OCL功率放大器

1、帶三段均衡的OCL功率放大器（C題） 設(shè)計(jì)報(bào)告功率放大器摘要：本設(shè)計(jì)主要是音頻放大器的負(fù)載RL（揚(yáng)聲器）提供一定的輸出功率。當(dāng)負(fù)載一定時(shí)，輸出的功率盡可能大（功放管的電壓和電流變化范圍很大），輸出信號的非線性失真盡可能的小（在大信號狀態(tài)下，電壓、電流擺動幅度很大，極易超出管子特性曲線的線性范圍而進(jìn)入非線性區(qū)），效率盡可能高（負(fù)載上得到的信號功率與電源供給的直流功率之比），實(shí)現(xiàn)了對功率的放大作用。功率放大電路的電路形式很多，有雙電源供電的OCL互補(bǔ)對稱功放電路，單電源供電的OTL功放電路，BTL橋式推挽電路和變壓器耦合功放電路，等等。我選用的是雙電源供電的OCL互補(bǔ)對稱功放電路。本次設(shè)計(jì)選用了雙

2、運(yùn)放LM358、二端接口若干、三極管9013、9012、BD237、BD238、TIP41、TIP42、L7812、L7912、電阻若干、電容若干、構(gòu)成了三段均衡電路和功率放大電路。經(jīng)測試成功的使功率放大，達(dá)到了對聲音的放大效果。關(guān)鍵字：LM358 功率放大 1 方案比較與論證 方案一：采用LM358雙運(yùn)放設(shè)計(jì)電路和四個(gè)三極管組成，運(yùn)放為電路的驅(qū)動級電路。差分電壓±30V，輸入電壓±16.5V。四個(gè)三極管構(gòu)成功率輸出級由雙電源供電的OCL互補(bǔ)功放電路構(gòu)成。為了克服交越失真，由二極管和電阻構(gòu)成輸出級的偏置電路。為了穩(wěn)定工作狀態(tài)和功率增益并減小失真，電路中引入電壓串聯(lián)負(fù)反饋。功

3、率放大器的作用是給音響放大器的負(fù)載（一般是揚(yáng)聲器）提供所需要的輸出功率。 方案二：采用LM324通用四運(yùn)算放大器，雙列直插8腳封裝，其內(nèi)部包含四組形式完全相同的運(yùn)算放大器，除電源共用外，四組運(yùn)放相互獨(dú)立。它有5個(gè)引出腳，其中“+”、“-”為兩個(gè)信號輸入端，“V+”、“V-”為正、負(fù)電源端，“Vo”為輸出端。兩個(gè)信號輸入端中,Vi-（-）為反相輸入端,表示運(yùn)放，輸出端Vo的信號與該輸入端的位相反；Vi+（+）為同相輸入端，表示運(yùn)放輸出端Vo的信號與該輸入端的相位相同。 方案選取：本設(shè)計(jì)選擇方案一采用LM358和三級管就能滿足實(shí)驗(yàn)要求了，這樣設(shè)計(jì)電路簡單，應(yīng)用簡單。2 方案設(shè)計(jì)2.1 設(shè)計(jì)方案方框

4、圖輸入音頻信號驅(qū)動級運(yùn)算放大器電路負(fù)反饋電路末級功放電路OCL互補(bǔ)對稱功放電路輸 出保護(hù)電 路輸出級偏置電路驅(qū)動級應(yīng)用運(yùn)算放大器LM358來驅(qū)動互補(bǔ)輸出級功放電路。功率輸出級由雙電源供電的OCL互補(bǔ)對稱功放電路構(gòu)成。為了克服交越失真，由二極管和電阻構(gòu)成輸出級的偏置電路。為了穩(wěn)定工作狀態(tài)和功率增益并減小失真，電路中引入電壓串聯(lián)負(fù)反饋。功率放大器的作用是給音響放大器的負(fù)載（一般是揚(yáng)聲器）提供所需要的輸出功率。功率放大器的主要性能指標(biāo)有最大輸出不失真功率、失真度、信噪比、頻率響應(yīng)和效率。目前常見的電路結(jié)構(gòu)有OTL型、OCL型、DC型和CL型。有全部采用分立元件晶體管組成的功率放大器；也有采用集成運(yùn)算

