模电课程设计报告..pdf
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1、- 1 - 模拟电路课程设计 题目: OCL功率放大器 学院:信息学院 专业:自动化 班级学号: 学生姓名: 指导教师 ; - 2 - 目录 一、课程设计任务及要求. - 3 - 1、设计目的 -3- 2、设计指标 -3- 3、设计要求 -4- 4、制作要求 -4- 5、OCL功率放大器各单元具体电路设计。 . -4- 6、完成整体电路设计及论证。 -5- 7、编写设计报告 -5- 二、总体方案设计 - 5 - 1、设计思路 -5- 2、OCL功放各级的作用和电路结构特征 . -7- 三、单元电路的选择与设计. - 8 - 1、设计方案 -8- 2、确定工作电压 -8- 3、功率输出级的设计
2、-9- 方案设计电路图 - 11 - 各单元电路设计、参数计算和元器件选择: -12 - 四、总电路图及其工作原理. - 13 - 工作原理: -15 - 五、功率放大器元件参数计算 . - 16 - 1. 确定电源电压 -16 - 2. 功率输出级计算 -17 - 3.推动级的计算 -20 - 4 元件明细表 -20 - 六、总结 . - 21 - 参考文献: . - 22 - - 3 - 一、课程设计任务及要求 1、设计目的 学习 OCL 功率放大器的设计方法 了解集成功率放大器内部电路工作原理 根据设计要求 , 完成对 OCL 功率放大器的设计, 进一步 加强对模拟电子技术的了解 采用集
3、成运放与晶体管原件设计OCL 功率放大器 培养实践技能 , 提高分析和解决实际问题的能力 2、设计指标 频率响应 :50Hzf 20KHz 额定输出功率 :Po=8W 负载电阻 :RL=8 非线性失真尽量小 输入信号 :Ui=100mv - 4 - 3、设计要求 (1)进行方案论证及方案比较 (2)分析电路的组成及工作原理 (3)进行单元电路设计计算 (4)画整机电路图 (5)写出元件明细表 (6)小结和讨论 (7)写出对本设计的心得体会 分析设计要求,明确性能指标;查阅资料、设计方案 分析对比。 4、制作要求 论证并确定合理的总体设计方案,绘制结构框图。 5、OCL功率放大器各单元具体电路设
4、计。 总体方案分解成若干子系统或单元电路,逐个设计, 计算电路元件参数;分析工作性能。 - 5 - 6、完成整体电路设计及论证。 7、编写设计报告 写出设计与制作的全过程, 附上有关资料和图纸, 有 心得体会。 二、总体方案设计 1、设计思路 功率放大器的作用是给负载Rl提供一定的输出功 率,当 RI一定时,希望输出功率尽可能大,输出信号 的非线性失真尽可能小,且效率尽可能高。放大电路 实质上都是能量转换电路。从能量控制的观点来看, 功率放大电路和电压放大电路没有本质的区别。但是, 功率放大电路和电压放大电路所要完成的任务是不同 的。对电压放大电路的主要要求是使其输出端得到不 失真的电压信号,
5、讨论的主要指标是电压增益,输入 和输出阻抗等,输出的功率并不一定大。而功率放大 电路则不同,它主要要求获得一定的不失真(或失真 - 6 - 较小)的输出功率。 OCL 功率放大器是一种一种直接 耦合的功率放大器,它具有频响宽,保真度高,动态 特性好及易于集成化等特点。 由于 OCL 电路采用直接耦合方式,为了保证工作 稳定,必须采用有效措施抑制零点漂移,为了获得足够 大的输出功率驱动负载工作,故需要有足够高的电压放 大倍数。因此,性能良好的OCL 功率放大器应由输入 级,推动级和输出机等部分组成。OCL 是英文 Output Capacitor Less 的缩写,意为无输出电容。采用两组 电源
