OCL功率放大器的设计报告解析
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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。
驱动级应用运算放大器μA741来驱动互补输出级功放电路,功率输出级由双电源供电的OCL互补对称功放电路构成。
为了克服交越失真,由二极管和电阻构成输出级的偏置电路,以使输出级工作于甲乙类状态。
为了稳定工作状态和功率增益并减小失真,电路中引入电压串联负反馈。
本课程设计是一个OCL功率放大器,该放大器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,巩固了用运放和三级管组成电路的应用,负反馈放大电路基本运算电路的性能与作用。
2 音频功率放大器2.1 音频功放的性能指标音频功率放大器的主要作用是向负载提供功率,要求输出功率尽可能大,效率尽可能高。
非线性失真尽可能小。
2.2 音频功放的特点音频功率放大器的特点:1、输出功率足够大——为获得足够大的输出功率,功放管的电压和电流变化范围应很大。
2、效率要高——功率放大器的效率是指负载上得到的信号功率与电源供给的直流功率之比。
3、非线性失真要小——功率放大器是在大信号状态下工作,电压、电流摆动幅度很大,极易超出管子特性曲线的线性范围而进入非线性区,造成输出波形的非线性失真,因此,功率放大器比小信号的电压放大器的非线性失真问题严重。
[4]2.3 功放的分类及本设计的整体构思功率放大电路的电路形式很多,有双电源供电的OCL互补对称功放电路,单电源供电的OTL功放电路,BTL桥式推挽电路和变压器耦合功放电路,等等。
我选用的是双电源供电的OCL互补推挽对称功放电路。
此推挽功率放大器的工作状态为甲乙类。
推挽功率放大器的工作状态之所以设为甲乙类而不是乙类,其目的是为了减少“交越失真”。
若设置为乙类状态,由于两管的静态工作点取在晶体管输入特性曲线的截止点上,因而没有基极偏流。
这时由于管子输入特性曲线有一段死区,而且死区附近非线性又比较严重,因而在有信号输入、引起两管交替工作时,在交替点的前后便会出现一段两管电流均为零或非线性严重的波形;对应地,在负载上便产生了交越失真。
1 绪论功率放大器(简称功放)的作用是给音频放大器的负载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,输出信号的非线性失真尽可能地小,效率尽可能高。
音频放大器的目的是以要求的音量和功率水平在发声输出元件上重新产生真实、高效和低失真的输入音频信号。
音频频率范围约为20 Hz~20 kHz,因此放大器必须在此频率范围内具有良好的频率响应。
本设计中要求设计一个实用的音频功率放大器。
在输入正弦波幅度=200mV,负载电阻等于8Ω的条件下最大输出不失真功率P o≥2W,功率放大器的频带宽度BW≥50Hz~15KHz,在最大输出功率下非线性失真系数r≤3%。
驱动级应用运算放大器μA741来驱动互补输出级功放电路,功率输出级由双电源供电的OCL互补对称功放电路构成。
为了克服交越失真,由二极管和电阻构成输出级的偏置电路,以使输出级工作于甲乙类状态。
为了稳定工作状态和功率增益并减小失真,电路中引入电压串联负反馈。
本课程设计是一个OCL功率放大器,该放大器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,巩固了用运放和三级管组成电路的应用,负反馈放大电路基本运算电路的性能与作用。
本设计报告首先对音频功率放大器进行了简单的介绍,选择放大电路的设计方案。
选择好合理的方案后对电路的基本构成进行了分析,设计出电路图并且分析该电路,按照课程设计任务书对参数进行分析计算使电路的参数满足设计要求。
并且通过ORCAD软件设计出电路图,并对所设计电路工作原理进行分析。
利用ORCAD软件对所设计的电路进行模拟与仿真分析分别对静态工作点,瞬态波形分析,频率分析等,对ORCAD进行了一定的简介。
然后利用PROTEL软件绘制该电路的PCB印制电路板图,并且对PROTEEL软件进行了一定的简介。
最后对电路在面包板上进行连接和到实验室进行调试。
写出相关总结和心得体会。
2 音频功率放大器2.1 音频功放的性能指标音频功率放大器的主要作用是向负载提供功率,要求输出功率尽可能大,效率尽可能高。
