OCL功率放大器课程设计

绪论 .................................................................................................................... 1 课程设计及要求 .................................................................................................. 2 2.1 设计指标 ..................................................................................................... 2 2.2 设计要求 ..................................................................................................... 2 2.3 制作要求 ..................................................................................................... 2

3 方案论证 ............................................................................................................. 3 3.1 设计思路 ..................................................................................................... 3 3.2 OCL功放各级的作用和电路结构特征 ........................................................ 3 3.3 应注意问题 ................................................................................................. 3

4 电路设计 .......................................................................................................... 5 4.1 电路原理图及 PCB图 ................................................................................... 5 4.2 电路 PCB图 ................................................................................................ 5 4.3 元器件清单 ................................................................................................. 7

5 电路制造与调试 .................................................................................................. 8 5.1 合理布局，分级装调 ................................................................................... 8 5.2 电路板的焊接 .............................................................................................. 8 5.3 所焊接的电路板图 ...................................................................................... 8 5.4 电路调试 ..................................................................................................... 9

6 总结 ..................................................................................................................... 10 7 参考文献 ............................................................................................................. 12

1 绪论

OCL（Output Capacitorless无输出电容器 ）电路是采用正负两组对称电源供电 没有输出电容器的直接耦合的单端推挽电路 ,负载接在两只输出管中点和电源中 点. OCL 功率放大器是在 OTL 功率放大器的基础上发展起来的一种全频带直接 耦合低功率放大器，本课题主要设计一个 OCL 功率放大器，来满足设计要求。 OCL 功率放大器即为无输出电容功率放大器。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，其 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。 音频频率范围约为 20 Hz～20 kHz，因此放大器必须在此频率范围内具有良好的频率响应。本设计 中要求设计一个实用的音频功率放大器。 额定输出动率 P≧10W ，负载电阻等于 8Ω，在最大输出功率下非线性失真系数 r≤3%。

驱动级应用运算放大器 D2006 来驱动互补输出级功放电路，功率输出级由 双电源供电的 OCL 互补对称功放电路构成。为了克服交越失真，由二极管和电 阻构成输出级的偏置电路， 以使输出级工作于甲乙类状态。 为了稳定工作状态和 功率增益并减小失真，电路中引入电压串联负反馈。本课程设计是一个 OCL 功 率放大器，该放大器采用复合管无输出耦合电容，并采用正负两组双电源供电。 综合了模拟电路中的许多理论知识， 巩固了用运放和三级管组成电路的应用， 负 反馈放大电路基本运算电路的性能与作用。

本设计报告首先对音频功率放大器进行了简单的介绍， 选择放大电路的设计 方案。选择好合理的方案后对电路的基本构成进行了分析， 设计出电路图并且分 析该电路，按照课程设计任务书对参数进行分析计算使电路的参数满足设计要 求。利用 PROTEL软件绘制该电路的 PCB印制电路板图。最后对电路在面包板上 进行连接和到实验室进行调试。

2 课程设计任务及要求

2.1 设计指标

① 采用全部或部分分立元件设计一种 OCL音频功率放大器。 ②额定输出功率 P0 10W 。 ③负载阻抗 RL 8 。

④设计放大器所需的 6V 直流稳压电源。 2.2 设计要求

① 画出电路原理图（或仿真电路图） ； ② 元器件及参数选择；

③ 电路的仿真与调试；分析设计要求，明确性能指标；查阅资料、设计方案 分析对比。 2.3 制作要求

① 论证并确定合理的总体设计方案，绘制结构框图。

② OCL功率放大器各单元具体电路设计。总体方案分解成若干子系统或单元 电路，逐个设计， 计算电路元件参数； 分析工作性能。 完成整体电路设计及论证

③ 编写设计报告

3 方案论证

3.1 设计思路

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。 3.2 OCL功放各级的作用和电路结构特征

①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。

② 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。

③ 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交流负反馈电路， 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。 3.3 应注意问题

（1 ）要求输出功率尽可能大 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。

（2）效率更高

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。

（3）非线性失真小 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， 而在工业系统等场合中， 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。

