<<模拟电子技术>>
课程设计报告
题目：分立式ocl功率放大器
专业：_电子信息工程_______
年级：_2012级____________
学号：_1210612022_________
学生姓名：__蒙德平____________
联系电话：_183********________
指导老师：__邓忠惠____________
完成日期：2014 年 6月 28日
摘要
(1)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的要求是使其输出端得到不失真的电压信号，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（或失真较小）的较大输出功率，因此功率放大电路包含这一系列在电压放大电路中没有出现过的特殊问题，这些问题是：
a．要求输出功率尽可能大
b．为了获得大的功率输出，要求功放管的电压和电流都有足够大的输出幅度，因此器件往往在接近极限运用状态下工作。
c．效率更高
(2)由于输出功率大，因此直流电源消耗的功率也大，这就存在一个效率问题。所谓效率就是负载得到的有用信号功率和电源供给的直流功率的比值。这个比值越大，意味着效率越高。
(3)功率放大电路是在大信号下工作，所以不可避免地会产生非线性失真，而且同一功放管输出功率越大，非线性失真往往越严重，这就使输出功率和非线性失真成为一对主要矛盾。但是，在不同场合下，对非线性失真的要求不同。
(4)功率器件的散热问题:在功率放大电路中，为了输出较大的信号功率，器件承受的电压高。为了充分利用允许的管耗而使管子输出足够大的功率，放大器件的散热就成为一个重要问题了。
(5)此外，在功率放大电路中，为了输出较大的信号功率，器件承受的电压要高，通过的电流要大，功率管损坏的可能性也就比较大，所以功率管的损坏与保护问题也不容忽视。
(6)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。OCL是英文Output Capacitor Less 的缩写，意为无输出电容。采用两组电源供电，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。
关键词：功率；能量转换；ocl功放
目录
摘要 .............................................................................................................................................. I I 1 设计要求及方案选择. (4)
1.1设计要求 (4)
1.2方案选择 (4)
2 理论分析与设计 (4)
2.1整体电路的分析及设计 (4)
2.2 单元电路的分析及设计 (4)
3 电路设计 (7)
3.1 硬件电路的设计 (7)
4 系统测试 (9)
4.1调试结果 (9)
4.2 测试结果分析 (9)
5 总结 (9)
参考文献 (10)
1 设计要求及方案选择
1.1设计要求
制作由分立式元件组成的功放电路
要求能正常工作，参数自定，性能自定。
1.2方案选择
功率放大器的作用是给负载L R 提一定的输出功率，当L R 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。
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，推动级和输出级部分组成。
2 理论分析与设计
2.1整体电路的分析及设计
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。
推动级的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，可采用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。
2.2 单元电路的分析及设计
输入级：选用差分放大电路作为输入级，抑制温漂，
也可以说是抑制共模信号，解决了直
接耦合放大电路变成实用电路最大的
问题，（当单输出时）输出灵活，使输
出信号的方向可以控制，差放具有很
强的抑制噪声与干扰的能力。
采用镜像电流源作为集电极负载，镜像电流源是一种恒流源电路，理论上电路阻抗是无穷大的，所以镜像电流源电路加到差分放大电路的集电极上，就如同接上了阻抗为无穷大的负载电阻一样，电路的增益就会变得非常大。而且采用镜像电流源可以稳定集电极静态电流。保证晶体管处于放大状态。
