一款音质很不错的分立OCL功率放大电路.docx

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一款音质很不错的分立OCL功率放大电路

目录

一、设计任务与要求………………………………………….（3）

二、电路原理分析与方案设计……………………………….（3）

三、单元电路分析与设计…………………………………....（6）

四、总原理图及元器件清单………………………………….（8）

五、电路仿真与调试……………………………………….....（9）

六、实验分析与结果……………………………….………....（10）

七、结论与心得…………………………………………….....（10）

八、参考文献……………………………………………….....（11）

一、设计任务与要求

设计任务：

利用运放741、三极管等搭建基本的OCL功率放大电路，为解决正向传输小于负向传输的问题，采取两种方式：

加入自举电路、加入有源负载搭建电路。

1、学习设计功率放大电路；

2、使用EDA仿真软件进行设计。

设计参数指标：

1、额定输出功率Pom≥2W；

2、负载阻抗RL=20Ω；

3、失真度

。

设计要求：

1、方案论证，确定总体电路原理方框图；

2、单元电路设计，合理选择元器件；

3、仿真调试及测量结果。

设计意义：

熟练掌握二极管、三极管、电阻、电容、电位器等器件的测试判断以及参数的查阅与运用。

通过OCL功放电路的制作，熟悉OCL功放的工作原理掌握电子产品的制作和调试方法，提高实践动手能力，培养工程实践观念。

二、电路原理分析与方案设计

2.1系统工作原理

2.1.1OCL互补对称电路特点：

1）双电源供电;

2）输出端不加隔直电容。

C的作用：

隔直通交；储存电能，代替一个电源。

OCL全对称功率放大器要求中点电压接近0V，当制作功放调试时中点电压不为OV时，就需要调整，由于OCL功放是全对称电路，所以电路中元器件参数也要求完全对称，如果元器件参数不对称，功放输出中点电压会超过规定幅度，例如大于200mV，此时就需要对功放中点电压进行调整，调整时主要更换输入差分电路三极管，输入差分电路某一只三极管和别的三极管参数差别较大，会引起功放输出的中点直流电压较大，此时需要逐个更换差分三极管，每更换一只差分电路三极管就测试一下中点电压，当中点电压比较小时，就不需更换了，另外需对整个电路的对称性检查，差分以后电路参数不对称也需更换，制作功放时，电阻最好选择金属膜电阻，要求精度在5%以内，最好为精度1%，差分电路三极管选择差分电路专用三极管而不是普通三极管。

2.1.2静态分析

如图2-1所示：

静态时，ui=0V，T1、T2均不工作uo=0V

Uce1=+Vcc，Uce2=－Vcc

2.1.3动态分析

图2-1OCL电路 图2-2消除交越失真的OCL电路

ui>0,T1导通T2截止，iL=iC1,RL上得到上正下负的电压；

ui<0,T1截止T2导通，iL=iC2,RL上得到上负下正的电压。

设三极管T1、T2特性曲线对称，

则Icm1=Icm2=Icm,Ucem1=|Ucem2|=Ucem,则

集电极最大输出电压为Ucem=Vcc－UCES

集电极最大输出电流为Icem=（Vcc－UCES）/RL

每个三极管的最大功耗：

PTm=0.2Pom

优点：

电路省掉大电容，改善了低频响应，又有利于实现集成化。

缺点：

三极管发射极直接连到负载电阻上，若静态工作点失调或电路内元器件损坏，将造成一个较大的电流长时间流过负载，造成电路损坏。

实际使用的电路中常常在负载回路接入熔断丝作为保护措施

为了解决正向传输小于负向传输的问题，可以采取两种方式：

加入自举电路和加入有源负载搭建电路。

方案一、加入自举电路电路图2-3所示，C3称为自举电容，和R7共同组成了自举电路（BootstrapCircuit），可以解决正向传输小于负向传输的问题。

图2-3

方案二、加入有源负载电路图2-4所示，接入恒流源，也可以解决正向传输小于负向传输的问题。

图2-4

三、单元电路分析与设计

1．原理分析电路中，R8和C2是运放的电源滤波电路；D1,D2是Q1和Q2的静态偏置二极管,R4是偏置电阻，用于调整复合管的微导通状态；C3和R7构成自举电路可以解决电阻R3所带来的影响（如图3-1所示），也可以通过加入有源负载，如加入一恒流源I1（如图3-2所示）；R8、R9构成平衡电阻；R10和R11可减少复合管的穿透电流，提高电路的稳定性；Q1、Q3以及Q2、Q4构成复合管；±VCC为直流稳压电源产生的±12V直流电。