--.可修编. 任务书一、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=82.指标要求输出功率> 4W,输出电阻>40K ,工作频率20Hz -20KHz。
二、设计要求1.根据设计指标要求进行预设计,确定电路形式,估算元件参数并选择元器件。
2.根据设计的电路利用理论公式,核算有关指标能否达到设计要求。
3. 利用Multisim 软件完成对相关电路模块的仿真分析。
4.按时提交课程设计报告,另画出设计电路图(A3 图纸),完成相应答辩。
三、参考资料1.立主编. 电工学实验指导. :高等教育,20052.高吉祥主编. 电子技术基础实验与课程设计. :电子工业,20043.云,等编著.现代电子技术实践课程指导.:机械工业,20034.万臣主编.模拟电子技术基础实验与课程设计. :电子工业,20015.高吉祥主编.电子技术基础实验与课程设计.:电子工业,2002目录一、设计题目以及要求 (3)二、设计思路 (4)三、OCL电路原理图设计 (6)四、OCL功率放大电路参数确定 (8)五、OCL电路的仿真 (9)六、总结与体会 (15)七、附录 (17)八.参考资料 (18)一、设计题目以及要求1、设计任务1)负载阻抗Ω=8L R ,输入电压幅值U IM <0.1V ;2)指标要求输出功率> 4W ,输出电阻>40K , 工作频率 20Hz -20KHz 2、设计要求1)根据设计指标要求进行预设计,确定电路形式,估算元件参数并选择元器件。
2)根据设计的电路利用理论公式,核算有关指标能否达到设计要求。
3) 利用 Multisim 软件完成对相关电路模块的仿真分析。
4) 按时提交课程设计报告,另画出设计电路图(A3 图纸),完成相应答辩。
二、设计思路1.三类OCL互补对称电路特点甲类优点:无交越失真和开关失真,而且谐波分量中主要是偶次谐波,在听感上低音厚实、中音柔顺温暖、高音清晰利落、层次感好缺点:效率低,容易发热和对散热要求高而未能在大功率的放大器中得到广泛应用。
目录1设计的目的及任务 (1)1.1 课程设计的目的 (1)1.2 课程设计的任务 (1)1.3 课程设计的要求及技术指标 (1)2 OCL低频信号放大器的总方案及原理框图 (1)2.1 系统概述 (1)2.2方案选择及原理框图 (3)3 各部分电路设计 (6)3.1各个单元电路的设计 (6)3.2电路的参数选择及计算 (10)3.3 总电路图 (17)4 电路仿真 (17)4.1 输入与输出波形对比 (18)4.2 输入与输出功率对比 (18)5 PCB版电路制作 (19)5.1 绘制原理图并到处网络表文件 (19)5.2 设置PCB的尺寸 (19)5.3 导入网络表 (20)5.4布局元件 (21)5.5自动布线 (21)6实验总结 (23)7仪器仪表明细清单 (25)8 参考文献 (26)- 1 -一.课程设计的目的和设计的任务1.1 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掌(2)进一步理解功率放大器的结构、组成及原理,将理论和实践相结合1.2设计任务1.已知条件输入电压幅值Uim<0.1V,负载电阻RL=8欧姆2.指标要求出功率>4W,输出电阻>40K,工作频率20HZ—20KHZ。
1.3课程设计要求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。
报告书要求写明一下主要内容(1)总体方案的选择和设计(2)各个单元电路的选择和设计(3)仿真过程的实现二. OCL低频信号放大气的总方案及原理框图华北科技学院课程设计2.1系统概述功率放大器是以向负载输出一定功率为主要目的的放大电路。
所谓功率放大,只是把直流供电电源的能量转换为放大器输出的能量。
按工作方式,功率放大器分为甲类、乙类、丙类、丁类和甲乙类;按输出方式,功率放大器分为有变压器输出,无变压器输出(OCL)、无电容输出(OCL)、无变压器平衡输出(BTL)等。
