模電課程設(shè)計_OCL功率放大器的設(shè)計說明

1、目錄一、設(shè)計題目及要求1二、題目分析和設(shè)計思路1三、電路圖及電路原理 2四、電路參數(shù)確定4五、電路的功能和性能驗證6六、設(shè)計成果 6七、總結(jié)與體會 9八、參考文獻及資料9一、設(shè)計題目及要求1. 設(shè)計題目OCL功率放大器的設(shè)計2. 設(shè)計要求設(shè)計一個集成運放和晶體管組成的 OCL 功率放大器。設(shè)計任務(wù)：輸入信號：有效值U i < 200mV.(2) 最大輸出功率：P> 5W.(3) 負(fù)載電阻：RL=2(n(4) 通頻帶：BW=80ZH- 10KFZ二、題目分析和設(shè)計思路1、題目分析OCL功率放大器是一種直接耦合的功率放大器，它具有頻響寬、保真度 高、動態(tài)特性好及易于集成化等特點。性能優(yōu)

2、良的集成功率放大器給電子電路 功放級的調(diào)試帶來了極大的方便。集成功率放大電路還具有輸出功率大、外圍 元件少、使用方便等優(yōu)點，因此在收音機、電視機、擴音器、伺服放大電路中 也得到了廣泛的應(yīng)用。功率放大器可分為三種工作狀態(tài)：(1)甲類工作狀態(tài)Q點在交流負(fù)載的中點，輸出的是一種沒有削波失真的完整信號。(2)乙類工作狀態(tài)Q點在交流負(fù)載線和I b=0輸出特性曲線的交界處，放大器只有半波輸出。(3)甲乙類工作狀態(tài) Q點在交流負(fù)載線上略高于乙類工作點處。乙類互補的電路會 產(chǎn)生交越失真，可采用甲乙類互補電路來消除。本次題目要求設(shè)計一個集成運放和晶體管組成的OCL功率放大器，輸入信號有效值為U i <20

3、0mV最大輸出功率值為 P>5W且負(fù)載電阻和通頻帶分別 為：RL=2(n和BW=80HZ10KH對于這個題目，可根據(jù)課本上所學(xué)的知識和基 本OCL電路以及集成運放的有關(guān)知識來進行設(shè)計。2、設(shè)計思路首先，根據(jù)題目的分析確定目標(biāo)，設(shè)計整個系統(tǒng)是由哪些模塊組成，各個 模塊之間的信號傳輸，并設(shè)計 OCL功率放大器的初步電路圖。并考慮要用到元 器件有哪些？其次，對系統(tǒng)進行分析，根據(jù)系統(tǒng)功能，選擇各模塊所用的電路形式和其 具有的功能。然后，進行參數(shù)的選擇和確定，根據(jù)系統(tǒng)指標(biāo)的要求，確定各模塊在電路 中的元件參數(shù)。最后，得出總電路圖，連接各模塊的電路，并進行仿真和調(diào)試，多次重復(fù) 得出正確的結(jié)果。三、電

4、路圖及電路原理1、四運算放大器從集成運放的符號看，可以把它看作是一個雙端輸入、單端輸出、具有高 差模放大倍數(shù)和抑制溫度漂移能力的放大電路。運算放大器可用上圖所示的符 號來表示，它有 5 個引出腳，其中 1、2 為兩個信號輸入端， 5、4 為正、負(fù)電 源端， 3 為輸出端。 2 為反相輸入端，表示運放輸出端 Vo 的信號與該輸入端的 相位相反； 1 為同相輸入端，表示運放輸出端 Vo 的信號與該輸入端的相位相同 它在電路圖中可構(gòu)成反向比例運算電路。2、基本OCL電路原理VCC1=VCC2原理分析：在上圖的 OCL電路中，T1和T2特性對稱，采用了雙電源供 電，靜態(tài)時，T1和T2均截止，輸出電壓為

5、零。設(shè)晶體管 b-e間的開啟電壓可 忽略不計；輸入電壓為正弦波。當(dāng)ui>0時，T1管導(dǎo)通，T2管截止，正電源供電，電路為射極輸出形式，uo ui.當(dāng)ui<0時，T1管截止，T2管導(dǎo)通，負(fù)電源 供電，電路也為射極輸出的形，u o ui.既電路中T1和T2是交替工作，正、負(fù) 電源交替供電，輸出和輸入之間雙向跟隨。但這種互補的電路會產(chǎn)生交越失 真，從而影響電路的性能。為了消除這種交越失真可采用下面的電路圖。消除交越失真的OCL電路：9vcci4'Hi-T1R720：,1T29電路的原理:靜態(tài)時，從+VCC經(jīng)過R4 R5 D1、D2、R6到-VCC有一個直流電流，它在 T1和T2管