5、放大器和大功率晶體管構(gòu)成的功率放大器；隨著集成電路的發(fā)展，全集成功率放大器應(yīng)用越來越多。由于集成功率放大器使用和調(diào)試方便、體積小、重量輕、成本低、溫度穩(wěn)定性好，功耗低，電源利用率高，失真小，具有過流保護(hù)、過熱保護(hù)、過壓保護(hù)及自啟動、消噪等功能，所以使用非常廣泛。2.2 三段均衡部分這是實(shí)現(xiàn)均衡的器件，是一種可以分別調(diào)節(jié)各種頻率成分電信號放大量的電子設(shè)備。均衡器通過對各種不同頻率的電信號的調(diào)節(jié)來補(bǔ)償揚(yáng)聲器的缺陷，補(bǔ)償和修飾各種聲源及其它作用，一般調(diào)音臺上的均衡器僅能對高頻、中頻、低頻三段頻率電信號分別進(jìn)行調(diào)節(jié)。三段均衡的主要功能是調(diào)整音色、調(diào)整聲揚(yáng)、抑制聲反饋，調(diào)整方法：超低音：20Hz-40H

6、z，適當(dāng)時(shí)聲音強(qiáng)而有力。能控制雷聲、低音鼓、管風(fēng)琴和貝司的聲音，過度提升會使音樂變得混濁不清。低音：40Hz-150Hz，是聲音的基礎(chǔ)部分，其能量占整個(gè)音頻能量的70%，是表現(xiàn)音樂風(fēng)格的重要成分。適當(dāng)時(shí)：低音張弛得宜，聲音豐滿柔和，不足時(shí)聲音單薄，150Hz，過度提升時(shí)會使聲音發(fā)悶，明亮度下降，鼻音增強(qiáng)。中低音：150Hz-500Hz，是聲音的結(jié)構(gòu)部分，人聲位于這個(gè)位置，不足時(shí)，演唱聲會被音樂淹沒，聲音軟而無力，適當(dāng)提升時(shí)會感到渾厚有力，提高聲音的力度和響度。提升過度時(shí)會使低音變得生硬，300Hz處過度提升3-6dB，如再加上混響，則會嚴(yán)重影響聲音的清晰度。中音：500Hz-2KHz，包含大多

7、數(shù)樂器的低次諧波和泛音，是小軍鼓和打擊樂器的特征音。適當(dāng)時(shí)聲音透徹明亮，不足時(shí)聲音朦朧。過度提升時(shí)會產(chǎn)生類似電話的聲音。中高音：2KHz-5KHz，是弦樂的特征音（拉弦樂的弓與弦的摩搡聲，彈拔樂的手指觸弦的聲音某）。不足時(shí)聲音的穿透力下降，過強(qiáng)時(shí)會掩蔽語言音節(jié)的識別。高音：7KHz-8KHz，是影響聲音層次感的頻率。過度提升會使短笛、長笛聲音突出，語言的齒音加重和音色發(fā)毛。極高音：8KHz-10KHz，合適時(shí)，三角鐵和立*的金屬感通透率高，沙鐘的節(jié)奏清晰可辨。過度提升會使聲音不自然，易燒毀高頻單元。2.3 功率放大器部分音頻功率放大器的主要作用是向負(fù)載提供功率，要求輸出功率盡可能大，效率盡可能

8、高。非線性失真盡可能小。功放的性能指標(biāo)參數(shù)如下：（一）靈敏度對放大器來說，靈敏度一般指達(dá)到額定輸出功率或電壓時(shí)輸入端所加信號的電壓大小，因此也稱為輸入靈敏度；對音箱來說，靈敏度是指給音箱施加1W的輸入功率, 在喇叭正前方1米遠(yuǎn)處能產(chǎn)生多少分貝的聲壓值。（二）阻尼系數(shù)負(fù)載阻抗與放大器輸出阻抗之比。使用負(fù)反的晶體管放大器輸出阻抗極低，僅零點(diǎn)幾歐姆甚至更小，所以阻尼系數(shù)可達(dá)數(shù)十到數(shù)百。（三）反饋也稱為回授，一種將輸出信號的一部分或全部回送到放大器的輸入端以改變電路放大倍數(shù)的技術(shù)。負(fù)反饋導(dǎo)致放大倍數(shù)減小的反饋稱為負(fù)反饋。負(fù)反饋雖然使放大倍數(shù)蒙受損失，但能夠有效地拓寬頻響，減小失真，因此應(yīng)用極為廣泛。正

