課程設(shè)計(jì)基本互補(bǔ)對(duì)稱功率放大器OCL的設(shè)計(jì)

1、課課程程設(shè)設(shè)計(jì)計(jì)任任務(wù)務(wù)書書 題題 目：目：基本互補(bǔ)對(duì)稱功率放大器 ocl 的設(shè)計(jì) 初始條件：初始條件： 具較扎實(shí)的電子電路的理論知識(shí)及較強(qiáng)的實(shí)踐能力；對(duì)電路器件的選型及電路形式 的選擇有一定的了解；具備低高頻電子電路的基本設(shè)計(jì)能力及基本調(diào)試能力；能夠正確 使用實(shí)驗(yàn)儀器進(jìn)行電路的調(diào)試與檢測。 要求完成的主要任務(wù)：要求完成的主要任務(wù)： 1.采用 6 個(gè)以上的晶體管完成一個(gè)互補(bǔ)對(duì)稱功率放大器 ocl 的設(shè)計(jì)； 2.設(shè)計(jì)的功率放大器輸出功率達(dá)到 10w 以上； 3. 利用 multisim 和 protel 軟件繪制該電路的原理圖和 pcb 印制電路板圖； 4.完成課程設(shè)計(jì)報(bào)告（應(yīng)包含電路圖，清單、

2、調(diào)試及設(shè)計(jì)總結(jié)） 。 時(shí)間安排：時(shí)間安排： 12011 年 6 月 10 日分班集中，布置課程設(shè)計(jì)任務(wù)、選題；講解課設(shè)具體實(shí)施計(jì)劃 與課程設(shè)計(jì)報(bào)告格式的要求；課設(shè)答疑事項(xiàng)。 22011 年 6 月 10 日 至 2011 年 6 月 23 日完成資料查閱、設(shè)計(jì)、制作與調(diào)試；完成 課程設(shè)計(jì)報(bào)告撰寫。 3. 2011 年 6 月 24 日提交課程設(shè)計(jì)報(bào)告，進(jìn)行課程設(shè)計(jì)驗(yàn)收和答辯。 指導(dǎo)教師簽名：指導(dǎo)教師簽名： 年年 月月 日日 系主任（或責(zé)任教師）簽名：系主任（或責(zé)任教師）簽名： 年年 月月 日日 目錄 摘要 .i abstract.ii 1 功率放大器的特點(diǎn)及 ocl 各模塊工作原理.1 1.1

3、 功率放大器的特點(diǎn).1 1.2 功率放大器的分類： .2 1.3 功率放大器的個(gè)組成模塊及原理 .3 1.3.1 中級(jí)驅(qū)動(dòng)的基本放大電路工作原理 .3 1.3.2 輸入級(jí)差分放大器模塊的工作原理 .6 1.3.3 輸出級(jí)功率放大器模塊的工作原理 .8 2 基本互補(bǔ)對(duì)稱功率放大器的設(shè)計(jì).11 3 電路的仿真及實(shí)物調(diào)試.13 3.1 multisim軟件仿真電路.13 3.2 實(shí)物的調(diào)試 .15 4 通過 protel制作 pcb 板 .16 5 元件清單.20 6 心得體會(huì).21 參考文獻(xiàn) .22 摘要 功率放大器廣泛應(yīng)用于電子線路系統(tǒng)中，在很多情況下設(shè)備的額定輸出功率比較小， 這時(shí)就要在信號(hào)輸

4、出端和信號(hào)接收設(shè)備之間加上功率放大器來補(bǔ)充所需的功率，在電路 中的核心部件是晶體管，其原理是利用三極管的放大作用，通過電流控制作用將直流電 源的能量轉(zhuǎn)換為輸出信號(hào)的電流能量。由多級(jí)電路，經(jīng)過不斷的電流及電壓放大，就完 成了功率放大。 本課程設(shè)計(jì)采用基本互補(bǔ)對(duì)稱型 ocl 電路，即省去輸出端的大電容，優(yōu)點(diǎn)是可以使 系統(tǒng)的低頻響應(yīng)更加平滑。另外本課設(shè)采用 protel 和 multisim 軟件來畫電路原理圖和制 作 pcb 板，進(jìn)行分析和調(diào)試。掌握設(shè)計(jì)和調(diào)試電路的一些方法和技巧。 關(guān)鍵字：關(guān)鍵字：輸出頻率，晶體管，互補(bǔ)對(duì)稱 abstract power amplifiers are widely

5、 used in electronic circuit systems. in many cases, the rated output power of equipment is relatively small. then we add the power amplifier between output the signal and the signal receiving device to supplement the power needed . the key components in the circuit is the transistor, the principle i