6、兩個基極之間所產(chǎn)生的電壓為UBlB2=UR5+UDl+UD2使UB1B2略大于T1管發(fā)射結(jié)和T2管發(fā)射結(jié)開啟電壓之和，從而使兩只管子 均處于微導(dǎo)通態(tài)，即都有一個微小的基極電流，分別為 IB1和|B2。調(diào)節(jié)R2,可 使發(fā)射極靜態(tài)電位為0V，即輸出電壓U0為0V。當(dāng)所加的信號按正弦規(guī)律變化時，由于二極管D1、D2的動態(tài)電阻很小，T1管基極電位的變化與 T2管基極電位的變化近似相等，可認(rèn)為兩管基極之間 電位差基本是一恒定值，兩個基極的電位隨Ui產(chǎn)生相同變化。這樣，當(dāng) Ui>0V且逐漸增大時，T2管截止，當(dāng)Ui<0V且逐漸減小時，T1管截止。這樣，即使 Ui很小，總能保證至少有一只晶體管導(dǎo)

7、通，因而消除了交越失真。3、總電路圖根據(jù)以上分析和設(shè)計，得初步的總電路圖如下：7劃IT1444R611VCC2MS四、電路參數(shù)確定1、 電源電壓的確定：(1) 交流電源200mV由示波器提供。(2) 直流電源電壓的計算：電源電壓的高低，決定著輸出電壓的大小，而輸出電壓又由輸出功率決 定，所以指標(biāo)給定了輸出功率，即可求出電源電壓：因為F0Rl所以輸出電壓最大值 VO=V2FoRL=y2X 5X 20=14.14V當(dāng)輸出電壓為最大值時，T1、T2接近于飽和，考慮到 T1、T2的飽和壓降 及發(fā)射極電阻上的壓降等因素，電源電壓必須大于Vom，他們之間的關(guān)系為VomVcc，一般取 0.6 0.8.本次設(shè)

8、計取 n =0.8,這樣，Vcc=Vom/0.8=14.14/0.8=17.7V ,則取電壓 Vcc=18V,-Vcc=-18V.2、 電路中各參數(shù)的確定當(dāng)電源電壓Vcc確定后，T1和T2承受的最大電壓為VcEmax=2X 18=36V.功率管的飽和壓降 Vces< 0.3V，若忽略T1、T2的管壓降，則每個管的最大集電 極電流 Iemax=Vcc/(R7+R8+RL)因為T1和T2的射極電阻R8 R9選的過小，復(fù)合管的穩(wěn)定性差，而過大了 又會損耗較多的輸出功率，一般取R8=R9=(0.010.1 ) RL,但相對來說 R7、R10取的要大一些。已知 RL=2(n，則 R8=R9=0.0

9、25RL=0.025X 20=0.5 QF7=(Vcc-U0-UcesUR8)/R7 10KQ，由于電路的對稱性，可得 R1O 10KQ.初步選擇四運算放大器為 LM1877 T1為2N3904, T2為2N5401,兩個二極 管為1N4001.調(diào)試時再進行驗證，若不正確，再進行修改。中間R4 R5和兩個二極管以及 R6和三極管組成消除交越失真的 OCL電 路，考慮到電路前后的關(guān)系和影響，為保證中間電路的正常進行，R5 R6不宜過大，最好是小于或等于 R7和R10.而R4要較小，至少應(yīng)為R5的千分之一。UB1B2=UR5+UD1+UD2 Vcc=UR4+ U B1B2+ UR6 I=(Vcc-

10、1.4)/(R4+R5+R6)R6=(Vcc-UR6)/I R5= U B1B2/IR4=(Vcc-UR6- U B1B2)/I將已知條件代人上面的式子中就可得：R5=R6 10KQ， R4 1 Q對于C1和C2，因為輸入的交流電壓小為200mV所以其電容值也不宜過大，C1是輸入耦合電容，隔直通交，用于信號傳遞，取值0.1uF1uF，C2起隔直流作用，取值為 5uF15uF， .再根據(jù)電路進行調(diào)節(jié)。5最后， R1、 R2、 R3 及四運算集成放大器構(gòu)成一個反相比例運算電路，也是 一個電壓并聯(lián)負(fù)反饋電路 ,如下圖：貝U: R2=R1/ R3，而且其值都不能太大，取 R仁R3=5Q，貝R2=R伙

