OCL功率放大器的设计_课件解析

图解电路图ocl功放电路（六）用两级共射放大器实现电压放大（图六共射放大器实现电压放大的功放电路）如上图，主要增加了两级共射级放大电路，Q6作为第一级电压放大，并且在其发射极加上反馈电阻，R2主要给Q6提供静态电流，对于交流信号，C5近似短路，所以R2并联R13，与C2，R3构成反馈，来控制整个环路的增益，另外需要注意的一点是，因为使用了两级共射放大器，Q7集电极的静态电压不为0，所以放大后的电压信号需要经过C4交流耦合到后级驱动电路，有时候，我们并不希望中间环节通过电容耦合信号，这样容易导致低频信号的丢失，以及相位偏转，引起电路自激。

这个时候，就到了那个牛逼哄哄的差分放大电路出场了。

（七）差分电路作为第一级放大（图七差分放大器作为第一级放大电路）如上图就是在第一级放大电路中加入差分放大器，因为差分放大，两个管子Q6，Q7基极虚短，且Q6的基极已地作为参考，另外反馈电阻R3直接接到了Q7的基极，这样输出端电压就被整个环路控制到跟Q6输入端电压一致le（Q6端是参考地电平，所以输出端被控制为0V），差分放大后再通过一级共射放大，来获得更高的增益，输出直接耦合给后级驱动电路。

这样，我们就用三极管放大器完美的模拟了运放。

但是，等等，我们真的完美的模拟了运放吗？不，答案是否定的，因为现在的工艺，随便一个运放，开环增益都已经达到10^6了，加上反馈电路，整个电路的增益可以很精确的被设计，但是我们上面这个电路的开环电压增益明显不够，可能同学们要说了，增益不够就多加几级呗。

童鞋，你很聪明嘛。

但是级数太多很容易导致系统自激，并且也不方便调试。

那还有没有方法在不增加放大器级数的前提下，提高增益那？当然有，我们伟大的工程师早就设计出了更加狂拽炫酷吊炸天的电路。

那就是有源负载，哈哈，现在我们的电路越来越像原始的OCL电路了，兄弟们，刚把得。

（八）使用有源负载，提高放大器的电压增益。

（图八增加有源负载提高放大器增益）如上，在驱动级加入了电流源作为有源负载，大大提高了驱动级的电压增益。

目录一、设计题目及要求 (1)二、题目分析和设计思路 (1)三、电路图及电路原理 (2)四、电路参数确定 (4)五、电路的功能和性能验证 (6)六、设计成果 (6)七、总结与体会 (9)八、参考文献及资料 (9)一、设计题目及要求1. 设计题目OCL功率放大器的设计2. 设计要求设计一个集成运放和晶体管组成的OCL 功率放大器。

设计任务：⑴输入信号：有效值U i < 200mV.(2) 最大输出功率：P> 5W.(3) 负载电阻：RL=2(n(4) 通频带：BW=80Z H- 10KH Z二、题目分析和设计思路1、题目分析OCL功率放大器是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。

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的方便。

集成功率放大电路还具有输出功率大、外围元件少、使用方便等优点，因此在收音机、电视机、扩音器、伺服放大电路中也得到了广泛的应用。

功率放大器可分为三种工作状态：(1)甲类工作状态Q点在交流负载的中点，输出的是一种没有削波失真的完整信号。

(2)乙类工作状态Q点在交流负载线和I B=0输出特性曲线的交界处，放大器只有半波输出。

(3)甲乙类工作状态Q点在交流负载线上略高于乙类工作点处。

乙类互补的电路会产生交越失真，可采用甲乙类互补电路来消除。

本次题目要求设计一个集成运放和晶体管组成的OCL功率放大器，输入信号有效值为U i <200mV最大输出功率值为P>5W且负载电阻和通频带分别为：RL=2(n和BW=80H Z10KH对于这个题目，可根据课本上所学的知识和基本OCL电路以及集成运放的有关知识来进行设计。

2、设计思路首先，根据题目的分析确定目标，设计整个系统是由哪些模块组成，各个模块之间的信号传输，并设计OCL功率放大器的初步电路图。

并考虑要用到元器件有哪些？其次，对系统进行分析，根据系统功能，选择各模块所用的电路形式和其具有的功能。

模拟电子技术课程设计-OCL音频功率放大器的设计OCL（开环放大器）音频功率放大器（Power Amplifiers，简称PA）在众多影音系统中具有重要作用，它可以将信号从入口功率放大到输出功率，提供音频设备更大的输出能力。

