OTL音频功率放大器设计

第1页共16页目录摘要…………………………………………………………………………………ⅠABSTRACT……………………………………………………………………………Ⅱ第1章绪论…………………………………………………………………………11.1设计目的……………………………………………………………………11.2设计思路……………………………………………………………………11.3设计背景……………………………………………………………………11.4国内外发展状况……………………………………………………………2第2章设计介绍……………………………………………………………………32．1OTL音频功率放大器………………………………………………………32．2直流稳压电源原理…………………………………………………………5第3章元器件及原理图简介………………………………………………………73.1总原理图…………………………………………………………………73.2OTL音频功放满足的具体性能指标……………………………………73.3相关芯片结构图和资料……………………………………………………8第4章安装与调试………………………………………………………………104.1元件的安装………………………………………………………………104.2元件的调试………………………………………………………………104.3对面包板的检查…………………………………………………………114.4性能测试………………………………………………………………11第5章误差分析与计算……………………………………………………………135．1误差分析…………………………………………………………………135．2误差计算…………………………………………………………………13结论…………………………………………………………………………………14致谢………………………………………………………………………………15参考文献…………………………………………………………………………16附录第2页共16页摘要本课程设计是在学完《模拟电路基础》、《模拟电路基础实验》之后的实做训练。本报告其主要内容是设计并实现OTL功率放大器。功率放大器的作用是给音响放大器的负载RL(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，输出信号的非线形失真尽可能的小，效率尽可能的高。功率放大器的常见电路形式有OTL电路和OCL电路。有用集成运算放大器和晶体管组成的功率放大器，也有集成电路功率放大器等。本文设计的是一个OTL功率放大器，该放大器采用LM386集成功率音频放大器芯片，LM386音频放大器具有自身功耗低、更新内链增益可调整、电源电压范围大、外接元件少和总谐波失真小等优点，静态功耗低，约为4mA，可用于电池供电，广泛应用于录音机和收音机之中。本次设计电路采用直流稳压电源供电。关键词:OTL功率放大电路；LM386音频放大器；功率放大；直流电源第3页共16页ABSTRACTThiscourseisdesignedtocompletetheAnalogCircuitFoundation,Analogcircuitbasicexperimentafterthepracticetraining.ThemaincontentofthisreportistodesignandimplementOTLpoweramplifiers.Thepoweramplifier'sfunctionistogivetheaudioamplifierloadRL(speaker)toprovideacertainoutput.Whentheloadiscertain,itishopedthattheoutputpowerisaslargeaspossible,thenon-lineardistortionoftheoutputsignalisassmallaspossibleandtheefficiencyisashighaspossible.ThecommoncircuitformsofpoweramplifiersincludeOTLcircuitsandOCLcircuits.Poweramplifierswithintegratedoperationalamplifiersandtransistors,aswellasintegratedcircuitpoweramplifiers.ThedesignofthispaperisaOTLpoweramplifier,theamplifierusingLM386setsuccessrateaudioamplifierchip,LM386audioamplifierhasitsownlowpowerconsumption,updateinternalchaingaincanbeadjusted,thepowersupplyvoltagerange,theexternalcomponentslessandtotalharmonicdistortionsmallandsoon,thestaticconsumptionislow,about4mA,Itcanbeusedforbatterypowerandiswidelyusedinrecordersandradios.ThisdesigncircuitusestheDCvoltagestabilizerpowersupply.Keywords：OTLpoweramplificationcircuit;LM386audioamplifier;Powersupply;Constantcurrent第4页共16页第1章绪论1.1设计目的1、学习基本理论在实践中综合运用的初步经验，掌握模拟电路设计的基本方法、设计步骤，培养综合设计与调试能力。