模擬電子技術(shù)課程設計---高保真ocl音頻放大器

1、<p><b>　　課 程 設 計</b></p><p>　　二○一一年十二月二十五日</p><p><b>　　目 錄</b></p><p>　　1．設計任務書……………………………………………………….. 3</p><p>　　2．總體設計……………………………………………

2、…………….. 4</p><p>　　3．單元電路設計計算………………………………………………..6</p><p><b>　　3.1 輸入級</b></p><p>　　3.2 放大電路及音頻控制電路</p><p>　　3.3 功率放大電路</p><p>　　4．調(diào)試說明……………………

3、…………………………..……….… 11</p><p>　　5．小結(jié)及討論………………………………..………………………14</p><p>　　6．參考文獻……………………………………..…………………… 16</p><p>　　附錄 設計電路圖………………………………..……………………17</p><p><b>　　1.

4、設計任務書</b></p><p>　　設計題目：高保真OCL音頻放大器。</p><p><b>　　設計要求：</b></p><p>　　1.21 分析電路的組成及工作原理。</p><p>　　1.22 分析單元電路設計計算。</p><p>　　1.23 采用衰減式音調(diào)

5、控制電路。</p><p>　　1.24 采用OCL音頻功率放大器。</p><p>　　1.25 說明電路調(diào)試的基本方法。</p><p>　　1.26 畫出完整電路圖。</p><p>　　1.27 小結(jié)和討論。</p><p><b>　　技術(shù)指標</b></p>&

6、lt;p>　　1.31最大不失真輸出功率：Pom≥10W</p><p>　　1.32 負載阻抗（揚聲器）：RL=8</p><p>　　1.33頻率響應：fL～fH=50Hz～20kHz</p><p>　　1.34音調(diào)控制范圍：</p><p>　　低音：100Hz+12dB</p><p>　　高音：10k

7、Hz+12dB</p><p>　　1.35輸出電壓：Ui≤100m</p><p>　　1.36失真度：r≤2%</p><p>　　1.37穩(wěn)定性：在電源為+15～24V范圍內(nèi)變化時，輸出零點漂移≤100Mv</p><p><b>　　2.總體設計</b></p><p>　　2.1電路整體

8、方案的確定</p><p>　　音頻功率放大器的基本功能是把前級送來的聲頻信號不失真地加以放大，輸出足夠的功率去驅(qū)動負載（揚聲器）發(fā)出優(yōu)美的聲音。放大器一般包括前置放大和功率放大兩部分，前者以放大信號振幅為目的，因而又稱電壓放大器；后者的任務是放大信號功率，使其足以推動揚聲器系統(tǒng)。</p><p>　　功率放大電路是一種能量轉(zhuǎn)換電路，要求在失真許可的范圍內(nèi)，高效地為負載提供盡可能大的功率，

9、功放管的工作電流、電壓的變化范圍很大，那么三極管常常是工作在大信號狀態(tài)下或接近極限運用狀態(tài)，有甲類、乙類、甲乙類等各種工作方式。為了提高效率，將放大電路做成推挽式電路，功放管的工作狀態(tài)設置為甲乙類，以減小交越失真。常見的音頻功放電路在連接形式上主要有雙電源互補推挽功率放大器OCL（無輸出電容）、單電源互補推挽功率放大器OTL（無輸出變壓器）、平衡（橋式）無變壓器功率放大器BTL等。由于功放管承受大電流、高電壓，因此功放管的保護問題和散熱

10、問題也必須要重視。</p><p>　　OCL電路由于性能比較好，所以廣泛地應用在高保真擴音設備中。本課題輸出級選用OCL功率放大器，偏置電路選用甲乙類功放電路。為了使電路簡單，信號失真小，本電路選用反饋型音調(diào)控制電路。為了不影響音調(diào)控制電路，要求前置輸入阻抗比較高，輸出阻抗低，本級電路選用場效應管共源放大器和源級跟隨器組成。</p><p>　　高保真音頻放大器組成框圖</p>