6、s the use of transistor amplification. the energy of the dc power was transformed into the current energy of the output signal by current control action. by the multi-level circuit, through continuous current and voltage amplification, the power amplification of the circuit is completed. this course

7、 is designed with the basic complementary symmetrical circuit ocl, which eliminates the need for large output capacitor. the advantage of it can make the low-frequency system more smooth. another lesson design using protel and multisim software to draw schematic and pcb board production,we should co

8、ntrol circuit design and debug some of the methods and techniques keywords: output frequency, transistor, complementary symmetry 1 功率放大器的特點(diǎn)及 ocl 各模塊工作原理 1.1 功率放大器的特點(diǎn) 晶體管是功率放大器的核心元件，其原理是 利用三極管的電流控制作用或場效應(yīng) 管的電壓控制作用將電源的 功率轉(zhuǎn)換為按照輸入信號(hào)變化的 電流能量。若將小信號(hào) 注入晶體管的基極，則集電極流過的電流會(huì)等于基極電流的 倍，然后將這個(gè)信號(hào) 用隔直電容隔離出來，就得到了電流是原先的

9、倍的大信號(hào)，這現(xiàn)象 即三極管的放 大作用。經(jīng)過不斷的電流及電壓放大，就完成了功率放大。 在實(shí)際應(yīng)用中放大電路并不是孤立的，在電路的輸出端要接入放大對(duì)象，即待放 大的的信號(hào)，同時(shí)放大電路必將經(jīng)過放大或處理的信號(hào)送到負(fù)載，這就要求輸出級(jí)除 電壓放大外，還要提供一定的功率。事實(shí)上，各種放大電路的本質(zhì)都是對(duì)能量的轉(zhuǎn)換 和控制，無論哪種組態(tài)的放大電路，無論有無電壓或電路流放大作用，均有功率放大 作用。功率放大電路只不過是強(qiáng)調(diào)電路的側(cè)重點(diǎn)不一樣。區(qū)分并不是很嚴(yán)格。 但要注意的是功率放大器的負(fù)載都是低阻值的負(fù)載，在各種電壓放大器組態(tài)中， 共射極放大電路和共基極放大電路的負(fù)載能力差，無法驅(qū)動(dòng)低阻值的負(fù)載，負(fù)載

10、能力 最強(qiáng)的電壓放大電路是共集極放大電路，所以在各種功率放大器電路中的核心是共集 電極放大電路。 在實(shí)際應(yīng)用中，功率放大器有以下幾個(gè)特點(diǎn)要重視： （1）電路的輸出功率是交變電流和交變電壓的乘積， 為得到需要的 較大輸出功 率，驅(qū)動(dòng)低阻值的負(fù)載，要求輸出的電壓幅值足夠大，電流幅值足夠大，所以電路 中的晶體管處于大信號(hào)工作狀態(tài)。 （2）功放電路中的晶體管處于大信號(hào)工作狀態(tài)，要承受大的電壓、電流，必然有 相當(dāng)大的管耗，當(dāng)超過晶體管的額定管耗時(shí)就易燒毀。電路設(shè)計(jì)使用中首先要考慮 怎樣充分地發(fā)揮 晶體管功能而又不損壞 晶體管。由于電路中功放管工作狀態(tài)常接近極 限值，所以在功放電流調(diào)整和使用時(shí)要小心，不宜

11、超限使用 ，同時(shí)注意電路的散熱 ， 另外盡量選擇額定管耗大的晶體管。 （3）從能量轉(zhuǎn)換的觀點(diǎn)來看，功率放大電路提供給負(fù)載的交流功率是在輸入交流 信號(hào)的控制下將直流電源提供的能量轉(zhuǎn)換成交流能量而來的。任何電路都只能將直流 電能的一部分轉(zhuǎn)換成交流能量輸出，其余的部分主要是以熱量的形式損耗在電路內(nèi)部 的晶體管和電阻上，并且主要是晶體管的損耗。對(duì)于同樣功率的直流電能，轉(zhuǎn)換成的 交流輸出能量越多，功率放大電路的效率就越高。因?yàn)楣β蚀?，所以效率的問題就變 得十分重要，否則，就會(huì)帶來能源的浪費(fèi)。 （4）功放電路的輸入信號(hào)已經(jīng)幾級(jí)放大，有足夠強(qiáng)度，這會(huì)使功放管工作點(diǎn)大幅 度移動(dòng)，所以要求功放電路有較大的動(dòng)態(tài)范