OCL功率放大器的设计报告————————————————————————————————作者:————————————————————————————————日期:课程设计报告题目:由集成运放和晶体管组成的OCL 功率放大器的设计学生姓名:郭二珍学生学号: 1008220107 系别:电气学院专业:自动化届别: 2015年指导教师:廖晓纬电气信息工程学院制2014年3月OCL功率放大器的设计学生:郭二珍指导老师:廖晓纬电气学院10级自动化1、绪论功率放大器(简称功放)的作用是给音频放大器的负载R L(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,输出信号的非线性失真尽可能地小,效率尽可能高。
OCL是英文Output Capacitor Less的缩写,意为无输出电容的功率放大器。
采用了两组电源供电,使用了正负电源。
在输入电压不太高的情况下,也能获得较大的输出频率。
省去了输出端的耦合电容,使放大器的频率特性得到扩展。
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,但效率较低。
(2)乙类工作状态Q点在交流负载线和IB=0输出特性曲线的交界处,放大器只有半波输出,存在严重的失真。
(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,克服了乙类互补电路产生交越失真,提高了效率。
因此,本设计可采用甲乙类互补电路。
2、内容摘要本设计中要求设计一个由集成运放和晶体管组成的OCL功率放大器。
在输入正弦波幅度Ui等于200mV,负载电阻R L等于8Ω的条件下最大输出不失真功率P o≥2W,功率放大器的频带宽度BW≥80Hz~10KHZ功率放大电路实质上是能量转换电路,它主要要求输出功率尽可能大,效率尽可能的高,非线性失真尽可能要小,功率器件的散热较好。
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。
OCL功率放大器设计一.总体设计方案框图及分析(1).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,供应前置放大电路和功率放大器使用。
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。
(2).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。
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。
二.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; 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。
实验报告系班组实验日期年月日姓名学号指导老师课程设计: 设计一台OCL音频功率放大器一﹑实验目的1.学习基本理论在实践中综合运用的初步经验,掌握模拟电路设计的基本方法、设计步骤,培养综合设计与调试能力。
2.学会OCL音频功率放大器的设计方法和性能指标测试方法。
3.培养实践技能,提高分析和解决实际问题的能力。
二、实验仪器4.7KΩ,47KΩ,4.3KΩ,6.8 KΩ,10 KΩ,22Ω,220Ω,0.5Ω,8Ω电阻;0.01uF,10uF,200uF的电容;D772,B882,TIP41C三极管;二极管;TL082芯片;可变1 KΩ电阻;电烙铁;锡;若干导线;剪刀三、实验原理P O = 6W(一)选择电路形式(二)、各级电压增益分配整机电压增益: iO um U U A = 由 L O O R U P 2= 有 9.68*6===L O O R P U V 691.09.6===i O um U U A 输入级、中间级、输出级增益分别为:321,,u u u A A A 有:321**u u u um A A A A = 输入级为射随器,A U1 = 1 ,取中间级增益都为8、输出级增益为9,稍有富裕。
(三)、确定电源电压通常取最大输出功率P om 比P o 大一些W P P O Om 96*5.1)2~5.1(===最大输出电压可由P om 来计算(峰值)128*9*22===L om om R P U V p考虑到晶体管饱和压降及发射极限流电阻上的压降,电源电压V cc 要大于U om ,一般为: ===128.011Om CC U V η15 V 取V CC =15 V (四)、功率输出级计算1、选择大功率管最大反压:3015*22==≈CC CEM V U V每管最大电流:85.1815==≈L CC CM R V I A 取I CM >=2.5 A 每管最大集电极功耗:8.19*2.02.0==≈Om CM P P W 取P CM >=2.5W 注意二个功放管参数对称、β接近。
