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OCL功率放大器的设计

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烟 台 南 山 学 院

模拟电子技术课程设计

题目 OCL功率放大器的设计

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所在学院：工学院电气与电子工程系

所学专业：电气工程及其自动化 班 级 电气工程1403 学 号 ************ ******** 完成时间：二零一五年十二月 2 摘要 OCL功率放大器不仅能够放大普通信号，还能够放大一些极其微弱的信号。音频功率放大器是音响系统中不可或缺的部分，其主要任务是将音频信号放大到足以推动外接负载，如扬声器、音响等。 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。OCL是英文Output Capacitor Less的缩写，意为无输出电容。采用双端电源供电，使用负电源，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功率放大电路也是定压式输出电路，由于电路性能比较好，所以广泛的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的功放级的调试带来了极大的方便。本次课程设计主要采用分立元件电路法进行设计。分别设计直流稳压电源，前置放大电路以及功率放大电路。其中前置放大电路采用差分式放大电路。 关键词：OCL功率放大器 功率放大器 无输出电容 功率放大电路 3 第1章 绪论 .................................................... 4

1.1 ocl 功率放大器的意义 ..................................................................................... …4 1.2 ocl功率放大器的设计要求及参数 .................................................................... 4 1.3 设计方案 ................................................................................................................. 4 第2章 OCL功率放大器各单元电路设计 .............................. 6

2.1 直流稳压电源设计 ................................................................................................. 6 2.2 前置放大级设计 ..................................................................................................... 6 2.3 功率放大电路设计 ............................................................................................... 8 第3章 OCL功率放大器整体电路设计 ................................ 10

3.1 整体电路图及工作原理 ....................................................................................... 10 3.2 电路参数计算 ....................................................................................................... 10 3.2.1 确定电源电压参数 ......................................................................................... 11 3.2.2确定功率输出管的参数 .................................................................................. 11 3.2.3 复合管的参数选择 ......................................................................................... 12 3.2.4 前置放大电路部分 ......................................................................................... 12 3.2.5 部分重要电阻的参数选择 ............................................................................. 13 3.3 整体电路性能分析 ................................................................................................. 13 第4章 总结 ................................................... 14

参考文献 ....................................................... 15 4 第1章 绪论 1.1 ocl 功率放大器的意义 OCL(Output Capacitorless）出电容器电路是采用正负两组对称电源供电没有输出电容器的直接耦合的单端推挽电路负载接在两只输出管中点和电源中点OCL功率放大器是在OTL功率放大器的基础上发展起来的一种全频带直接耦合低功放大器，它在高保真扩音系统中得到了广泛应用。 1.2 ocl功率放大器的设计要求及参数 本次课程设计采用全部或部分分立元件（末级必须用分立元件）设计一OCL音频功率放大器 额定输出功率Po≥1W 负载阻抗RL=8Ω 失真度γ≤3%； 3dB带宽20∽30KHz； 输入灵敏度不低于150mV 可使用实验室电源。 1.3 设计方案 首先做一个简单的线性电源，将220V交流电降压后(采用三端输出的电压器)采用桥式整流、再用简单的滤波电路滤波、三端集成稳压器稳压，最后再经滤波 电路滤波，选取VCC/2为地，由于输出功率比较大，将VCC定值为30V，最后做成一个电压稳定的正负15V电源。然后将信号经过差分式放大电路，进行信号放大，最后采用甲乙类互补对称电路进一步放大电流，最后得到波形稳定的输出信号。全部采用分立原件，中间放大级采用直接耦合。

图1-1方案一框图

电源电路 信号输出 输出级乙类互补对称放大 信号输入集成运放放大 5 根据本课题要求，我们所设计的OCL音频功率放大器应由以下几部分组成：直流稳压电源、前置放大电路和功率放大电路。以下逐一加以设计及论证 电源部分 本设计的电源通过变压器变为20V交流电，经整流滤波得到±30 V的直流电；同时直流电再经三端集成稳压电路输出±24 V，供应前置放大电路和功率放大器使用。 信号放大部分 前置放大电路采用低噪声双运放，分别以相同放大的方式，作为左右通道的信号放大。 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的差分放大电路构成，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