12、圍。功放管的工作點(diǎn)選擇不當(dāng)，輸出會(huì)有 嚴(yán)重失真。同時(shí)由于晶體管的非線性，功率放大電路又工作在大信號(hào)工作狀態(tài)，必然 導(dǎo)致工作過程中會(huì)產(chǎn)生較大的非線性失真。輸出功率越大，電壓和電流的幅度就越大， 信號(hào)的非線性失真就越嚴(yán)重。因而如何減小非線性失真是功率放大電路的一個(gè)重要問 題。 1.2 功率放大器的分類： 1.以晶體管的靜態(tài)工作點(diǎn)位置分類,即常見的功率放大器按晶體管靜態(tài)工作點(diǎn) q 在 交流負(fù)載線上的位置不同，可分為甲類、乙類和甲乙類 3 種。 （1）甲類功率放大器 工作在甲類工作狀態(tài)的晶體管，靜態(tài)工作點(diǎn) q 選在交流負(fù)載線的中點(diǎn)附近。在輸入 信號(hào)的整個(gè)周期內(nèi)，晶體管都處于放大區(qū)內(nèi)，輸出的是沒有削波失

13、真的完整信號(hào)，所示 它允許輸入信號(hào)的動(dòng)態(tài)范圍較大，但是甲類功放在沒有信號(hào)輸入時(shí)也要消耗電源功率， 這部分電源功率全部消耗在導(dǎo)通的晶體管和偏置電阻上，此時(shí)電路轉(zhuǎn)換效率為零，當(dāng)有 用信號(hào)輸入時(shí)，電源的功率也只有部分轉(zhuǎn)換為有用信號(hào)，只有當(dāng)信號(hào)越大，送給的負(fù)載 的功率才越高，轉(zhuǎn)換效率才增加。所以其靜態(tài)電流大、損耗大、效率低。 （2）乙類功率放大器 工作在乙類工作狀態(tài)的晶體管，靜態(tài)工作點(diǎn) q 選在晶體管放大區(qū)和截止區(qū)的交界處， 即交流負(fù)載線和0 的交點(diǎn)處。在輸入信號(hào)的整個(gè)周期內(nèi)，晶體管半個(gè)周期工作在放 b i 大區(qū)，半個(gè)周期工作在截止區(qū)，放大器只有半波輸出。當(dāng)不輸入信號(hào)或輸入信號(hào)在晶體 管不導(dǎo)通的半個(gè)周

14、期內(nèi)，晶體管沒有電流通過,此時(shí)晶體管的功率損耗為零,故與甲類功 放相比損耗小、效率高，但非線性失真太大。如果采用兩個(gè)不同類型的晶體管組合起來 交替工作，則可以達(dá)到最小失真時(shí)的信號(hào)。 （3）甲乙類功率放大器 工作在甲乙類工作狀態(tài)的晶體管，靜態(tài)工作點(diǎn) q 選在甲類和乙類之間。在輸入信號(hào) 的一個(gè)周期內(nèi)，晶體管有時(shí)工作在放大區(qū)，有時(shí)工作在截止區(qū)，其輸出為單邊失真的信 號(hào)。甲乙類工作狀態(tài)的電流較小，效率也比較高，電路只要有信號(hào)輸入，晶體管就開始 工作，因靜態(tài)偏置電流很小，在輸出功率，功耗和轉(zhuǎn)換效率方面與乙類十分接近，但比 乙類的低。分析方法與乙類相同。 2.以功率放大器輸出端特點(diǎn)分類： (1) 有輸出變

15、壓器功放電路 (2) 無輸出變壓器功放電路(又稱 otl 功放電路) (3) 無輸出電容器功放電路(又稱 ocl 功放電路) (4) 橋接無輸出變壓器功放電路(又稱 btl 功放電路) 在本課程設(shè)計(jì)中，我選擇的甲乙類的無輸出電容器功放電路ocl。 1.3 功率放大器的個(gè)組成模塊及原理 功率放大器用來對(duì)輸入信號(hào)進(jìn)行功率放大，在不同的使用場合下由于對(duì)輸出信號(hào)的 功率等要求不同，所以采用不同類型的功放電路。 一般情況下，功率放大器是一個(gè)多級(jí)放大器電路，主要有最前面的前置放大器，中 級(jí)的推動(dòng)級(jí)和最后的功放輸出級(jí)電路組成。如圖 1。 圖 1 功率放大器電路組成框圖 1.3.1 中級(jí)驅(qū)動(dòng)的基本放大電路工作

