OCL功率放大电路课程设计

OCL功率放大电路课程设计

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模

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电

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技

术

课

程

设

计

课程设计名称：合并OCL功率放大器

姓 名：

学 号：0401100338

班 级：电 气1003

指 导 教 师 ：皮 小 力 OCL功率放大电路课程设计

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目 录

一、设计任务与要求………………………………………….（3）

二、系统分析与电路图设计………………………………….（3）

三、单元电路分析与设计…………………………………....（6）

四、总原理图及元器件清单………………………………….（8）

五、EWB仿真与调试……………………………………….....（9）

六、实验分析与结果……………………………….………....（10）

七、改进意见与体会……………………………………….....（10）

八、参考文献……………………………………………….....（11）

OCL功率放大电路课程设计

3 / 11 设计课题题目(模拟部分)： O C L 功 率 放 大 器

一、设计任务与要求

设计任务：

利用运放741、三极管等搭建基本的OCL功率放大电路，为解决正向传输小于负向传输的问题，采取两种方式：加入自举电路、加入有源负载搭建电路。

1、 学习设计功率放大电路；

2、 使用EDA仿真软件进行设计。

设计参数指标：

1、额定输出功率Pom≥10W；

2、负载阻抗RL=80Ω；

3、失真度%3。

设计要求：

1、方案论证，确定总体电路原理方框图；

2、单元电路设计，合理选择元器件；

3、仿真调试及测量结果。

设计意义：

熟练掌握二极管、三极管、电阻、电容、电位器等器件的测试判断以及参数的查阅与运用。通过OCL功放电路的制作，熟悉OCL功放的工作原理掌握电子产品的制作和调试方法，提高实践动手能力，培养工程实践观念。

二、系统分析与电路图设计

2.1系统工作原理

2.1.1 OCL互补对称电路特点：

1） 双电源供电;

2） 输出端不加隔直电容。C的作用：隔直通交；储存电能，代替一个电源。OCL全对称功率放大器要求中点电压接近0V，当制作功放调试时中点电压不为OV时，OCL功率放大电路课程设计

4 / 11 就需要调整，由于OCL功放是全对称电路，所以电路中元器件参数也要求完全对称，如果元器件参数不对称，功放输出中点电压会超过规定幅度，例如大于200mV，此时就需要对功放中点电压进行调整，调整时主要更换输入差分电路三极管，输入差分电路某一只三极管和别的三极管参数差别较大，会引起功放输出的中点直流电压较大，此时需要逐个更换差分三极管，每更换一只差分电路三极管就测试一下中点电压，当中点电压比较小时，就不需更换了，另外需对整个电路的对称性检查，差分以后电路参数不对称也需更换，制作功放时，电阻最好选择金属膜电阻，要求精度在5%以内，最好为精度1%，差分电路三极管选择差分电路专用三极管而不是普通三极管。

2.1.2 静态分析

如图2-1所示：静态时，ui = 0V ， T1、T2均不工作 uo = 0V

Uce1=+Vcc， Uce2=－Vcc

2.1.3 动态分析

图2-1 OCL电路 图2-2 消除交越失真的OCL电路

ui>0,T1导通T2截止，iL=iC1,RL上得到上正下负的电压；

ui<0,T1截止T2导通，iL=iC2,RL上得到上负下正的电压。

设三极管T1、T2特性曲线对称，

则Icm1=Icm2=Icm, Ucem1=|Ucem2|=Ucem,则

集电极最大输出电压为 Ucem=Vcc－UCES

集电极最大输出电流为 Icem=（Vcc－UCES)/RL OCL功率放大电路课程设计

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每个三极管的最大功耗：PTm=0.2Pom

优点：电路省掉大电容，改善了低频响应，又有利于实现集成化。

缺点：三极管发射极直接连到负载电阻上，若静态工作点失调或电路内元器件损坏，将造成一个较大的电流长时间流过负载，造成电路损坏。实际使用的电路中常常在负载回路接入熔断丝作为保护措施

为了解决正向传输小于负向传输的问题，可以采取两种方式：加入自举电路和加入有源负载搭建电路。

方案一、加入自举电路 电路图2-3所示，C3称为自举电容，和R7共同组成了自举电路（Bootstrap Circuit），可以解决正向传输小于负向传输的问题。 OCL功率放大电路课程设计

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图2-3

方案二、加入有源负载 电路图2-4所示，接入恒流源，也可以解决正向传输小于负向传输的问题。

图2-4

三、单元电路分析与设计

1．原理分析 电路中，R8和C2是运放的电源滤波电路；D1,D2是Q1和Q2的静态偏置二极管, R4是偏置电阻，用于调整复合管的微导通状态；C3和R7构成自举电路可以解决电阻R3所带来的影响（如图3-1所示），也可以通过加入有源负载，如加入一恒流源I1（如图3-2所示）；R8、R9构成平衡电阻；R10和R11可减少复合管的穿透电流，提高电路的稳定性；Q1、Q3以及Q2、Q4构成复合管；±VCC为直流稳压电源产生的±12V直流电。 OCL功率放大电路课程设计

