功放终期设计报告Word文档格式.docx

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UCE最大时会接近UCEO，IC最大时可以达ICM，晶体管的最大管耗可能接近PCM。

由于这些特点，要让它以最大效率工作并满足需求，所以要不断地调试与改进。

随着半导体工艺的发展，稳压电路也制成了集成器件。

由于稳压芯片具有体积小，外接线路简单，使用方便，工作可靠性和通用性等优点，因此，在各种电子设备中应用十分普遍。

集成稳压芯片的种类很多，从原理上可分为线性集成稳压芯片和开关型集成稳压芯片两种。

鉴于此次设计主要以OCL功率放大电路为主，所以电源部分采用线性集成稳压芯片构成，制作简单，使用方便。

1.1背景

学习模电一学期以来，从未设计过电路，只了解了一些理论上的概念及分析方法，加上模电部分的不确定性，所以通过此次OCL功率放大电路的设计，去应用理论加深理解，学会分析问题，解决问题，并从中学些解决问题的经验。

我们此次实验室以小组进行的，所以通过各组员的相互配合，相互指出不足，相互学习，培养我的交际能力和团队合作精神。

1.2设计名称

OCL功率放大电路

1.3参考资料

【1】刘建清陈培军李凤伟张涛编著从零开始学模拟电子技术国防工业出版社2007.1

【2】沈小丰余琼蓉主编电子线路实验—模拟电子实验清华大学出版社2008.1

【3】康华光陈大钦张林编著电子技术基础—模拟部分（第五版）高等教育出版社2006.1

2实验原理

2.1电源模块

2.1.1电源结构框图

2.1.2电源结构原理图

图1

电源结构原理分析

图1中C1、C2为滤波电容，D1是稳压集成块反向保护二极管，它能是反向电流流向输

入端。

可调输出正电源三段线性稳压块输出电压为UO≈1.25（1+R2/R1）

可调输出负电源三段线性稳压块输出电压为UO≈-1.25（1+R2/R1）

其中R1的选取应保护稳压芯片空载时集成稳压块也工作在正常状态，考虑到一般集成稳压块的正常工作电流是5~10mA，集成稳压块的内部基准电压值是1.25V,所以R1一般取120~240欧，电容器C3接在调整端和地之间，用以滤去电阻R2上的纹波，外接电容器C2

后，若稳压块输入端或者输出端短路，则C3放电后的反向电流会流入稳压块调整端导致稳压块损坏，接入D2可以防止这种损坏现象。

2.2OCL功率放大电路分析

OCL功率放大电路在功放机中应用比较广泛，下面以此次电路进行分析。

该电路主要由差动输入放大电路、电压放大电路、自举电路、交越失真消除电路、复合互补电路、负反馈电路、扬声器补偿电路等组成。

OCL功率个放大电路由于采用了全电路直接耦合方式，温度漂移对电路影响比较大，采用差动输入放大电路，抑制温度效应较为理想。

图中Q1、Q2、R1、R2、RW2组成单端输入、单端输出的差动放大电路。

该电路由于采用两个特性相同的三极管组成对称放大电路，并且发射极上共用电阻R2共同作用，达到抑制温度漂移的效果。

一方面，共用发射极电阻，使两放大电路由于零点漂移产生的参数变化同时进行，零点漂移被抵消，具体过程如下：

IC1↑→IB1↑UBE1↓→IB1↓→IC1↓

T↑→UR2↑→

IC2↑→IB2↑UBE2↓→IB2↓→IC2↓

另一方面，共用电阻R2也作为负反馈电阻，通过电流负反馈作用，进一步减少工作点的零点漂移。

自举电路由C3、R4、R5组成，其中C3是自举电容，R4为隔离电阻，R5将自举电压加到Q4的基极。

在静态时，Vcc经R4对C3进行充电，使C3上充有上正、下负的电压Uc3，这样电路中的A点的直流电压等于E点的直流电压加上Uc3，A点的直流电压高于E点的电压。

由于C3的容量很大，它的放电回路时间常数很大，是C3上的电压Uc3基本不变。

这样，当正半周大信号出现时，E点电压升高导致A点电压也随之升高。

A电升高的电压经R4加到Q4的基极，使Q4的基极上的信号电压更大，以补偿由于Q4集电极与发射极之间直流

工作电压下降而造成输出信号电流不足。

在自举电路中，R4用来将A电的直流电压与电源电压Vcc隔离，是A电直流电压有可能在某瞬间超过Vcc，当Q4中的正半周信号幅度很大时，E点电压接近Vcc，A电直流电压更大，并超过Vcc，此时A点电流经R4流向电源Vcc（对直流电源Vcc充电）。