9、反饋使放大倍數(shù)增大的反饋稱為正反饋。正反饋的作用與負(fù)反饋剛好相反，因此使用時(shí)應(yīng)當(dāng)小心謹(jǐn)慎。（四）動態(tài)范圍信號最強(qiáng)的部分與最微弱部分之間的電平差.對器材來說,動態(tài)范圍表示這件器材對強(qiáng)弱信號的兼顧處理能力。（五）響應(yīng)頻率響應(yīng)簡稱頻響，衡量一件器材對高、中、低各頻段信號均勻再現(xiàn)的能力。對器材頻響的要求有兩方面，一是范圍盡量寬，即能夠重播的頻率下限盡量低，上限盡量高；二是頻率范圍內(nèi)各點(diǎn)的響應(yīng)盡量平坦，避免出現(xiàn)過大的波動。瞬態(tài)響應(yīng)器材對音樂中突發(fā)信號的跟隨能力。瞬態(tài)響應(yīng)好的器材應(yīng)當(dāng)是信號一來就立即響應(yīng)，信號一停就嘎然而止，決不拖泥帶水。 （六）信噪比(S/N)又稱為訊噪比，信號的有用成份與雜音的強(qiáng)弱對比

10、，常常用分貝數(shù)表示。設(shè)備的信噪比越高表明它產(chǎn)生的雜音越少。（七）屏蔽在電子裝置或?qū)Ь€的外面覆蓋易于傳導(dǎo)電磁波的材料，以防止外來電磁雜波對有用信號產(chǎn)生干擾的技術(shù)。（八）阻抗匹配一件器材的輸出阻抗和所連接的負(fù)載阻抗之間應(yīng)滿足的某種關(guān)系,以免接上負(fù)載后對器材本身的工作狀態(tài)產(chǎn)生明顯的影響。對電子設(shè)備互連來說，例如信號源連放大器，前級連后級，只要后一級的輸入阻抗大于前一級的輸出阻抗5-10倍以上，就可認(rèn)為阻抗匹配良好；對于放大器連接音箱來說，電子管機(jī)應(yīng)選用與其輸出端標(biāo)稱阻抗相等或接近的音箱，而晶體管放大器則無此限制，可以接任何阻抗的音箱。2.5 三段均衡原理圖 功率放大原理圖2.4 PCB板功率放大器3

11、 系統(tǒng)測試電路的調(diào)試過程一般是先分級調(diào)試，再級聯(lián)調(diào)試，最后進(jìn)行整機(jī)調(diào)試與性能指標(biāo)調(diào)試。本電路在調(diào)試過程中，音頻輸出效果基本符合題目要求，功放各種音頻信號聲音洪亮清晰，無噪音，失真度幾乎沒有。但在話筒信號輸入部分電路中，出現(xiàn)了放大倍數(shù)不夠，導(dǎo)致了功放話筒聲音小，而且有噪音。改進(jìn)方法應(yīng)為加大放大倍數(shù)，接上濾波電容，提高話筒前置放大能力。4 設(shè)計(jì)總結(jié) 經(jīng)過一段時(shí)間的努力，我們終于順利的完成了改放大器，達(dá)到了大賽的題目要求，基本達(dá)到預(yù)期效果，本系統(tǒng)還存在一定的擴(kuò)展功能。 電子制作中調(diào)試時(shí)關(guān)鍵也是難點(diǎn)，是這次設(shè)計(jì)中最重要的部分，一定要爆出鍥而不舍、堅(jiān)持不懈的精神。 團(tuán)結(jié)就是力量。比賽三人既要分工明確，又要保持時(shí)刻溝通、聯(lián)系，彼此都要了解彼此的進(jìn)度和