物理与机电工程学院课程设计报告课程名称:电子线路课程设计系部:物理与机电工程学院专业班级:12级电子信息工程2班学生姓名:**指导教师:温发林、傅智河完成时间:2014.10.13-2014.10.17报告成绩:OCL 功率放大器一、设计任务与要求1、输入信号为vi=10mV , 频率f =200HZ~10KHz2、额定输出功率Po ≥2W ;3、负载阻抗RL=8Ω;4、电压增益≥20dB ;5、功率放大电路部分使用分立元件设计;二、方案设计与论证方案一:初步放大信号流入由Q2、Q3组成的差分放大电路,作为电路的输入级,放大电压,Q4、D1作为电路的推动级,稳定放大电压(输入级和推动级构成前置放大电路)。
再将放大电压输入ocl 功率放大电路,起功率放大。
方案一的电路图前置放 大电路ocl 功率放大电路初步放大输出输入信号方案二:输入信号经差分放大电路起电压初步放大,再经负反馈运算放大电路的作用起电压的放大,信号最后流经ocl 功率放大电路,实现功率放大,给负载L R 提供一定的输出功率。
通过论证分析,方案二原理较为简单,电路复杂程度低于方案一,简单易行,产生的信号符合题目要求,波形失真度小,在实际制作过程中不容易出现错误,即使电路出现故障也容易检查,所以选择方案二。
三、单元电路的设计与参数计算电路总设计图由于OCL 电路采用直接耦合方式(前后级之间静态工作点互相影响,存在零点漂移),为了保证工作稳定,必须采用有效措施抑制零点漂移,为了获得足够差分放 大电路负反馈运算放大电路输入 信号抑制零点漂移、噪声、以及抗干扰作用,起初步电压放大电压放大Ocl 功率放大电路消除输出的交越失真,起功率放大作用输出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,将OCL 功率放大器应分为三个部分:输入级,推动级和输出级。
1.初步电压放大(输入):恒流源差分放大电路由于单电源差分放大电路放大交流信号时,集电极电流Icq会有微小变换,产生温漂,且这种电路只能放大上半周的信号,波形严重失真(如左下图)。
O C L音频功率放大器设计调试报告班级 11级电子(2)班学号 201172020247姓名芮守婷2013 年 6月 5日一、实验目的1、通过亲自实践,用分立元件搭接焊接成一个低频功放,在使其正常工作的基础上通过调试以达到优化的目的;2、通过此次试验验证模拟电子技术的有关理论,进一步巩固自身的基本知识和基础理论。
3、通过实验过程培养综合运用所学知识解决实际问题的工作能力;4、同时提高提高团队意识,加强协作精神。
二、指标要求1、输出功率:≧20W2、负载:8欧3、电压增益:40dB4、带宽:10HZ~40KHZ三、功放的分类及简单介绍功率放大器(简称功放)的作用是给音频放大器的负载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,输出信号的非线性失真尽可能地小,效率尽可能高。
音频放大器的目的是以要求的音量和功率水平在发声输出元件上重新产生真实、高效和低失真的输入音频信号。
音频频率范围约为20 Hz~20 kHz,因此放大器必须在此频率范围内具有良好的频率响应。
本设计中要求设计一个实用的音频功率放大器。
功率放大电路的电路形式很多,有双电源供电的OCL互补对称功放电路,单电源供电的OTL功放电路,BTL桥式推挽电路和变压器耦合功放电路,等等。
我选用的是双电源供电的OCL互补推挽对称功放电路。
此推挽功率放大器的工作状态为甲乙类。
推挽功率放大器的工作状态之所以设为甲乙类而不是乙类,其目的是为了减少“交越失真”。
若设置为乙类状态,由于两管的静态工作点取在晶体管输入特性曲线的截止点上,因而没有基极偏流。
这时由于管子输入特性曲线有一段死区,而且死区附近非线性又比较严重,因而在有信号输入、引起两管交替工作时,在交替点的前后便会出现一段两管电流均为零或非线性严重的波形;对应地,在负载上便产生了交越失真。
将工作状态设置为甲乙类便可大大减少交越失真。
这时,由于两管的工作点稍高于截止点,因而均有一很小的静态工作电流I CQ。