（4）功率器件的散热问题 在功率放大电路中，为了输出较大的信号功率，器件承受的电压高。为了 充分利用允许的管耗而使管子输出足够大的功率， 放大器件的散热就成为一个重 要问题了。

此外，在功率放大电路中， 为了输出较大的信号功率， 器件承受的电压要高， 通过的电流要大， 功率管损坏的可能性也就比较大， 所以功率管的损坏与保护问 题也不容忽视。

4 电路设计

4.1 电路原理图

根据我们所要达到的功率放大器的效果，电阻 R1 选择电位器，它是用来通 过调节电阻的大小来改变音量的大小， R5、R6 的反馈消除 1.、2两端的电压差， R2、R3 产生分压，选择有五个脚的功率放大器，设计如图 4.1 的电路原理图。

图 4.1 电路原理图

4.2 电路 PCB图

如果 PROTEL元件库中有所需要的元件，则直接找出放在原理图中即可。 若没有所需要的元件，则需要建立一个新的原理元件库 （Sch.lib） 。过程：在 原有的元件库中找出跟所需元件管脚数目相同 （ 或差不多 ） 的元件 1，先将元件 1 放置到原理图编辑区 （ 即 Schdoc文件） ，单击该元件，执行菜单命令 Edit|Copy ， 此时光标变成十字光标，将光标移到元件上，单击鼠标确定一个基准点。然后 切换到所需编辑的 Sch.lib 文件，在该文件中新创建一个器件 （ 快捷 键 creat component） 并修改名字。在该环境右下角点击 SCH Lib ，将鼠标 光标移动到空元件名上， 单击鼠标右键， 在弹出额快捷菜单中执行 Paste 命令， 将该元件 1粘贴到新建的元件库中。而后修改引属性。然后执行

菜单命令 Report|Component Rule Check，进行规测检查。

新建原理图文件，加载元件库 （ 包括加载自己创建的元件库 ） ，置元件，原 理图布线 projects ，先设置编译错误报告选项 （Reports/Bills of Materials） 输出网络报表。

可以利用利用一个相同 （或相似）封装的元件， 对其进行简单的属性修改得 到所需要的元件封装。 具体操作过程也就是元件封装从 pcbdoc 到 PCBlib 复制 然后修改的过程。

元件封装修改完毕后 , 要执行 Edit/Set Preference/pin 1 设置封装参考 点在第一引脚。 然后还要执行 Report/Component Rule check 设置齐全要检 查的规则，并点 OK。至此，封装建立完毕。

首先新建一个 PCB文件，在封装 lib 都已经加载的情况下，导入网络 表。 元件自动布局，在进行该步之前，要先设定 PCB的大小，规划一下电路 板的大小和形状。点击下边选中 keep-out layer ，然后在 place 菜单中，选 中画线，然后在黑色底板上画一个矩形就行，大小以能摆下所有元器件为主。 然后自动布局，布线就可以顺利进行了。执行 Tools/Auto Placement/Auto Placer, 进行自动元件布局。手工调整元件布 局。 先选择布线规则，然后进行自动布线，然后进行手工布线调整，最后，覆 铜（放置填充区 ） 、包地、补泪滴。最后进行 DRC检查。至此，完成了本次设计 的 PCB图。所作电路图和 PCB图如下：

4.3 元器件清单

R1 R2 R3 R4 R5 R6 R7 电位器 22KΩ 100kΩ 100kΩ 100kΩ 4.7kΩ 150kΩ 1Ω C1 C2 C3 C4 C5 C6 C7 22μF 电解 22μF 电解 0.22μF 普通 100μF 电解 0.1μF 普通 2200μF 普通 2.2μF 电解 D1 D2 放大器 1N4001 1N4001 D2006 5

电路制造与调试

5.1 合理布局，分级装调

OCL 功率放大器是一个小型电路系统， 安装前要对整机线路进行合理布局， 一般按照电路的顺序一级一级的布线， 功放级应远离输入级， 每一级的地线应尽 量接在一起，连接尽可能短，否则很容易产生自激。