若没有电阻R4的隔离作用，则A点直流电压最高为Vcc，此时便无自举作用。

复合互补推挽式功率放大电路由Q4、Q5、Q6、Q7、R6、R7、R8组成。

其中，Q4、

Q6组成NPN型结构复合管，Q5、Q7组成PNP型结构复合管，复合管的电流放大倍数是两管乘积，因此，可以提供很大的输出电流。

当正半周信号时，Q4、Q6工作，Q5、Q7截止；

当负半周信号时，工作状态反转。

整个信号在复合管互相互补下放大输出。

Q6、Q7基极电阻R6是分流电阻，其作用是使注入Q6、Q7基极电流不至于过大损坏功率管。

通常该电阻选取几百欧姆。

电阻R7、R8是发射极反馈电阻，限制功率管集电极电流，防止穿透电流过大损坏功率管。

交越失真消除电路由D1、D2、Rw3组成，三只元件串联产生的电压降为Q4、Q5提供静态偏置，使输出级工作于甲乙类状态，以消除输出级的交越失真。

Rw3采用微调电阻，方便使输出级调整到合适的工作点。

二极管D1、D2主要作用时温度补偿。

当温度升高时，输出管静态电流增大，同时二极管的管压降同样会因温度升高而减少，使输出管的偏置电压降低，静态电流趋于稳定。

反馈系统中，交流反馈系统有Rw2、R3、C2组成，它的主要作用是调整电路增益和改善电路的非线性失真。

增大Rw2和减小R4都可以提供电路的增益。

Rw2在电路中也起直流负反馈的作用，应用差分电路原理，当某种原因使输出中点电压变化，Q1、Q2基极电压跟随，使中点电压自动调节电路进入稳定状态。

扬声器补偿电路由R9、C5组成，由于扬声器为感性负载，在瞬间大动态信号作用下，容易损坏扬声器内的线圈。

接入R9、C5组成容性负载，补偿由于感性负载产生的移相，保护扬声器。

3系统调试与总结

3.1直流稳压电源的主要性能测

3.1.1电压调节范围：

正电源：

Uomax=33.8VUomin=1.25

负电源：

Uomax=-33.9VUomin=-1.25

3.1.2电流调整率SI:

使Uo=17.00VRL=120Ω/8W

I1=15.2mA时U1=17.00VI2=139.2mA时U2=16.99V

SI=（17-16.99）/17*100%=0.06%

I1=15.1mA时U1=-17.00VI2=139.3mA时U2=-17.02V

SI=（17.02-17.00）/17*100%=0.12%

3.1.3电压调整率Sv:

RL=30.8Ω

电网电压200VUo=17.21VUI=209V

电网电压240VUo=16.90VUI=249V

Sv=（△Uo/Uo）*100%=1.83%

电网电压200VUo=-17.19VUI=209V

电网电压240VUo=-17.26VUI=249V

Sv=（△Uo/Uo）*100%=0.4%

3.1.4纹波抑制比Srip：

输入纹波电压VI～=0.03V输出纹波电压Vo～=0.10mV

Srip=20log（VI～/Vo～）=20log300=50dB

输入纹波电压VI～=0.03V输出纹波电压Vo～=0.12mV

Srip=20log（VI～/Vo～）=20log250=48dB

3.1.5输出电阻ro：

RL=120Ω/8W

Uo=17.10VUL=17.08V

ro=（Uo/UL-1）*RL=0.14Ω

Uo=-17.11VUL=-17.09V

3.2.1电源部分的调试

首先是按照图2焊接完成后，接通电源，最害怕的爆电容现象竟然没有发生，因为同伴中有很多的电容爆炸。

然后测试输出电压，看正、负电源是否按理论的可调而变化。

在负电源测试中发现正电源按理论值可调，而负电源不可调，而同组中其他的电源确出现了负电源上的电阻R1被烧坏的现象，经分析与老师的指点发现我们都采用了错误的电路图，稳压块LM337的输入与输出端正好接反，虽然负电源上的电阻R1没烧黑，经测量发现其组值发生了很大的变化，就换了电阻R1，调整了LM337的接法，然后测量发现负电源可调了。