采用恒流源电路代替发射极电阻Re，稳定发射极静态电流
第二级采用共射放大电路，作为推动级激励放大，进
一步提高电压放大倍数。
第三级采用推挽式互补对称输出级，对信号进行电流
放大，提高输出功率，实现功率放大。为了提高输出级的
电流放大系数，以减小前级的驱动电流，采用复合管结构。
为了防止交越失真，稳定静态工作点，保证互补输出级工
作在甲乙类的状态，在互补对称管
的b极间加入倍增电路
电源电路：
电源电路采用双12v的变压器作为电源输入，整流滤波后的电压有15v，所以采用15v 电压为功放供电，电源电路采用变压降压后整流滤波得到，外加电源指示灯
。
整体电路图结构如图所示
初步放大信号流入由Q1、Q2组成的差分放大电路，由于差分放大电路用Q9、Q11镜像电流源作为负载电阻，所以阻抗非常大，所以电压在此放大。信号经过Q1、Q2后，再通过由R4、R6和C2组成的负反馈网络，其中由于C3的隔直作用，所以R5只有交流负反馈作用，R6具有较强的直流反馈作用，以使Q1至Q7各管工作稳定，使输出端静态电压稳定在0 V。另外，R4和R6一起还有交流负反馈作用。 C2_8是高频负反馈电容（电容超前补偿电路），以防止电路可能出现的高频自激。R17、R22、R5和Q10组成倍增电路，为Q4、Q6、Q5提高静态Ube的偏置电压，使它们处于微导通状态，同时为了解决电路的工作点偏置和稳定问题。推动级Q3也起到信号放大的作用。当信号正半周输入时，Q4、Q6导通、Q5、Q7截止，Q4、Q6由正电源供电。扬声器放出信号正半周的放大声音；当信号负半周输入时，Q5、Q7导通、Q4、Q6截止，Q5、Q7由负电源供电。扬声器放出信号负半周的放大声音，由于四只功放管上下的电路完全对称，所以输入信号的正、负半周得到了均匀的放大。功放的输出端与扬声
器直接耦合，实现了全频带放大。
3 电路设计
3.1 硬件电路的设计
选择双15v 作为功放电源
确定功率输出管的参数：
输出功率管的参数选择。输出功率管Q6、Q7为同类型的NPN 型大功率管，其承受的最大反向电压U CEmax ≈2VCC,每管的最大集电极电流为I Cmax ≈VCC/Rl,每管的
最大集电极功耗为P Cmax ≈0.2P om 。再选择两管时除了要注意β值尽量对称外，其极
限参数应满足下列关系：
U (BR)CEO >U CEmax ≈2VCC
I CM >I Cmax
P CM >P Cmax
所以，根据以上分析可得
U (BR)CEO >30 V
I CM >3 A
P CM >3～4 W
这里我选择了市场里比较容易买到的功放管子，型号为D1047的三极管的参数Pcm=100w 、I CM =12A 、U (BR)CEO =160v 完全符合要求
复合管的参数选择。Q4、Q5分别与Q6、Q7组成复合管，它们承受的最大电压均为2VCC ，在估算Q4、Q5的集电极最大电流和最大管耗时，可近似为
I Cmax ≈(1.1～1.5)I Cmax /β
P Cmax ≈(1.1～1.5)I Cmax /β
所以选择Q4、Q5管时，其极限参数应满足
U (BR)CEO >2VCC
I CM >I Cmax
P CM >P Cmax
所以，根据以上分析可得
U
>30 V
(BR)CEO
I
>0.33～0.45 A
CM
P
>0.33～0.6 W
CM
这里Q4我选择了C2073 的管子,Q5我选择了A490的管子，它们的参数
C2073它的参数是：NPN、U(BR)CEO 150V、I CM 1.5A、P CM 25W、β≥40 。
A940的参数：PNP、U(BR)CEO 150V、I CM 1.5A、P CM 25W、β≥40 。
参数完全符合要求。
其他参数确定:
R23、R24、R18、R16、R9、R19
实际当中，R23和R24省去不要，为保证Q6处于饱和导通状态，设置R16为偏置电阻，实测流过R16的电流为7.23mA,三极管b-e的导通电压为0.5v，所以R16取82欧，R19的作用和R16一样，调试中取60欧。R18、R9为平衡电阻，保证静态时上半部分和下半部分电压对称，调试时取28欧和30欧。
R10、R17、R22、R5、R21
为了保证互补输出级处在甲乙类的工作状态，Q4、Q5处于微导通状态，设置Q4和Q5的基极之间的电压为1.8v，利用R17、R22、R5、Q10组成的倍增电路设置此电压，R22为调整电阻，选取200欧，UbQ4和UbQ5间的电压等于Uce=Ube（R17+R5）/R5，Ube=0.5v，设置R5为550欧，经计算R17为1.4k，R10选取5.5k，R21选取14.8k，调试所得数据。