本文针对OCL音频功率放大器的设计，构成了一套有效的设计方案，以满足多种应用需求。

首先，将放大器分成三个部分，即核心部分、驱动部分和外部部分。

其中，核心部分是使模拟电路正常工作的关键部件，它包括电源模块、放大电路模块和调节模块。

核心部分有效地实现了放大器发挥功能的基本规则，如输入输出参数的设计，过电流、热保护以及通信信号的设计要求。

接着，是放大器的驱动部分，它的电路设计和实现是实现放大器功率放大功能的关键。

其中包括低频网络电路、高频网络电路、振荡网络电路以及功率放大器电路。

驱动部分使用了先进的电子元件，实现了信号功率放大、音质优化和阻抗调整的功能，以便根据不同的工作环境实现平滑的音频效果。

最后，放大器的外部部分，其设计主要包括声音控制、连接端口以及控制按钮等与用户接口相关的内容。

这些设计可以实时调整和监控放大器的工作参数，使用者可以更轻松地使用和控制设备。

通过以上三个部分，完成了OCL音频功率放大器的基本设计方案，并通过实验确认了其输入电平、输出电平、负载阻抗、线性度、信噪比等主要性能指标，以及高。

质量的音频失真和优良的视听效果，达到了实用的应用效果。

本文的研究主要针对OCL音频功率放大器，分析了全面覆盖其主要工作特性的设计要素，并给出了实用的设计思路，以及实验精度调节等具体实现技术，有效解决了放大器在实际应用中的质量问题。

分立元件OCL功率放大电路原理分析OCL是英文Output Capacitor Less的缩写，意思是没有输出电容器。

OCL功率放大电路一般采用正、负对称的两组电源供电，电路内部直到负载扬声器全部采用直接耦合，中间无输入、输出变压器（人们将不用输入和输出变压器的功率放大电路称为单端推挽电路），也不需要输出电容器，其好处是通频带宽，信号失真最低。

(1)OCL功率放大器的结构组成功率放大器的结构如图1所示。

OCL功率放大电路分为输入级、激励级、功率输出级三级，此外还有为稳定电路工作而设置的负反馈网络和各种补偿电路，有些还设置有过载保护电路。

图2是一种实际的功放电路，早期一些低档功放机器采用了这一电路。

下面结合该电路来认识一下功率放大器的各组成部分。

1)输入级：输入级主要起缓冲作用。

输入级多采用差分对管放大电路（也有采用运算放大电路的），通常引入一定量的负反馈，增加整个功放电路的稳定性和降低噪声。

差分放大器由两个特性相同的放大电路组成，其左、右两管的参数几乎完全相同。

这种电路具有很高的稳定性，能抑制“零点漂移”，保证输出级中点电压的稳定。

有些功放机器的差动管发射极采用恒流源电路，常见的有二极管和三极管组成的恒流源和两个三极管组成的镜像恒流源。

输入级采用小功率管，工作在甲类状态，静态电流较小。

2)激励级：激励级的作用是给功率输出级提供足够的激励电流及稳定的静态偏压，整个功率放大器的增益主要由这一级提供。

多数功放机的激励级采用单管放大电路，也有少数机器采用差分对管放大电路。

这一级常采用恒流源负载，不仅能得到较高的电源抑制特性，而且具有工作状态稳定、线性好、失真度低等优点。

激励级也是用小功率管，工作在甲类状态。

另外，激励级还要为后一级（功率输出级）提供稳定的偏置电压。

功率输出级的偏置电压电路有多种类型。

最简单的偏置电路是由激励管的集电极负载电阻构成的，其热稳定性和稳压性都比较差；有些功放采用恒压偏置电路，即由多个二极管串联而成的稳压钳位电路，使功率输出级的偏置电压保持稳定；而更多的则是采用带温度补偿的恒压偏置电路，这种偏置电路由一个三极管和几个电阻组成。

