低频功率放大器课程设计.docx
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低频功率放大器课程设计
摘要
本文主要叙述的是一个功率放大电路的设计整个电路主要由前置放大器、功率放大器2部分构成。
由前置放大器把小信号放大可以让OCL正常稳定的工作，用OCL电路实现功率的放大。
为了减少交越失真，应当设置合适的静态工作点。
使两只放大管均工作在临界的导通或微导通状态提升工作效率，稳定。
设计之后用mulsitim进行仿真，仿真结果达到任务书要求。
实验表明设计的电路结构简洁、实用，充分利用到了集成功放的优良性能。
关键词:
OCL电路;前置放大电路;功率放大电路;效率
1、绪论
功率放大电路的使用非常广泛。
在日常生活中我们也离不开功率放大电路的应用。
例如我们通过音响来放大音频信号，让更多的人可以听到.广播通过低频功率放大信号可以让信号传送的更远。
功率放大信号与我们的日常息息相关。
本次课设的主要要求是设计一个功率放大电路，符合指标为输入正弦信号电压幅值≦150mV，等效负载电阻
下，放大通道应满足：
1.额定输出功率Pom≧3W；
2.带宽BW≧10kHz；
3.效率η≧70﹪
2、方案的确定
如图所示为方案的框图。
输入信号输出信号
前置放大器方案设计
方案一：
分立元件共射放大电路。
如图所示。
图共射放大电路
求出IC，IB,UCEQ选择合适的静态工作点，防止顶部失真与底部失真。
然后提供正弦信号保证共射电路的稳定放大。
共射放大电路既可以放大电压又可以放大电流并且有很大的增益，适用与放大低频信号。
方案二：
集成运算放大电路的设计。
如图所示。
图集成运算放大电路的设计
引入了深度负反馈的概念。
对差模信号放大的倍数很大，线性放大区非常窄。
但是一旦引入深度负反馈则计算方便并且稳定。
方案比较：
方案一：
优点：
电压，电流放大增益大，一旦有合适的静态工作点，那么共射放大电路就能以直流为基准，放大Ui达到放大的作用。
缺点：
受温度变化大，导致共射放大电路不稳定。
还要调节合适的静态工作点才能很好的进行放大作用，计算稍稍繁琐。
参数的计算也不方便计算，计算量大。
方案二：
优点：
受温度的影响小电路工作稳定，计算量小，有很好的电压增益的作用。
缺点：
集成电路放大电路分为线性工作区和非线性工作区。
线性工作区引入了深度负反馈的概念导致放大区窄，如果参数调节不合适的话导致频带宽度不能满足本课设的基本要求。
功率放大器的设计
方案一：
集成OTL放大电路
OTL电路是一种没有输出变压的功率放大电路。
采用负载连接与输出电容相连接的互补对称放大电路。
OTL电路与OCL电路相比，多了一个大容量电容，使正弦信号的负信号相当与电压源。
少了一个方向的偏置电压。
使D点电压为Vcc/2。
只要输出电容的容量足够大，电路的频率特性也能保证。
如图为OTL放大电路。
图OTL放大电路
方案二：
OCL放大电路
省去了电容，是系统的低频响应更加平滑，低频特性更好。
采用无输出耦合电容的功率放大电路。
采用正负全对称双电源供电，以便获得直流零点平。
功率放大电路最重要的技术指标是电路的输出功率Pom以及效率
。
需首先求解负载上能够得到的最大输出电压幅值。
当输出电压足够大，且又不产生失真时，有以下的公式。
如图OCL放大路。
图OCL放大电路
方案比较：
方案一：
优点：
。
采用负载连接与输出电容相连接的互补对称放大电路，正弦信号的负信号可相当与电压源少了一个方向的偏置电压，而且只要输出电容的容量足够大，电路的频率特性也能保证。
少了一个电源偏置。
缺点：
因为采用负载连接与输出电容相连接的互补对称放大电路，所以低频特性相对OCL不平滑。
并且电容元件性质较难掌握。
方案二：
优点：
OCL电路效率高，减少失真，电路稳定简单实用。
是常用的放大功率电路，省去了输出电容，是系统的低频响应更加平滑，低频特性更好。
采用无输出耦合电容的功率放大电路。
采用正负全对称双电源供电，以便获得直流零点平。
简单，实用。
缺点：
必须用双电源供电，增加了电源的复杂性。
经过前置放大器两个方案的对比与功率放大电路的方案对比，我选择前置放大器使用集成运算放大器，功率放大电路我选择OCL功率放大电路。
3、工作原理、硬件电路的设计或参数的计算
整体电路如图所示。
图电路的总设计图
因为已知的输入信号幅值很小，所以把150mV的小信号通过同向比例放大器放大,能让甲乙类互补功率放大电路中的晶体管在放大区正常工作，加上VEE=12V的正向偏置与VEE=-12V的反向偏置。
使整个OCL放大电路的正常运行，通过的负载电阻，输出最大不失真电压Uom。
前置放大器
器件介绍
放大器选择了μA741运算放大器。
μA741放大器为运算放大器中最常被使用的一种，拥有反相向与非反相向两端输入端，由输入端输入欲被放大的电流或电压信号，经放大由输出端输出。
放大器做动的最大特点为需要一对同样大小的正负电源。
如图3为μA741运算放大器的管脚图。
图3放大器的管脚图
管脚1：
调零电位。
管脚8：
空脚。
管脚2：
反相输入端。
管脚7：
正向偏置。
管脚3：
同相输入端。
管脚6：
输出端。
管脚4：
反向偏置。
管脚5：
调零电位。
参数设计
因为同向比例放大器所以U0与Ui有这样的关系式。
经计算
放大倍数为61倍。
OCL电路