图3-1加自举电路的OCL放大器仿真图

图3-2加有源负载的OCL放大器仿真图

2．仿真分析：

仿真电路图如图3-1，3-2所示。

仿真电路图3-1仿真波形如图3-3，仿真电路图3-2仿真波形如图3-4所示。

图3-3加自举电路的仿真波形

图3-4加有源负载的仿真波形

四、总原理图及元器件清单

1．总原理图通过两者的实验论证及综合比较，选用带自举电路的OCL电路比较好，电路图如图3-1所示。

2.元件清单

元件序号

型号

主要参数

数量

备注

1

R1

20kΩ

1

2

R2

1kΩ

1

3

R3

2kΩ

1

4

R4

143Ω

1

5

R5

2kΩ

1

6

R6

20kΩ

1

7

R7

470Ω

1

8

R8

510Ω

1

9

R9

100mΩ

1

10

R10

510Ω

1

11

R11

100mΩ

1

12

R12

8Ω

1

13

Q1

2N3904

1

TO-92

14

Q2

2N3904

1

TO-92

15

Q3

2N3905

1

TO-92

16

Q4

2N3904

1

TO-92

17

C1

4.7uF

1

18

C2

100uF

1

19

C3

100uF

1

20

VDD

12V

1

21

VCC

-12V

1

22

V1

0.45V1KHz

1

23

D1

1N4148

1

DO-35

24

D2

1N4148

1

DO-35

25

U1

741-DIV

1

DIP-8

五、电路仿真与调试

1．调试过程描述

仿真时，两个电容取值分别为4.7uF和100uF，可以使下限频率更低。

在MultiSIM9中进行仿真，电路图几参数如图所示。

仿真时，适当调整R4（兼顾输去波形的交越失真与放大器的功率，比如R4=143Ω，同时在Q3的发射极上串入10Ω的平衡电阻），在输入端加入电压幅值为0.42V，频率为1KHz的正弦信号，测得输出信号电压幅值为8.8V，波形失真度为0.0220﹪，电源提供电流为359mA，放大电路的下限频率约为2.6Hz,上限频率约为38KHz。

由此可得电源提供功率为8.62W，负载消耗功率为4.84W，功率放大器的效率为56.1﹪，放大器的电压放大倍数为20.95，其带宽约为38KHz，符合设计要求。

交越失真调整R4为较小值时（比如R4=10Ω）远放输出端的电压波形如图所示，而功放的输出波形如图所示。

说明功放部分已出现交越失真。

由于电路的整体负反馈作用，使运放输出信号波形恰好与功放部分的交越失真波形相反，起相抵作用，从而使功放输出波形趋于正常。

为了使运放输出不是真，通过调整R4，比如R4=143Ω，此时输出管的集电极电流为1.25mA，处于甲乙类状态，既保证交越失真最小，同时功放部分的效率较高。

2．仿真结果与实测数据进行对照

1）仿真电路中输入音频信号用函数发生器代替频率1000Hz振幅0.45v

2）当输入为正弦信号时输入输出波形如图2-3所示：

图2-3正弦波测试波形

当R5为80%时仿真测得输入功率为9.556mW，输出功率为5.086W，功率放大倍数为532.23，波形没有失真。

3）当输入为三角波信号时输入输出波形如图2-4所示：

图2-4三角波测试波形

当R5为80%时仿真测得输入功率为6.306mW，输出功率为5.086W，功率放大倍数为806.53，波形没有失真。

4）当输入为三角波信号时输入输出波形如图2-5所示：

图2-5方波测试波形

当R5为80%时仿真测得输入功率为18.998mW，输出功率为5.079W，功率放大倍数为267.34，波形没有失真。

六、实验分析与结果

通过对加自举电路的OCL功率放大电路和加入有源负载的OCL功率放大电路的仿真和调试，可以知道OCL功率放大电路处于甲乙类状态，既保证交越失真最小，同时功放部分的效率较高，在理想状态下可以达到78.5%；再加入加自举电路或加入有源负载，解决了正向传输小于负向传输的问题；且总谐波失真只有0.374%左右，非常理想；信号噪声失真在45.833dB左右。

七、结论与心得

结论造成本次电路设计很难成功的一个主要因素是细心，不管在选用器材方面还是在调试方面，都要做到仔细认真。

OCL功放电路设计也比较成功基本上达到题目要求，并且测试了三种波形均无失真现象，用在音响放大电路中很好，电路比较简单，成本比较低，效果也比较好。

心得与体会 通过这次课程设计我对模拟电子技术有了更进一步的熟悉和了解，实际操作起来很困难，要将实际和理论联系起来需要不断的下功夫，它和课本上的知识有很大联系，但又高于课本，一个看似很简单的电路，要动手把它设计出来就比较困难了，因为是设计要求我们在以后的学习中注意这一点，要把课本上所学到的知识和实际联系起来，同时通过本次电路的设计，不但巩固了所学知识，也使我们把理论与实践从真正意义上结合起来，增强了学习的兴趣，考验了我们借助互联网络搜集、查阅相关文献资料，和组织材料的综合能力。

在进行一个综合性的硬件设计时，要全面考虑问题，如想用其他信号来控制一个信号，就要考虑到和这个信号直接或间接关系的信号，必须是最重要相关的信号，然后用真值表来解决他们的关系，通过门电路来实现。

当我们拿到一个课题时，一定要先仔细分析要求，然后做出总体设计方案，再进一步细化各单元电路，最后将整个电路组合在一起，画出最终的逻辑电路图。

最后，在通过这两个礼拜地设计实习，让我真正理解了书本上知识，也让我知道我们课本上的知识在实际中怎么应用，理论联系实践，相互关系。

通过此次设计，我对理论知识的学习有了很大的兴趣，现在我可以主动的去学习，我明白自己该学习那个方面，重点是什么？

我也掌握的了在理论中遇到问题，应该怎样去解决，在实际中遇到迷团应该怎样去检查调试。

八、参考文献

[1]康华光主编.电子技术基础[M].北京：

高等教育出版社， 2006

[2]刘建主编.电子技术综合实验[M].南昌航空大学电工电子实验中心编， 2006

[3]劳五一主编.模拟电子电路分析、设计及仿真.北京：

清华大学出版社，2007

[4]章忠全主编.电子技术基础实验与课程设计·北京：

中国电力出版社，1999

[5]周良权主编.模拟电子技术基础（第3版）..北京：

高等教育出版社，2005