16、原理 放大電路的兩個(gè)作用一是針對(duì)變化量即交流量進(jìn)行放大;二是實(shí)現(xiàn)能量轉(zhuǎn)換，把直流 電源能量轉(zhuǎn)變成的信號(hào)能量。日常中最基本、最常見的晶體管放大電路是共射級(jí)放大電 路。 作為電壓放大器，它能夠把微弱的信號(hào)電壓放大。將輸入的交流小信號(hào)電壓疊加在直 流電壓上，使晶體管基極、發(fā)射極之間的正向電壓發(fā)生變化，通過晶體管的控制作用， 使集電極電流有更大的變化，它的變量在集電極電阻上產(chǎn)生大的電壓變量，從而實(shí)現(xiàn)電 壓放大。 要想實(shí)現(xiàn)放大電壓作用，有二個(gè)要求：第一，要有直流通路，即保證晶體管 bjt 發(fā) 射結(jié)處于正向偏置，集電結(jié)處于反向偏置，使晶體管工作在放大區(qū)，以實(shí)現(xiàn)電流的控制 作用。 第二，要有交流通路，使輸入

17、的待放大信號(hào)能加到發(fā)射結(jié)上，以控制三極管的電 流，而且放大了的信號(hào)能從電路中輸出。 圖 2 基本共射極放大器 放大電路有兩種工作狀態(tài)：直流工作狀態(tài)和交流工作狀態(tài)。 靜態(tài)：輸入信號(hào)為零 vi= 0 時(shí)，放大電路中各處的電壓電流都是不變的直流電的工作 狀態(tài)，稱直流工作狀態(tài)。靜態(tài)時(shí)，晶體管的 ib，ic，vce 在特性曲線上確定為一點(diǎn)，稱 為靜態(tài)工作點(diǎn)，常稱為 q 點(diǎn)。在分析靜態(tài)時(shí)，畫直流通路的原則是大電容開路，大電感 短路，直流電源不變，信號(hào)源短路，其直流通路如圖 3（a） ，然后利用估算法求解靜態(tài)工 作點(diǎn)。其求解方法： 一個(gè)放大電路的靜態(tài)工作點(diǎn)必須由這三個(gè)參數(shù)共同決定，通常所說的求靜態(tài)工作點(diǎn)，

18、就是求出三個(gè)參數(shù)的數(shù)值。 ccbe b 15 vv i r cb i i ceccc16 vvi r 靜態(tài)工作點(diǎn)在模擬晶體管放大電路中是很重要的，其設(shè)置主要目的就是防止交流信 號(hào)不失真，靜態(tài)工作點(diǎn)沒有設(shè)置好，重者會(huì)產(chǎn)生截止和飽和失真，輕者不利與信號(hào)的放 大。靜態(tài)工作點(diǎn)最好設(shè)置在負(fù)載上的中心，這樣正弦信號(hào)的正半周和負(fù)正半幅值可以比 較大，也不會(huì)失真。要是設(shè)置比較偏了，要想不失真的話，只能輸入很小幅值的信號(hào)。 圖 3 共射極放大電路的直流通路和交流通路 輸入信號(hào)不為零時(shí)，放大電路的各處電壓電流都處于變動(dòng)的工作狀態(tài)，稱交流工作 狀態(tài)。在進(jìn)行放大電路動(dòng)態(tài)分析之前，必須先進(jìn)行靜態(tài)分析，當(dāng)靜態(tài)工作狀態(tài)正確

19、了， 動(dòng)態(tài)分析才有意義。在進(jìn)行動(dòng)態(tài)分析時(shí)，畫交流通路的原則是大電容短路，大電感開路， 直流電源交流短路，其交流通路如圖 3（b） ，然后利用小信號(hào)模型分析法，小信號(hào)模型如 圖 4，分別求解電壓放大倍數(shù) av，輸入電阻 ri，輸出電阻 ro，其計(jì)算方法： 電壓放大倍數(shù)： 18voiblbe av virrr 輸入電阻： 17iiibe rv irr 輸出電阻： 18ooo rvir 圖 4 小信號(hào)模型 由動(dòng)態(tài)工作分析法可用于電壓放大倍數(shù)，特別是觀察放大電路的最大不失真輸出幅 度，以及波形是否失真。 晶體管輸出特性分為三個(gè)工作區(qū)域：放大區(qū)，飽和區(qū)，截止區(qū)。放大電路的目的是 實(shí)現(xiàn)信號(hào)的不失真放大，即