但随后问题又出现了，当测量参数时，发现负电源不能带负载，具体表现如下：

当空载时将负电源调到某一固定电压值，当接上负载后发现负电源的电压变到了很小，不是原来的固定值，说明稳压块无法稳压。

可能问题是由于稳压块被反接后烧坏，无法稳压。

经更换LM337后，负电源实现了可调与稳压。

但在使用过程中又发现，当电源接上负载时，不一会儿就发现稳压块温度很高，并且

持续上升，长时间有烧坏的可能。

但稳压情况正常。

经分析，主要原因可能是稳压块的性能问题，质量太差，因为经多组不同的电源电路图分析，不同电路图有相同的结果，说明主要是稳压块的质量问题。

4仿真部分

4.1由于电源部分在焊接完成后工作正常，所以没有仿真部分。

而功放无法正常工作，下面是在原图的基础上进行的仿真与改进。

通过仿真，最终的原理图如下：

4.2静态工作点

4.3输入输出波形的测试

4.4放大倍数、输入输出电阻的测试

4.5电压增益的幅频特性曲线

通频带BW为：

fL=52HZ,fH=475KHZ

4.6输出功率计算：

当输入为131mv时波形开始失真，波形如下：

Vp-p=50VRL=8Ω

最大输出功率：

Pom=（50/2√2）2/8=39.07W

电源供给的功率:

Pv=2×

=111.465W

功放的效率η为：

η=Pom/Pv×

100%=35%

4仿真与实物的比较：

经仿真后功放似乎已经很完美了，但按着仿真后的结果更改电路后却发现，实物电路还是不正常工作，加入电压后发现电流在2~3A之间，输出级复合管的后两三极管发热严重，看来电流全部流过了复合管的后两管。

5实验心得与体会

通过功放电路的设计，我收获不小，感触也很深。

首先第一阶段的买原件过程，让我学会了如何去看一元件的质量好坏，并学会了从参数等各方面去考虑一元件。

从买原件中又认识了更多的元件，有待下一步去应用它。

下面就是焊接的过程，以前做的各种焊接，一般不考虑它的布局与元件的合理性，即减小由于布局不当带来的相互影响；

再就是在焊接时要考虑到在后面调试及改进的更换问题，所以元件的分布不要太密，减少直接用引脚带来的更换元件时的困难。

还有，别小看一根导线，它也要根据一条通路中电流大小而选择导线的粗细。

由于前面所做的设计实验几乎都是在练习焊接，所以焊接技术还算行，电源与功放在一天之内就焊接完成，接下来就是麻烦的调试过程，真正需要耐心、分析能力、扎实得理论基础了。

虽然模电中的好多参数是具体不确定的，但分析过程还是以理论为基础的，再分析过程中，让我感觉到了理论基础的不足，工具运用不熟练等问题，但我学会了把理论和实际结合起来。

调试起来真的太费事，电路板上的元件反复更换，由固定的电阻换为滑动变阻器，

改变电位器，则电路中各点电压都跟着改变，分析后应该是合理的，但测量中却不合适。

更换中反而带来了更多的问题，有时会烧坏别的元件。

调试过程中我们经常用手摸的方法，去防止三极管饱和导通，温度连续上升而烧坏，所以有时感觉到的不只是热，还有电击，由于三极管2N3055和MJE2955都是金属外壳封装，为了同时试温度变化情况，我将两手指跨接到两管的金属外壳上，即跨接两管C极之间，接上了56V的电压，手都被电打破，从此我对电又有了新的认识，时刻要注意，用合理了会很听话，用不好了还会打人，还有要注意电容里面贮存的电，有时也会很大，所以在通电时少触摸导电部位。

下来就是仿真过程，就软件而言，可能是用的不熟，加上对仿真结果的分析没有经验，这次更改后仿真结果很不错了，但按着仿真的结果做出的实物电路，不正常工作，也可能是由于理论与实物的差距，但荣幸的是，让我学会了工具Orcad的运用，运用它去验证一些理论，也可以去尝试别的电路的验证与仿真，帮助我解决了好多问题。

看似很简单的电路，却花费好长时间的调试，最终还是非理想状态。

最后，我在学习与实验过程中总结了以下几点：

1、要有目标

2、要有创新

3、要有耐心