O C L音频功率放大器设计调试报告班级 11级电子(2)班学号 7姓名芮守婷2013 年 6月 5日一、实验目的1、通过亲自实践,用分立元件搭接焊接成一个低频功放,在使其正常工作的基础上通过调试以达到优化的目的;2、通过此次试验验证模拟电子技术的有关理论,进一步巩固自身的基本知识和基础理论。
3、通过实验过程培养综合运用所学知识解决实际问题的工作能力;4、同时提高提高团队意识,加强协作精神。
二、指标要求1、输出功率:≧20W2、负载:8欧3、电压增益:40dB4、带宽:10HZ~40KHZ三、功放的分类及简单介绍功率放大器(简称功放)的作用是给音频放大器的负载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,输出信号的非线性失真尽可能地小,效率尽可能高。
音频放大器的目的是以要求的音量和功率水平在发声输出元件上重新产生真实、高效和低失真的输入音频信号。
音频频率范围约为20 Hz~20 kHz,因此放大器必须在此频率范围内具有良好的频率响应。
本设计中要求设计一个实用的音频功率放大器。
功率放大电路的电路形式很多,有双电源供电的OCL互补对称功放电路,单电源供电的OTL功放电路,BTL桥式推挽电路和变压器耦合功放电路,等等。
我选用的是双电源供电的OCL互补推挽对称功放电路。
此推挽功率放大器的工作状态为甲乙类。
推挽功率放大器的工作状态之所以设为甲乙类而不是乙类,其目的是为了减少“交越失真”。
若设置为乙类状态,由于两管的静态工作点取在晶体管输入特性曲线的截止点上,因而没有基极偏流。
这时由于管子输入特性曲线有一段死区,而且死区附近非线性又比较严重,因而在有信号输入、引起两管交替工作时,在交替点的前后便会出现一段两管电流均为零或非线性严重的波形;对应地,在负载上便产生了交越失真。
将工作状态设置为甲乙类便可大大减少交越失真。
这时,由于两管的工作点稍高于截止点,因而均有一很小的静态工作电流I CQ。
模电课程设计报告-OCL功率放大器设计
### 一、引言
本次报告来介绍OCL功率放大器的设计过程,并重点分析其关键参数对于功能和性能
的影响。
OCL功率放大器是一种类比电子技术,它的功能是加大一小信号的幅度,使之变
为的足够的电压大小,以驱动控制电路中的外部元件,如控制独立放大器等。
它最常用在
收音机和其他电子设备中。
### 二、原理概述
OCL功率放大器是在反馈电路中使用单端稳压器来控制电路的输入和输出电压。
当正
反馈施加时,正向电流通过负反馈的两个外置的反馈引脚Iout和Iin,它们通过单端可调稳压器,不断比较Iout和Iin的大小,并做相应的调整电路输出电压,以保证Iout=Iin,来维持电路输出不变。
由此可见,OCL功率放大器存在三种关键参数:输入电阻、出口电阻和正反馈电压,
它们对设备的功能和性能具有重要影响。
### 三、参数分析
1. 输入电阻:输入电阻决定着功率放大器的电流,输入电阻越小,输出电流越大,
功率放大器的输出功率也越大。
但同时要注意,过小的输入电阻会增大设备功耗,影响性能。
3. 正反馈电压:正反馈的电压是控制OCL功率放大器幅度变化的重要参数,若反馈
电压太小,放大器就无法放大,若反馈电压太大则放大器的稳定性可能下降。
因此,选取
合理的正反馈电压是很重要的。
### 四、结论
以上分析表明,OCL功率放大器的参数有输入电阻、出口电阻和正反馈电压,它们决
定着放大器的性能和功能,需要在设计时进行合理设置和把握,以保证OCL功率放大器的
正常使用和更好的性能。
OCL功率放大器的设计报告解析设计报告解析:OCL功率放大器1.引言OCL (Output Capacitor-Less) 功率放大器是一种常用的放大器电路,可以将低功率的信号放大到更高功率,常用于音频放大和扬声器驱动器件设计。
本设计报告将对OCL功率放大器的设计过程和关键要点进行分析和解析。
2.设计目标设计一个OCL功率放大器,使其能够将输入电压信号放大至输出电压信号,并保证频率响应平坦、失真低、功率输出高。
3.放大器设计步骤a.选择放大器类型:OCL功率放大器是一种常见的放大器类型,具有输出电容器,使得输出信号可以直接连接到负载,简化了电路设计。
b.确定放大器的工作状态点:这是放大器的直流工作点,通常选择靠近中心的工作点,使得输入信号能够被放大并输出。
c.确定放大器元件参数:-确定输入和输出电阻:输入电阻决定了输入信号的负载能力,输出电阻对负载的稳定性和输出信号的失真等有影响。