1-3 总体设计方案框图图

直 流 稳 压 电 源

前 置 放 大

电 路

功 率 放 大

电 路

输

出

信 号

输 入 ～

220V 市电 放

大

初步

-24V

+24V +24V

-24V 6 第2章 OCL功率放大器各单元电路设计 2.1 直流稳压电源设计 220 V市电经变压器输出一组独立的20 V交流电，大电容滤波得到±30 V直流电，再加一个100nF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601Ω大功率电阻。另外这组直流电还要传给LM7824、LM7924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。

图2—1 直流稳压电源设计

2.2 前置放大级设计 音频功率放大器的作用是将声音源输入的信号进行放大，然后驱动扬声器输出。声音源的种类有多种，如传声器（音源）、电唱机、录音机（放音磁头）、CD唱机及线路传输等，这些声音源的输出信号的电压差别很大，从零点几毫伏到几百毫伏。一般功率放大器的输入灵敏度是一定的，这些不同的声音源信号如果直接输入到功率放大器中的话，对于输入过低的信号，功率放大器输出功率不足，

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音频OCL功率放大器设计

音频OCL功率放大器设计

电子电路设计设计题目：音频OCL功率放大器设计专业班级学号学生姓名设计时间教师评分年月日目录一、设计指标及设计要求 (3)二、设计方案选择与比较 (3)三、系统框图 (4)四、单元电路设计 (5)（一）、直流稳压电源设计 (5)（二）、前置放大电路设计 (8)（三）、功率放大器设计 (9)五、电路原理总图及原理简述 (13)六、元器件明细表 (14)七、设计小结 (15)八、参考资料和网站目录 (16)一、设计指标及设计要求1．采用全部或部分分立元件2．额定输出功率P0≥8W3．负载电阻R L =8Ω4．失真度 <3%5．设计放大器所用直流稳压电源6．*用Multisim仿真并绘图二、设计方案选择与比较根据本课题要求，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、前置放大及功率放大。

以下逐一加以设计及论证。

电源部分：本设计的电源通过变压器变为220 V交流电，经整流滤波得到±24 V的直流电；同时直流电再经三端集成稳压电路输出±20V，供应前置放大电路和功率放大器使用。