11、;<p>　　實際的音頻放大電路可以有不同的結(jié)構(gòu)方案，下面根據(jù)由集成運放和晶體管的電路形式，如附錄電路圖所示進行設計.</p><p>　　3.單元電路設計計算</p><p>　　3.1各級電壓放大倍數(shù)的分配</p><p>　　根據(jù)額定輸出功率Po和RL,求出輸出電壓為</p><p>　　UO==√6.7*8=7.3(UO

12、為有效值)</p><p>　　整機中頻電壓增益為：</p><p>　　Aum==73 ① </p><p>　　設輸入極電壓增益，音調(diào)控制電路增益和輸出極電壓增益為Aum1， Aum2， Aum3 則: Aum1 Aum2 Aum3 =Aum</p><p>　　其中Aum11（射極輸出器），Aum2 =6可選取為(5~10), A

13、um2 包括音頻控制電路中電壓放大器的增益和音調(diào)控制電路本身的中頻衰減（對衰減式RC音調(diào)控制電路而言），Aum3 =12可適當大些，它實際上是輸入極的推動極電路的增益。 </p><p>　　3.2電源電壓的確定</p><p>　　為了保證電路安全可靠地工作，通常使電路的最大輸出功率Pom比額定輸出Po要大一些，一般取：</p><p>　　Po=(5~6.7)w

14、 Pom(1.5~2)Po=10w</p><p>　　所以，最大輸出電壓應根據(jù)Pom來計算，為：</p><p>　　Uom==12.6v</p><p>　　電源電壓必須大于Uom，因為輸出電壓為最大值時，VT1和VT2已經(jīng)接近飽和?？紤]到管子的飽和壓降，以及發(fā)射極電阻的壓降作用，我用下式表示電源電壓和輸出電壓最大值的關(guān)系：</p><

15、p><b>　　Uom=Ucc</b></p><p>　　Ucc=Uom ②</p><p>　　其中稱為電源利用效率，一般?。?lt;/p><p>　　~0.8 則：Vcc=(15.75~21)v</p><p>　　根據(jù)管子的材料、發(fā)射極電阻值和揚聲器阻抗來選定值。如果上述因素是輸出電壓降低很多時，可

16、選低一些，反之可選高一些。</p><p>　　3.3功率輸出級計算（見附錄圖3-3）</p><p>　　3.31．選擇大功率管</p><p>　　準互補對稱功放級四只管子中T4,T5是大功率管，要根據(jù)晶體管的三個極限參數(shù)來選取。</p><p>　?。?）VT1和VT2承受的最大反壓：</p><p>　　UCE

17、m2Ucc=30v</p><p>　　(取Vcc=15v)</p><p>　?。?）單管最大集電極電流，忽略管壓降：</p><p>　　IcmL=1.875 </p><p>　　（3）單管的最大集電極功耗：</p><p>　　兩管在推挽工作時，單管最大集電極功耗為：</p><p

18、>　　Pcm=0.2Pom =2.8W </p><p>　　選擇VT4、VT5，使其極限參數(shù)滿足：</p><p>　　UCEO > UCEM</p><p>　　IC M > I cm</p><p>　　PcM > PCm</p><p>　　注意應選取兩功放管參數(shù)盡量對稱，值接近相等

19、，約為20。</p><p>　　3.32．選擇互補管，計算R19, R20 ,R21</p><p>　　(1) 確定R19, R20 ,R21</p><p>　　由于功放管的參數(shù)對稱，它們的輸入電阻為：Ri= rbe20</p><p>　　要使互補管的輸出電流大部分注入到功放管的基極，通常取R19,=R21=（5~10）Ri 。平衡電

20、阻R20可按R1 9/10選取。則R19,=R21=220，R20=22</p><p>　?。?）選擇互補管T2，T3</p><p>　　因為VT2和VT3，分別別與VT4、VT5復合，它們承受的最大反壓相同，均為2Ucc,所以在計算集電極最大電流和最大功耗時，要考慮大R3、R4的分流作用和晶體管內(nèi)部造成的損耗。在工程計算中可近似認為：</p><p>　　Ic