20、動(dòng)態(tài)工作軌跡在輸出特性的放大區(qū)。一旦動(dòng)態(tài)工作軌跡進(jìn)入 截止區(qū)或飽和區(qū)，將造成非線性失真。 一般的，當(dāng)放大電路產(chǎn)生失真的原因有二個(gè)：（1）q 點(diǎn)選擇不當(dāng)（過高或過低）： （2）輸入信號(hào)幅值過大。 q 點(diǎn)過高時(shí)，電路輸出易飽和失真。 q 點(diǎn)過低時(shí)，電路輸出易截止失真。 所以在電路中電阻值的選擇很重要，關(guān)系到波形的失真與否。 1.3.2 輸入級(jí)差分放大器模塊的工作原理 無輸入信號(hào)時(shí)，輸出仍有緩慢變化的電壓產(chǎn)生，這種現(xiàn)象叫零點(diǎn)漂移。其產(chǎn)生的原 理 vcc 波動(dòng)、溫度變化引起管子參數(shù)變化，元器件參數(shù)老化等引起的 q 點(diǎn)漂移，其中， 溫度變化引起的漂移是主要的，又稱溫漂。 溫漂的存在是有害的，當(dāng)漂移電壓的

21、大小可以同有效信號(hào)相比擬時(shí)，輸出電壓產(chǎn)生 很大誤差，甚至無法分辨?？梢缘刃У膶仄醋魇且环N干擾。對(duì)于 rc 耦合放大電路， 由于級(jí)間有耦合電容，各級(jí) q 點(diǎn)是彼此獨(dú)立的，前級(jí)的零點(diǎn)漂移不會(huì)傳遞到后級(jí)，所以， 其零漂不必考慮。而對(duì)于直耦式放大電路，零漂卻會(huì)逐級(jí)放大傳遞，第一級(jí)漂移的影響 最大，而級(jí)數(shù)越多，增益越高，漂移越嚴(yán)重。所以必須采取措施控制零點(diǎn)漂移。 本課程設(shè)計(jì)中，在輸入級(jí)采用差分放大器作為輸入端，可以達(dá)到較好的效果。雙端 輸入型電路如圖 5（a） 。 圖 5 差分放大器 如圖所示，其中管 q1，q2 特性完全相同，并且每個(gè)晶體管都構(gòu)成了共射極電路，其 他電阻等參數(shù)也完全一樣，一般的差分

22、放大器可以分為雙端輸入，單端輸入，雙端輸出， 單端輸出等 4 種類型。輸出為晶體管集電極電位之差。電路可以采用雙電源供電。負(fù)電 源保證晶體管發(fā)射結(jié)的正向?qū)?，是晶體管能夠正常的放大，re 電阻接在晶體管的發(fā)射 結(jié)，具有負(fù)反饋的作用，能夠穩(wěn)定 q 點(diǎn)，因此具有減少每一邊電路的零點(diǎn)漂移的作用。 其主要參數(shù)： 差模信號(hào)： 共模信號(hào)： 其中當(dāng)輸入信號(hào)為差模信號(hào)時(shí)有：； 12 2 iiid vvv 當(dāng)輸入信號(hào)為共模信號(hào)時(shí)有： 12iiic vvv 差模電壓增益： 輸入差模信號(hào)時(shí)，電路的輸出電壓為電路的兩個(gè)晶體管的集電極的電位變化的 2 倍， 差模信號(hào)是電路的有效輸入信號(hào)，差分電路對(duì)差模信號(hào)具有放大功能，

23、其差模放大倍數(shù) 等于單邊電路的電壓放大倍數(shù)，多使用一個(gè)晶體管并沒有提高電壓的放大倍數(shù)。 idi1i2 =vvv i1i2 1 v =() 2 ic vv d= 222 od odidl cbe id v vvr arr v v 共模電壓增益： 由于共模信號(hào)的大小相同，方向相同，一端增加多少，電路的參數(shù)也相同，另一端 同樣增加多少，所以輸入共模信號(hào)時(shí)，理想狀態(tài)下，t 變化或電源的波動(dòng)，將使兩管的 ic、 vc 產(chǎn)生相同的變化，雙端輸出電壓基本不變，電路輸出為零，電路完全抑制共模 信號(hào)，同理，零點(diǎn)漂移引起的電壓變化，也可以看成共模信號(hào)，所以利用差分放大器可 以有效遏制溫漂。 總輸出電壓： 共模抑制

24、比： 211 22 beee cmrvdvc bebe rrr kaa rr 由共模抑制比可以檢驗(yàn)電路抑制共模信號(hào)的能力和放大差模信號(hào)的能力，有公式可 以看出，acd 越大，avc 越小，越大，電路的性能越好，是用來反映抑制零漂能力 cmr k 的指標(biāo)。 另一方面，由公式我們可以看出，re 越大，共模抑制比越高，電路的性能越好。但 在實(shí)際的電路板中最好不出現(xiàn)大電阻，產(chǎn)生大損耗，發(fā)出熱量多。 因此，在集成電路中常常采用用恒流源代替 re，如圖 5（b） ，恒流源的等效交流電 阻很大并且利于集成電路制作，理想的恒流源的等效內(nèi)阻為無窮大，此時(shí)甚至可以認(rèn)為 單端輸出時(shí)的共模電壓放大倍數(shù)也為 0。同時(shí)恒

