OCL功率放大器

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WP100。

3、负载阻抗8LR。

4、失真度%3

5、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）

分析：本设计采用市电供电，将市电220 V通过变压器变成±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 kΩ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）

输

出

图1-1

图1 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。（如图2所示）

3、确定电源电压参数：

为了达到设计要求，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

计指标大些一般取Pom≈（1.5～2）Po。

由于Pom=V 2om/2RL,因此，最大输出电压为Vom=(2POMRL)1/2。考虑到输出功率管VT6和

VT7的饱和压降，所以电源电压常取VCC=(1.2～1.5)Vom。

设计要求Po≧10W。所以由以上公式可得

Pom≈15～20 W

Vom≈15.5～17.9 V VCC≈18.6～26.9 V

这里我取了LM7824,LM7924这两个运算放大器，它们所输出的电压为±24V，其他指标

也均达到要求。因此功率放大器的直流稳压电源。

4、部分重要电阻的参数选择

电阻的选择很重要，太小会影响管子的稳定性，太大又会影响输出功率，R11 = R13=

（5～10）RiT5。（RiT5为VT5管的等效输入电阻，其大小为RiT5=rbeT5+（1+βT5）。由于R10、

R12为平衡电阻，故R10=R12=R11(R13)∥RiT5。所以，我将电阻的参数定为R10=R12=15

Ω、R11=R13=150Ω。

R14与C9串联的消振网络的参数选择：R14与C9的取值视扬声器的频率响应而定，

以效果最佳为好。我取R14=30Ω、C9=0.01μF。

电容及其他部件经参考以前实验所选，此处不作详解。 四、总电路工作原理及元器件清单

1．总原理图

2．元件清单:稳压电源部分 元件序号 型号 主要参数 数量 备注 D1-D10 IN5402 8 R1-R2 电阻R 1 KΩ/1W 2 D9-D10 2CP10 2 U1-U2 LM7824. LM7924 2 C1-C4 0.1 μF、0.1 μF0.33 μF、0.33 μF 4

C5-C8 2200 μF /35V 4 C9 C10 10 μF 2 功率放大部分 元件序号 型号 主要参数 数量 备注 R1-R6 电阻 依次27、1.5、15、3、1、27 kΩ 6 R7 滑动变阻器 1 kΩ 1 R8-R14 电阻 依次12、510、15、150、15 、150、30kΩ 7

VD1 2CP10 1 保险丝 限流1mA 1 扬声器 8 Ω 1 C1C4C5C9 电容 依次10 μF、20 pF 、51 pF、0.01 μF 4

C2 C3 C6-C8 电解电容 100 μF、30 μF、200 μF、1μF 1μF 5

VT1-VT2 3DG6 2 VT3 3CG120B 1 VT4 3DG170H 1 VT5 3CK9D 1 VT6 VT7 3DD63C 2 五、安装与调试

按以上电路图进行连接，220V电压经变压器、桥式整流、滤波以及运放7824、7924

可获得±24V的直流电。用此电源来给功率放大器提供能量。

普通信号经由输入端流入由VT1、VT2组成的差分放大电路，由于差分放大电路

阻抗非常大，所以电压在此放大，此外它还具有使输出端的直流电压稳定在零电位上

的作用。信号经过VT1、VT2后，再通过由R5、R6和C3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VT1

至VT7各管工作稳定，使输出端静态电压稳定在0 V。另外，R5和R6一起还有交流负

反馈作用。 C4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。VD1是VT4和VT5的静态偏置二极管,它可使电路获得更好的温度补偿。同时为

了解决电路的工作点偏置和稳定问题，加入R8、R9和C6组成的自举升压电路。推动

级VT3也起到信号放大的作用。当信号正半周输入时，VT4、VT6导通、VT5、VT7截止，

VT4、VT6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，

VT5、VT7导通、VT4、VT6截止，VT5、VT7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。在扬声器的两端并

联R14与C9串联的消振网络，能改善扬声器的高频特性。因扬声器呈感性，易引起高

频自激，而且产生瞬时过压，有可能损坏晶体管VT6、VT7，此容性网络并入可使等效

负载呈阻性。考虑到如果电路出现故障，导致输出端静态不为0 V。由于SP1的直流电

阻很小，这样会有很大的直流电流流过SP1和输出管，会使它们烧坏。在加入保险丝

之后，如出现这种现象，保险丝熔断，保护了SP1和输出管。

六、性能测试与分析（写仿真调试与分析）

经仿真软件进行仿真，此功放不仅能放大普通信号，还能放大一些极其微弱的信

号。经过计算此功放的输出功率为12.5～20.8 W，失真度约为2.13﹪，基本符合设计

要求。

七、结论与心得

整个设计终于大功告成。综合设计实验的确是集所有零散知识点为一体，一环接

一环，其中某环脱节了也就难以完成设计。虽然刚学完模电知识，但由于学的并不深入，加上假期的淡忘，这次设计难免更加努力。初期，先网上查找了许多相似实验，

相似电路图进行仿真，但都与本实验有差距。于是也去图书馆借书查看，还复习了上

学期模电的综合实验，确定了目前所用电路。其中，直流稳压电源是参考所得。

在确定元件参数这一工作上也是大费周折，我又把模电书翻了一遍，特别是后面

几章的知识与公式。同时，也看了好几遍实验指导书，不过值得，温故而知新，也为

以后的学习打下坚实的基础。

并不是第一次做综合设计实验，据以往经验，感觉这次设计缺少系统性，在整个

设计过程中探索性也不够。所以，要想在着方面得到提高，还是得对相关专业知识熟

练掌握，那样才能融会贯通。

八、参考文献

[1] 模拟电子技术基础 童诗白 华成英 高等教育出版社

[2] 电路与电子技术实验 电工电子实验中心

[3] 电子技术常用器件应用手册 陈汝全 机械工业出版社

[4]电子技术基础实验与课程设计 章忠全 中国电力出版社