模电课程设计报告《OCL功率放大器设计》1

电子信息工程专业

模电课程设计报告

班 级 09级通信3班 学 号 09022030xx 姓 名 x x 设计时间 2011.05.20--06.01_ __ 指导老师 x x x

华侨大学厦门工学院

2011年05月29日

前言

摘要: 放大电路实质上都是能量转换电路。从能量控制的观点来看，功率放大电路和电压放大电路没有本质的区别。但是，功率放大电路和电压放大电路所要完成的任务是不同的。对电压放大电路的主要要求是使其输出端得到不失真的电压信号，讨论的主要指标是电压增益，输入和输出阻抗等，输出的功率并不一定大。而功率放大电路则不同，它主要要求获得一定的不失真（或失真较小）的输出功率，因此功率放大电路包含这一系列在电压放大电路中没有出现过的特殊问题，这些问题是：

(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。

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是英文Output Capacitor Less 的缩写，意为无输出电容。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，为钏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。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。为了培养学生的设计能力，本课题主要采用分立元件电路进行设计。

一、课程设计目的、任务与要求

1、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

2、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．失真度3%；

⑤．设计放大器所需的±15V的直流稳压电源。 3、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。 4、制作要求：

①．业余制作手绘电路图，或用Protel绘制；

②．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。 ③．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。

④．输入部分和输出部分距离远一些为好，以免互相干扰。 5、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） ⑥钻孔 （小电钻）

 热转印法制板基本流程：

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 )

⑤．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） ⑥．用清洗剂清洗电路板上的黑色碳粉; ⑦．用打孔机在电路板打孔。 6、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。

7、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。 8、完成整体电路设计及论证。 9、编写设计报告

写出设计与制作的全过程，附上有关资料和图纸，有心得体会。

二、总体方案设计

1、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，推动级和输出机等部分组成。如下图所示：

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。

三、功放部分电路计算简介

①．确定电源电压

指标：P05W(9W为优)　　　　　RL8 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POM(1.5~2)PO2510W　VCC(1.2~1.5)UOM(考虑饱和压降2~3V)则，由PO1UO2RL2UOM2RLPO210812VVCC1.2121.51214.4V18V 折中取：15V(应该是不小于该值)　此即：稳压电源输出应在15V以上，才能满足功率要求。　　　　　

②．末级功放管的选取

功放管的选取指标：PCM,ICM,VCEmax基于上一节的结果，以VCC15，POM10W为归算条件则，　PCM0.2POM2W　集电极最大耗散功率　ICMVCCRL2A　　集电极饱和穿透电流　UCEmax２VCC30V　　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3~5倍故：PCM6W,ICM6A,UCEmax60V

③．复合管的选取

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UCEmax2VCC21530V 最大穿透电流和耗散功率，可参照下式计算：　　　　 ICmax(1.1~1.5)ICVT6/　PCmax(1.1~1.5)PCmaxVT6/　　　　　　 上两式中的应为复合管两级的积据此，设功放管的功放=30，与之复合的小功率管小=100 则，总的=3000而ICvt6POMRL1081A，所以复合小功率管的：

　　　　　ICmax(1.1~1.5)ICVT6/=(1.1~1.5)1/30000.37~0.5(A)功放原理图如下：

　　　　　PCmax(1.1~1.5)PCmaxVT6/(1.1~1.5)2/30000.74~1(W)

④．电阻R6-R11的估算

R7,R8用来减小复合管的穿透电流,其值太小会影响复合管的稳

定性,太 大又会影响输出功率,一般取R7=R8=(5--10)Ri2。Ri2为V2管输入端的等效输入电阻，其大小为Ri2=rbe2+（1+β）R10（大功率管的 r约为10欧）输出管V2，V4的发射极电阻R10，R11用于获得电流负反馈作用，使电路工作更加稳定，一般取R10=R11=（0.05—0.1）RL。

由于V1，V3管的类型不同，接法也不一样，因此两管的输入阻抗不一样，会使加到V1，V3的基极输入端的信号不对称。为此，加R6，R9作为平衡电阻，使两管的输入电阻相等。 ⑤． 确定偏置电路

为了克服交越失真，二极管V8，V9和R7，R8共同组成输出级的偏置电路，以使输出级工作于甲乙类状态。其中V8，V9选择与复合管V4，V5相同材料的硅二极管，可获得较好的的温度补偿作用。

四、前置放大部分电路计算简介

五．电源部分设计及电路计算

电源原理图如下图：

 原理图中：220 V市电经变压器输出两组独立的25 V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。

 ±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。D5、D6为防止反相电流冲击稳压块的保护二极管。

 电源尾部的两个LED灯用于检查电路是否通路，但是并不能确定电源是否为±15V，具体的幅值要用万用表确定。 六、总结

课设的过程是艰辛的，但是收获是巨大的。首先，我们再一次的加深巩固了对已有的知识的理解及认识；其次，我们第一次将课本知识运用到了实际设计，使得所学知识在更深的层次上得到了加深。再次，因为这次课程设计的确在某些方面存有一定难度，这对我们来讲

都是一种锻炼，培养了我们自学、查阅搜集资料的能力；再有，计算操作过程中，我们曾经面临过失败、品味过茫然，但是最终我们还是坚持下来了，这就是我们意志、耐力和新年上的胜利，在今后的日子里，它必将成为我们的宝贵财富。

参考文献：

1.<<电子设计技术>> 陆 坤 张义中 电子科技大学出版 1998.10

2.<<现代音响技术设计>> 张飞碧 项 钰 机械工业出版社 2004.7

3.<<集成电路应用800例>> 陈永莆 电子工业出版社 2000.1

4.<<新型集成电路及其应用实例>> 何希才 科技出版社

5.<<模拟电路技术>> 张英全 刘芸 樊爱华 机械工业出版社