ocl功率放大电路实验报告.docx

为了适应公司新战略的发展，保障停车场安保新项目的正常、顺利开展，特制定安保从业人员的业务技能及个人素质的培训计划ocl功率放大电路实验报告　　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　　20Hz～20kHz，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Po≥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　　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功放的性能指标参数如下：　　灵敏度　　对放大器来说，灵敏度一般指达到额定输出功率或电压时输入端所加信号的　　电压大小，因此也称为输入灵敏度；对音箱来说，灵敏度是指给音箱施加1W的　　输入功率,在喇叭正前方1米远处能产生多少分贝的声压值。

　　阻尼系数　　负载阻抗与放大器输出阻抗之比使用负反的晶体管放大器输出阻抗极低，　　仅零点几欧姆甚至更小，所以阻尼系数可达数十到数百　　反馈　　也称为回授，一种将输出信号的一部分或全部回送到放大器的输入端以改变　　电路放大倍数的技术　　负反馈　　导致放大倍数减小的反馈称为负反馈负反馈虽然使放大倍数蒙受损失，但　　能够有效地拓宽频响，减小失真，因此应用极为广泛　　正反馈　　使放大倍数增大的反馈称为正反馈正反馈的作用与负反馈刚好相反，因此　　使用时应当小心谨慎　　动态范围　　信号最强的部分与最微弱部分之间的电平差.对器材来说,动态范围表示这　　件器材对强弱信号的兼顾处理能力　　响应　　频率响应　　简称频响，衡量一件器材对高、中、低各频段信号均匀再现的能力对器材　　频响的要求有两方面，一是范围尽量宽，即能够重播的频率下限尽量低，上限尽　　量高；二是频率范围内各点的响应尽量平坦，避免出现过大的波动　　瞬态响应　　器材对音乐中突发信号的跟随能力瞬态响应好的器材应当是信号一来就立　　即响应，信号一停就嘎然而止，决不拖泥带水　　信噪比(S/N)　　又称为讯噪比，信号的有用成份与杂音的强弱对比，常常用分贝数表示。

设　　备的信噪比越高表明它产生的杂音越少　　屏蔽　　在电子装置或导线的外面覆盖易于传导电磁波的材料，以防止外来电磁杂波　　对有用信号产生干扰的技术　　阻抗匹配　　一件器材的输出阻抗和所连接的负载阻抗之间应满足的某种关系,以免接上　　负载后对器材本身的工作状态产生明显的影响对电子设备互连来说，例如信号　　源连放大器，前级连后级，只要后一级的输入阻抗大于前一级的输出阻抗5-10　　倍以上，就可认为阻抗匹配良好；对于放大器连接音箱来说，电子管机应选用与　　其输出端标称阻抗相等或接近的音箱，而晶体管放大器则无此限制，可以接任何　　阻抗的音箱［4］　　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］　　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　　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ICQ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由于题目是高保真音频功率放大器的设计与制作，因此，必须保证其向负载提供功率，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　　整体构思：　　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。

　　图2-1设计电路框图　　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功率放大器的作用是给音响放大器的负载提供所需要的输出功率功率放大器的主要性能指标有最大输出不失真功率、失真度、信噪比、频率响应和效率目前常见的电路结构有OTL型、OCL型、DC型和CL型有全部采用分立元件晶体管组成的功率放大器；也有采用集成运算放大器和大功率晶体管构成的功率放大器；随着集成电路的发展，全集成功率放大器应用越来越多由于集成功率放大器使用和调试方便、体积小、重量轻、成本低、温度稳定性好，功耗低，电源利用率高，失真小，具有过流保护、过热保护、过压保护及自启动、消噪等功能，所以使用非常广泛［1］　　一、课程设计任务及要求　　1、设计目的　　①学习音频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,完成对音频功率放大器的设计,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:20Hz≤f≤20KHz②输出功率:Po>4w③负载电阻:RL=8Ω④非线性失真尽量小⑤输入信号:Ui<　　3、设计要求　　①画出电路原理图②元器件及参数选择③电路的仿真与调试　　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　　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　　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Pom应比设计指标大些，一般取Pom≈Po。

即本设计中电路的最大输出功率应按6～8W来考虑　　由于是　　POM=因此，最大输出电压为　　UOM=2POMRL　　考虑到输出功率管V2，V4的饱和压降和发射极电阻R10，R11的压降，电源电压常取　　VCC=UOM　　12　　UOM2RL　　3、功率输出级的设计　　①输出功率管的选择　　输出功率管V4，V6为同类型的NPN型大功率管，其承受的最大反向电压UCEmax≈2VCC，每个管的最大集电极电流为ICMmax≈　　VCC/R14+RL，每个管的最大集电极功耗为PCmax。