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
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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≥8W
3．负载电阻R L =8Ω
4．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）mA
r0 =0.01Ω
Sυ≤ 0.05
I0max = 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=24V
a、选择变压器
P2=P0+P杂=0.5A*20V+P杂=10W+P杂
选P2=12W
P1=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=18W
b、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-50V
d、选择调整管T2
I C2max≥ 1.5I0 = 1.5*500 mA = 750 mA
V BR(CEO)2≥V Imax-V0min = √2*1.1*U2 =√2*1.1*24=35V
P CM2 = (1.5I0)*(V Imax-V omin)=26W
选3DD59A （用2N2219A代替）
e、选T1
同理V BR(CEO)1 = 35V
I CM1 = I CM2/β2 = 750 mA/50 = 15mA
P 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 =30mA
R4 = (V0-V Z)/I Z = [(10~20)-3V]/ 30 mA = (233Ω~566Ω)
选R4=400Ω
P R = I2R = (0.03)2*400=0.36W 所以选1/2W
f、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 = 150Ω
g、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 C
R Cmin=(V Imin-V0max-2V BE)/2I B1 = (24-20-1.6V)/(2*0.2 mA ) =6kΩ选R C = 6KΩ
i、选择T3、R5
启动过流保护I0max = 1.5I0
1.5I0*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。

我采用双运放NE5532。

实际制作中将它接成同相放大形式，运放反相端串联47μF的电解电容，让交流信号全反馈，信号放大倍数1+R f /R0,其中R f为反馈电阻，在其上并联一个小电容抑制自激震荡，R0为负反馈对地电阻。

为了更好的实现对信号的放大，我将放大倍数定为30 dB 左右，取R f = 76 kΩ,R0 = 2.5 kΩ，A vf = 1+76/2.5 = 31.4 dB,由于NE5532需要±3 V～±22 V的电源，所以在三端稳压块7815、7915供给的±24 V上加入两个电阻分压，电源用10μF、0.1μF电容去耦合。

（三）、功率放大器设计
1、参数电路
2、指标
额定输出功率P0≥8W
负载电阻R L =8Ω
失真度γ<3%
3、分析计算
a、确立Vcc的大小
要求Pom > Po 常取Pom = (1.5~2)Po
又因为Pom=1/2[(Vcc-V CES)2/R L]=1/2[V om2/R L]
所以V om=16V 选Vcc=20V
b、输出级设计
选择T10、T11
I c10max=Vcc/(R L+R12)=2.2A
V BR(CEO)=2Vcc=40V
P c10max=0.2*Pom+I CQ*V CEQ=7.2W (选I CQ=20 mA)
所以T10、T11可选3DD5B、2SD88D、2SD965、3DD59B (用2N2219A代替)
选β10=β11=50
选R10=R11=(5~10)r i10=(5~10)[r be10+(1+βi)R12]=(175~375)Ω
选R10=R11=220Ω
选择T8、T9
V BR(CEO)8=V BR(CEO)9=2Vcc=40V
I c8max=I c9max=(1.1~1.5)I c10max/β10=66.6mA
P c8max=P c9max=(1.1~1.5)P c10max/β10=216mW
所以选T8：3DK4A (NPN) (用2N2219A代替) T9：3CG2D (PNP) (用2N1132A代替)
推动级（T5）设计
为保证对后级有足够的驱动电流
要求：I CQ5≥3*I b8max=3*I c8max/β8=3.996 mA
选I CQ5=5 mA
于是I CM5≥2 I CQ5=2*5=10 mA
V BE(CEO)≤2Vcc=40V
P CM5≥2Vcc*I CQ=800 mW
所以选T5：3CG20 β5=50 (PNP) (用2N1132A代替) 计算R7、R8、R9
R7=0.7V/I CQ5=0.7V/5 mA =140Ω
选R7=150Ω
设I CQ6=3mA I R8=I R9=2mA
V CE6=2.1V
R8+R9=3R9=2.1V/2mA =1.05KΩ
所以选：R9=330ΩR8=1KΩ
对T6要求不高选3DG4即可(用2N2219A代替)
d、输出级设计
令I CQ1=I CQ2=(0.5~2)mA
I CQ1+I CQ2=I CQ3
选I CQ1=I CQ2=1mA
则I CQ3=2 mA
选择R2、R3、R5
R2=V BE5/I CQ1=0.7V/1 mA =700Ω选R2=1KΩ电位器
R3=V BE4/2mA =350Ω选R3=360Ω
R5=(2Vcc-V CE4)/I CQ4=(40-1.4)/5=7.95KΩ
选R5=7KΩ
选三极管T1、T2、T3、T4
V BR(CEO)1=V BR(CEO)2≥1.2Vcc=24V
P cmax1=P cmax2≥2Vcc*I CQ=40mW
所以T1、T2、T3、T4均为3DG4A (用2N2219A代替) 选择R1、R6、R4
R1=R6=(15KΩ~47KΩ) 选R1=R6=33 KΩ
因为Po=V o2/R L
Aμf=V o/Vi=R6/R4+1
所以R4=532.2Ω选R4=510Ω
选择C1、C2、C3、C4、C5、R14
C1≥ (3~10)/2πfeR1=2.4μF 选C1=2.4μF/63V
C2≥ (3~10)/2πfeR4=46.8μF 选C2=50μF/63V
C3≥ 1/2πf H R14=0.1μF 选C3=0.1μF/16V
选C4=C5=(100~200)pF （由调试决定）
选R14=8Ω
五、电路原理总图及原理简述
原理总图：
原理简述：
音频功率放大器实际上就是对比较小的音频信号进行放大，使其
功率增加，然后输出。