-确定放大器的增益:增益是指输出电压与输入电压之间的比值,影响着放大器的放大倍数和信号失真。
-确定输出功率:输出功率是放大器的重要参数,需要根据实际需求确定。
d.选择放大器稳定性的补偿方法:OCL放大器在高频时容易发生振荡,可以使用各种稳定性补偿电路来抑制振荡。
e.进行放大器电路仿真和调试:利用电路仿真软件,对放大器电路进行测试和调试,以确保其性能和稳定性。
f.实际电路布板和测试验证:将电路设计成实际电路板,进行测试验证,对其性能和稳定性进行实际测量。
4.关键要点a.输入和输出电阻的选择:输入电阻应足够高,以减小输入信号的功率损耗,输出电阻应足够低,使得负载能够稳定。
b.选择合适的放大器元件:放大器的增益和功率输出受到所选元件的性能限制,需要选择合适的晶体管或集成电路。
c. 使用稳定性补偿电路: OCL功率放大器在高频时容易产生振荡,需要使用稳定性补偿电路,如Miller电容补偿等。
d.优化电路布局:优化电路布局可以减小电路中的干扰,提高放大器的性能和抗干扰能力。
OCL功率放大器1. 简介OCL(Output Capacitor-Less)功率放大器是一种常用的电子放大器。
与其他放大器不同的是,OCL功率放大器的特点在于没有输出电容。
这不仅简化了电路设计,而且提高了放大器的频率响应和稳定性。
2. 工作原理OCL功率放大器主要由输入级、驱动级和输出级组成。
其中,输入级用于接收输入信号并放大;驱动级用于将输入信号转化为适合输出级的驱动信号;输出级用于放大驱动信号并输出到负载中。
OCL功率放大器的核心在于输出级。
通常,普通的功率放大器会在输出级加上一个输出电容,用于隔离放大器和负载之间的直流偏置信号。
然而,OCL功率放大器没有这个输出电容,因此可以避免由于输出电容带来的相位变化和频率响应受损的问题。
3. OCL功率放大器的优点相比其他功率放大器,OCL功率放大器有以下几个优点:3.1 频率响应更好由于没有输出电容的干扰,OCL功率放大器的频率响应更加平坦,能够更好地传递高频信号,减少失真和相位变化。
3.2 稳定性更高由于没有输出电容的存在,OCL功率放大器的稳定性更高。
输出级电路的反馈效应更好,可以避免负载变化和温度变化对放大器的影响。
3.3 结构更简单OCL功率放大器由于没有输出电容,电路结构更加简单,更容易布线和调整。
4. OCL功率放大器的应用OCL功率放大器广泛应用于音频设备、音响系统和大功率放大器中。
由于其出色的频率响应和稳定性,可以提供高质量的音频放大效果,适用于各种音乐播放和放大需求。
5. 总结OCL功率放大器是一种无输出电容的功率放大器,通过简化电路结构和提高频率响应、稳定性等方面的性能,被广泛应用于音频设备和音响系统中。
其独特的设计使得音频放大的效果更加出色,并且在各种应用场景中表现优异。
以上是对OCL功率放大器的简介和优点的阐述,希望能给读者带来一些了解和启发。
对于详细的电路图和工作原理等更深入的了解,可以参考相关的技术资料和专业书籍。
课程设计报告题目:由集成运放和晶体管组成的OCL功率放大器的设计学生姓名:郭二珍学生学号: 07系别:电气学院专业:自动化届别: 2015年指导教师:廖晓纬电气信息工程学院制2014年3月OCL功率放大器的设计学生:郭二珍指导老师:廖晓纬电气学院10级自动化1、绪论功率放大器(简称功放)的作用是给音频放大器的负载R L(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,输出信号的非线性失真尽可能地小,效率尽可能高。
OCL是英文Output Capacitor Less的缩写,意为无输出电容的功率放大器。
采用了两组电源供电,使用了正负电源。
在输入电压不太高的情况下,也能获得较大的输出频率。
省去了输出端的耦合电容,使放大器的频率特性得到扩展。
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,但效率较低。
(2)乙类工作状态Q点在交流负载线和IB=0输出特性曲线的交界处,放大器只有半波输出,存在严重的失真。
(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,克服了乙类互补电路产生交越失真,提高了效率。
因此,本设计可采用甲乙类互补电路。
2、内容摘要本设计中要求设计一个由集成运放和晶体管组成的OCL功率放大器。
