OCL功率放大器的设计报告解读

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。

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：

200mV；

（1）输入信号：有效值U

i≤

（2）最大输出功率：P

2W；

O≥

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。

3.1.1电路整体结构框图

四、 电路图与电路分析

4.1 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。

4.1.1集成运放电路

输入交流信号

驱动级 运算放大器电路 负反馈电路

末级功放电路OCL 互补对称功放电路 输 出 保护

输出级 偏置电路

如上图4.1.1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

4.1.2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