OCL功率放大器全解

课程名称：模拟电子技术课程设计题目： OCL功率放大器

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指导教师：杨艳

日期： 2014 年 10 月 25 日

一、任务及要求：

1.设计任务与要求

（1）采用全部或部分分立元件电路设计一种OCL 音频功率放大器。

（2）额定输出功率P O ≥10W 。

（3）负载阻抗R L =8Ω。

（4）失真度γ≤3%。

（5）设计放大器所需的直流稳压电源。

二．方案设计与论证

1.设计思路

功率放大器的作用是给负载L R 提一定的输出功率，当L R 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，推动级和输出级部分组成。

2. OCL 功放各级的作用和电路结构特征

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（音调控制级）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。

推动级的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，可采用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。

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。

三、单元电路的选择及设计

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能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、设计选择

(1)设计一个放大器所需要的直流稳压电源 L OM OM R U P 221= 又 L OM OM R P U 2=

∴OM CC U V )5.12.1(-=

则可以得出CC V =17V —24V,此时取CC V =20V.

∴该直流稳压电源的图形如图所示：

在电子线路中，通常都需要电压稳定的直流电源供电。小功率稳压电源一般有电源变压器、整流、滤波和稳压电路等四部分组成。

电源变压器是将交流电网220V 的电压变为所需要的电压值，然后通过整流电路将交流电压变成脉动的直流电压。由于此脉动的直流电压还含有较大的纹波，必须通过滤波电路加以滤除，从而得到平滑的直流电压。但这样的电压还随电网电压波动（一般有±10%左右的波动）、负载和温度的变化而变化，因而在整流、滤波电路之后，还需接稳压电路。稳压电路的作用是当电网电压波动、负载和温度变化时，维持输出直流电压的稳定。

当负载和温度变化时，维持输出直流电压稳定。

(2)差分放大电路电路图

差分放大电路在性能放大那个面有许多优点，是模拟集成电路的又一重要组成部分。上图时用两个特性相同的三端器件V1、V2所组成的单端输入的差分放大电路。图中R0为实际电流源的动态输出电阻，其阻值一般很大，容易满足R0>>Re（发射结电阻）的条件，这样就可以认为R0支路相当于开路，输入信号电压近似地均分在两管的输入回路上，如图中体现了射极耦合的作用。

(3)复合管放大电路电路图

双极性三极管（BJT）有两种类型：NPN型和PNP型。他们分别有三个极：发射极e、集电极c和基极b。当BJT用作放大器件时，无论是NPN型还是PNP 型，都应将他们的发射结加争先偏置电压，集电结加反向偏置电压。

U的倍增电路电路图

(4)

BE

U的倍增电路

BE

交越失真：电子学名词，是指放大电路中，输出信号并非输入信号的完全、真实的放大，而是多多少少走了样，这种走样即是失真,引起失真有多种.

我们在分析时，是把三极管的门限电压看作为零，但实际中，门限电压不能为零，且电压和电流的关系不是线性的，在输入电压较低时，输出电压存在着死区，此段输出电压与输入电压不存在线性关系，产生失真。这种失真出现在通过零值处，因此它被称为交越失真。

由于晶体管的门限电压不为零，比如硅三极管，NPN型在0.7V以上才导通，这样在0~0.7就存在死区，不能完全模拟出输入信号波形，PNP型小于-0.7V才导通，比如当输入的交流的正弦波时，在-0.7~0.7之间两个管子都不能导通，输出波形对输入波形来说这就存在失真，即为交越失真。

我们克服交越失真的措施是：避开死区电压区，使每一晶体管处于微导通状态，一旦加入输入信号，使其马上进入线性工作区可以给互补管一个静态偏置。此时我们利用二极管和电阻的压降产生偏置电压从而克服交越失真.

四.总体电路图

1.工作原理简单介绍：

（1）用差分放大输入级抑制零漂，如前所述，为了使L R 在静态时没有直流电流通过，即A 点的静态直流电位为零，所以采用正，负对称的两个小电源（CC V +，CC V -）。但是温度的变化又会引起零漂，所以应采用差分放大器作为输入级， 用它来抑制A 点电位因受温度等因素影响而产生的零漂。

（2）其他元器件的作用:V3管为激励级，它把V1管输出信号再进行一次放大后

去推动功率输出级的功放管工作，故该级又称为推动级。C5是高频负反馈电容，防止V3高频自激。

（3）R7，V8，V9为功放管提供静态偏置，防止交越失真，把V4，V5基极直流电信分开，并利用V8，V9补偿功放管的温度特性，以稳定功放管的基极偏流。

（4）R5，C3，R6组成电压串联负反馈电路。C3对低频信号短路，分压比R6/

（R5+R6）为反馈系数，R6越大，反馈量越大，反馈越强。分压比适当则 既 可减小信号非线性失真，又不致造成放大器增益下降太多。

（5）R16，C6称中和电路，防止由于感性负载而引起高频自激。

（6）R4，C2是差动放大器的电源滤波电路。

（7）C4是自举电容，用来提高功率输出级的增益。

由图可知，当输入信号u1为正半周时，经V1，V2和V3次放大并反相，

3u c 也为正半周，则V4，V6复合管导通，信号放大后经R14，L R ，地，CC V 返回V4，V6形成回路，在负载L R 上有放大了的正半周电流1i 通过，其方向如图中的实线所示。同理可知负半周上的2i 通过，如图中虚线所示。这样轮流推挽工作，在L R 上就获得功率放大后的完整信号。

五、安装与调试