针对容性压电负载的桥式功率放大电路的设计
OCL功率放大电路课程设计
模拟电子技术课程设计课程设计名称：合并OCL功率放大器姓名：学号：0401100338班级：电气1003指导教师：皮小力目录一、设计任务与要求 (3)二、系统分析与电路图设计 (3)三、单元电路分析与设计 (6)四、总原理图及元器件清单 (8)五、EWB仿真与调试 (9)六、实验分析与结果 (10)七、改进意见与体会 (10)八、参考文献 (11)设计课题题目(模拟部分)： O C L 功率放大器一、设计任务与要求设计任务：利用运放741、三极管等搭建基本的OCL功率放大电路，为解决正向传输小于负向传输的问题，采取两种方式：加入自举电路、加入有源负载搭建电路。
1、学习设计功率放大电路；2、使用EDA仿真软件进行设计。
设计参数指标：1、额定输出功率Pom≥10W；2、负载阻抗RL=80Ω；γ。
3、失真度%≤3设计要求：1、方案论证，确定总体电路原理方框图；2、单元电路设计，合理选择元器件；3、仿真调试及测量结果。
设计意义：熟练掌握二极管、三极管、电阻、电容、电位器等器件的测试判断以及参数的查阅与运用。
通过OCL功放电路的制作，熟悉OCL功放的工作原理掌握电子产品的制作和调试方法，提高实践动手能力，培养工程实践观念。
二、系统分析与电路图设计2.1系统工作原理2.1.1 OCL互补对称电路特点：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。
OCL 全对称功率放大器要求中点电压接近0V，当制作功放调试时中点电压不为OV时，就需要调整，由于OCL功放是全对称电路，所以电路中元器件参数也要求完全对称，如果元器件参数不对称，功放输出中点电压会超过规定幅度，例如大于200mV，此时就需要对功放中点电压进行调整，调整时主要更换输入差分电路三极管，输入差分电路某一只三极管和别的三极管参数差别较大，会引起功放输出的中点直流电压较大，此时需要逐个更换差分三极管，每更换一只差分电路三极管就测试一下中点电压，当中点电压比较小时，就不需更换了，另外需对整个电路的对称性检查，差分以后电路参数不对称也需更换，制作功放时，电阻最好选择金属膜电阻，要求精度在5%以内，最好为精度1%，差分电路三极管选择差分电路专用三极管而不是普通三极管。
模电课程设计——OCL功率放大器的设计
目录一、设计题目及要求 (1)二、题目分析和设计思路 (1)三、电路图及电路原理 (2)四、电路参数确定 (4)五、电路的功能和性能验证 (6)六、设计成果 (6)七、总结与体会 (9)八、参考文献及资料 (9)一、设计题目及要求1. 设计题目OCL功率放大器的设计2. 设计要求设计一个集成运放和晶体管组成的OCL 功率放大器。
设计任务：⑴输入信号：有效值U i < 200mV.(2) 最大输出功率：P> 5W.(3) 负载电阻：RL=2(n(4) 通频带：BW=80Z H- 10KH Z二、题目分析和设计思路1、题目分析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。
(2)乙类工作状态Q点在交流负载线和I B=0输出特性曲线的交界处，放大器只有半波输出。
(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。
乙类互补的电路会产生交越失真，可采用甲乙类互补电路来消除。
本次题目要求设计一个集成运放和晶体管组成的OCL功率放大器，输入信号有效值为U i <200mV最大输出功率值为P>5W且负载电阻和通频带分别为：RL=2(n和BW=80H Z10KH对于这个题目，可根据课本上所学的知识和基本OCL电路以及集成运放的有关知识来进行设计。
2、设计思路首先，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。
针对容性压电负载的桥式功率放大电路的设计
收稿日期:2010-03-16基金项目:陕西省自然科学基础研究计划基金资助项目(2010J M 7020);第二炮兵工程学院创新性探索研究基金资助项目(XY2009JJ B04) 作者简介:姚鹏(1980-),男,四川宣汉人,讲师,硕士,主要从事伺服系统的研究。
文章编号:1004-2474(2011)02-0235-04针对容性压电负载的桥式功率放大电路的设计姚 鹏,刘 岩,张胜修,王道平(第二炮兵工程学院基础部,陕西西安710025)摘 要:功率放大电路负责驱动容性压电负载,是整个压电执行器的关键部件。
根据某驱动电源中的功率放大电路作为设计对象,通过采用桥式电路结构,从而提高了整体性能;通过研究放大器的共模输入电压范围,从而设定了非对称电源;通过分析波形,从而设定了电压增益;通过采用过压保护和限制电流,增强了电路的安全性;通过计算热工,设置了散热方式;通过使用方波测试法,测定了电路的稳定性。
实验结果显示,该方法能实现双极性输出,以至于性能上的提高胜过了成本和复杂性的增加。
关键词:压电执行器;驱动电源;放大电路;容性负载;桥式中图分类号:T N384 文献标识码:ADesign of A Bridge Connected Power Operational Amplifiers Circuit forC apacitive Piezoelectric LoadsYAO Peng,LIU Yan,ZHANG Shengxiu,W ANG Daoping(Dept.of Basic T heory,T he S econd Artillery Engineering College,Xi .an 710025,Ch ina)Abstract:T he pow er amplif ier circuit is responsible fo r dr iving the capacitiv e piezoelectr ic loads,it is t he key co mpo nent of t he piezoelectr ic actuato r.By taking the po wer amplifier cir cuit in cer tain driv ing pow er as the o bject of desig n and utilizing the bridg e connected circuit