25、流源可以使發(fā)射結(jié)電流為恒定，從而保證 了 q 點(diǎn)的穩(wěn)定。 1.3.3 輸出級(jí)功率放大器模塊的工作原理 之前講到過，工作在乙類方式下的放大電路，雖然晶體管的管功耗比較小，有利于 提高效率，這對(duì)于輸出大功率的功放十分重要，但存在嚴(yán)重的非線性失真，當(dāng)功放用于 音頻系統(tǒng)中，會(huì)造成嚴(yán)重的聲音失真，使得音頻設(shè)備效果很差。所以在此介紹乙類互補(bǔ) 對(duì)稱功率放大器，如圖 6（a） ，電路采用兩個(gè)參數(shù)相同的互補(bǔ)對(duì)稱晶體管，并且讓他們都 工作在乙類方式下，其中一個(gè)在信號(hào)的正半周期導(dǎo)通，另一個(gè)在信號(hào)負(fù)半周期導(dǎo)通，最 后在想辦法讓正負(fù)半周期的信號(hào)都能加載在負(fù)載上，就可以在負(fù)載上得到一個(gè)非線性失 真有很大改 善的完整波形。

26、 oc c1 ic =0 20 i v av v v oddcc =vod oc vva va v vv 如圖，可以看出互補(bǔ)功放是由兩個(gè)共集極放大器組成，兩個(gè)射級(jí)跟隨器的特點(diǎn)是輸 出電阻小，帶負(fù)載的能力強(qiáng)，適合作為功率輸出級(jí)，各個(gè)管靜態(tài)時(shí)不去電流，減少靜態(tài) 功耗。而在有輸入信號(hào)時(shí)，兩個(gè)晶體管輪流導(dǎo)通，互補(bǔ)了對(duì)方的不足。 其參數(shù)計(jì)算： 當(dāng)輸入為正弦波，則在負(fù)載電阻上的輸出平均功率為： 2 222 omomom ooo l viv pv i r 式中，vo 為輸出電壓的有效值，vom 為輸出電壓幅值，io 為輸出電流的有效值，iom 為輸出電流的幅值。當(dāng)輸出信號(hào)的幅值越大，電路輸出的有用平均功率越

27、大。 圖 6 互補(bǔ)對(duì)稱功率放大器 電源供給的直流功率 pv： 2 2 occom vcc ll vv v pv rr 轉(zhuǎn)換效率： 4 oom vcc pv pv 顯然，當(dāng)忽視晶體管的飽和壓降，即 vom=vcc 時(shí)乙類雙電源的效率最高，可達(dá) 。4 但在實(shí)際中，晶體管的管壓降為 0.7v 左右，在小信號(hào)輸入時(shí)，輸入信號(hào)很小時(shí)，達(dá) 不到晶體管的開啟電壓，而使兩個(gè)三極管均不導(dǎo)通，輸出電壓為零，只有當(dāng)輸入信號(hào)稍 大時(shí)，晶體管才可以為導(dǎo)通，但輸出波形仍有一定程度的失真。這種輸入信號(hào)在正負(fù)半 周期交替時(shí)過零點(diǎn)時(shí)，產(chǎn)生的失真稱為交越失真。 消除交越失真的方法可以使用二極管和三極管做偏置電路，使之工作在近似乙

28、類的 甲乙類工作方式。如圖 6（b） 。本次我做的課程設(shè)計(jì)中即使用的二極管和擴(kuò)大電路的 be v 甲乙類互補(bǔ)功率放大器。 該電路采用二極管加電壓倍增電路，構(gòu)成擴(kuò)大電路。其中 be v 44122cebe vvrrr 晶體管 q4 的發(fā)射結(jié)的外加電壓基本不變，只要調(diào)整電阻 r1，r2 的阻值使得 4be v 按 q2,q3 偏置電壓的需要倍增就可以使電路的交越失真大為改善。 4ce v 2 基本互補(bǔ)對(duì)稱功率放大器的設(shè)計(jì) 本次我做的課程設(shè)計(jì)是互補(bǔ)對(duì)稱功率放大器 ocl，即沒有輸出耦合電容的功率放大器， 其主要特點(diǎn)是：采用正負(fù)電源供電方式，輸出端直流電位為零；由于沒有輸出電容，低 頻效果很好；輸出端

