模电课程设计报告

模拟电路课程设计 题目：OCL 功率放大器 学院：信息学院 专业：自动化 班级学号： 学生姓名： 指导教师; - 1 - 目录目录 一、课程设计任务及要求一、课程设计任务及要求. .- - 3 - 3 - 1、设计目的 - 3- 2、设计指标 - 3- 3、设计要求 - 4- 4、制作要求 - 4- 5、OCL 功率放大器各单元具体电路设计。 . -4- 6、完成整体电路设计及论证。 -5- 7、编写设计报告 - 5- 二、总体方案设计二、总体方案设计 - - 5 - 5 - 1、设计思路 - 5- 2、OCL 功放各级的作用和电路结构特征 . -7- 三、单元电路的选择与设计三、单元电路的选择与设计. .- - 8 - 8 - 1、设计方案 - 8- 2、确定工作电压 - 8- 3、功率输出级的设计 -9- ⑤方案设计电路图⑤方案设计电路图 - - 11 - 11 - 各单元电路设计、参数计算和元器件选择： -12- 四、总电路图及其工作原理四、总电路图及其工作原理. .- - 13 - 13 - 工作原理： - 15- 五、功率放大器元件参数计算五、功率放大器元件参数计算 . .- - 16 - 16 - 1.确定电源电压 -16- 2.功率输出级计算 -17- 3. 推动级的计算 - 20- 4 元件明细表 -20- 六、总结六、总结 . .- - 21 - 21 - 参考文献：参考文献： . .- - 22 - 22 - - 2 - 一、课程设计任务及要求 1、设计目的 ①学习OCL功率放大器的设计方法 ②了解集成功率放大器内部电路工作原理 根据设计要求,完成对OCL功率放大器的设计,进一步 加强对模拟电子技术的了解 ④采用集成运放与晶体管原件设计OCL功率放大器 ⑤培养实践技能,提高分析和解决实际问题的能力 2、设计指标 ①频率响应:50Hz≤f≤20KHz ②额定输出功率:P o=8W ③负载电阻:R L=8Ω ④非线性失真尽量小 ⑤输入信号:U i=100mv - 3 - 3、设计要求 （1）进行方案论证及方案比较 （2）分析电路的组成及工作原理 （3）进行单元电路设计计算 （4）画整机电路图 （5）写出元件明细表 （6）小结和讨论 （7）写出对本设计的心得体会 分析设计要求，明确性能指标；查阅资料、设计方案 分析对比。 4、制作要求 论证并确定合理的总体设计方案，绘制结构框图。 5、OCL功率放大器各单元具体电路设计。 总体方案分解成若干子系统或单元电路，逐个设计， 计算电路元件参数；分析工作性能。 - 4 - 6、完成整体电路设计及论证。 7、编写设计报告 写出设计与制作的全过程， 附上有关资料和图纸， 有 心得体会。 二、总体方案设计 1、设计思路 功率放大器的作用是给负载Rl提供一定的输出功 率，当 RI一定时，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。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 - 5 - 较小）的输出功率。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。 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，推动级和输出机等部分组成。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，为钏电路由于性能比较好，所以广泛地 应用在高保真扩音设备中。性能优良的集成功率放大器 给电子电路功放级的调试带来了极大地方便。为了培养 学生的设计能力，本课题主要采用分立元件电路进行设 计。 - 6 - 2、OCL 功放各级的作用和电路结构特征 ①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。 ②推动级作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，可采带集电极有源 负载的共射放大电路，其静态偏置电流比输入级要大。 ③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。 此外，还应考虑为稳定静态工作点须设置交流负反 馈电路，为稳定电压放大倍数和改善电路性能须设置交 流负反馈电路，以及过流保护电路等。电路设计时各级 应设置合适的静态工作点，在组装完毕后须进行静态和 动态测试，在波形不失真的情况下，使输出功率最大。 动态测试时，要注意消振和接好保险丝，以防损坏元器 - 7 - 件。 三、单元电路的选择与设计 1、设计方案 利用三极管的电流控制作用或场效应管的电压控 制作用将电源的功率转换为按照输入信号变化的电流。 因为声音是不同振幅和不同频率的波，即交流信号电 流，三极管的集电极电流永远是基极电流的β倍，β是 三极管的交流放大倍数，应用这一点，若将小信号注入 基极，则集电极流过的电流会等于基极电流的β倍，然 后将这个信号用隔直电容隔离出来，就得到了电流 (或 电压)是原先的β倍的大信号，这现象成为三极管的放 大作用。经过不断的电流及电压放大，就完成了功率放 大。 2、确定工作电压 为了达到输出功率 10W 的设计要求，同时使电路安 全可靠地工作，电路的最大输出功率 P om 应比设计指标 - 8 - 大些，一般取P om ≈（1.5～2）P o 。即本设计中电路的 最大输出功率应按 6～8W 来考虑。 由于是 P OM = 因此，最大输出电压为 U OM= 2P OM R L 考虑到输出功率管 V 2，V4 的饱和压降和发射极电阻 R 10，R11 的压降，电源电压常取 V CC 1 2U OM 2 RL =（1.2—1.5）U OM 3、功率输出级的设计 ①输出功率管的选择 输出功率管 V 4，V6 为同类型的 NPN 型大功率管，其 承受的最大反向电压U CEmax ≈2V CC ， 每个管的最大集电 极电流为I CMmax≈V CC /R14+R L ，每个管的最大集电极 功耗为P C m ax ≈0.2P OM 。 ②复合管的选择 V1,V3 分别与 V2,V4 组成复合管,它们承受的最大 - 9 - 电压均为 2 V CC ,考虑到 R7,R8 的分流作用和晶体管的 损耗,在估算 V1,V3 的集电极最大电流和最大管耗时,可 近似为 I C max I C max = I C max≈(1.1—