st ruct ur e,the ov erall per for mance has been impr ov ed.By invest-ig ating t he amplifier co mmon -mode v oltage r ang e,the non -symmetrica l pow er supply has been sett ed.By analy zing the w avefo rm,the voltag e g ain has been setted and by apply ing the o ver -v oltage protection and curr ent limiting ,the circuit safety has been enhanced.By calculating the thermal engineering ,the heat -sink method has been setted and by using the square -w ave testing method,the cir cuit stability has been deter mined.T he ex perimental results sho wed that this metho d enabled the b-i directional output,so that improv ement in per formance outw eig hs w as increased inthe cost and co mplex ity.Key words:piezoelect ric actuator ;driv ing pow er;amplifier cir cuit;capacit ive load;bridg e co nnected0 引言压电执行器是利用电场作用产生压电陶瓷形变,从而驱动执行元件在纳米级精度下输出微位移。
单相全控桥式晶闸管整流电路的设计(阻感负载)电力电子课程设计 2
注：这只是理论不能原搬的抄绪论电力电子学,又称功率电子学(Power Electronics)。
它主要研究各种电力电子器件，以及由这些电力电子器件所构成的各式各样的电路或装置，以完成对电能的变换和控制。
它既是电子学在强电(高电压、大电流)或电工领域的一个分支，又是电工学在弱电(低电压、小电流)或电子领域的一个分支，或者说是强弱电相结合的新科学。
电力电子学是横跨“电子”、“电力”和“控制”三个领域的一个新兴工程技术学科。
随着科学技术的日益发展,人们对电路的要求也越来越高,由于在生产实际中需要大小可调的直流电源,而相控整流电路结构简单、控制方便、性能稳定,利用它可以方便地得到大中、小各种容量的直流电能,是目前获得直流电能的主要方法,得到了广泛应用。
在电能的生产和传输上，目前是以交流电为主。
电力网供给用户的是交流电，而在许多场合，例如电解、蓄电池的充电、直流电动机等，需要用直流电。
要得到直流电，除了直流发电机外，最普遍应用的是利用各种半导体元件产生直流电。
这个方法中，整流是最基础的一步。
整流，即利用具有单向导电特性的器件，把方向和大小交变的电流变换为直流电。
整流的基础是整流电路。
由于电力电子技术是将电子技术和控制技术引入传统的电力技术领域，利用半导体电力开关器件组成各种电力变换电路实现电能和变换和控制，而构成的一门完整的学科。
故其学习方法与电子技术和控制技术有很多相似之处，因此要学好这门课就必须做好课程设计，因而我们进行了此次课程设计。
又因为整流电路应用非常广泛，而单相全控桥式晶闸管整流电路又有利于夯实基础，故我们将单结晶体管触发的单相晶闸管全控整流电路这一课题作为这一课程的课程设计的课题。
第一章理论分析及元件介绍1.1方案比较及选择我们知道，单相整流器的电路形式是各种各样的，整流的结构也是比较多的。
因此在做设计之前我们主要考虑了以下几种方案：方案1：单相桥式全控整流电路电路简图如下：图 1.1此电路对每个导电回路进行控制，无须用续流二极管，也不会失控现象，负载形式多样，整流效果好，波形平稳，应用广泛。
感性负载单相桥式全控整流系统的设计与仿真
课程设计报告书题目：感性负载单相桥式全控整流系统的设计与仿真学院：电子工程专业：自动化班级：姓名：学号：1引言1.1设计目的和要求电力电子技术课程设计是电力电子技术课程的重要实践环节，是对学生学习该课程后的综合性训练。
这种训练是通过学生独立进行某一变流装置的设计和实验（或仿真实验）来完成的。
通过课程设计，使学生进一步巩固、深化电力电子技术及相关课程的基本知识、基本理论和基本技能，达到培养学生独立分析和解决实际问题的能力；通过课程设计，让学生独立完成一种变流装置课题的基本设计工作，达到培养学生综合应用所学知识和实际查阅相关设计资料能力的目的；通过课程设计，使学生熟悉设计过程，了解设计步骤，掌握设计内容，达到培养学生工程绘图和编写设计说明书能力的目的，为学生今后从事相关方面的实际工作打下良好基础。
1.2设计指标1.1.1电源电压：交流100V/50Hz1.1.2输出功率：500W1.1.3触发角：α=30°α=90°2 设计方案2.1整流电路单相相控整流电路可分为单相半波、单相全波和单相桥式相控流电路，它们所连接的负载性质不同就会有不同的特点。
而负载性质又分为带电阻性负载、电阻-电感性负载和反电动势负载时的工作情况。
2.2单项全控整流电路（阻-感性负载）2.2.1单相桥式全控整流电路电路结构（阻-感性负载）单相桥式全控整流电路用四个晶闸管，两只晶闸管接成共阴极，两只晶闸管接成共阳极，每一只晶闸管是一个桥臂。
单相桥式全控整流电路（阻-感性负载）电路图如图1所示图1. 单相桥式全控整流电路（阻-感性负载）此电路对每个导电回路进行控制，与单相桥式半控整流电路相比，无须用续流二极管，也不会失控现象，负载形式多样，整流效果好，波形平稳，应用广泛。
功率放大电路的关键问题 功率放大器的设计方法
一、功率放大电路的关键问题我们常用的喇叭(扬声器)常常需要使用功率放大器才能使其发出声音，随着科技的发展，现在有很多输出功率大且集成在封装的IC可以作为功率放大器，并且功率放大器会随着输出功率的增大而发热，这可能导致在IC内部电性能发生变化，所以在设计中，需要注意因温度引起的稳定性问题。