29、的電壓比較恒定；在較低的供電電壓的情況下，可以獲得較大的功 率輸出；所以常用于一些輸出功率要求較大的功率放大器中。 根據(jù)前面的模塊基本原理，然后通過數(shù)值計(jì)算，來找到合適的元件參數(shù)，達(dá)到我所 需要的課設(shè)電路要求。 差動(dòng)放大電路電壓放大倍數(shù)僅與輸出形式有關(guān)，只要是雙端輸出，它的差模電壓放 大倍數(shù)與單管基本的放大電路相同，如果是單管輸出，則它的差模電壓放大倍數(shù)是單極 管基本電壓放大倍數(shù)的一半，輸入電阻則都一樣。我設(shè)計(jì)的前級(jí)差動(dòng)放大器如圖 7。 圖 7 帶恒流源的差動(dòng)放大器 我用了恒流源來代替電阻，電阻值近似無窮大，不但可以提高電路電壓放大倍數(shù)， e r 還可以提供，穩(wěn)定 q 點(diǎn)。 e i 設(shè)計(jì)了由晶

30、體管 q2 構(gòu)成的電路輸出恒定的電流，可以用來等效恒流源。利用穩(wěn)壓二 極管 d2 的穩(wěn)壓特性，其額定的穩(wěn)壓值有 12v，進(jìn)而達(dá)到輸出恒定電流的目的，其計(jì)算方 法： 2 22 9 120.7 2.26 5 zbeq cqeq uu iimama r 其中 uz 為穩(wěn)壓管的穩(wěn)壓值，為三極管基射級(jí)的飽和壓降。 2beq u 估算 q 點(diǎn)，兩個(gè)對(duì)稱晶體管的發(fā)射級(jí)電流： 2 13 1.13 2 cq eqeq i iima 13 0.01 1 e bb i iima 2610012.7 be e mv r i 差模電壓放大倍數(shù)： 2 1 2 90 l vd be r r a rr 除此之外，由于在實(shí)際電

31、路中，電路參數(shù)不可能完全一樣，為了保證輸入為零，就 在要在差分電路中加上調(diào)零電阻 r14，通過調(diào)節(jié)可以是電路更加穩(wěn)定。 最終設(shè)計(jì)的總電路圖如下，如圖 8 圖 8 總電路圖 3 電路的仿真及實(shí)物調(diào)試 3.1 multisim 軟件仿真電路 在本課程設(shè)計(jì)中采用 multisim10 對(duì)電路進(jìn)行仿真，multisim 軟件適用于板級(jí)的模擬 /數(shù)字電路板的設(shè)計(jì)工作。它包含了電路原理圖的圖形輸入、電路硬件描述語言輸入方式， 具有豐富的仿真分析能力。通過 multisim 和虛擬儀器技術(shù)， 我可以完成從基本原理 設(shè)計(jì)到原理圖的設(shè)計(jì)與仿真 這其中 multisim 為用戶提供了豐富的虛擬儀器，可以從desi

32、gn 工具欄選用這 些儀表，在選用后，各種虛擬儀表都以面板的方式顯示在電路中。 電路原理圖在 multisim 中畫好后，本課設(shè)的主要要求是在低頻小信號(hào)輸入的情況下， 通過電路進(jìn)行功率放大，輸出波形低失真的 12w 左右的功率信號(hào)。 首先我選擇 200hz，50mv 的正弦波作為輸入信號(hào)，利用軟件提供的虛擬儀器函數(shù)信 號(hào)發(fā)生器作為激勵(lì)源，如下圖 9。 圖 9 輸入信號(hào)為 50hz 信號(hào)由輸入端進(jìn)入，經(jīng)過我設(shè)計(jì)的互補(bǔ)對(duì)稱 ocl 電路后，由 multisim10 進(jìn)行仿真， 本軟件提供了虛擬儀器示波器和功率表，可以方便的查看仿真后的效果，形象的觀察輸 出 波形和相應(yīng)的輸出功率。主要操作是在負(fù)載的