信号放大部分：前置放大电路采用低噪声双运放，分别以相同放大的方式，作为左右通道的信号放大。

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。

三、系统框图分析：本设计采用将220 V交流电压通过变压器变成±20V的直流电压，供前置放大器与功率放大器使用。

输入信号通过前置放大电路进行初步放大，再经过功率放大器进行进一步的放大。

最后通过输出端输出，即得到所需的。

四、单元电路设计（一）、直流稳压电源设计1、参数电路2、指标U0 = （10~~20）V 可调I0 =（0~~500）mAr0 =0.01ΩSυ≤ 0.05I0max = 1.5 I0 时启动过流保护3、分析计算设V CE2≥ +4V (保证T2处于放大区) 所以V Imin≥ V0max + 4V = 24V因为V Imin = 1.2 U2min所以U2min = U Imin/1.2=24/1.2=20V考虑电网波动U2min = 20*1.1=22V加上欲量选U2=24Va、选择变压器P2=P0+P杂=0.5A*20V+P杂=10W+P杂选P2=12WP1=P2/η =12/0.6=20W (η=0.6~0.8)所以P=1/2(P1+P2)=1/2(20+12)=16W选P=18Wb、选择二极管（D1~D4）流过二极管电流I D=1/2*I0 = 1/2*1.5 I0 =375 mA二极管承受最高反向电压V RM = √2*1.1*U2=√2*1.1*24=35V 选2CZ54B (用BYW56代替)c、选择滤波电容C1当满足R L*C1 > (3~5)T/2 才有V I = 1.2U2 这个关系成立R L = V I/I0 = 24V/0.5A = 48ΩT = 0.02S所以C1≥(3~5)T/2R L = (3~5)0.02/(2*48)=104μF选C1：CD-500μF-50Vd、选择调整管T2I C2max≥ 1.5I0 = 1.5*500 mA = 750 mAV BR(CEO)2≥V Imax-V0min = √2*1.1*U2 =√2*1.1*24=35VP CM2 = (1.5I0)*(V Imax-V omin)=26W选3DD59A （用2N2219A代替）e、选T1同理V BR(CEO)1 = 35VI CM1 = I CM2/β2 = 750 mA/50 = 15mAP CM1 = P CM2/β2 = 26W/50 = 0.52W = 520Mw选3DG121A （用2N2219A代替）为了提高输出电压稳定性取样电路分压比：η = （R3+∆R2）/（R1+R2+R3）= (0.5~0.8) 受限于指标V Z = 3V选2CW130 （用BA T65代替）稳压管V Z = (3.0~4.5)V I Zmax = 600mA I Zmin =30mAR4 = (V0-V Z)/I Z = [(10~20)-3V]/ 30 mA = (233Ω~566Ω)选R4=400ΩP R = I2R = (0.03)2*400=0.36W 所以选1/2Wf、确立R1、R2、R3令I R1 = 0.1I0 = 0.1*500 mA ≤50 mA分析电路知，I R可以较小，取I R = 20 mA 足够所以R1+R2+R3 = V0/I R = (10~20)V/ 20 mA = (500~1000) Ω选R1+R2+R3 =1000 Ω（R1+R2+R3）/R3*V Z = U0max = 20V 所以R3=150Ω[(R1+R2+R3)/(R2+R3)]*V Z = 5V 所以R2+R3= 600Ω所以R1 =400ΩR2 = 450ΩR3 = 150Ωg、选择T4管选β4 = 100 I CM4 = 20 mA P CM = 100mW所以选30G6~3DG4A （用2N2219A代替）h、选R CR Cmin=(V Imin-V0max-2V BE)/2I B1 = (24-20-1.6V)/(2*0.2 mA ) =6kΩ选R C = 6KΩi、选择T3、R5启动过流保护I0max = 1.5I01.5I0*R5 = 0.5V 所以R5=0.67Ω所以选R5=0.7Ω3DG4A即可（用2N2219A代替）（二）、前置放大电路设计参数电路：前端放大功能是完成小信号的电压放大任务、提高信噪比，其失真度和噪声对系统的影响最大，是应该优先考虑的指标。

OCL功率放大器课程设计

OCL功率放大器课程设计

功率放大器的作用是给音响放大器的负载RL（扬声器）提供一定的输出功率。

当负载一定时，希望输出的功率尽可能大，输出的信号的非线形失真尽可能地小，效率尽可能的高。

功率放大器的常见电路形式有OTL电路和OCL电路。

有用继承运算放大器和晶体管组成的功率放大器，也有专集成电路功率放大器。

本次课程设计是一个OCL 功率放大器，该放大器大采用复合管无输出耦合电容，并采用正负两组双电源供电。

综合了模拟电路中的许多理论知识，它使我们学过的相关理论知识得到更好的巩固，并使理论知识与实际问题相联系。

提高自己的动手实践能力、安装与检测电路的能力。

一、方案的原理框图，总体电路图及原理说明1、方案的原理框图：2、实现原理图：3、方案的原理说明：本功放的申路图，功放部分元器件连晶体管在内仅20个左右，乍下看象一个原理简图，但确确实实是一个可付诸实用的功放，而且它能以较低的谐波失真向8Ω(4Ω)负载提供≥50W(120W)的输出功率。

它采用典型的OCL电路，但制作时根据实践情况对设计作了必要的改进。

输入级BG1—2按惯例采用差分放大级，但与一般常见电路稍不同的是采用PNP管，这与采用NPN管相比，两管配对容易且一致性好，噪声较低。

对简单的电路结构，这是需要加以尽量考虑的。

第二级BG3为主电压放大级，它提供大部分电压增益，但未采用常见的“自举”电路。

大功率放大器采用“自举”电路对增大输出功率意义不大，且能省去一个对音质有影响的电解电容，并有利减少元件简化电路。

C2是相位补偿电容。

末级由BG4—7以最简方式复合而成的互补输出级，元件少无调整，使采用功率较小的推动管BG4—5也足以满足推动末级输出100W以上的要求。

末级静态电流的设定以减小低输出功率时的交越失真为主，通常取40—50mA。

至于大输出功率时的交越失真因“掩蔽”效应，影响不明显。

对静态电流也未作热补偿，工作时随着温度上升静态电流也相应上升，但试用中并未出现失控这样做可简化安装工艺、减少调试手续，此外，稍大的静态电流多少也能降低一些大输出时的交越失真.二、元器件选择和电路参数计算二极管2个三极管7个20kΩ1个4 kΩ2个22kΩ 1个40kΩ1个2.6kΩ1个160PF 1个10uF 1个0.33Ω2个1、功率的计算，计算输出功率P o输出功率用输出电压有效值V0和输出电流I0的乘积来表示。