2、培养实践技能，提高分析和解决实际问题的能力。3、掌握OTL音频功率放大器的设计方法，基本工作原理和性能指标测试方法。4、通过一个OTL功率放大器的设计、安装和调试，进一步加深对互补对称功率放大电路的理解，增强实际动手能力。1.2设计思路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可能小，且效率尽可能高。由于OTL电路采用直接耦合方式，为了保证电路工作稳定，必须采取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OTL功率放大器应由输入级、推动级和输出级等部分组成。1.3设计背景音频放大器已经有快要一个世纪的历史了，最早的电子管放大器的第一个应用就是音频放大器。然而直到现在为止，它还在不断地更新、发展、前进。主要因为人类的听觉是各种感觉中的相当重要的一种，也是最基本的一种。为了满足它的需要，有关的音频放大器就要不断地加以改进。进入21世纪以后，各种便携式的电子设备成为了电子设备的一种重要的发展趋势。从作为通信工具的手机，到作为娱乐设备的MP3播放器，已经成为差不多人人具备的便携式电子设备。陆续将要普及的还有便携式电视机，便携式DVD等等。所有这些便携式的电子设备的一个共同点，就是都有音频输出，也就是都需要有一个音频放大器；另一个特点就是它们都是电池供电的。都希望能够有较长的使用寿命。就是在这种需求的背景下，D类放大器被开发出来了。它的最大特点就是它能够在保持最低的失真情况下得到最高的效率。高效率的音频放大器不只是在便携式的设备中需要，在大功率的电子设备中也需要。第5页共16页因为，功率越大，效率也就越重要。而随着人们的居住条件的改善，高保真音响设备和更高档的家庭影院也逐渐开始兴起。在这些设备中，往往需要几十瓦甚至几百瓦的音频功率。这时，低失真、高效率的音频放大器就成为其中的关键部件。音频放大器的一种简单模拟实现方案是采用线性模式的晶体管，得到与输入电压成比例的输出电压。正向电压增益通常很高(至少40dB)。如果反馈环包含正向增益，则整个环增益也很高。因为高环路增益能改善性能，即能抑制由正向路径的非线性引起的失真，而且通过提高电源抑制能力(PSR)来降低电源噪声，所以经常采用反馈。1.4国内外发展状况1906年美国人德福雷斯特发明了真空三极管，开创了人类电声技术的先河。1927年贝尔实验室发明了负反馈技术后，使音响技术的发展进入了一个崭新的时代，比较有代表性的如威廉逊放大器，较成功地运用了负反馈技术，使放大器的失真度大大降低。至50年代电子管放大器的发展达到了一个高潮时期，各种电子管放大器层出不穷。由于电子管放大器音色甜美、圆润，至今仍为发烧友所偏爱。到了70年代初，集成电路以其质优价廉、体积小、功能多等特点，逐步被音响界所认识。发展至今，厚膜音响集成电路、运算放大集成电路被广泛用于音响电路。70年代的中期，日本生产出第一只场效应功率管。由于场效应功率管同时具有电子管纯厚、甜美的音色的特点，很快在音响界流行。现今的许多放大器中都采用了场效应管作为末级输出。第6页共16页第2章设计介绍2.1OTL音频功率放大器设计思路：要求设计一个由二极管、三极管、电容、电阻等元件组合而成的OTL音频功率放大器。其中二极管T1构成前置放大级，对输入信号进行倒相放大。二极管T2、T3的参数一负载能力强的优点，作用是对输入的信号进行功率放大。在元件的选取方面，由于互补对称的两个三极管工作在共集电极的状态下，其电压增益接近且略小于1，功率增益主要靠它的电流增益来保证，所以电流放大系数β的选择很重要，一般要求要选的β值大一些，这样会使得两互补对称管的配对性好一些，功率增益提高一些，失真度减少一些。设计方案：1、前级放大电路设计：本设计的前级放大电路主要运用到了负反馈电路。负反馈电路主要是防止放大电路过载。即当输入信号电流过大时，从放大后的输出端反馈给输入端一个负信号电流，用来抑制输入信号电流的继续增大。反馈放大器由基本放大器反馈网络两部分组成。2、功率放大电路设计：输出功率较大的电路，应采用较大功率的功率管。大功率管的电流放大系数β往往较小，且选用特性一致的互补管也比较困难。在实际应用中，往往采用复合管来解决这两个问题。在一个电子管的壳内装有两个以上电极系统，每个电极系统各自独立通过电子流，实现各自的功能，这种电子管称为复合管。复合管是指用两只或多只三极管按一定规律进行组合，等效成一只三极管，复合管又称达林顿管。采用电源变压器将电网电压降低获得所需要交流电压。通过整流电路变成单向直流电，但其幅度变化大即脉动大。用滤波电路变成平滑、脉动小的直流电，即将交流成份滤掉，保留其直流成份。通过稳压电路稳压，便可得到基本不受外界影响的稳定直流电压输出供给负载RL。3、OTL功放各级的作用和电路结构特征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可能小，且效率尽可能高。由于OTL电路采用直接耦合方式，为了保证电路工作稳定，必须采取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OTL功率放大器应由输入级、推动级和输出级等部分组成。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）第7页共16页送来的信号作低失真，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，可采用带集电极有源负载的共射放大电路，其静态偏听偏信置电流比输入级要大。输出级的主要作用是级负载提供足够大的输出信号功率，可采有由复合管构成的甲乙灯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，在小型不失真的情况下，使输出功率最大