§8.4 实际功放电路
OCL：无输出大电容C(≥100μF)；OTL：无输出变压器，但有输出大电
容C。

电路如图8-6所示，注意到其输出
级VT4与VT5管复合成NPN管，两异型管VT6、VT7管复合成PNP管。

由于功率输出管VT5、VT7采用了同材料、同类型管子，所以这种输出级的组成方式称
为“准互补”，以区别于同材料、不同类型管的互补电路。

ＯＣＬ功率放大器
１．基本原理
该电路由集成运算放大器μＡ７４１和分元件（晶体管ＶＴ１－ＶＴ４．二极管ＶＤ１－ＶＤ２等组成，是一个ＯＣＬ功放电路．ＶＴ１－ＶＴ４组成准互补对称电路，二极管ＶＤ１．ＶＤ２和Ｒ４．ＲＰ２．Ｒ５共同组成输出级的偏置电路，使输出级工作在甲乙类状态,为其提供偏置电压，防止输出产生交越失真．Ｒ６.Ｒ７用来减小复合管的穿透电流, Ｒ８.Ｒ９起到电流负反馈作用,使电路的工作更加稳定,减少非线性失真．Ｒ１０．Ｒ１１为平衡电阻使两管的输入阻抗相等，电阻Ｒ３．ＲＰ１组成主放大器直流全反馈，使得ＯＣＬ电路的中点电压稳定地保持在零伏左右．电阻Ｒ２．Ｒ３．ＲＰ１．Ｃ２组成放大器的交流电压串联反负馈，使电路性能指标大大提高．并联在扬声器两端的Ｒ１２．Ｃ３消振网络，可以改善扬声器的高频响应．
２．调试要点
调试安装前，首先将所选的电子元件测试一遍，确保元件完好．在进行元器件安装时，元器件布局要合理，连线尽可能短而直．所用的测量仪器要准备好．
静态调试．首先将输入电容输入端对地短接，接通电源，用万用表测试输出Ｏ点的电位，调节电位器ＲＰ２使Ｏ电的电位近似为零．
在输入端接入１０００ＨＺ的正弦信号，用示波器观察输出波形失真情况，调整电位器ＲＰ２，使输出波形失真最小．调节ＲＰ１使输出电压的峰值满足输出功率的要求．。

详解OCL功率放大器电路OCL基本功率放大电路(1)电路结构如图10-11所示为OCL基本功率放大电路，图中VT 1 和VT 2 是特性相同但极性不同的配对管。

VT 1 和VT 2 两管的集电极分别与对称的正、负直流电源相连，两管的基极相连是信号的输入端，两管的发射极相连是信号的输出端。

图10-11 OCL基本功率放大电路(2)工作原理静态时，两管均处于截止状态。

由于两管特性相同，内阻一样，又采用对称的直流电源供电，所以输出端 O 点静态电压为0V。

在输入信号正半周时，两管的基极电位同时升高，由于两管的极性不同，基极上的输入信号使VT 1 发射结正向偏置，VT 1 处于放大状态;而正半周的输入信号使VT 2 发射结反偏截止。

此时，流过扬声器的电流方向是自上而下的，如图中的带箭头的实线所示。

在输入信号负半周时，两管的基极电位同时下降，使VT 1 发射结反偏截止，VT 2 进入放大状态。

此时流过扬声器的电方向是自下而上(因地比负电源高)的，如图中的虚线所示。

从以上分析可以看出，OCL功率放大电路利用了NPN型和PNP 型对管的互补特性，用一个信号同时激励晶体管VT 1 、VT 2 轮流导通与截止，分别放大交流信号的正、负半周，负载上得到的是一个放大了的完整信号。

这种电路通常称为无变压器耦合互补推挽放大电路。

(3)电路特点①要采用良好平衡性的对称正、负直流电源供电，电源结构复杂。

②输出端直流电压为0V，不需要输出耦合电容，低频特性好。

③由于扬声器一端接地，直接与放大器相连，故障时直流电压升高，而扬声器的直流电阻很小，所以需加设保护电路。

④负载可获得的最大功率为⑤OCL功率放大电路主要用于输出功率较大的场合，如组合音响、扩音机电路中。

实用OCL功率放大电路OCL基本功率放大电路，由于没有直流偏置电路，在正负半周的交界处，输入电压较低，输出对管都截止，输出电压与输入电压不存在线性关系，存在一小段死区，会出现如图10-4所示的交越失真现象。

1042.10　分立和集成OCL功率放大器电路详解OCL 是英文Output Capacitorless 的简写，其意思为无输出电容，即没有输出端耦合电容的功率放大器。