OCL低频功率放大器课程设计报告说明书

OCL低频功率放大器课程设计报告说明书

课程设计说明书题目：OCL低频功率放大器课程：低频电子线路班级：学生XX：学号：设计期限：一.设计课题阐述设计一个低频功率放大电路，要求输出级输出一定的功率以驱动负载，能够向负载提供足够信号功率。

二.设计任务和技术指标条件〔1〕输入电压幅值U in≤0.1v〔2〕负载阻抗R L=8Ω；技术指标：〔1〕采用全部或局部分立元件设计一个OCL音频功率放大器；〔2〕额定输出功率Po≥4W；〔3〕失真度γ≤3%；〔4〕工作频率20~30KHz；〔5〕可使用实验室电源。

三．对各种设计方案的论证和电路工作原理的介绍功率放大器的作用是给负载R L提供一定的输出功率，当负载一定时，希望输出功率尽可能大，输出信号的失真尽可能小，且效率尽可能高。

OCL电路采用直接耦合方式，一般可以由两局部组成：1、前置放大器〔即驱动级〕用于实现对小信号的放大，以及为输出级提供足够大的驱动电流，可采用带集电极有源负载的共射放大电路或集成运放作为前置级。

2、功率放大器也即输出级用于对输入信号实现功率的放大，给负载足够大的输出信号功率。

可采用由复合管构成的甲乙类互补对称功放或准互补功放电路。

其原理框图如图2-2所示。

OCL功放电路的特点是输出端不需要大电容或变压器，因此易于集成，但需要双电源供电。

图2-3为集成运放作为前置级的OCL电路。

图2-2 低频功率放大器原理框图四. 各单元电路的设计和文件参数的计算；〔含各局部电路功能、输入信号、输出信号、元件参量等〕。

解：Av=Vo/Vi=sqrt(Po*RL)/Vi=1+(R3+R12)/R2假设取R1=1K,那么R3+R12=50。

现取R3=47K，R12=59K的电位器。

假设去静态工作电流Io=1mA,那么得Io=(Vcc-Vd)/(R4+R13)=(12-0.7)/R4 (设RP2=0)那么R4=11.3K,取标称值11K。

其他元件参数的取值如下图。

五.电路原理图和接线图，并列出元件名细表元器件清单：2个10uF电容1K、2个47K、2个11K、2个22、2个240、2个1、1个8欧姆的电阻1个uA741CD集成运放直流稳压电源1K、50K的电位器2个IN4001二极管3个2N3055A三极管1个2N1132A三极管六.Multisim10绘图及电路仿真分析，给出仿真结果，如波形、幅频特性曲线等。

OCL低频功率放大器设计

OCL低频功率放大器设计

OCL低频功率放大器设计
1.设计目的
（1）进一步熟悉和掌握模拟电子电路的设计方法和步骤
（2）进一步理解功率放大电路的结构、组成及原理，将理论和实践相结合
2.设计任务
（1）已知条件：
输入电压幅值U
im 〈 0.1V，负载电阻R
L
=8
（2）指标要求：
输出功率> 4W，输出电阻>40K , 工作频率20Hz -20KHz。

3.设计要求
（1）完成全电路的理论设计
（2）参数的计算和有关器件的选择
（3）可对电路进行局部或整体仿真
（4）撰写设计报告书一份；A3 图纸至少1张。

报告书要求写明以下主要内容：总体方案的选择和设计；各个单元电路的选择和设计；仿真的过程的实现
4.参考资料
（l）李立主编. 电工学实验指导. 北京：高等教育出版社，2005
（2）高吉祥主编. 电子技术基础实验与课程设计. 北京：电子工业出版社，2004 （3）谢云，等编著.现代电子技术实践课程指导.北京：机械工业出版社，2003 （4）李万臣主编.模拟电子技术基础实验与课程设计. 北京：电子工业出版社，2001
（5）高吉祥主编.电子技术基础实验与课程设计.北京：电子工业出版社，2002。