号，观看到的从 1Hz100KHz 的波形均没有失真， 以下是示波器上显示的波形图：20Hz 下输出的波形5KHz 下输出的信号10KHz 下的输出信号15KHz 下的输出信号20KHz 下的输出信号九、总结造本钱次板子很难成功的一个主要因素是细心，不管在焊接方面还是在调制方面，都要做到认真认真，有时候往往是一个很小的错误就会让人纠结很久，另外，由于电位器用的是粗调器件而不是微调电位器，使得零点很难稳定。在试验仪器的使用方面得到很大的提高，能够比较娴熟地使用示波器、函数发生器、稳压源等。但还是不够，信任在以后的课题中会得到很大的提高。参考文献现代电子设计与创. 樂音王. 北京：中国电力出版社，2023 王武. 模拟电路原理及应用M . 湖南:湖南大学出版社, 1995典型OCL 功率放大电路原理及制作，樂音王 . 电子制作，2023/03。