OCL功率放大器的设计

LOGO华侨大学信息科学与工程学院OCL功率放大器的设计模电课程设计一、课设设计目的、任务与要求设计目的：1．掌握电子系统的一般设计方法2．掌握模拟电路器件的应用3．培养综合应用所学知识来指导实践的能力4．掌握常用元器件的识别和测试5．熟悉常用仪表，了解电路调试的基本方法设计任务《OCL音频功率放大器》设计要求第一：输出功率要尽可能大为了获得大的功率输出，要求功放管的电压和电流都有足够大的输出幅度，因此器件往往在接近极限运用状态下工作。第二：功率效率要尽可能高由于输出功率大，因此直流电源消耗的功率也大，这就存在一个效率问题。所谓效率就是负载得到的有用信号功率和电源供给的直流功率的比值。这个比值越大，意味着效率越高。第三：非线性失真要尽可能小功率放大电路是在大信号下工作，所以不可避免地会产生非线性失真，而且同一功放管输出功率越大，非线性失真往往越严重，这就使输出功率和非线性失真成为一对主要矛盾。但是，在不同场合下，对非线性失真的要求不同。例如，在测量系统和电声设备中，这个问题显得很重要，而在其它工业系统中，则以输出功率为主要目的，对非线性失真的要求就降为次要问题了。第四：功率器件的散热要尽可能好在功率放大电路中，为了输出较大的信号功率，器件要承受较高的电源电压。其次，为了充分利用允许的管耗而使管子输出足够大的功率，放大器器件的散热就成为设备能否安全可靠工作的重要保证。此外，在功率放大电路中，为了输出较大的信号功率，器件要承受较大的动态电流，这也会增加功率管损坏的概率。所以，功率管的损坏与保护问题是产品设计中不容忽视环节。OCL是英文OutputCapacitorLess的缩写，意为无输出电容。OCL功率放大器是一种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。OCL电路通常采用两组电源供电，使用了正负电源，在电压不太高的情况下，也能获得比较大的输出功率，省去了输出端的耦合电容。使放大器低频特性得到扩展。OCL功放电路也是定压式输出电路，该电路由于性能比较好，所以广泛地应用在高保真扩音设备中。尽管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地方便。但为了培养学生的设计能力，本课题要求采用分立元件电路进行设计。二、产品指标及设计要求1、设计指标①采用分“立元件+集成电路”设计②额定输出功率③负载阻抗④失真度⑤设计放大器所需的直流稳压电源010PW8LR3%12V2、设计、制作过程分析设计要求，明确性能指标；查阅相关资料、分析对比方案。①画出电原理图；②分析计算元器件的性能及参数；③电路的仿真与调试；④论证并确定合理的总体设计方案，绘制功能结构框图。⑤OCL功率放大器各单元具体电路设计:a.分解总体设计方案b.以子系统或单元电路为单元，逐个细化设计。c.电路计算根据设计要求，结合“方案”，对各单元电路的元器件参数进行分析计算，确定其参数。⑥印刷电路板制作：根据最后确定的各单元电路，绘制出总的印刷电路图，制作印刷电路板（PCB板）。制作要求：a、业余制作手绘电路图，或用Protel绘制；b、根据电路原理图中所用的元件形状和印刷板面积的大小合理安排元件的密度和各元件的位置。确定元件位置应按照先大后小、先整体后局部的原则进行，使电路中相邻元件就近放置，排列整齐均匀。c、各元件之间的连接导线在拐弯处和两线相交处不能拐直角，须用曲线过渡，也不能相互交叉和迂回太远。有些导线实在做不到这一点时，可以考虑在印刷板的反面印制导线，再用穿钉与正面电路连接，或在焊接元件时另外用绝缘导线连接。d、输入部分和输出部分距离远一些为好，以免互相干扰。制作流程：1.原稿制作（喷墨【硫酸纸】、激光【硫酸纸/透明菲林】、光绘非林）2.曝光(曝光机60～180秒；太阳光5-10分钟；日光灯8-10分钟)3.显像（专用显像剂）4.蚀刻（三氯化铁）5.钻孔（小电钻）1、用protel或PowerPCB直接画PCB图（不会PROTEL、PowerPCB的，也可以用Windows的画笔程序），以备打印。画出您所需要的印刷电路板图2、将图打印到热转印纸(比如:不干胶贴纸的光滑底衬纸);打印出来后仔细观察，检查是否有断线的地方。3、将打印好PCB的转印纸平铺在覆铜板上，准备转印;4、将热转印纸上的碳粉通过热转印机转印到敷铜板上;(也可用很热的电熨斗加温----约140～170℃之间，加压将转印纸上黑色塑料粉压在覆铜板上形成高精度的抗腐层，等温度稍低后再慢慢将转印纸揭下来)4、将敷铜板放入三氯化铁腐蚀液进行腐蚀;（注意不要腐蚀过度）5、用清洗剂清洗电路板上的黑色碳粉;6、用打孔机在电路板打孔。热转印法制板基本流程：⑦焊接焊点：圆滑光亮、无气孔、无尖角、无拖尾；大小一致；焊料适当，使焊锡充布焊盘，不堆锡，更不能粘连，焊接时时间不宜超过3s，防止损坏元件；焊接CMOS器件时应使用防静电烙铁，防止将其极性击穿。当元件焊错后需要拆器件时要特别注意焊板上的铜片，一旦铜片脱落，就会在电路的连接上造成困难。