安装前应检查元器件的质量，安装时特别要注意功放块，二极管等主要器件 的引脚和极性， 不能接错。 从输入级开始向后级安装， 也可以从功放级开始向前 逐级安装。 安装一级调试一级， 安装两级要进行级联调试， 直到整机安装与调试 完成。 5.2 电路板的焊接

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；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

5.4 电路的 1.调试内容

方式工作时，采用双电源供 获得 12W 的输出功率或在 8Ω负载上获得 8W 的功率

12V 电压，可

2.调试步骤 :

1) 对元件清单目录表检查元件是否安全； 2 ) 认识识别各种元器件以及认清其作用； 3) 学习 OCL 功率放大器的工作原理； 4 ) 元器件的焊接和安装；

5) 检查电路。将安装好的 OCL 和电路原理图对照检查下列内容

1＞检查各晶体管的型号、安装位置和管脚是否正确； 2＞检查元器件的安装顺序，各级引线是否正确； 3＞检查电容的引线“ +”、“ -”接法是否正确； 4＞注意集成运算放大器和晶体管的初次安装是否正确； 5＞用万用表测量电路数据，并做一些基本调试。

6 总结

一开始进行设计的时候， 我基本上都是参照书本或者网上的例子进行， 甚至 就是按照它的步骤再做一遍。 当然在初学阶段这未必不可以， 这样做可以让我熟 悉软件的操作

环境， 了解设计方法和步骤， 更加深刻理解基本概念。 但是等到自 己设计的时候， 我觉得就应该抛开例子， 完全按照自己的思路独立进行， 这样可 能会在设计中碰到更多的问题， 但是这样也能让我学到更多， 而且在解决遇到的 问题时会更加引发自己的思考， 说不上创新， 但可能会有新意产生， 也就是自己 的东西了。 在这方面我做的也不是很好， 所以设计之后再回想一下， 里面自己的 东西很少，这也是以后需要改进的地方。

通过这次课程设计我对模拟电子技术有了更进一步的熟悉和了解， 实际操作 起来很困难， 要将实际和理论联系起来需要不断的下功夫， 它和课本上的知识有 很大联系，但又高于课本， 一个看似很简单的电路， 要动手把它设计出来就比较 困难了，因为是设计要求我们在以后的学习中注意这一点， 要把课本上所学到的 知识和实际联系起来， 同时通过本次电路的设计， 不但巩固了所学知识， 也使我 们把理论与实践从真正意义上结合起来， 增强了学习的兴趣， 考验了我们借助互 联网络搜集、查阅相关文献资料，和组织材料的综合能力。

在进行一个综合性的硬件设计时，

要全面考虑问题，

如想用其他信号来控制 必须是最重要相关的

一个信号，就要考虑到和这个信号直接或间接关系的信号， 信号，然后用真值表来解决他们的关系，

通过门电路来实现。 当我们拿到一个课

题时，一定要先仔细分析要求， 然后做出总体设计方案， 再进一步细化各单元电 路，最后将整个电路组合在一起，画出最终的逻辑电路图

我的设计缺少系统性， 在整个设计过程中探索性也不够。 不过这毕竟是初次 设计，我兴趣比较浓，积极性也挺高的，所以也做的比较早，而且设计的最后仿 真结果都还不错， 所以我给自己定位在良好偏上， 以后还需要多学习多交流多研 究，我相信我会有更大的进步。

最后，在通过这两个礼拜地设计实习， 让我真正理解了书本上知识， 也让我 知道我们课本上的知识在实际中怎么应用， 理论联系实践， 相互关系。 通过此次 设计，我对理论知识的学习有了很大的兴趣， 现在我可以主动的去学习， 我明白 自己该学习那个方面， 重点是什么？我也掌握的了在理论中遇到问题， 去解决，在实际中遇到迷团应该怎样去检查调试。

应该怎样

7 参考文献

电子技术基础》 康华光 高教出版社

电子技术课程设计指导》 彭介华 高教出版社

电子线路基础》 电路基础》

林康运 高等教育出版社 罗先觉 高等教育出版社

电子线路设计》 谢自美 华中科技大学出版社 电子电路设计实例与应用》 陈永甫 电子工业出版社