这里，功率放大电路使用共发射极放大电路与射极跟随器相组合，来设计、制作使扬声器发声的简单功率放大器。
设计之前需要考虑功率放大电路的几个关键问题：1、电压放大与电流放大;2、简单的推挽电路;3、对开关失真进行修真;4、防止热击穿;5、抑制空载电流随温度的变动电压放大与电流放大图1-1表示功率放大电路的框图，将输入信号的电压放大之后进行电流放大以驱动扬声器等负载。
图1-1 功率放大电路的框图制作电压放大级，通常可用共发射极或者共基极以及源接地或者栅接地的有电压增益的电路。
这些电路仅进行电压放大，因电路的电流小，所以没有发热的问题。
制作电流放大级，要对电压放大级放大后的电平信号进行处理，且由于进行电流放大需流过大电流，常采用射极跟随器的方式，所以晶体管变得很热，存在严重的发热问题。
简单的推挽电路为了增大射击跟随器的输出电流，常采用推挽的方式，基本结构如图1-2所示：图1-2 推挽电路的基本结构图1-2中无信号时，三极管Tr1和Tr2截止、空载电流没有流动的情况，这种情况不需要考虑温度稳定性的问题。
但是这种电路存在开关失真大的缺点，所以需要对其进行修正。
对开关失真进行修改图1-3左边是对晶体管的基极-发射极间电压Vbe用二极管的正向压降Vf进行抵消、进而来消除开关失真的电路。
晶体管Vbe的值具有温度越高就越小的负温度系数(-2.5mV/℃)。
因此，由这样的电路取出大量负载电流时，三极管Tr1和Tr2的温度就升高，Vbe的值就变小，然而，即使Tr1和Tr2的温度变高，二极管D1和D2上流动的电流变化也不大，所以其正向压降Vf也几乎是一定值，也就是Vf≈Vbe的关系被破坏，而成为Vf>Vbe。
《模电实验》互补功率放大电路
互补功率放大电路实验姓名：学号：互补功率放大电路实验互补功率放大器具有结构简单，可靠性高等优点，在各种音频功率放大器中有十分广泛的应用。
本实验利用功率MOS管和运算放大器构同相推挽式乙类复合放大器，利用运算放大器的负反馈原理去除因功放管截止区带来的交越失真。
一、实验目的：1. 了解互补功率放大电路的工作原理；2. 学会利用MOS管和运算放大器搭建功率放大电路，掌握其工作原理及特点。
3．测量功率放大电路的输出功率、电压增益、效率等参数。
4. 观察电路中各点的波形。
二、复习要求1．复习互补功率放大器有关的知识；2. 分析实验电路中功率放大器的工作原理；3. 了解输出功率、效率、占空比、电压增益等参数的含义及测量方法；4. 熟悉实验电路中各元件作用。
5、按要求计算变压器、匹配电感的参数三、实验电路原理：实验电路如图2.11所示。
使用运算放大器和MOS管构成同相复合放大器。
图中，两个功放管交替工作，分别放大信号的正半周和负半周。
运算放大器将反馈信号和输入信号进行比较，将误差信号进行放大，推动功放管。
由于功放管的静态工作点处于截止区（V GS≈2V），可以在运放的输出端(1管脚)测到较大的零点跳跃，但是在输出端测到的是连续的波形。
电源电压使用±12V直流，通过调整电阻R5和R6，控制功放管的静态工作点V GS在2V左右，使之位于截止区和导通区的临界处。
图2.11 同相推挽式复合放大器实验电路由于水声压电换能器是容性负载，而且具有较大的等效阻抗，为了提高功率放大器输出效率，在负载上加入电感，形成谐振回路，在工作频点上对容性负载进行补偿，使负载接近于纯电阻。
假设换能器在工作频点上的等效并联电阻为Ω=k R L 1，等效电容为nF C L 2=（实际调试时用功率电阻和电容并联代替换能器）。
图2.7 负载等效电路加入的匹配电L 之后，等效阻抗变为LL L R C j L j Z 11++=ωω 6.1另等号右边的虚部为0，此时，回路达到谐振。
设计压电传感器的电荷放大、滤波、电压放大电路的
其中： 为压电传感器的等效电容， 为压电式传感器的等效绝缘漏电阻， 为电缆等效电容， 为放大器的输入电容， 为放大器的输入阻抗， 为反馈电容， 是等效输入噪声电压， 是等效输入失调电压。如将 折算到输入端，其等效电容为（1+K） ，K为运放的开环增益。由于反馈电容、传感器电容、电缆电容及放大器电容并联，不计算噪声和失调电压的影响，电荷放大器的输出电压为
(1.8)
若传感器输入电缆分布电容为 ，设有100m，则 。 3.87× 。要测的信号频率范围：1Hz~5KHz，故满足要求。
压电传感器PZT压电常数d33=450PC/N, d31=-265PC/N,传感器配重10克，加速度范围0~10g，本设计选用 ，电荷G公式为:
(1.9)
故所测量的电荷范围为0~441pC。
上式表明，当反馈电容 一定时，电荷放大器的输出电压与传感器产生电荷成正比，在实际电路中，考虑到电压灵敏度和量程的问题，一般 的值在100~10000pF范围内选择。
,本设计选定10000pF，即10nF。
当开环增益A很大， 远大于 + ， 远大于 不能忽略，（2..19）式可表示为：
（1.4）当频率够低时， 就不能忽略。因此式（2.20）是表示电荷放大器的低频响应。F越低， 时，其输出电压幅值为：
反相放大保护输出此级电路主要作用是实现输出电压信号与电荷信号相位同步和二级放大由于电荷转换级本身是一个积分器电路输入输出端的电压相位会反向保持电荷放大器输出电压和输入电荷成比例放大
压电传感器前置放大电路的设计
姓名：***
学号：Sห้องสมุดไป่ตู้*******
一：电荷放大电路
电荷放大器原理：电荷变换是该电荷放大器的核心部分，是一个具有电容负反馈的，输入阻抗极高的高增益运算放大器。它与压电式传感器及其电缆构成的等效电路如图-1所示。
电缆分布电容引起的宽带放大电路自激振荡探讨