其原理如上图所示，前置放大主要完成对小信号的放大，使用一个同向放大电路对输入的音频小信号的电压进行放大，得到后一级所需要的输入。

后一级的主要对音频进行功率放大，使其能够驱动电阻而得到需要的音频。

设计时首先根据技术指标要求，对整机电路做出适当安排，确定各级的增益分配，然后对各级电路进行具体的设计。

六、元器件明细表
直流稳压电源部分：
前置放大级部分：
功率放大器部分：
七、设计小结
通过这次课程设计，加强了我的动手、思考和解决问题的能力，拓宽了知识面，锻炼了能力，综合素质得了到较大提高，同时也是对
课本知识的巩固和加强，平时看课本时，有时问题老是弄不懂，做完课程设计，那些问题也就迎刃而解了，而且学到了很多在书本上所没有学到过的知识。

也让我明白了“认识来源于实践，实践是认识的动力和最终目的，实践是检验真理的唯一标准。

”这句话的真正含义。

运用学习成果，把课堂上学到的系统化的理论知识，尝试性地应用于实际设计工作，同时也能检验学习成果，看一看课堂学习与实际工作到底有多大距离，并通过综合分析，找出学习中存在的不足，以便为完善学习计划，改变学习内容与方法提供实践依据。

对我们电子信息专业的本科生来说，实际能力的培养至关重要，而这种实际能力的培养单靠课堂学习是远远不够的，必须从课堂走向实践。

通过此次课程设计，进一步激发了我对专业知识的兴趣，并能够结合实际存在的问题在专业领域内进行更深入的学习，也让我能找出自身状况与实际需要的差距，并在以后的学习期间及时补充相关知识，为求职与正式工作做好充分的知识、能力准备，从而缩短从校园走向社会的心理转型期。

通过理论与实际的结合、人与人的沟通，进一步提高了我的思想觉悟。

尤其是观察、分析和解决问题的实际工作能力，以便培养成为能够主动适应社会主义现代化建设需要的高素质的复合型人才，为我将来进入社会工作奠定一定的基础。

八、参考资料和网站目录
[1]电子电路设计与制作·梅开乡、梅军进主编·北京理工大学出版社
[2]电子技术基础（第三版）（模拟部分）·康华光主编·北京：高等教育出版社
[3]电子技术基础实验与课程设计·章忠全主编·北京：中国电力出版社 1999
[4]实用电工电子技术手册·实用电子技术手册编委会·北京：机械工业出版社 2003
[5]全国大学生电子设计竞赛获奖作品精选·全国大学生电子设计大赛组委会·北京：北京
理工大学出版社 2003.3
[6]电子元器件与实用电路基础·韩广兴·电子工业出版社
[7]电子技术常用器件应用手册·陈汝全·北京：机械工业出版社1994。