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图3-1 加自举电路的OCL放大器仿真图

图3-2加有源负载的OCL放大器仿真图

2．仿真分析：仿真电路图如图3-1，3-2 所示。仿真电路图3-1仿真波形如图3-3，仿真电路图3-2仿真波形如图3-4所示。

图3-3加自举电路的仿真波形 OCL功率放大电路课程设计

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图3-4加有源负载的仿真波形

四、总原理图及元器件清单

1．总原理图 通过两者的实验论证及综合比较，选用带自举电路的OCL电路比较好，电路图如图3-1所示。

2.元件清单

元件序号 型号 主要参数 数量 备注

1 R1 20kΩ 1

2 R2 1kΩ 1

3 R3 2kΩ 1

4 R4 143Ω 1

5 R5 2kΩ 1

6 R6 20kΩ 1

7 R7 470Ω 1

8 R8 510Ω 1

9 R9 100mΩ 1

10 R10 510Ω 1

11 R11 100mΩ 1

12 R12 8Ω 1

13 Q1 2N3904 1 TO-92

14 Q2 2N3904 1 TO-92

15 Q3 2N3905 1 TO-92

16 Q4 2N3904 1 TO-92

17 C1 4.7uF 1

18 C2 100uF 1

19 C3 100uF 1

20 VDD 12V 1

21 VCC -12V 1

22 V1 0.45V 1KHz 1

23 D1 1N4148 1 DO-35

24 D2 1N4148 1 DO-35 OCL功率放大电路课程设计

9 / 11 25 U1 741-DIV 1 DIP-8

五、EWB仿真与调试

1．调试过程描述

仿真时，两个电容取值分别为4.7uF和100uF，可以使下限频率更低。

在MultiSIM9中进行仿真，电路图几参数如图所示。仿真时，适当调整R4（兼顾输去波形的交越失真与放大器的功率，比如R4=143Ω，同时在Q3的发射极上串入10Ω的平衡电阻），在输入端加入电压幅值为0.42V，频率为1KHz的正弦信号，测得输出信号电压幅值为8.8V，波形失真度为0.0220﹪，电源提供电流为359mA，放大电路的下限频率约为2.6Hz, 上限频率约为38KHz。由此可得电源提供功率为8.62W，负载消耗功率为4.84W，功率放大器的效率为56.1﹪，放大器的电压放大倍数为20.95，其带宽约为38KHz，符合设计要求。

交越失真 调整R4为较小值时（比如R4=10Ω）远放输出端的电压波形如图所示，而功放的输出波形如图所示。说明功放部分已出现交越失真。由于电路的整体负反馈作用，使运放输出信号波形恰好与功放部分的交越失真波形相反，起相抵作用，从而使功放输出波形趋于正常。为了使运放输出不是真，通过调整R4，比如R4=143Ω，此时输出管的集电极电流为1.25mA，处于甲乙类状态，既保证交越失真最小，同时功放部分的效率较高。

2．仿真结果与实测数据进行对照

1）仿真电路中输入音频信号用函数发生器代替频率1000Hz振幅0.45v

2）当输入为正弦信号时输入输出波形如图2-3所示：

图2-3正弦波测试波形

当R5为80%时仿真测得输入功率为9.556mW，输出功率为5.086W，功率放大倍数为532.23，波形没有失真。 OCL功率放大电路课程设计

10 / 11 3）当输入为三角波信号时输入输出波形如图2-4所示：

图2-4三角波测试波形

当R5为80%时仿真测得输入功率为6.306mW，输出功率为5.086W，功率放大倍数为806.53，波形没有失真。

4）当输入为三角波信号时输入输出波形如图2-5所示：

图2-5方波测试波形

当R5为80%时仿真测得输入功率为18.998mW，输出功率为5.079W，功率放大倍数为267.34，波形没有失真。

六、实验分析与结果

通过对加自举电路的OCL功率放大电路和加入有源负载的OCL功率放大电路的仿真和调试，可以知道OCL功率放大电路处于甲乙类状态，既保证交越失真最小，同时功放部分的效率较高，在理想状态下可以达到78.5%；再加入加自举电路或加入有源负载，解决了正向传输小于负向传输的问题；且总谐波失真只有0.374%左右，非常理想；信号噪声失真在45.833dB左右。

七、改进意见与体会

结论 造成本次电路设计很难成功的一个主要因素是细心，不管在选用器材方面还是在调试方面，都要做到仔细认真。OCL功放电路设计也比较成功基本上