33、兩端加上示波器，通過 simulation 工具欄啟動(dòng)電路仿真 ，再雙擊示波器，查看仿真輸出波形結(jié)果。 在開始的仿真中，我調(diào)節(jié)電位器 r14，使其的阻值偏離中間值。此時(shí)輸出信號(hào)如圖 10。 圖 10 電位器 r14 偏離很大時(shí)的輸出信號(hào) 如圖可看出，當(dāng)電位器 r14 嚴(yán)重偏離時(shí)，產(chǎn)生的信號(hào)有很嚴(yán)重的失真，這是因?yàn)?r14 的調(diào)節(jié)影響到兩個(gè)晶體管的 q 值大小，此時(shí) q 值要么過高，要么過低，差分放大器兩邊 的 q 也不在相等。即此時(shí)差分放大器抑制零點(diǎn)漂移及其共模信號(hào)的功能消失，等效成了 普通的射級(jí)放大器，所以才會(huì)出現(xiàn)上述結(jié)果。 當(dāng)我重新調(diào)節(jié)電位器時(shí)，調(diào)節(jié)到合適的位置，使得差分放大器的兩邊 q

34、值基本一樣， 兩邊對(duì)稱，同時(shí)保持輸入信號(hào)不變。在仿真觀察效果。如圖 11。 圖 11 選擇合適電位器時(shí)的輸出信號(hào) 如圖所示，當(dāng)電位器選的合適時(shí)，輸出信號(hào)為完整的正弦波，基本無失真，達(dá)到比 較好的效果。并且最終的仿真輸出功率達(dá)到 12w，滿足課程設(shè)計(jì)的要求。基本成功。 由以上分析可見，在晶體管交流工作時(shí)，必須要先新確定靜態(tài)工作點(diǎn) q，只有 q 點(diǎn)合適 時(shí)，輸出才會(huì)有好的效果。 3.2 實(shí)物的調(diào)試 在實(shí)際制作電路板時(shí)，由于我沒有買到對(duì)應(yīng)確定參數(shù)的元器件，只能選擇在理論設(shè) 計(jì)參數(shù)附近的元器件。所以不可避免的出現(xiàn)誤差，最終的輸出功率結(jié)果與理論值不同。 同時(shí)所設(shè)計(jì)的電路板也有些問題，由于輸出的功率為 1

35、2w 左右，輸出電流也比較高， 必須在電路板中采取相應(yīng)的散熱措施，并且選擇大功率的三極管。但我在實(shí)際的調(diào)試中， 由于多次在正負(fù)雙直流電源下工作，最終導(dǎo)致我的兩個(gè) tip41 中功率的晶體管燒掉。 經(jīng)過分析，我發(fā)現(xiàn)由于我的疏忽，竟然將兩個(gè)晶體管 tip41 直接連在了直流電源兩 端，沒有加入限流電阻，導(dǎo)致輸出功率和電流過大，燒掉晶體管。而在電路的仿真中并 沒有發(fā)現(xiàn)不妥，看來仿真和真正的實(shí)物調(diào)試還是有相當(dāng)差別的。 4 通過 protel 制作 pcb 板 在本次課程設(shè)計(jì)中，采用 protel 軟件制作 pcb，protel 軟件包含了電路原理圖 繪制，檢查原理圖電性能可靠性，多層印制電路板設(shè)計(jì)，電

36、子表格生成等功能，使用起 來非常方便。 在軟件的使用中，首先畫電路原理圖，注意要將使用的元器件所在的元件庫加載 到頁面文件中，同時(shí)編輯元件的屬性，注意要加上元件的封裝號(hào)，這是非常重要的， 否則無法生成 pcb 板。繪制原理圖后，先測試用戶設(shè)計(jì)的電路原理圖的正確性，通過 檢驗(yàn)電氣規(guī)則測試。如圖 12。 圖 12 電氣規(guī)則檢查 選擇要測試的參數(shù)，然后點(diǎn)擊確定， 就可以查看檢驗(yàn)的結(jié)果，此時(shí)根據(jù)結(jié)果可以 進(jìn)行修改。接著就可以創(chuàng)建網(wǎng)絡(luò)表了，如圖13。在 protel 軟件中網(wǎng)絡(luò)表是最重要的， 它是連接原理圖和 pcb 板的橋梁，必須重視。 圖 13 生成網(wǎng)絡(luò)表 生成成功后，就可以新建一個(gè) pcb 文檔，首先要將所用到的元件封裝的封裝庫放 入頁面文件中。并確保封裝庫中的封裝號(hào)與原理圖及網(wǎng)絡(luò)表的封裝號(hào)一致。然后再 pcb 文檔中引入網(wǎng)絡(luò)表，如圖 14。 圖 14 載入網(wǎng)絡(luò)表 如圖所示在載入中，沒有出現(xiàn)錯(cuò)誤，載入成功，如圖 15，生成全部元件的封裝。 圖 15 生成元件封裝 然后自己進(jìn)行元件封裝的布局，擺放好元件的位置。最后進(jìn)行元件的自動(dòng)布線，通 過軟件自動(dòng)生成，如圖 1