在输入正弦波幅度Ui等于200mV,负载电阻R L等于8Ω的条件下最大输出不失真功率P≥2W,功率放大器的频带宽度BW≥80Hz~10KHZo功率放大电路实质上是能量转换电路,它主要要求输出功率尽可能大,效率尽可能的高,非线性失真尽可能要小,功率器件的散热较好。
本设计选用的是双电源供电的OCL互补推挽对称功放电路。
此推挽功率放大器的工作状态为甲乙类,其目的是为了减少“交越失真”。
由于两管的工作点稍高于截止点,因而均有一很小的静态工作电流I CQ。
这样,便可克服管子的死区电压,使两管交替工作处的负载中电流能按正弦规律变化,从而克服了交越失真。
OCL互补推挽对称功放电路一般包括驱动级和功率输出级,前者为后者提供一定的电压幅度,后者则向负载提供足够的信号频率,以驱动负载工作。
因此,需要设计两部分,即驱动级和功率输出级。
一、设计题目及要求1.设计题目由集成运放和晶体管组成的OCL功率放大器的设计2.设计要求(任务):用一片集成电路芯片和若干个晶体管设计一个OCL功率放大器主要技术指标:(1)输入信号:有效值U i≤200mV;(2)最大输出功率:P O≥2W;8Ω;(3)负载电阻:R L=(4)通频带:BW=80 Hz -10K Hz;二、设计思路与步骤设计一个功率放大电路。
电路主要由两大部分组成,即驱动级和输出级,驱动级如果采用分立元件,其内部电路较为复杂,它由输入级、中间级、输出级及偏置电路四部分组成,这样会加大计算的难度且不易在实际工程中使用。
因此,本电路采用集成元件实现。
集成运算放大电器是一种直接耦合的多级放大电路,具有放大倍数高、输入电阻高、输出电阻低的特点,为后面的电路提供足够的电压幅度。
设计的一般步骤: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。
然后,进行参数的选择和确定,根据系统指标的要求,确定各模块在电路中的元件参数。
最后,得出总电路图,连接各模块的电路,并进行仿真和调试,多次重复得出正确的结果。
三、整体电路框图OCL互补对称功放电路一般包括驱动级和功率输出级,前者为后者提供一定的电压幅度,后者则向负载提供足够的信号频率,以驱动负载工作。
电路整体结构框图四、电路图与电路分析基本反向运算放大电路(驱动级)从集成运放的符号看,可以把它看作是一个双端输入、单端输出、具有高差模放大倍数和抑制温度漂移能力的放大电路。
运算放大器可用下图所示的符号来表示,它有5个引出脚,其中5、6为两个信号输入端,2、7为正、负电源端,1为输出端。
5为反相输入端,表示运放输出端Vo的信号与该输入端的相位相反;6为同相输入端,表示运放输出端Vo的信号与该输入端的相位相同.它在电路图中可构成反向比例运算电路。
集成运放电路如上图所示,输入电压通过R1作于运放的反向端,R3跨接在运放的输入端和反向端之间,同相端接地。
由“虚断”、“虚短”、“虚地”的概念可求出其电压增益:v i/R1=_-v0/R3 Av=u0/ui=-R3/R1由上图中数据计算得其放大倍数Av=u0/ui=-R3/R1=-600/10=60倍集成运放的仿真图如下集成运放的仿真电路图1)若输入信号Ui=200mv,频率=100HZ的正弦波时可得如下的波形图仿真波形图由以上波形图可知通道A的电压有效幅值为200mv,通道B的电压的幅值为100v 放大倍数Av=100/=500倍通过调节通道B的电压值可得到不同的电压放大倍数。
2)点击幅频按钮可以在波特图观察窗口显示幅频特性曲线频率特性曲线图3)点击相频按钮可以在波特图观察窗口显示相频特性曲线相频特性曲线图OCL互补对称电路1)双电源供电;2)输出端不加隔直电容。
C的作用:隔直通交;储存电能,代替一个电源。
消除交越失真的多级OCL电路其仿真电路图如下多级放大的OCL仿真电路图调节RP2=50%时,其波形图如下:仿真波形图将上图两二极管短路,其仿真电路图如下:二极管短路仿真电路图其波形图为二极管短路仿真波形图观察波形图可知当二极管被短路时,电路将出现较为严重的失真现象。
由此可以看出利用二极管进行偏置的互补对称电路可以克服电路的失真现象。
3) 静态分析 工作原理三极管Q 1和Q 2为NPN 型管和PNP 型管,Q 1、Q 2组成互补输出级。
静态时,在D 3、D 4上产生的压降为Q 1、Q 2提供了一个适当的偏压,使之处于微导通状态。
由于电路对称,静态时ic 1=ic 2,i L =0,v 0=0。