2.10.1 分立元器件OCL 功率放大器工作原理分析与理解1．电路特点OCL 功率放大器与OTL 功率放大器相比具有下列一些特点。

（1）省去了输出端耦合电容器，扬声器直接与放大器输出端相连，如果电路出现故障，功率放大器输出端直流电压异常，这一异常的直流电压直接加到扬声器上，因为扬声器的直流电阻很小，便有很大的直流电流通过扬声器，损坏扬声器是必然的。

所以，OCL 功率放大器使扬声器被烧坏的可能性大大增加，这是一个缺点。

在一些OCL 功率放大器中为了防止扬声器损坏，设置了扬声器保护电路。

（2）由于要求采用正、负对称直流电源供电，电源电路的结构复杂，增加了电源电路的成本。

所谓正、负对称直流电源就是正、负直流电源电压的绝对值相同，极性不同。

（3）无论什么类型的OCL 功率放大器，其输出端的直流电压都等于0V ，这一点要牢记，对修理十分有用。

检查OCL 功率放大器是否出现故障，只要测量这一点的直流电压是不是为0V ，不为0V 时说明放大器已出现故障。

2．电路分析说明关于OCL 功率放大器的电路分析方法主要说明以下几点。

（1）直流电路分析中注意正、负电源供电电路，电路中+V 端直流电压最高，地端其次，-V 端直流电压最低。

直流电流是从+V 端流向地端，或流向-V 端，另外地端流出的直流电流流向-V 端。

（2）OCL 功率放大器中的输入级会采用差分放大器，对电路中负反馈电路的分析要倍加小心。

（3）直流电路和交流电路的分析同OTL 功率放大器一样。

（4）OCL 功率放大器已集成化，有专门的OCL 功率放大器集成电路。

3．输出端直流电压分析OCL 功率放大器输出端的直流电压等于0V 。

前面介绍的OTL 功率放大器中，输出端的直流电压等于直流工作电压的一半，而OTL 功率放大器输出端的直流电压为0V 。

OCL功率放大器一、设计任务与要求1、采用全部或部分分立元件设计一种OCL音频功率放大器。

2、额定输出功率W≥。

P10R。

3、负载阻抗Ω=8L4、失真度%γ≤35、设计放大器所需的直流稳压电源二、方案设计与论证根据本课题要求，我们所设计的低功率放大器应由以下几部分组成：直流稳压电源及功率放大。

以下逐一加以设计及论证。

1、直流稳压电源部分本设计的电源通过变压器变为25 V交流电，经整流滤波得到±31 V的直流电；同时直流电再经三端集成稳压电路输出±15 V，供应功率放大器使用。

2、功率放大部分功率放大电路由三部分组成：输入级、推动级和输出级。

输入级由有两个三极管组成差分放大电路，推动级由一个三极管组成，输出级由两个三极管对称构成。

两输出管分别由正、负两组电源供电，扬声器直接接在两输出管的输出端与地之间，同时应使本功放工作在甲乙类状态。

3、总体设计方案框架图：（如下图1-1所示）24 V 的直流电，供功率放大器使用。

输入信号通过功率放大器进行放大。

最后通过输出端输出，即得到所需。

三、单元电路设计与参数计算1、直流稳压电源设计220 V 市电经变压器输出两组独立的25 V 交流电，大电容滤波得到±35 V 直流电，再加一个0.1μF 小电容滤除电源中的高频分量。

考虑到制作过程中电源空载时的电容放电可在输出电容并上1 k Ω大功率电阻。

另外这组直流电还要传给7824、7924来获得 ±24 V 。

万一输入端短路，大电容放电会使稳压块由于反电流冲击而损坏，加两个二极管可使反相电流流向输入端起到保护作用。

（如图1所示）2、功率放大器设计此功率放大器由三部分组成：输入级、推动级和输出级。

其中VT1和VT2构成差分式输入级电路，VT3管构成推动级，VT4和VT5是推挽式互补对称输出级。

电路中，R4和C2是VT1和VT2的电源滤波电路；R5、R6和C3是负反馈网络；C4是高频负反馈电容；VD1是VT4和VT5的静态偏置二极管；C5是高频自励消除电容；R7用于调整复合管的微导通状态；R8、R9和C6构成自举电路；R10和R12构成平衡电阻；R11和R13可减少复合管的穿透电流，提高电路的稳定性；VT4、VT6以及VT5、VT7构成复合管；R14与C9为消振网络，可改善扬声器的高频特性；保险丝用于保护功放管和扬声器；C7与C8能消除直流电源意外产生的交流量；±VCC为直流稳压电源产生的±24V直流电。