电缆分布电容引起的宽带放大电路自激振荡探讨黄明;丁照雨;李争平;徐德仁【摘要】针对宽带放大电路中SMA长缆易导致自激振荡的现象,研究了其分布电容对运算放大器性能的影响,并提出在运放的输出端和负载电容之间串入一50Ω电阻的解决方法.采用TI的OPA691芯片设计完整放大电路,运用Tina仿真分析容性负载驱动电路的频率响应,仿真显示,当加入容性负载后,再加入50Ω电阻可使-180°相位时的幅度特性为-12.26dB,远小于0dB.经过电路实测,自激振荡消失,验证了该解决方案的合理性.%Aiming at the phenomenon that the SMA cable in the broadband amplifier circuit is easy to cause self-oscillation,the influence of the distributed capacitance on the performance of the operational amplifier is studied, and a solution to the 50 Ω resistor between the output terminal and the load capacitance is proposed. Amplification circuit's design uses TI's OPA691 chip,according to the Tina simulation analysis for frequency response of the capacitive load drive circuit,it shows that when the capacitive load is adde d,the 50 Ω resistor can make -180 ° phase amplitude to -12.26 dB,much smaller than 0 dB. In the circuit measurement self-oscillation disappeared,the rationality of the solution has been verified.【期刊名称】《电子器件》【年(卷),期】2018(041)002【总页数】5页(P395-399)【关键词】运算放大电路;容性负载;自激振荡;频率响应;负反馈【作者】黄明;丁照雨;李争平;徐德仁【作者单位】北方工业大学电子信息工程学院,北京100144;北方工业大学电子信息工程学院,北京100144;北方工业大学电子信息工程学院,北京100144;北方工业大学电子信息工程学院,北京100144【正文语种】中文【中图分类】TN721.1大部分运放电路都不可避免地包含容性负载成份,如PCB导线的分布电容或同轴电缆的分布电容,其客观存在将影响运放的幅频特性,在宽带情况下易导致工作不稳定,甚至产生自激振荡现象。
功率放大器设计中的负载牵引技术
负载牵引技术在功率放大器设计中是一种重要的技术手段，它主要用于评估放大器对预期负载的功率放大能力。
这种技术的主要步骤包括：
1. 明确预期负载：这是负载牵引技术的第一步，你需要明确你想要测试的功率放大器对哪种类型负载的放大能力，例如，纯电阻负载、感性负载，还是容性负载。
2. 制定测试方案：根据预期负载的类型，设计合适的测试方案。
这可能包括选择适当的测试设备、设置测试参数、确定测试步骤等。
3. 实施测试：按照制定的测试方案，进行实际的测试操作。
在测试过程中，你需要记录并分析测试数据，以评估功率放大器的性能。
4. 结果评估：根据测试数据，评估功率放大器对预期负载的放大能力。
如果测试结果满足设计要求，那么你就完成了负载牵引。
如果结果不符合预期，你可能需要进一步优化设计，或者重新选择预期负载。
这种技术对于优化功率放大器的性能，确保其在各种实际应用中的表现，具有重要的指导意义。
在设计过程中，你可能还需要考虑其他因素，如电路设计、散热设计、电源管理、抗干扰能力等。
信号与系统——填空
一、填空题（每空1分，共30分）1、无线电通信中，信号是以电磁波形式发射出去的。
它的调制方式有调幅、调频、调相。
2、针对不同的调制方式有三种解调方式，分别是检波、鉴频、和鉴相。
3、在单调谐放大器中，矩形系数越接近于1、其选择性越好；在单调谐的多级放大器中，级数越多，通频带越窄、（宽或窄），其矩形系数越（大或小）小。
4、调幅波的表达式为：uAM（t）= 20（1 +0.2COS100πt）COS107πt（V）；调幅波的振幅最大值为24V，调幅度Ma为20℅，带宽fBW为100Hz，载波fc为5*106Hz。
5、在无线电技术中，一个信号的表示方法有三种，分别是数学表达式、波形、频谱。
6、调频电路有直接调频、间接调频两种方式。
7、检波有同步、和非同步检波两种形式。
8、反馈式正弦波振荡器按照选频网络的不同，可分为LC、RC、石英晶振等三种。
9、变频器可由混频器、和带通滤波器两部分组成。
10、列出三个常见的频谱搬移电路调幅、检波、变频。
11、用模拟乘法器非线性器件实现调幅最为理想。
一、填空题（每空1分，共30分）1、接收机分为直接放大式、和超外差式两种。
2、扩展放大器通频带的方法有组合电路法、负反馈法和集成电路法三种。
3、在集成中频放大器中，常用的集中滤波器主要有：LC带通滤波器、陶瓷、石英晶体、声表面波滤波器等四种。
4、丙类谐振功放有欠压、临界和过压三种工作状态，其性能可用负载特性、调制特性和放大特性来描述。
5、普通调幅波的数学表达式UAMt=Ucm（1+Ma cosΩt）cosωct，为了实现不失真调幅，Ma一般≤1。
6、实现AGC的方法主要有改变发射级电流IE和改变放大器的负载两种。
7、根据频谱变换的不同特点，频率变换电路分为频谱搬移电路和频谱的非线性变换电路。
8、要产生较高频率信号应采用、LC振荡器，要产生较低频率信号应采用RC振荡器，要产生频率稳定度高的信号应采用石英晶体振荡器。
9、三点式振荡器有电容和电感三点式电路。
单相桥式带阻感负载可控整流器的设计
第一章绪论现代电力电子技术的发展方向,是从以低频技术处理问题为主的传统电力电子学,向以高频技术处理问题为主的现代电力电子学方向转变。
电力电子技术起始于五十年代末六十年代初的硅整流器件,其发展先后经历了整流器时代、逆变器时代和变频器时代,并促进了电力电子技术在许多新领域的应用。
八十年代末期和九十年代初期发展起来的、以功率MOSFET和IGBT为代表的、集高频、高压和大电流于一身的功率半导体复合器件,表明传统电力电子技术已经进入现代电力电子时代。
电力电子技术在现在各科学领域的发展中占有重要的作用。
用电力电子技术制造出的产品也被人们所熟知。
为培养运用基本知识进行简单电路设计的能力，扎实电力电子基础理论，我们需要进行电力电子的课程设计。
我在此次课程设计中选择了做单相桥式带阻感负载可控整流器的设计。
单相桥式整流电路是根据进闸管的单相触发导通特性来进行设计，电源的正半周期和负半周期分别控制不通的晶闸管的导通。
同时调整晶闸管的触发角α可以得到所需要的电路的输出波形。