而当有信号时,由于电路工作在甲乙类,即使v i 很小,基本上可线性地进行放大。
动态时,当信号处于正半周时,Q 2截止,Q 1承担放大任务,有电流通过负载RL 。
而当信号处于负半周时,Q 1截止,Q 2承担放大任务,仍有电流流过负载RL 。
这样就能实现静态时两管不导电,而有信号时Q 1、Q 2轮流导电。
静态时支路的电流0I 可由下式计算:I 0=(VCC+VSS-2VD)/(R 4+RB+R 6)式中,D V 为二极管的正向导通压降。
为了减少静态功耗和克服交越失真,静态时Q 1、Q 3应工作在微导通状态,即满足下列关系: VD 1+VD 2=VB 1+VBE 2称此状态为甲乙类状态。
二极管1D 、2D 与三极管Q 1、Q 2应为同类型的半导体材料,如1D 、2D 为硅二极管2N3094和2N3096,则Q 1、Q 3应为硅三极管。
RP2用于调整复合管的微导通状态,其调整范围不能太大,一般采用几百欧姆或1K 电位器,安装电路时首先应使RB 的阻值为0,在调整输出级静态工作电流或输出波形的交越失真时再逐渐增大阻值。
否则会因为RP2的阻值较大而使复合管损坏。
4) 静态工作点设置为防止输出端与负载RL 直接耦合,造成直流电流对负载的影响,输出端的静态电位必须为零。
若输出端电位不为零,可能会造成负载的发热等一系列的问题,解决方法是在输出端加电容。
假设参数完全对称,静态时功放的输出端U O 对地的电位应为0,U o =0,输出点称为“交流零点”。
Q 1、Q 2工作在乙类状态,输出信号会出现失真,0I 过大会增加静态功耗使功放的效率降低。
综合考虑,对于数瓦的功放,一般取0I =1mA~3mA ,以使Q 1、Q 2工作在甲乙类状态。
5) 参数的计算 电源电压的确定(1)交流电源200mV 由示波器提供。
(2)直流电源电压的计算:电源电压的高低,决定着输出电压的大小,而输出电压又由输出功率决定,所以指标给定了输出功率,即可求出电源电压:因为Lom Lo o R V R V P 22)21(== 所以输出电压最大值VOM=2*P O *R L 取绝对值,本次试验选取VCC=+12V,VSS=-12V 。
(3) 若取静态电流0I =1mA ,由下式: I 0=(VCC+VSS-2V D)/(R 4+R 6+RB) 得R 4+R 6+RB=/1mA=R 4=(VCC-VBE1)/I 0=/1mA=由电路的对称性取R4=R6=11K,RB为1K的电位器,用于调节电路的失真波形。
由工程经验知: R8和R12用于减少复合管的穿透电流,提高电路的稳定性,一般为几十欧姆到几百欧姆。
R13、R14为负反馈电路,可以改善功放的性能,一般为几欧姆。
R7、R9称为平衡电阻,使1T、3T的输出对称,一般为几十欧姆至几百欧姆。
6)元器件清单元件列表用到的仿真设备有:函数信号发生器、瓦特表、示波器、波特图仪。
7)本设计电路的总体设计图如下这是由集成运放与晶体管组成的OCL功放电路如下图所示。
其中运放为驱动级,晶体管Q1-Q4组成复合式晶体互补对称电路。
总电路图由电路图可知,本设计采用集成运放作为驱动级的OCL功率放大电路,是由输入级、驱动级、输出级及偏置电路组成。
输入级由C2和R10组成,驱动级采用集成运放,输出级由双电源供电的OCL互补对称电路构成。
为了克服交越失真,由二极管和电阻构成输出级的偏置电路,以使输出级工作于甲乙类状态。
为了稳定工作状态和功率增益并减小失真,电路中引入反馈。
该放大电路采用复合管无输出耦合电容,并采用正负两组双电源供电。
五、电路的仿真和调试1)总仿真电路图如下总仿真电路图2)当输入频率为100Hz,有效值为141mv的正弦波时(1)双击示波器按钮可得如下波形图仿真波形图(2)双击瓦特表可得输入功率与输出功率如下功率示数表由瓦特表的上的示数可计算出其功率的放大倍数为Po/Pi=(2326*1000000)/=2400000由计算可知其功率的放大倍数很大,为输入功率的2400000倍。
(3)在保证输入信号U i大小不变的条件下,改变信号发生器的频率,用交流毫伏表测出U0=时,所对应的放大器上限截止频率f L和下限截止频率f H分别为f L=,f H=。
点击幅频按钮可得如下幅频特性图幅频特曲线性图六、 PROTEL画图和PCB板制作Protel画图的具体步骤:(1首先进入protel99,并新建一个设计数据库,选择来创建一个电路原理图设计文件。