第一部分可以选择晶体管放大电路和运算放大电路两种方式。
晶体管放大，可以得到很大的放大倍数，但是器电路相对要复杂，造价要高，而且静态工作点也需要有严格的控制才能使晶体管有放大作用；集成运放电路不用担心这一点，运算放大器有型号的选择，也可以达到晶体管放大的效果，所以我选择了集成运放电路，连接成同相比例放大电路，之后将一个小信号加进一个小信号放大电路，进行电压放大在这里根据题设要求将150mV的小信号源通过同向比例放大电路进行放大，让功率放大电路中的晶体管在放大区正常工作。
功率放大电路的有两种方式供选择，OTL和OCL电路，如果选择OTL功率放大电路在电路连接上需要相对复杂的链接，在电路上要加电容，计算起来比较繁琐，而且OTL电路多数为乙类推挽电路，所能达到的效率不足70%，而OCL功率放大电路，便不用有此担心，通常情况下都会连接成甲乙类推挽电路，效率均会达到70%以上，并且它的连接要比OTL电路简单许多，所以我选择OCL功率放大电路连接。
接功率放大电路在电路中加上两个偏置VCC=12V的正向偏置与VEE=-12V的反向偏置，使整个OCL功率放大电路的正常运行，通过8Ω的负载电阻，输出最大不失真电压Uom，达到要求所需要的功率。
参数的设计
所以，Vcc选取12V
功率的指标分析
因为〉3W所以符合技术指标
大于70%的技术指标所以符合指标。
4、总体电路设计和仿真分析
总体电路设计
如图所示。
图4.1电路的总体设计
仿真分析
前置放大器的仿真
如图所示为前置放大电路的电路图。
图前置放大器的仿真图
把150mV的小信号源经过放大器放大了61陪，放大到了。
对比信号源的示数。
如图所示。
如图所示为电路的输出电压和信号源的仿真图
观察放大波形是否失真，比较输入电压与放大电压。
如图所示。
通道A为输入电压的波形，通道B为放大电压的波形。
图前置级放大电路的电压波形
前置放大电路，将小信号放大61倍，频率不会发生改变，幅值发生了改变。
从失真层面看，图像并未失真，满足题设要求。
图所示用失真分析仪器检测失真。
图检测失真
如图所示为R6分压之后电路的输出电压为。
图电阻分压后电路的输出电压
OCL电路
如图所示为OCL功率放大电路。
图OCL功率放大电路
用万用表测出Uom两端的电压为。
如图所示为OCL放大电路的输出电压与输入电压的对比。
图OCL功率放大电路的输出电压与输入电压的对比
观察输出波形是否失真，比较输入电压与输出电压。
如图所示。
通道A为输入电压的波形，通道B为输出电压的波形。
图OCL功率放大电路电压输出波形
图所示用失真分析仪器检测失真。
图检测失真程度
我们把输出波形单独列出来，发现波形有一定的交越失真。
如图所示。
图输出电压的波形
通过波形图，我们发现波形有点交越失真，所以在输出电阻与放大器之间连接一个滑动变阻器，通过调节滑动变阻器来消除交越失真。
如图所示。
图改进后的整体电路图
如图所示改进后的输出电压波形。
图输出电压波形图
通过新的波形图可以看出，基本可以消除了交越失真。
频带宽度的仿真检验
所以在频带宽度的点的电压应为。
在10Hz到20kHz的范围内，输出电压幅度不发变化。
如图当电压源频率为138kHz时
图电压源
如图所示当电压源频率为138kHz时的输出电压。
图万用表示数
138kHz左右为的点。
所以带宽符合20Hz到10kHz。
所以带宽符合，功率符合，效率符合。
本次课设圆满结束。
全部符合技术指标。
5、心得体会
深刻懂得了低频功率放大电路原理以及设计思想与方法我们学会了很多东西，培养了动手能力也为我们以后的工作打下了良好的基础。
通过这次课程设计使我懂得了理论与实际相结合是很重要的，只有理论知识是远远不够的，只有把所学的理论知识与实践相结合起来，从理论中得出结论，才能真正为社会服务，从而提高自己的实际动手能力和独立思考的能力。
在设计的过程中遇到问题，可以说得是困难重重，在设计的过程中发现了自己的不足之处，对以前所学过的知识理解得不够深刻，掌握得不够牢固有了深刻的理解。
这次课程设计终于顺利完成了，在设计中遇到了很多专业知识问题，最后在老师的辛勤指导下，终于游逆而解。
同时，在老师的身上我们学也到很多实用的知识，在次我们表示感谢！
同时，对给过我帮助的所有同学和各位指导老师再次
表示忠心的感谢！
感谢老师的用心指导。
参考文献
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高等教育出版社，2000年
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高等教育出版社，2008年
［9］王成华等主编.现代电子技术基础（模拟部分）.北京：
北京航空航天大学出版社，2005年
附录
元器件清单
表1元器件清单
序号
编号
名称
型号
数量
1
R3、R4、R9、R10
电阻
4
2
R7、R8
电阻
2
3
R12
电阻
1
4
R11
电阻
1
5
R6、R2
电阻
2
6
R1
电阻
1
7
R5
电阻
1
8
U1
运算放大器
μA741
1
9
D1、D2
晶体管
1N3491
2
总电路图
低频功率放大器设计的总电路图如图1所示。
图1低频功率放大器设计的总电路图
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