Q8、R20、R11、D2
Q8、R20、R11、D2组成恒流源电路，设置Q8的Ic电流为2mA，D2选用4.3V稳压管，R20=2K, R11=5.6K,Q8选用8050三极管。
Q1、Q2、Q9、Q11、R1、R2、R3
Q1、Q2选用5551三极管，Q9、Q11选用9012做镜像电流源，R1、R2选用1.2k 电阻。R3选用51k。
R6、R4、C2
R6、R4、C2组成反馈网络，R6为交流和直流的反馈电阻，实际上采用10k电位器，R4和C2为交流负反馈，C2采用4.7u电解电容，R4实际采用了2k电位器。C4、C1
C1为音频信号耦合电容，选用4.7u电解电容，C4为R3的交流短路电容，也选用4.7u电解电容。
R15为音频信号衰减电阻，选用了10k的电位器。
电源参数的选取：
采用1n5399二极管作为整流桥，50v/4700u的电解电容作为滤波电容，用20nf 的瓷片电容作为高频滤波电容。Led作为电源指示灯，并且与2.7k的电阻串流，防止电流过大而烧坏指示灯。
4 系统测试
4.1调试结果
输入信号25mv正弦波，改变频率观察示波器，得到最大不失真电压为1.92v，Uce = 10.3v.观察信号发生器此时的频率为300hz，所以300hz为中心频率，测得F l=59.6hz，Fh= 2.3khz，P0m=1.92^2/2*8 = 0.22w，Pv = 2Vcc（Vcc - Uce）/3.14*R L等于5.6w，效率:Po/Pv = 3.9%
4.2 测试结果分析
功放能够正常工作，电压放大倍数足够，但是功率比较小，效率太低，原因是功放管集电极和发射极之间的电压过高，能量损耗过大，输出电流低，造成效率上不去，输出级的静态工作点设置不当。
5 总结
在完成这个设计之后，我也有一定的思考，重新将自己的设计细细看了几遍，回想起做课程设计的过程，颇有心得体会。
刚开始设计电路结构时，我参照网上的实例，分析电路单元，查阅电路单元性能的优缺点，通过比较几个实例所用的电路单元，优先选择性能好的电路单元，在考虑它的复杂程度在实际当中是否可以实现。综合分析人家的电路以后，确定了自己所设计的电路结构图，然后再仿真软件上进行模拟仿真。仿真成功以后开
始做印制电路板。在做板的过程中发现，理论和实际相差很大，电路的是否能正常工作起来，画pcb图时也很有讲究，如果对元器件的封装不了解，尤其是三极管的封装，在原理图导入pcb图是非常容易弄错的，电路单元的错误将有可能导致作品失败，所以在画原理图的时候要非常小心注意。
Pcb图的元器件的布局要按照原理图的元件一样布局，连线也要按照原理图的走线来连线，这样既能画出很明显的电路结构图，方便调试的时候电路检查与分析，也能在连线的时候检查电路结构在原理图导入pcb的时候是否有错，及时发现，及时改正，以免作品因为电路结构的错误而失败。
作品安装完成以后进行试验，一般并不能马上成功，这就体现了实际和理论的差距，电路结构的选择非常关键，但是元器件的选择也是非常重要的，在仿真软件上运行的电路图，元器件都是理想状态下的，只要理论做好了，仿真基本上就能成功。但是在实际当中元器件是存在很多误差的，元器件的选择不仅仅要保证电路能够正常运行，而且还要工作在极限参数以内。而且在实际安装过程中，并不是每个元器件都是完好的，还可能存在次品或者损坏的器件，此时学会如何检测元器件的好坏也是一个重要的课题。它不仅关系到电路是否能够正常工作，还影响着电路性能的好坏。
在电路设计的过程中并不是所有的元件参数都能很好的进行估算，只能对关键点的电压与电流进行估算，不能确定的地方只能在实际调试当中确定电路参数。
完成整个课程设计耗费了三个星期的时间，途中遇到了相当多的问题，庆幸自己坚持了下来，在不懂的时候，不断地向自己提问，不断地去找到问题的根源，在参考资料对问题进行解决，学电子就是要有一股坚持不懈，不怕困难的精神在，只有具备了这样的基本条件，才能够继续走下去。
以上便是我的总结与心得。
参考文献
[1] 童诗白、华成英.模拟电子技术基础[M].北京：高等教育出版社，2000.
[2] 江思敏、姚鹏翼.PADS电路原理图和PCB设计[M].机械工业出版社，2007.
[3] 康华光主编.电子技术基础[M]. 北京：高等教育出版社， 2006
[4] 刘建主编. 电子技术综合实验[M]. 南昌航空大学电工电子实验中心编， 2006
[5] 劳五一主编.模拟电子电路分析、设计及仿真.北京：清华大学出版社， 2007