21、m=(1.1~1.5)Ic4/=0.103A </p><p>　　Pcm = (1.1~1.5) P cm4 /=0.154w</p><p>　　式中Ic4，P cm4分別為功放管（T4,T5）的最大電流和最大管耗，為功放管的電流放大系數(shù)，約為25.</p><p>　　選擇VT2、VT3，使其極限參數(shù)滿足：</p><p>　　UCE

22、O > 2UCC</p><p>　　ICM > I cm</p><p>　　PcM > Pcm</p><p>　　VT2為NPN型，VT3為PNP型，并使3 =4=25.。</p><p><b>　?。?）計算偏置電阻</b></p><p>　　功放級互補管（T2,

23、T3）的靜態(tài)電流由R16，二極管和R17支路提供。要使R16，R17中流過的電流IR16大于互補管的基極電流IBM，即IR16>IBM= I cm/ (一般取IR16 =1.2IBM) 式中I cm ，分別為互補管的集電極最大電流和電流放大系數(shù)，而IR16=（Vcc-Ube2-Ube4）/ R16=(Vcc- 0.7-0.7) / R16，所以R16的阻值應為（Vcc-1.4）/ IR16，而R17的阻值和R16相等<

24、;/p><p>　　3.4．推動級的計算</p><p>　　推動級要有較大的電壓放大倍數(shù)，前面已根據(jù)總路的電壓增益確定了推動級的放大倍數(shù)Aum3；其大小由閉環(huán)負反饋決定：Aum3=1+Rf/R14，R14阻值不要過小，一般為1~2k左右，于是反饋電阻的大小也就確定了，約為24 k.</p><p>　　3.5．衰減式音調(diào)控制電路的計算(參見附錄圖3-4)</p&

25、gt;<p>　　3.51確定轉(zhuǎn)折頻率</p><p>　　因為同頻帶為fL~fH,所以兩個轉(zhuǎn)折頻率分別為</p><p>　　fL2 = fL , fH2 = fH</p><p>　　又因為已知電路的轉(zhuǎn)折頻率fL1和fH2。又知fLx和fHx處的提升衰減量，根據(jù)公式可求出：</p><p>　　fL2=fLx ①</

26、p><p><b>　　fH1=fHx ②</b></p><p>　　3.52．確定電位器Rw2和Rw1的數(shù)值</p><p>　　因為運放的輸入阻抗很高(一般大于500k)，又要求Rw2和Rw1的阻值遠大于R1和R2的阻值，同時還滿足提升和衰減量的要求，所以電位器Rw2和Rw1的阻值應選取的較大，通常100~500k范圍，約為Rw2=Rw1=3

27、00 k</p><p>　　3.53．計算阻容元件值</p><p><b>　　C 3=</b></p><p>　　C4= fL2 C 3／fL1</p><p>　　R2=1／2C4 FL2</p><p>　　R1=1／2C4 FL1 － R2 </p><p>

28、;　　C1= 1／2R1fL1</p><p>　　C2= 1／2(R1∥R2)fL1</p><p>　　3.54．音調(diào)控制電路的電壓放大器（參見附錄圖）</p><p>　　根據(jù)前面電壓增益分配的討論，已知音調(diào)控制電路總的電壓增益Aum2，它包括音調(diào)控制電路的衰減量R2／(R1+R2)和電壓放大器的增益Au，所以有</p><p>　　A

29、um2 =Au* R2／(R1+R2) </p><p>　　則 Au= Aum2 *(R1+R2)／R2</p><p>　　Au是由電壓放大器中引入的負反饋決定的，</p><p>　　即Au=1+R9／R7</p><p>　　R7可?。?~2k），從而R9的阻值就確定了。</p>&l

30、t;p><b>　　4.電路板調(diào)試</b></p><p><b>　　4.1不通電檢測</b></p><p>　　檢查單路元件焊接是否正確、可靠，注意元件的位置、管子型號、管腳是否接對，電解電容極性正確無誤。用萬用表電阻檔檢測電源 Ucc及-Ucc到輸出中點間的電阻值，以及對地的電阻值。其余各管在路簡易測試Be、Bc、Be極間是否存在短