⑧检查、调试各电路板⑨通电测试性能参数⑩撰写设计报告1、功率放大器的作用是给负载RL提供一定的输出功率，当RL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。2、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，如下图所示。3、设计思路3、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（音量控制级）送来的信号作用低失真，低噪声放大。为此，通常都采用带恒流源的，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：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。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直流负反馈电路，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。①确定电源电压025(9)8(1.5~2)2510(1.2~1.5)(2~3)1221081221.2121.51214.41815()LOMOCCOMOOOMLOLCCPWWRPPWVUVUPURPVRVVVV指标：为优　　　　　考虑到器件工作的安全性，和输出功率的富余量，设计要做适当调整:取　考虑饱和压降则，由折中取：应该是不小于该值　此即：稳压，才能满足电源输出应功率要求。在1　5V以上　　　　4、功放部分电路计算简介②末级功放管的选取maxmaxmax,,15100.222303~56,6,60CMCMCECCOMCMOMCCCMLCECCCMCMCEPIVVPWPPWVIARUVVPWIAUV功放管的选取指标：基于上一节的结果，以，为归算条件则，　　集电极最大耗散功率　　　集电极饱和穿透电流　２　　最大反向电压（耐压）　以上结果给予极限工作条件保障，均放大倍故：③复合管的选取maxmax6max221530(1.1~1.5)/(1.1CECCCCVTCVVIIP末级复合，一是为了提高推动电流，二是为了减轻前级的驱动负担所以，OCL电路常采用这种形式。如图示：VT4与VT6,VT5与VT7分别组成复合管复合管的参数与功放管的参数一样，主要有3个：耐压U最大穿透电流和耗散功率，可参照下式计算：　　　　　max66max6max~1.5)/1018(1.1~1.5)/=(1.1~1.5)1/30000.37~0.5(A)(1.1~1.CVTOMCvtLCCVTCPPIARIIP功放小　　　　　　上两式中的应为复合管两级的积据此，设功放管的=30，与之复合的小功率管=100则，总的=3000而，所以复合小功率管的：　　　　　　　　　　max65)/(1.1~1.5)2/30000.74~1()CVTPW④其他参数确定iT5iT5beT5T5beT1491113iT55VTr1r1RCR=R510RRR1113为管的等效输入电阻，其大小为（）　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　部分重要电阻的参数选择：、与组成的串联消振网络：其取值视扬声器的频率响应而定，以效果最佳为好。2、R与R用以减小复合管的穿透电流，取值太小会影响管子的稳定性，而太大又会影响输出功率：一般取（～）　　　　510121113iT5103RRRR/R1012、R和R为平衡电阻，常取5、前置放大部分电路计算简介14,   11502fofVfoLHRRRARfHzRcf其中为反馈电阻，并联小电容防自激　为负反馈电阻。前端放大用以完成对音频小信号的电压放大任务、提高其信噪比。本次设计允许使用运放，下图为典型的双运放电路的同相放大形式。运放的反相端串联一个电解电容，形成交流信号全反馈。运放的电压放大倍数为：　　　　　　　　注意：通路指标而指标则取决于运放的“增益带宽积”故，运放的具体型号一定要慎重选取！要确定运放的选型，需要先确定电路总的电压放大倍数，请按设计要求自行计算。典型电路中的运放供电分别取自电源的正负极，由两组R4R5和C2、C3、C6、C7构成分压滤波供给运放工作。电源用10μF、0.1μF电容去耦合。6、电源部分设计及电路计算典型电路：典型电路中：220V市电经变压器输出两组独立的25V交流电，大电容滤波后得到±35V直流电，再加一个0.1μF小电容滤除电源中的高频分量。制作调试过程中，电源空载时可在输出电容上并联1kΩ大功率电阻供电容放电，保护稳压块。±35V直流电，经两个稳压块分别获得所需的输出电压。稳压块型号，既要考虑其输入/出电压，还要注意其输出电流，保证足够的电源功率输出。变压器一定要保证其输出功率足够，发热小。D9、D10为防止反相电流冲击稳压块的保护二极管。最后，预祝大家顺利完成任务！