OTL音頻功率放大器

1、模擬電路課程設(shè)計報告設(shè)計題目：OTL音頻功率放大器專業(yè)班級：電信本學生姓名：一學 號：39_指導教師：設(shè)計時間：1月4日摘要功率放大器的作用是給音響放大器負載 RL （揚聲器），提供一定的輸出功率， 當負載一定時，希望輸出的功率盡可能的大， 輸出信號的非線性失真盡可能的小， 效率盡可能的高，功率放大器的常見電路形式有 OTL電路和OCL電路，有用繼 承運算放大器晶體管功率放大器，也有去集成電路功率放大器，本文設(shè)計的是 OTL功率放大器，該放大電路采用 LM386高頻放大器芯片，LM386音頻放大器 電路是做常用的音頻功率放大電路，LM386是一種音頻集成功放，具有自身功耗 低，電壓增益可調(diào)，電

2、壓范圍大，外接元件少喝總諧波失真少等功率放大器。音頻功率放大器簡稱 “功放”，作用是放大調(diào)音臺或周邊設(shè)備 （信號處理設(shè)備） 送來的低電平音頻頻信號，使它的輸出功率足以驅(qū)動配接的揚聲器負載?，F(xiàn)有的音頻功率放大器都是以線性放大為基礎(chǔ)的模擬類功放， 即把連續(xù)變化 的音頻信號 （稱為模擬信號） 直接進行線性放大。 所用的放大器件為電子管和雙 極晶體管（即NPN和PNP型半導體晶體管，簡稱晶體管）兩類。按功放靜態(tài)工作點的設(shè)置又可分為 A類放大、A/B類放大和C類放三種。A 類放大的失真最小，音質(zhì)好，但電源轉(zhuǎn)換率最低，器件的發(fā)熱量最大，生 產(chǎn)成高，一般用于輸出功率較小的 Hi-Fi發(fā)燒級功放。C類放大的失

3、真比A類大些，尤其是在小信號輸出時（1/100輸出功率）音 質(zhì)失真更明顯，但電源轉(zhuǎn)換效率高，器件發(fā)熱量小，性能 /價格比高，一般用于 輸出功率大的專業(yè)功放。A/B類功放的特點介于A類和C類之間，多用于家庭影院的 AV功放。電子管功放巳有數(shù)十年歷史，是功放元老代。轉(zhuǎn)換速率高，工作可靠，偶次 諧波失真?。犛X對偶次諧波失真特別敏感），音質(zhì)上好，被人們寵愛。最大缺 點是電源利用效率很低，電子管 A類放的效率不到10%、C類約15-17%,大部 分電能變?yōu)闊崃肯牡?。耗電大、發(fā)熱高、體積大、成本高等缺點，在專業(yè)音響 系統(tǒng)中被晶體管功放替代。晶體管功放近 20 多年發(fā)展史，是第二代功放。 最大優(yōu)點是電源

4、轉(zhuǎn)換效率高 （C 類功放最高可達 60%左右），體積小，重量輕、發(fā)熱量不大，生產(chǎn)成本低、 缺點是轉(zhuǎn)換速率低，偶次諧波失真較大，音質(zhì)和可靠性都略遜于電子管功放。故此次我們選擇用集成塊來做此次的課程設(shè)計。題目：OTL音頻功率放大器、設(shè)計任務(wù)與要求設(shè)計任務(wù)1、學習基本理論在實踐中綜合應(yīng)用的初步體驗，掌握模擬電路設(shè)計的基本方法，設(shè)計步驟，培養(yǎng)綜合設(shè)計能力和調(diào)試能力。2、培養(yǎng)實踐技能，提高分析和解決問題的能力。3、掌握OTL音頻功率放大器的設(shè)計方法，基本工作原理和基本性能的測試。4、通過OTL音頻功率放大器的設(shè)計、安裝和調(diào)試，進一步加深對互補對稱功率放大電路的理解，提高動手能力。設(shè)計要求1、設(shè)音頻信號為

5、vi=10mV,頻率f = 1KHz2、額定輸出功率Po 2W3、負載阻抗RL=8Q;4、失真度丫三3%5、用橋式整流電容濾波集成穩(wěn)壓塊電路設(shè)計電路所需的正負直流電源。、 方案設(shè)計與論證總體設(shè)計方案1、設(shè)計思路功率放大器的作用是給負載RL提供一定的輸出功率。當RL 一定時希望輸出功率盡可能的大，輸出信號的非線性失真盡可能的小，且效率盡可能的由于OTL電路采用的是直接耦合方式，為了保證電路的工作穩(wěn)定，必須采取有效措施抑制零點漂移，為了獲得足夠大的輸出功率驅(qū)動負載工作，故，需要喲足夠大的電壓放大倍數(shù)，因此，性能良好的OTL功率放大器應(yīng)由輸入級，推動級和輸出級等組成部分。2、OTL功放各級的作用和電