31、路現(xiàn)象，無論何時都必須排除短路故障和燒保險絲故障才能開機。為確保安全，可以選用斷開基極的檢測方法試之。</p><p><b>　　4.2通電測試</b></p><p>　　界限要對直觀檢查是否燒保險絲，線路板上的電容、晶體管是否炸裂，電阻是否燒焦。通電檢查時，可將電源開關(guān)打開，用手控制插頭與插座的接觸，測輸出中點電位，如接近0，則接插頭，然后手摸電路中各晶體管、電

32、阻等是否有迅速發(fā)熱的情況。若有，先要排除故障再開機。正常情況下，中點電壓為0或稍偏正或負值，用交流檔檢測輸出中點有電壓擺動</p><p><b>　　4.3靜態(tài)測試</b></p><p>　　（1）為保護功率管，首先負載開路測試。接通電源，粗測各級管子靜態(tài)工作情況，逐級檢查各管UBE和UCE。若發(fā)現(xiàn)UBE=0（管子截止）或UBE0（管子飽和）均屬不正常。檢查場效應

33、管UGS和UDS是否符合設計值。首先排除故障，在逐級調(diào)整工作點。</p><p>　　輸出級：輸出重中點電位應為0V。若偏離0V，調(diào)節(jié)R15。注意在調(diào)整時，R15 應由小到大，使VT5始終工作在放大區(qū)，防止R15過大燒毀VT8.</p><p>　　前置級：調(diào)節(jié)R30，使VT11管VSI為設計數(shù)值。在調(diào)整R26 ，使VS2=Up/2。</p><p>　?。?）輸出

34、端接假負載（8，8W電阻），量測靜態(tài)工作情況。要求輸出端電壓為0V，電源在允許范圍內(nèi)變化，偏移電壓不應超過100mV。若偏移過大，說明互補對稱管參數(shù)相差太大，或者差分對管不對稱。</p><p><b>　　4.4動態(tài)測試</b></p><p><b>　　（1）測試電路</b></p><p><b>　　需

35、用儀器:</b></p><p>　　信號發(fā)生器——XFD-6型低頻信號發(fā)生器；</p><p>　　電壓及使真度測量儀——SZ-1型失真度測量儀；</p><p>　　波形監(jiān)視——SR8二蹤波器；</p><p>　　萬用表和交流毫伏表。</p><p>　?。?）調(diào)試輸出功率管靜態(tài)電流：</p&g

36、t;<p>　　信號源頻率f=1kHz，Ui=20mV，W3、W2置于中點，W1置于最大，由示波器觀察輸出信號波形。調(diào)整電阻R10,使輸出波形剛好不產(chǎn)生交越失真。量測輸出管靜態(tài)電流（不加輸入信號）IO20~30mA即為正常。</p><p>　?。?）量測輸出最大功率： </p><p>　　按圖1-10接線，W1、W2、W3位置同上，輸入信號f=1kHz,逐漸加大輸出入入信

37、號電壓Ui，示波器顯示的波形剛好不產(chǎn)生削波失真，失真度3%，此時輸出電壓值Uom為最大輸出電壓（有效值）。</p><p><b>　　1-10測試電路</b></p><p><b>　　根據(jù) Pom=</b></p><p>　　若Pom大于指標要求即可.</p><p>　?。?）測量輸入靈

38、敏度：</p><p>　　接線，W1、W2、W3、的位置同上。輸入信號頻率f=1kHz，在輸入阻抗ri >500k時，測得此時輸入信號電壓Ui的數(shù)值。若Ui100mV即滿足要求。</p><p>　?。?）測量頻率響應：</p><p>　　接線同上。因為電路在單音頻信號下工作，長時間輸出最大功率容易燒毀功率管，為此，可現(xiàn)在低電壓下測試，一般使輸出電壓約為5

39、0%的額定值。測試時，W3、W2置于中點，W1不動，保持輸入電壓Ui恒定，改變信號頻率f從50kHz至20kHz，測出對應的輸出電壓Uo。注意測試過程中波形不應失真，不能有振蕩產(chǎn)生。</p><p>　　若以上測試均能正常工作，可加大Ui，是輸出在額定值范圍進行測試，步驟方法同上。注意測試應迅速、準確。</p><p>　?。?）測試音調(diào)控制電路和整機的高低音控制特性。</p>