11、R3/(R1+R3)=5X 5/(5+5)=2.5K Q五、電路的功能和性能驗證根據(jù)上面確定的參數(shù)結(jié)果進行驗證，當(dāng)+Vcc=18V， -Vcc=-18V ，負(fù)載電阻RL=20Q時，由總電路圖分析可得：信號源輸出有效值 Vi=200mV(測量值)，輸出得到負(fù)載端電壓有效值 Vo=14.1V，這與計算的Vom=14.14V相符。電路總電流l=0.705A。負(fù)載得到的功 率 P0=9.94W 大于 5W毫無疑問此電路有放大的功能，輸入Vi=200mV輸出V0=14.1V，則電路的放大倍數(shù)為 Auf=V0/Vi =14.1V/200mV=70.5在保證輸入信號 Ui 大小不變的條件下，改變信號發(fā)生器的

12、頻率，用交流毫 伏表測出U)=0.707Uom時，所對應(yīng)的放大器上線截止頻率 fH和下線截止頻率fi 分別為 fi 83HZ，fH 12KFZ。由以上分析可得驗證的結(jié)果與題目的要求基本相一致，說明上面設(shè)計的電 路圖和確定的參數(shù)已基本正確。六、設(shè)計成果1、最終電路原理圖:R OR22.5 k Oh141mV寸，用萬用表測得其輸入電壓的有效值，將示波器 A B通道分別接到信號發(fā)生器輸2、信號發(fā)生器的輸入信號當(dāng)信號發(fā)生器輸入信號值為Ui=199.4mVW 200mV 如下圖所示3、輸入和輸出波形用示波器測量輸入和輸出波形 出端和U0端，得波形如下圖：4、波特圖儀通頻帶廠、用波特圖儀測量通頻帶的結(jié)果如

13、上圖所示，貝U得到其上限頻率和下限頻率分別為:f l=84.63Hz, f h=12.48KHZ5、元器件明細表元器件代號名稱型號備注U1四運算放大器LM1877放大024V 2WT1三極管2N3094通用 60V 0.2AT2三極管2N5401音頻放大0.6AD1二極管1N4001整流低頻50VD2二極管1N4001整流低頻50V8此外，還用到電阻11個，電容2個，信號發(fā)生器1個，波特圖儀1個，示 波器1個。6、相關(guān)說明電路用EWBE Multisim 進行仿真調(diào)試時，在工作界面上畫出上面的總電 路圖，并標(biāo)好參數(shù)值，注意不要弄錯，進行調(diào)試和性能測試時，要注意元器件 的使用，信號發(fā)生器和波特圖

14、儀的接點參數(shù)要正確。七、總結(jié)與體會為期一個星期的課程設(shè)計，讓我對模擬電子技術(shù)有了更進一步的熟悉和了 解，也讓我知道我們課本上的知識在實際中怎么應(yīng)用，怎么去操作。盡管在實 際中操作起來很困難，我還是克服了。它和課本上的知識有很大聯(lián)系，但又高 于課本，一個看似很簡單的電路，要動手把它設(shè)計出來就是比較困難的。這就 要求我們要把課本上所學(xué)到的知識和實際聯(lián)系起來，同時通過本次電路的設(shè) 計，不但鞏固我們所學(xué)的知識，也使我們把理論與實踐從真正意義上結(jié)合起 來，增強了學(xué)習(xí)的興趣，考驗我們借助互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)搜集、查閱相關(guān)文獻資料，和 組織材料的綜合能力。一開始，我剛拿到這個題目時覺的它還算簡單，但是等到實際操作的時候

15、 很多問題就出來了。但在老師的指導(dǎo)下，我結(jié)合課本和上課時老師講述的知 識，大量的查閱資料，慢慢的開始一點一點的有了解題的思路。對它的興趣也 是越來越深，那種自己實際設(shè)計制作的快樂感覺是不曾有過的。雖然快樂但課 程設(shè)計的過程也是艱辛的，不過收獲也是巨大的。它不但加深鞏固了對已有的 知識的理解、認(rèn)識和實際操作能力；而且因為這次課程設(shè)計的確在某些方面存 有一定難度，這對我們來講都是一種鍛煉，培養(yǎng)了我們自學(xué)、查閱搜集資料的 能力；再有，計算操作過程中，我們曾經(jīng)面臨過失敗、品味過茫然，但是最終 我們還是堅持下來了，這就是我們意志、耐力和心靈上的勝利，在今后的日子 里，它必將成為我們的寶貴財富。通過這次的課程設(shè)計，我深刻體會到了自己知識的匱乏，原來自己所學(xué)的 東西只是一個表面性的，當(dāng)然這次