6、路結(jié)構(gòu)特征1）輸入級：主要是抑制零點漂移，保證電路工作穩(wěn)定同時對前級（音調(diào)控 制級）傳來的信號作低失真，低噪音放大，為此采用帶恒流源由復(fù)合管 組成的差分放大電路，切設(shè)置的靜態(tài)偏置電流較小。2）推動級：推動級的作用是獲得足夠高地電壓放大倍數(shù)以及輸出級提供足 夠大的驅(qū)動電流，為此采用帶集電極有源負載的共射放大電路，切靜態(tài) 偏置電流比輸入級大。3）輸出級：輸出級的主要作用是為負載提供足夠大的輸入信號功率，可采 用由復(fù)合管構(gòu)成的甲乙互補對稱功放的準互補功放電路。方案一：分立元件電路VCGwe HZikJLi1 Firmed t上忖29OM12VHo基本工作原理:當輸入信號處于正半周期時，Q3導通，Q1

7、截止。Q3以射級輸出的形式將信 號傳遞給負載，同時向Co充電，因為Co電容量大，基級電壓基本保持不變， 維持在Vcc/2,當輸入信號處于負半周期時，Q1導通，Q3截止，以充電的Co充當Q1的電 源，同時放電，Q1也可以以射級輸出形式將信號傳輸給負載 RL這樣在RL上就 得到了完整的輸出波形。方案二：用TDA2030做OTL音頻功率放大器2.2mF電路為音頻功率放大器的原理圖，其中TDA2030是高保真集成功率放大器 芯片，輸出功率大于10W頻響為10-1400HZ輸出電流峰值課達，其內(nèi)部有 輸入級，中間級，輸出級，且有短路保護，和過熱保護，課確保電路工作安 全可靠，TDA2030使用方便，外圍

8、所接器件少，電位器可調(diào)節(jié)音量的大小。方案三：用LM386做OTL音頻功率放大器上圖為LM386與UA741構(gòu)成的OTL音頻功率放大器，LM386音頻功率放 大器是最常用的音頻功率放大電路，LM386是一種音頻集成功放，具有自身功耗 低，電源增益可調(diào)，打壓范圍大，外接元件少，和總諧波失真小，等優(yōu)點的功放 塊 方案討論與確定方案一，分立元件電路，電路中所用地元器件多，成本高，焊接難，且，Uim=Vcc/2： 2 /Au,很難調(diào)到與理論值相等或接近，且難以保證 U5Q=Vcc/2晶體 管受溫度影響大，溫度變化導致 Q點發(fā)生變化，使得所測的數(shù)據(jù)誤差較大，難 以達到設(shè)計目的，失真率難以控制，可能使得失真

9、率 =。方案二，用TDA2030做OTL音頻功率放大器，.TDA2030芯片所組成的功放 電路，TDA2030是一款輸出功率大，TDA2030最大功率到達35W左右， 靜態(tài)電 流小，負載能力強，動態(tài)電流大既可帶動4-16Q的揚聲器，電路簡潔，制作方便、 性能可靠的高保真功放，TDA2030并具有內(nèi)部保護電路，TDA2030適用與功率相 對LM386大的電路，缺點是放大倍數(shù)不可調(diào)，有時候無法滿足設(shè)計要求。方案三，用UA741和LM386做OTL音頻功率放大器，LM386是一種音頻集 成功放，LM386具有自身功耗低、電壓增益可調(diào)整、電源電壓范圍大、外接元件 少和總諧波失真小等優(yōu)點，廣泛應(yīng)用于錄音

10、機和收音機之中。LM386電源電壓4-12V，音頻功率。LM386音響功放是由NSC制造的，它的電源電壓范圍非常寬， 最高可使用到15V,消耗靜態(tài)電流為4mA,當電源電壓為12V時，在8歐姆的負 載情況下，可提供幾百mW的功率。它的典型輸入阻抗為50K?；旧夏軡M足設(shè) 計要求。綜合上述優(yōu)缺點，選擇方案三選擇方案三的理由如下： 電路設(shè)計簡化，組裝方便，只需在集成塊外接少量元件便能實現(xiàn)輸入輸 出的各種放大關(guān)系。 由于運放的開環(huán)增益都很高，用其構(gòu)成的放大電路一般工作在深度負反 饋的閉環(huán)狀態(tài)，則性能穩(wěn)定，非線性失真小。 LM386做的功率放大器零漂小，適合各種微弱的信號放大，又其具有很 高地共模抑制比