40、<p>　　整機高低音控制特性的測試接線同上，輸入電壓Ui=50mV，W1不動，改變信號頻率f從50Hz~20kHz,按下述W2和W3的位置測試：</p><p>　?、俑咭籼嵘偷鸵籼嵘匦裕篧2、W3滑動端置于左端A、C點，測得對應的Uo。</p><p>　　②高音衰減和低音衰減特性：W2、 W3滑動端置于左端B、D點，</p><p><

41、b>　　測得對應的Uo。</b></p><p>　　音調(diào)控制電路的特性測試方法同上，只是輸入信號Ui從C9加入，輸出信號從C12引出。</p><p><b>　　(7)失真度測量</b></p><p>　　接線同圖1-10。輸入信號頻率分別為100Hz、1kHz、5kHz時，輸出達到額定輸出功率，分別測出對應的失真度數(shù)值

42、。</p><p>　　(8)測量噪聲電壓：</p><p>　　接線同上。W2、W3置于中點，W1置于最大，使輸入端短路（無輸入信號），觀察輸出噪聲波形，測量其有效值電壓UN，若UN<15mV即滿足要求。</p><p><b>　　4.5成品試聽檢驗</b></p><p>　?。?）接揚聲器負載開機后在無輸入

43、信號時，不應有嚴重的交流聲。功率管不應過熱，正常工作時，一般<70℃。兩功率管發(fā)熱情況不應有太大差別。</p><p>　　（2）用收音機輸入音樂信號慢慢加大W1，音量應逐漸加大。調(diào)節(jié)W2和W3,高低音應有明顯變化，不應出現(xiàn)沙啞、尖叫和噗噗聲。</p><p><b>　　5．心得體會</b></p><p>　　通過為期一周的實習，我深

44、刻體會到了自己知識的匱乏。我深深的感覺到自己知識的不足，自己原來所學的東西只是一個表面性的，理論性的，而且是理想化的。根本不知道在現(xiàn)實中還存在有很多問題。設計一個很簡單的電路，所要考慮的問題，要比考試的時候考慮的多的多。所以，一開始，我遇到了很多麻煩。通過老師和同學們的幫助，我漸漸的有了眉目。這樣，在很大程度上提高了我考慮問題的全面性。</p><p>　　設計電路，還要考慮到它的前因后果。什么功能需要什么電路來

45、實現(xiàn)。另外，還要考慮它的可行性，實用性等等。這樣，也提高了我的分析問題的能力。</p><p>　　原來，我們學習的電路只是一個理論知識，通過這次實習。使我的理論知識上升到了一個實踐的過程。同時在實踐中也加深了我們對理論知識的理解。</p><p>　　另外，這次實習不僅使我的電學知識有一個很大的提高，而且還使我學到了許多其他方面的知識。比如，在計算機上制圖，提高了我的動手能力。</

46、p><p>　　總之，通過這次實習，不僅使我對所學過的知識有了一個新的認識。而且提高了我考慮問題，分析問題的全面性以及動手操作能力。使我的綜合能力有了一個很大的提高。</p><p><b>　　6．參考文獻</b></p><p>　　康華光、陳太欽 電子技術(shù)基礎(chǔ) 模擬部分 高等教育出版社1998年出版</p><p>

47、　　焦寶文 電子技術(shù)基礎(chǔ) 課程設計指南 清華大學出版社 1984年出版</p><p>　　胡斌 圖標細說電子元器件 電子工業(yè)出版社 2008年出版</p><p>　　鄭應光 模擬電子線路 東南大學出版社 2000</p><p>　　楊素行 模擬電子電路

48、 北京中央廣播電視大學豎出版社 1994年出版</p><p><b>　　7.附錄</b></p><p>　　圖3—1 輸入級電路圖 </p><p>　　圖3—2 電壓放大及音調(diào)控制電路圖</p><p>　　圖3-3 輸出級</p><p>　　圖3-4 衰減式RC音頻控制電