本课程设计的编写是以实验研究为主线，以科学实验研究所运用的实验技术为主要内容，按照实验是什么，为什么，干什么，怎么干的逻辑思维体系和实验的构成要素（主体，手段，对象和目的）为教材内容展开。
通过本课题的设计，培养学生掌握电子技术的科学实验规律，实验技术，测量技术等实验研究方法，使其具有独立实验研究的能力，以便在未来的工作中开拓创新。
为了全面介绍科学实验研究的技术方法，在加强的直接实验方法的同时，力求使学生尽快掌握当前先进科学技术，本课题设计所用到的matlab或者PSIM软件等技术的新手段，新工具。
在学习运用新的学习辅助软件的同时又可以对课程设计的设计的正确、快速的完成由所帮助。
通过课程设计，能够加深对电路理论知识的理解和掌握，更主要的是学习和掌握科学实验研究方法。
学会运用理论和实验两种研究方法，解决实际问题能力，学会结合学习辅助软件进行设计。
在这次课程设计中，非常感谢老师及同学的帮助！由于时间仓促及个人水平有限，本说明难免有错，敬请老师同学提出批评并指正。
推挽式功率放大电路的设计
第一部分课程设计桥式推挽功率放大器是一种在较低的电源电压下能得到较大输出功率的功放，它由前置放大电路、BTL功率放大电路、电源电路三部分所构成。
前置放大电路采用了集成运放NE5532将小信号电压放大，使其能够驱动功率放大器；功率放大电路由倒相电路和BTL 电路两部分组成，前者负责为后者转换两个大小相等、方向相反的激励信号，后者则是在信号不失真的前提下，尽可能地放大电流，从而提高输出功率；电源电路通过降压、整流、滤波、稳压产生±12V直流电压。
运用Protel软件对所设计的电路图进行建库、绘图、制板；再借助Multisim仿真软件对各个单元电路进行了性能与功能仿真，通过仿真分析验证了设计的正确性，整体电路也基本达到了设计的预期目的。
关键词：推挽功放；集成运放；前置放大；倒相The push-pull circuit occupies an important position in the amplifier circuit and switching power supply areas. Bridge push-pull amplifier circuit is constituted by three parts of the power supply circuit, the preamplifier circuit, BTL power amplifier circuit. The preamplifier circuit uses the integrated operational amplifier NE5532 small signal voltage amplification, so that the power amplifier input sensitivity to match. The power amplifier circuit consists of two parts of the inverting circuit and BTL circuit. The former is responsible for the conversion for the latter two of equal size, in the opposite direction of the excitation signal. The latter is the signal undistorted under the premise, as far as possible to enlarge the current, increasing the output power. ± 12V DC voltage power circuit through the buck, rectifier, filter and regulator.With of Multisim simulation software on each unit circuit performance and functional simulation. Verify the correctness of the design through simulation analysis, the results are to achieve the intended purpose of the design. Then use Protel software for building a database, drawing and board schematic design.Keywords：Push-pull amplifier, Integrated operational amplifier, Preamplifier , Inverting目录摘要 (I)Abstract (II)第一章推挽式功率放大器方案设计 (1)1.1 绪论 (1)1.2 功率放大器的性能指标 (1)1.3 推挽式功率放大器设计方案 (2)1.3.1 变压器耦合式推挽功放 (2)1.3.2 桥式推挽功放 (2)1.3.3 方案分析 (3)第二章推挽式功放电路设计 (4)2.1 前置放大电路 (4)2.1.1 反相比例放大电路 (4)2.1.2 同相比例放大电路 (5)2.1.3 前置放大电路 (5)2.2 BTL功放输出电路 (6)2.2.1 倒相电路 (6)2.2.2 BTL电路 (7)2.3 电源电路 (7)2.4 整体电路 (8)第三章推挽式功放电路仿真与实验 (10)3.1 前置放大电路仿真 (10)3.2 倒相电路仿真 (11)3.2 整体电路仿真 (11)总结 (13)参考文献 (14)致谢 (15)附录1 推挽式功放电路图 (16)附录2 推挽式功放元件明细表 (17)第一章推挽式功率放大器方案设计在音响世界中往往需要将低频信号放大后加以利用，一般处理频率较低的信号采用音频功率放大电路来实现。
全桥式电源的设计ppt课件
2）数量关系
滤波电感电流连续时：
Uo N2 2ton Ui N1 T
(8-5)
输出电感电流断续时，输出电压
Uo将高于式（8-5）的计算值，并
随负载减小而升高，在负载为零的
极限情况下：Uo
N2 N1
Ui
图 8-23 全桥电路原理图
3
图 8-24 全桥电路的理想化波形
基于UCC3859的性能介绍