11、，對溫度的變化及其他外界干擾具有很強的抗干擾能 力。 由LM386構(gòu)成的放大電路，功耗低，體積小，壽命長。使整機使用的元 器件減少，成本降低，工作效率和可靠性也大大的提高。 LM3876具有電業(yè)放大可調(diào)的優(yōu)點，能夠適應(yīng)于各種微弱信號的放大。三、單元電路設(shè)計與參數(shù)計算1、電源部分，由直流穩(wěn)壓電源提供，電源部分參數(shù)計算提供的是220V的交流電源要變?yōu)?2V直流電 變壓器用220V12V規(guī)格設(shè)計思路（1）電網(wǎng)供電電壓交流 220V（有效值）50Hz,要獲得低壓直流輸出，首先必須 采用電源變壓器將電網(wǎng)電壓降低獲得所需要交流電壓。（2）降壓后的交流電壓，通過整流電路變成單向直流電，但其幅度變化大（即 脈

12、動大）。（3）脈動大的直流電壓須經(jīng)過濾波電路變成平滑，脈動小的直流電，即將交流 成份濾掉，保留其直流成份。（4）濾波后的直流電壓，再通過穩(wěn)壓電路穩(wěn)壓，便可得到基本不受外界影響的 穩(wěn)定直流電壓輸出，供給負載 RL。直流穩(wěn)壓電源原理直流穩(wěn)壓電源是一種將 220V工頻交流電轉(zhuǎn)換成穩(wěn)壓輸出的直流電壓的裝 置，它需要變壓、整流、濾波、穩(wěn)壓四個環(huán)節(jié)才能完成，其中：(1) 電源變壓器：是降壓變壓器，它將電網(wǎng)220V交流電壓變換成符合需要的交流電壓，并送給整流電路，變壓器的變比由變壓器的副邊電壓確定。(2) 整流電路：利用單向?qū)щ娫?，?0Hz的正弦交流電變換成脈動 的直流電壓，常用的整流濾波電路有全波整流

13、、 橋式整流，此處用的是橋式整流 電路。(3) 濾波電路：可以將整流電路輸出電壓中的交流成分大部分加以濾 除，從而得到比較平滑的直流電壓。(4) 穩(wěn)壓電路：穩(wěn)壓電路的功能是使輸出的直流電壓穩(wěn)定，不隨交流 電網(wǎng)電壓和負載的變化而變化。整流電路常采用二極管單相全波整流電路，電路如圖2所示。在u2的正半周內(nèi)，二極管 D1、D2導通，D3、D4截止；u2的負半周內(nèi)，D3、D4導通， D1、D2截止。正負半周內(nèi)部都有電流流過的負載電阻 RL,且方向是一致的。 整流電路1、輸出電壓平均值 UO(AV)和輸出電流的平均值IO(AV).Uo(AV)1 2 . 22U 2sinwtd (wt)U 20.9U 2

14、0Io(AV)Uo(AV) 0.9U 2RLRL2、脈動系數(shù)c Uo1m4.22S -U2 -0.67Uo(AV)32U2233、二極管的選擇每只二極管只在變壓器副邊電壓的半個周期通過電流，所以每只二極管的平均電流只有負載電阻上電流平均值的一半Id(AV)二lo(AV) 0.45U2RL二極管承受的最大反向電壓等于變壓器副邊的峰值電壓Ud max . 2U 2對于二極管最大整流平均電流IF和最高反向工作電壓UR均應(yīng)留10%的余地，以保證二極管安全工作。If 1.1Io(AV)1 1U2/2RiU(R) 1.12U2整流用的二極管可用1N4007電解電容用3300ufC2和C3可用C4 C5可用

15、C7、C8 可用 220uf發(fā)光二極管上的R用1KQ濾波電路1、輸出電壓平均值Uo(AV) Uomax Uomin-2U 2(1當負載開路時Uo(AV)當 RLC=( 35)T/2 時U O (AV )1.2U2考慮電網(wǎng)電壓波動，電容的耐壓值應(yīng)滿足 RC=(35) T /2即，應(yīng)大于 1.1 2U22、脈動系數(shù)SU O1m1穩(wěn)壓電路若輸出電壓較高，接一保護二極管D,以保護集成穩(wěn)壓器內(nèi)部的調(diào)整管。LM7812和LM7912的輸出電壓分別了正負 12伏C2和C3是用于抵消輸入線較長時的電感效應(yīng)，以防止電路產(chǎn)生自激振蕩，其容量較小一般小于1微法圖中電容C4和C5是用于消除輸出電壓中高頻噪聲，可取小于