6、供电,使用了正负电源,在电压不太高的情况下, 也能获得比较大的输出功率,省去了输出端的耦合电 容。使放大器低频特性得到扩展。OCL 功放电路也是定 压式输出电路,为钏电路由于性能比较好,所以广泛地 应用在高保真扩音设备中。性能优良的集成功率放大器 给电子电路功放级的调试带来了极大地方便。为了培养 学生的设计能力,本课题主要采用分立元件电路进行设 计。 - 7 - 2、OCL功放各级的作用和电路结构特征 输入级:主要作用是抑制零点漂移,保证电路工作稳 定,同时对前级(音调控制级)送来的信号作用低失 真,低噪声放大。为此,采用带恒流源的,由复合管组 成的差动放大电路,且设置的静态偏置电流较小。 推
7、动级作用是获得足够高的电压放大倍数,以及为输 出级提供足够大的驱动电流,为此,可采带集电极有源 负载的共射放大电路,其静态偏置电流比输入级要大。 输出级的作用是给负载提供足够大的输出信号功率, 可采用有复合管构成的甲乙类互补对称功放或准互补 功放电路。 此外,还应考虑为稳定静态工作点须设置交流负反 馈电路,为稳定电压放大倍数和改善电路性能须设置交 流负反馈电路,以及过流保护电路等。电路设计时各级 应设置合适的静态工作点,在组装完毕后须进行静态和 动态测试,在波形不失真的情况下,使输出功率最大。 动态测试时,要注意消振和接好保险丝,以防损坏元器 - 8 - 件。 三、单元电路的选择与设计 1、设
8、计方案 利用三极管的电流控制作用或场效应管的电压控 制作用将电源的功率转换为按照输入信号变化的电流。 因为声音是不同振幅和不同频率的波,即交流信号电 流,三极管的集电极电流永远是基极电流的倍,是 三极管的交流放大倍数,应用这一点,若将小信号注入 基极,则集电极流过的电流会等于基极电流的倍,然 后将这个信号用隔直电容隔离出来,就得到了电流(或 电压) 是原先的 倍的大信号,这现象成为三极管的放 大作用。经过不断的电流及电压放大,就完成了功率放 大。 2、确定工作电压 为了达到输出功率10W的设计要求,同时使电路安 全可靠地工作, 电路的最大输出功率Pom应比设计指标 - 9 - 大些,一般取 P
9、om(1.5 2)Po。即本设计中电路的 最大输出功率应按68W来考虑。 由于是 POM= L R2 1 U 2 OM 因此,最大输出电压为 UOM= LOM RP2 考虑到输出功率管V2,V4的饱和压降和发射极电阻 R10,R11的压降,电源电压常取 VCC=(1.21.5)U OM 3、功率输出级的设计 输出功率管的选择 输出功率管 V4,V6为同类型的 NPN 型大功率管,其 承受的最大反向电压U maxCE 2VCC, 每个管的最大集电 极电流为I maxCM VCC/R14+R L ,每个管的最大集电极 功耗为P maxC0.2POM。 复合管的选择 V1,V3分别与 V2,V4 组
10、成复合管 , 它们承受的最大 - 10 - 电压均为 2 V CC , 考虑到 R7,R8的分流作用和晶体管的 损耗, 在估算 V1,V3 的集电极最大电流和最大管耗时, 可 近似为 I maxC= ImaxC (1.11.5) 2 max C I P maxC=PmaxC (1.11.5) 2 max C P 电阻 R6-R11的估算 R7,R8用来减小复合管的穿透电流, 其值太小会影响 复合管的稳定性 , 太大又会影响输出功率 , 一般取 R7=R8=(5-10)Ri2。Ri2为 V2管输入端的等效输入电阻, 其大小为 Ri2=r 2be +(1+)R10(大功率管的 r 约为 10 欧)
11、输出管 V2,V4的发射极电阻 R10,R11用于获得电流负 反馈作用,使电路工作更加稳定,一般取R10=R11=(0.05 0.1)RL。 由于 V1,V3管的类型不同, 接法也不一样, 因此两 管的输入阻抗不一样,会使加到V1,V3的基极输入端的 信号不对称。为此,加R6,R9作为平衡电阻,使两管的 输入电阻相等。 - 11 - 确定偏置电路 为了克服交越失真,二极管V8,V9和 R7,R8共同组 成输出级的偏置电路,以使输出级工作于甲乙类状态。 其中 V8,V9选择与复合管V4,V5相同材料的硅二极管, 可获得较好的的温度补偿作用。 方案设计电路图 - 12 - 集成运放放大器与晶体管组
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