❖ UCC3895是TI公司生产的又一种高性能PWM 移相型控制器。它是UC3879的改进型,除了 具有UC38779的功能外,最大的改进是增加了 自适应死区设置,以适应负载变化时不同的准 谐振软开关要求。新增加了PWM软关断能力。 同时由于它采用了BCDMOS工艺,使得它的功 耗更小,工作频率更高,因而更加符合电力电子 装置高效率、高频率、高可靠的发展要求。
5
UCC3859的框图
6
UCC3859全桥电源的系统结构图
7
UCC3859的驱动电路图
8
全桥变换器的磁芯选择
❖ 选用面积乘积法来设计高频变压器。设变压器的输出功率为 Po,变压器的效率为η,填充系数为Ku,导线的电流密度为J,一 个高频周期内开关导通的时间为tom,变压器变化的磁密为 △B,则可以得到下面的计算公式。
全桥电路的优点
❖ 全桥(Full-Bridge)PWM变换器是一种应用广泛,适用 于较大功率、低电压等场合的变换器。目前移相全 桥变换器采用PWM移相控制,在不附加其他额外元 器件,电路成本和复杂程度基本不变的情况下,利用 变压器的漏感和功率开关管的结电容进行谐振,使功 率管实现零电压开关(ZVS),从而减小了开关损耗,变 换器的效率可大于80％,并且开关电压应力的减小使 得开关频率可以进一步得到提高,可达到100 kHz～ 500 kHz,故该变换器适应当今开关电源高频化、高 效化的发展趋势,有广阔的应用前景。
一款典型又简单OCL功率放大电路
⼀款典型⼜简单OCL功率放⼤电路 该电路包括差动输⼊放⼤电路、电压放⼤电路、⾃举电路、交越失真消除电路、复合互补功率放⼤电路、负反馈电路、扬声器补偿电路等。
OCL功率放⼤电路由于采⽤了全电路直接耦合⽅式，温度漂移对电路影响⼤，采⽤差动输⼊放⼤电路，抑制温漂效果较为理想。
下图中Q1、Q2、R1、R2、Rw2组成单端输⼊、单端输出的差动放⼤电路。
该放⼤电路由于采⽤两个特性相同的放⼤电路组成对称电路，并且发射极上有共⽤电阻R2共同作⽤，达到抑制零漂的效果。
⼀⽅⾯，共⽤发射极电阻，使两放⼤电路由于零漂产⽣的参数变化同时进⾏，零漂被抵消；另⼀⽅⾯．共⽤电阻R2也作为负反馈电阻，通过电流负反馈作⽤，进⼀步减少⼯作点的漂移。
⾃举电路由C3、R4组成，其作⽤有⼆。
⼀是提⾼输出电路在信号正半周时的⼯作电压，保证输出信号的正负对称；⼆是改变输出管的⼯作状态，提⾼整个电路的增益。
由于信号在正半周时，基极偏置电阻作⽤，Q4、Q6并不能达到接近饱和状态，接⼊电容C3，在信号负半周时充电，信号正半周时对Q4基极放电，使Q4接近饱和状态，保证信号放⼤完整。
由于电容C3的容量很⼤，对交流输出信号的阻抗为零，为了防⽌⾃举电容对信号的短路作⽤，因此在电源端串联电阻R4，起隔离作⽤。
由于C3、R4的接⼊，使电路⼯作⽅式发⽣改变，电路增益得到提⾼。
复合互补推挽功率放⼤电路是由Q4、Q5、Q6、Q7、R6、R7、R8组成。
其中，Q4、Q6组成NPN结构复合管，Q5、Q7组成PNP结构复合管，复合管的电流放⼤倍数是两管乘积，因此，复合可以提供很⼤的输出电流。
当正半周信号时，Q4、Q6复合管⼯作，Q5、Q7复合管截⽌；当负半周信号时，⼯作状态反转。
整个信号在复合管互相补充下放⼤输出。
交越失真消除电路由Dl、D2、Rw3组成，三只元件串联产⽣的电压降为Q4、Q5提供静态偏置，使输出级⼯作于甲⼄类状态，以消除输出级的交越失真。
Rw3采⽤微调电阻，⽅便使输出级调整到合适的⼯作点。
2020—2021学年第一学期本科集成电路设计与集成系统专业《电子技术》期末考试题试卷(卷2)
2020—2021学年第一学期本科 集成电路设计与集成系统专业《电子技术》期末考试题试卷 （卷2） 题号 一 二 三 四 五 六 七 总 分 得分 一、填空题。
1．可控硅又称＿＿＿＿，常用的有＿＿＿＿＿和＿＿＿＿＿两大类，广泛应用于＿＿＿＿＿＿和＿＿＿＿＿设备中。
2．利用＿＿＿＿＿＿＿＿＿元件的＿＿＿＿＿＿＿＿＿特性可实现整流，若要实现可控整流可采用＿＿＿＿＿＿＿＿＿元件。
3．单向可控硅内部有＿＿＿个PN 结，双向可控硅有＿＿＿个PN 结。
4．要使导通的可控硅关断，必须＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿。
5．可控硅具有＿＿＿＿电控制＿＿＿＿＿电的作用。
6．单向可控硅触发电路常用＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿组成触发电路，双向可控硅常用＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿组成触发电路。
7．单结晶体管的负阻特性指的是当＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿电流增加时，＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿反而减少。
8．双向可控硅有三个电极＿＿＿＿＿＿＿＿、＿＿＿＿＿＿和＿＿＿＿＿＿＿＿。
…○…………○………装…………○…………订…………○…………线…………○…………院系：专业班级：学号：姓名：座位号：9．二极管的状态有＿＿＿＿＿＿＿＿＿和＿＿＿＿＿＿＿＿，三极管的状态有＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿、＿＿＿＿＿＿＿＿＿、＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿，可控硅的状态有＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿和＿＿＿＿＿。
10．单向可控硅导通必须具备两个条件：一是：＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿，二是：＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿。
11．电子线路中的电信号按其信号形式分为＿＿＿＿＿＿＿＿和＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿两大类，其中＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿和＿＿＿＿＿＿＿都是离散的信号叫数字信号。