16、1微法的電容，也可以去幾微法或幾十微法的電容，一邊輸出較大的脈沖電流2、功能部分，參數(shù)計算SI QLH uKM卄1 Po=2w, PoUoUOR(L)R(L) 8Uo=4v2 214co1122OVnnaHe調(diào)。G44滿足設(shè)計要求Ui=1Omv Au=Uom/Ui=10mv=424 即 Au=400四、總原理圖及元器件清單1、總原理圖LM386來說最大的放大倍數(shù)為200倍，無法滿足400倍的設(shè)計要求，故需在LM386前面串一個ua741。取 R仁 1k,Au1 2,C5=250ufVccUomVcc=12Uom=Aumax =424ua741放大的倍數(shù)為2倍左右,Au1=Rx/R1 2Rx用5

17、K的電位器取 3= C5=10ufC2=C3=f2 RC5C31N4OT7aLED?U2D3D2一M即士也播士頑慣- 曲剜 -LU7S12CTEM 亠一1N4O07 1IWOT 戶嚴吋丁3、兀器件清單2.元件清單元件名稱型號主要參數(shù)數(shù)量單價萬能板大號2電位器5K1電阻1K4101電容耐壓值25V2耐壓值25V220uf2耐壓值25V2耐壓值50V3300uf21耐壓值50V1耐壓值50V10uf2耐壓值25V2二極管IN4007耐壓值1000V，I=1A8發(fā)光二極管LED， 10mA20mA2變壓器220V12V19夾子紅、黑9導線鋁線兩米集成塊UA74111LM38611LM7812Uo=1

18、2V、Io=100mA11LM7912Uo=-12V、Io=100mA11底座八腳2保險管1穩(wěn)壓管BZV55-C6穩(wěn)壓2揚聲器14總價五、安裝與調(diào)試先在電路板上做好布局，然后進行焊接。焊接好電路到實驗室進行調(diào)試，初次調(diào)試發(fā)現(xiàn)電源部分正常，之后的功能部分焊好電路板后，進入實驗室調(diào)試時發(fā)現(xiàn)很難達到設(shè)計要求， 連靜態(tài)工作點都測不出來，后面檢查發(fā)現(xiàn)是電路有個地沒焊好，虛焊了，改裝好電路后再次進入實驗室， 進行調(diào)試時，靜態(tài)工作點是可以測出來，但是 LM386的最大輸出不失真電壓達不到要求，老師說是集成塊滿足不了要求，叫我們在741和386之間再 接一個電容器，并在386的號腳之間接一個電位器來調(diào)節(jié)電壓放

19、大倍數(shù)， 我們回去改裝好電路后，又一次回到了實驗室，進行功能部分的測試，這 次改裝后，電路的其它的要求基本上能滿足要求， 但是最大輸出不失真電 壓還是無法滿足設(shè)計要求，最后勉強調(diào)到了，勉強達到了 300多倍，但還 是無法達到400的設(shè)計要求，距離成功還差那么一步，后面換了個集成塊， 差不多就達到了要求，總之調(diào)試了好久，其中發(fā)現(xiàn)了好多問題，但最終還 是把這些個問題解決了！六、性能測試與分析1、電源部分性能測試實驗測得：副邊電壓：U仁、U2=濾波后的電壓：U1 =U2=輸出電壓：Uo1 =Uo2=穩(wěn)壓管的差：7812Uo1 =7912Uo2=所測項目理論值絕對誤差相對誤差輸出電壓Uo112V%輸出

20、電壓Uo2-1200副邊電壓U115%副邊電壓U2-15%濾波后的電壓U118%濾波后的電壓U2-18%誤差分析：1）輸入變壓器的交流電頻率不穩(wěn)定，導致輸出的電壓不是很穩(wěn)定,產(chǎn)生誤差,2) 電路中得電阻不是標準電阻，電容也非標準電容，存在一定的誤差，3) 電路中得參數(shù)不是很好，導致產(chǎn)生誤差，4) 讀數(shù)時產(chǎn)生誤差2、功能部分1、靜態(tài)：1) ua741的部分的靜態(tài)輸出，U6Q=2) LM386的靜態(tài)部分輸出，U5Q=2、動態(tài)：1) 輸入信號：Ui= f=1000HZ2) Ua741的輸出電壓：Uo1 =3) LM386的最大不失真電壓：Uom=4) 第一級的放大倍數(shù)Au1=Uo1竺丄2 1.98U

21、i 10.135) 第二級的放大倍數(shù)Au2=Uo3.56V179.6Uo1 20.12mv6) 總的電壓放大倍數(shù) Au=Au1*Au2=*=7) p=UoUOR8)2 Vcc * Vcc4R100%36.5%3、理論值：1) Ua741 部 分 的 靜 態(tài) 輸U6Q=UO1 U02211.9( 12)211.95V/cc2) LM386 的靜態(tài)輸出：U5Q=VCc 5.98V23) LM386 的輸出端最大不失真電壓VccUom=2、24.13V4）為了能達到Uom=放大倍數(shù)Au=4004、誤差計算:U6Q的誤差:U5Q的誤差:W(U5Q)%W(U6Q)%的 誤W( 3584-400 *100

22、%11.5%358.4最大不失真電壓的誤差W%= 3.56 4.13 * 100% 17.6%3.565、誤差分析：1.參數(shù)設(shè)計不是非常完美；導致產(chǎn)生一系列的誤差2測量儀器本身的老化產(chǎn)生的誤差；3焊接電路時焊點處有電阻被忽略，連接的線路也有電阻；4試驗時間過長溫度發(fā)生變化，使得一些元件的電阻發(fā)生變化;5連接電路時布局拉線太長了！ ！導致產(chǎn)生了自激振蕩，使得波 形不好。6.測量數(shù)據(jù)時讀數(shù)產(chǎn)生的誤差 7.所選得集成塊未能達到所要求的性能指標。七 結(jié)論與心得1.結(jié)論：本實驗還可以選擇其它集成塊來完成例如，選用TDA2030來完成此實驗, TDA2030和LM386 樣是音頻集成功放，同樣可以實現(xiàn)同樣

23、的功能。通過這次開放性實驗，我學會了制作電路，熟練了電路焊接方法以及掌握 調(diào)試方法與測試參數(shù)；同時還提高了我們的動手能力和測試技術(shù)能力。在此次試驗中遇到一些困難，比如有一些元器件不能買到，我只能用其他 元件代替，或買的與要求的參數(shù)稍有偏差，致使好多參數(shù)達不到要求。LM386 的一號腳和八號腳之間即使不接電阻也很難達到 200 倍的放大要 求，所以當要放大倍數(shù)大時，一般選擇在 LM386之前接個ua741 一起來調(diào)節(jié) 放大倍數(shù)，本實驗時 LM386 的一號腳與八號腳之間接個電位器來調(diào)節(jié)電壓放 大倍數(shù)，確保放大倍數(shù)的可調(diào)。靜態(tài)工作點得調(diào)試一定要合理，否則后面的是要內(nèi)容就很難達到設(shè)計要 求，一開始調(diào)

24、試時靜態(tài)工作點沒達到要求所以后面的設(shè)計要求也就無法達到 要求，后面調(diào)整電路后靜態(tài)工作點達到要求后，后面的要求也就基本上就滿 足了關(guān)鍵點還是靜態(tài)工作點。電路的布局要合理，電路板中的線如果過長的話，容易產(chǎn)生自激振蕩，所 以布局一定要合理，不讓其產(chǎn)生子激振蕩。2.心得 通過這次課程設(shè)計，我學會了好會了好多東西，剛拿到設(shè)計要求的時候 一頭霧水，后面經(jīng)過一番的差資料把那些個原理和要求基本上都解讀出來了， 以為我們的電路圖無法仿真出來， 所以經(jīng)過我們小組四人的一起討論了好久， 才確定了最終的方案，雖說過程有點曲折，但還是成功了，后面我們開始買 器件，當器件當手后各自焊好電路板后，都開心的把MP3的音頻信號加進去， 結(jié)果是喜人的，出來的是美妙的歌聲，后來到了，調(diào)試時發(fā)現(xiàn)還沒達到設(shè)計 要求，又趕緊討論是出什么問題了，再次改進后又一次進入實驗室調(diào)試，結(jié) 果還是悲劇的，問了老師后老師肯定了我們的原理圖是正確的，給我們提出 來改進的方法，我們又回去改進電路，最后進入實驗室測試時，基本上達到 了設(shè)計要求，雖說過程有的