12．数字信号的基本工作信号是＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿进制的数字信号，对应在电路上需要在＿＿＿＿＿＿种不同状态下工作，即＿＿＿＿＿＿＿＿和＿＿＿＿＿＿＿＿。
13．数字电路主要研究电路的输出信号与输入信号之间的＿＿＿＿＿＿＿关系。
最新第九章功率放大电路案例教学讲义PPT
三、无输出变压器的功率电路Output Transformerless （OTL电路）
用一个大容量电容取代了变压器(电容：几百~几千微法的电解电容器）
单电源供电。T1和T2特性对称
静态时：前级电路应使基极电位 为VCC/2，发射结电位为VCC/2 ， 故电容上的电压也VCC/2。 工作时： T1和T2轮流导通，电 路为射极跟随状态。
当 ui ＜ 0 ( 至 )， T2 微导通 充分导通 微导通； T1 微导通 截止 微导通。
二管导通的时间都比输入信号的 半个周期更长，功放电路工作在 甲乙类状态。
图9.2.3 T1和T2 管在ui作用下输入
特性中的图解分析
清华大学电工电子技术教研室－－模拟电路多媒体课件
第九章 功率放大电路
无输入信号，二管截止
有输入信号，二管交替 导通
同类型管子在电路中交
替导通的方式称为“推
挽”工作方式。
图9.13(a)变压器耦合乙类推挽功率放大电路
清华大学电工电子技术教研室－－模拟电路多媒体课件
第九章 功率放大电路
功率放大电路的分类
在放大电路中，若输入信号为正弦波时，根据晶体管 在信号整个周期内导通情况分类
第九章 功率放大电路
令 ddU TP0，可以 U O＝ M 求 2•V 得 CC 0.6 ， V CC OM
P
2
＝VCC
0.2P
R Tmax 2
0m
L
晶体管集电极最大功耗仅为最大输出功率的五分之一。
在查阅手册选择晶体管时，应使极限参数
BUCEO＞2VCC ICM＞VCC/RL PCM＞0.2Pom
电源提供的功率为PV＝ICQ VCC ，全部消耗在管子上。
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收稿日期:2010-03-16基金项目:陕西省自然科学基础研究计划基金资助项目(2010J M 7020);第二炮兵工程学院创新性探索研究基金资助项目(XY2009JJ B04)作者简介:姚鹏(1980-),男,四川宣汉人,讲师,硕士,主要从事伺服系统的研究。
文章编号:1004-2474(2011)02-0235-04针对容性压电负载的桥式功率放大电路的设计姚 鹏,刘 岩,张胜修,王道平(第二炮兵工程学院基础部,陕西西安710025)摘 要:功率放大电路负责驱动容性压电负载,是整个压电执行器的关键部件。
根据某驱动电源中的功率放大电路作为设计对象,通过采用桥式电路结构,从而提高了整体性能;通过研究放大器的共模输入电压范围,从而设定了非对称电源;通过分析波形,从而设定了电压增益;通过采用过压保护和限制电流,增强了电路的安全性;通过计算热工,设置了散热方式;通过使用方波测试法,测定了电路的稳定性。
实验结果显示,该方法能实现双极性输出,以至于性能上的提高胜过了成本和复杂性的增加。
关键词:压电执行器;驱动电源;放大电路;容性负载;桥式中图分类号:T N384 文献标识码:ADesign of A Bridge Connected Power Operational Amplifiers Circuit forC apacitive Piezoelectric LoadsYAO Peng,LIU Yan,ZHANG Shengxiu,W ANG Daoping(Dept.of Basic T heory,T he S econd Artillery Engineering College,Xi .an 710025,Ch ina)Abstract:T he pow er amplif ier circuit is responsible fo r dr iving the capacitiv e piezoelectr ic loads,it is t he key co mpo nent of t he piezoelectr ic actuato r.By taking the po wer amplifier cir cuit in cer tain driv ing pow er as the o bject of desig n and utilizing the bridg e connected circuit st ruct ur e,the ov erall per for mance has been impr ov ed.By invest-ig ating t he amplifier co mmon -mode v oltage r ang e,the non -symmetrica l pow er supply has been sett ed.By analy zing the w avefo rm,the voltag e g ain has been setted and by apply ing the o ver -v oltage protection and curr ent limiting ,the circuit safety has been enhanced.By calculating the thermal engineering ,the heat -sink method has been setted and by using the square -w ave testing method,the cir cuit stability has been deter mined.T he ex perimental results sho wed that this metho d enabled the b-i directional output,so that improv ement in per formance outw eig hs w as increased inthe cost and co mplex ity.Key words:piezoelect ric actuator ;driv ing pow er;amplifier cir cuit;capacit ive load;bridg e co nnected0 引言压电执行器是利用电场作用产生压电陶瓷形变,从而驱动执行元件在纳米级精度下输出微位移。
它具有体积小,分辨率高,响应快,推力大等一系列优点,因此被广泛应用于精密测量、微细加工、航空航天、机器人等多个领域。
由于压电执行器中的驱动电源是实现输出信号的线性放大和功率放大,是高精度微位移的关键,因此,针对其功率放大电路的设计提出了很高的要求[1-5]。
1 功率放大电路的设计1.1 设计指标如表1所示,某压电执行器中的功率放大电路要求在输入电压峰-峰值为15V 的范围内,能输出电压峰-峰值为300V,工作频率为80kH z 的控制信号。
压电负载可等效为1nF 电容C L 与18电阻R L 相串联的电路形式,工作环境为25e ,且只采用空气对流冷却。
该设计需考虑到压电负载非正常工作的情况,如撞击产生高压、与地或与电源短路等。
表1 放大电路的设计指标参数指标输入电压峰-峰值V I N p -p /V 15输出电压峰-峰值V OUT p -p /V 300工作频率/kHz80参数指标压电负载C L =1nF R L =18工作环境T A /e 25散热方式空气对流冷却第33卷第2期压 电 与 声 光Vo l.33No.22011年4月PIEZO EL ECT RI CS &ACO U ST OO PT ICSA ppl.20111.2 功率放大器PA78是一种高压、高速、低功耗的功率运算放大器。
其输出电流峰值可达200mA,持续输出电流可达150mA;由于其输入级采用了动态电流源专利技术,转换速率可达350V/L s,其静态电流低于1mA;通过设置合适的限流电阻,可有效保护输出级;该放大器被广泛用于压电执行器、静电偏转、可变形反射镜执行器、化学和生物刺激器等[6]。
因此该放大器可满足本文的设计要求。
1.3 桥式电路同时采用2个功率运算放大器组成的桥式电路,其结构可提供以下性能:1)在单电源条件下,唯一能实现双极性输出。
2)输出电压提高1倍。
3)转换速率提高1倍。
4)输出功率提高1倍。
5)电源电压降低1倍。
6)与单运放相比,减小了2次谐波失真。
如图1所示,放大器A 作为主放大器,接受输入信;放大器B 作为从放大器,提高总增益到放大器A 增益的2倍。
通过采用不与地相连的悬浮式负载的方式,以实现双极性输出。
放大器A 可采用反相、同相、差分或电流源电路结构。
放大器B 通常采用单位增益的反相比例结构,其输入信号则来自放大器A 的输出端[7-8]。
图1 双电源供电的桥式典型电路1.4 不对称电源如表2所示,如果放大器采用单电源结构,与双电源结构相比,其电源利用率会提高。
PA 78的绝对最大共模输入电压范围允许共模输入电压等于电源电压,这虽然不会损坏器件,但可能会导致放大器工作在非线性区[9],如根据电压摆幅范围,采用单电源结构,当放大器输入为0时,由于存在输出饱和压降,接地负载上的输出电压不为0[9-10]。
因此可采用不对称电源的方式,利用一个低电压源以满足放大器共模输入电压范围的要求[10]。
表2 PA78EU 数据表(部分)参 数最小值最大值绝对最大额定值输入电压,差模/V-1516输入电压,共模/V -V S+V S 结温度/e150输入共模电压范围的正值+V S -2V 输入共模电压范围的负值-V S +5.5V 输出电压摆幅(I O =100mA)|V S |-8.6V电阻,DC,结到壳体/(e /W )5.5如图2所示,共模输入电压范围决定着不对称电源中的电压,其大小必须保留一定的余量。
由于共模输入范围的负值为-V S + 5.5V ,因此共模输入电压与负电源电压的差值必须大于5.5V 。
同理,由于共模输入范围的正值为+V S -2V,因此共模输入电压与正电源电压的差值必须大于2V 。
通过设置R 5和R 6作为电源分压器,从而设定放大器B 的共模输入电压为{[(+V S )-(-V S )]/2+(-V S )};通过设置R 4和R 3,从而设定放大器A 的共模输入电压为[V O UTB /(20+1)]。
因此,-V S 设定为-5V,+V S 设定为175V,从而保证了共模输入电压不会超出范围。
图2 桥式功率放大电路的原理图1.5 增益如图2、3所示,当输入电压峰-峰值为15V 时,要求负载两端电压摆幅为300V,因此电路整体增益设定为20。
由于主放大器A 采用差分输入,结构上相当于差分放大电路,因此主放大器A 的电压增益与电路整体增益相一致,也设定为20。
由于小信号源驱动1k 8的电阻通常不会存在问题[10],因此,设定R i =1k 8,根据反相比例运放增益的关系,设定R f =20k 8。
236压 电 与 声 光2011年图3输出波形1.6过压保护如图2所示,由于压电负载可将电能转换为机械能,反之亦然。
因此,当压电负载遇到诸如撞击时,具有破坏性的高电压可能会反馈到放大器的输出端,因此必须在每个放大器的输出端与其电源之间,加入快速恢复二极管M UR160[11-12]。
1.7限制电流如果仅凭借外加电路来实现限流功能,通常会由于时间等原因导致失败。
如大多数的功率电源限流电路,必须在具有大容值的输出滤波电容存储的能量释放后才能发挥作用,该能量加上电源旁路电容的能量通常会烧毁放大器;即使最快的保险丝也会导致失败,对于一个200%过流的保险丝,响应时间通常为15s,以致于牺牲了放大器,保护了保险丝。
即使保险丝烧断,也会引起一个尖峰电压,这通常也会超过放大器的额定电源电压[9]。
采用限流电阻可有效保护放大器,如输出与地短路、输出与电源短路等故障,但这样降低了电流的输出能力[9]。
如图4所示,限制电流最主要的功能是使放大器在安全操作区(SOA)内工作。
V S-V O为放大器输出晶体管上的压降[9];图4中,曲线(a)表示只要在该时间范围内,基于10%占空比的脉冲,放大器允许承受最高功率压力[13]。
由于PA78采用的是MOSFET结构,而非具有二次击穿特性的双极型晶体管,因此可不采用相对复杂的/折线式电流限制0[9,14]。
为保护输出对地短路的故障,限流值设定为直流SOA曲线和电源电压的交汇点;为保护图4P A78EU的SOA曲线输出对任意电源短路的故障,限流值设定为直流SOA曲线和轨对轨电源电压的交汇点[9]。