模电课程设计-OTL音频功率放大器.doc
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课程设计报告
设计课题:
OTL音频功率放大器
专业班级:
10级自动化一班
学生姓名:
李洋洋
指导教师:
王红艳老师
设计时间:
2012年12月
目录
引言………………………………………………………3
一.设计任务与要求……………………………………3
1.1设计任务……………………………………………………3
1.2设计要求……………………………………………………3
二.OTL音频功放满足的具体性能指标……………………3
三.方案设计与论证………………………………………3
四.原理图元器件清单及原理简述………………………4
4.1总原理图………………………………………………………4
4.2元器件清单……………………………………………………4
4.3电路原理简述…………………………………………………4
五.安装与调试……………………………………………5
5.1元件的安装……………………………………………………5
5.2元件的调试……………………………………………………5
六.性能测试与分析………………………………….…6
6.1波形测试………………………………………………………6
6.2主要参数的测试与计算………………………………………6
七.个人心得体会…………………………………………7
八.参考文献………………………………………………8
题目OTL音频功率放大器
设计者李洋洋,宋念念,袁恒亮
指导教师王红艳
引言
OTL(Outputtransformerless)电路是一种没有输出变压器的功率放大电路。
过去大功率的功率放大器多采用变压器耦合方式,以解决阻抗变换问题,使电路得到最佳负载值。
但是,这种电路有体积大、笨重、频率特性不好等缺点,目前已较少使用。
OTL电路不再用输出变压器,而采用输出电容与负载连接的互补对称功率放大电路,使电路轻便、适于电路的集成化,只要输出电容的容量足够大,电路的频率特性也能保证,是目前常见的一种功率放大电路。
它的特点是:
采用互补对称电路(NPN、PNP参数一致,互补对称,均为射随组态,串联,中间两管子的射极作为输出),有输出电容,单电源供电,电路轻便可靠。
两组串联的输出中点”可理解为采用互补对称电路(NPN、PNP参数一致,互补对称,均为射随组态,串联,中间两管子的射极作为输出)。
1设计任务与要求
1.1设计任务:
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设计要求:
1.设计时要综合考虑实用,经济并满足性能指标的要求,合理选用元器件。
2.广泛查阅相关的资料,不懂的地方积极向老师同学请教,讨论。
认真独立的完成课题的设计。
3.按时完成课程设计并提交设计报告。
2OTL音频功放满足的具体性能指标
1.设音频信号为vi=10mV,频率f=1KHz。
2.额定输出功率Po≥2W。
3.负载阻抗RL=8Ω。
4.失真度γ≤3%。
3方案设计与论证
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的参数一致,互补对称,且均为共集电极接法,保证了输出电阻低,负载能力强的优点,作用是对输入的信号进行功率放大。
在明确了电路接线的基础上,在电路板上进行仿真模拟,并按照课本上相关的知识对该功放的主要参数计算。
电路在12V的直流电压下工作,在负载为8Ω的情况下保证了P≥2W,失真度γ≤3%,电路中还引入了交直流电压并联负反馈(由原理图中Rw1的一端接在A点引起)从而稳定了放大器的静态工作点,也改善了非线性失真。
电容C1C2为电源滤波电容,用以防止电源引线太长时造成的放大器的低频自激现象发生。
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,这样会使的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。
4总原理图元器件清单及原理的简述
4.1总原理图和PCB图纸
4.2元件清单
元件序号
型号或主要参数
数量
元件序号
型号或主要参数
数量
RW1
10k
1
C。
1000uF
1
RW2
1k
1
C1
10uF
1
RB1
3.3k
1
C2
100uF
1
RB2
2.4k
1
CE1
100uF
1
RC1
680Ω
1
T1
3DG6
1
RE1
100Ω
1
T2
3CG12
1
RL
8Ω
1
T3
3DG12
1
R
510Ω
1
D1
1N4007
1
其他实验及测试设备
+12V直流电源直流电压表直流毫安表函数信号发生器
双踪示波器交流毫伏表频率计
4.3电路原理简述
以上原理图即表示OTL低频功率放大器。
其中由晶体三极管T1组成推动级(也称前置放大级),T2、T3是一对参数对称的NPN和PNP型晶体三极管,它们组成互补推挽OTL功放电路。
由于每一个管子都接成射极输出器形式,因此具有输出电阻低,负载能力强等优点,适合于作功率输出级。
T1管工作于甲类状态,它的集电极电流IC1由电位器RW1进行调节。
IC1的一部分流经电位器RW2及二极管D,给T2、T3提供偏压。
调节RW2,可以使T2、T3得到合适的静态电流而工作于甲、乙类状态,以克服交越失真。
静态时要求输出端中点A的电位等于Ucc的一半,可以通过调节RW1来实现,又由于RW1的一端接在A点,因此在电路中引入交、直流电压并联负反馈,一方面能够稳定放大器的静态工作点,同时也改善了非线性失真。
当输入正弦交流信号ui时,经T1放大、倒相后同时作用于T2、T3的基极,ui的负半周使T2管导通(T3管截止),有电流通过负载RL,同时向电容C0充电,在ui的正半周,T3导通(T2截止),则已充好电的电容器C0起着电源的作用,通过负载RL放电,这样在RL上就得到完整的正弦波。
5安装与调试
5.1元件的安装:
1.元件焊接部位上锡。
2.将电阻器,晶体管插入印制板的相应位置上,要注意,电解电容器的极性和晶体管的管脚不要插错。
3.焊接元器件时保留元器件引线的适当长度,焊点要光滑,防止虚焊和搭锡。
5.2元件的调试:
1.静态工作点的调试
按上述原理图在电路板上连接线路,将输入信号旋钮旋至零(ui=0)电源进线中串入直流毫安表,电位器RW2置最小值,RW1置中间位置。
接通+12V电源,观察毫安表指示,同时用手触摸输出级管子,若电流过大,或管子温升显著,应立即断开电源检查原因(如RW2开路,电路自激,或输出管性能不好等)。
如无异常现象,可开始调试。
a.中点电位的调试。
理论上,对于OTL电路,单电源供电时,只要调整Rw1,就能使中点A点的电位等于电源电压的一半。
在实际调试过程中,很多情况下,调整Rw1,A点的电位很难达到电源电压的一半,而且在调试后,也难保持这个电压。
解决方案如下:
首先,用万用表检查各个晶体管是否完好,特别是查看输出级功放三极管T2、T3和输出级二极管D是否被击穿短路或开路。
然后通电检查各级放大电路的工作点是否正常。
并重新调整放大器的工作点,使中点UA恢复正常。
而且,放大器的工作点和中点电压要反复调整,才能达到要求。
(注:
中点电位的调试,学生体会到,静态工作点的调试方法,实操与理论分析的联系,以及理论知识的重要性。
)
b.调整输出极静态电流及测试各级静态工作点
调节RW2,使T2、T3管的IC2=IC3=10~20mA。
从减小交越失真角度而言,应适当加大输出极静态电流,但该电流过大,会使效率降低,所以一般以10~20mA左右为宜。
由于毫安表是串在电源进线中,因此测得的是整个放大器的电流,但一般T1的集电极电流IC1较小,从而可以把测得的总电流近似当作末级的静态电流。
如要准确得到末级静态电流,则可从总电流中减去IC1之值。
调整输出级静态电流的另一方法是动态调试法。
先使RW2=0,在输入端接入f=1KHz的正弦信号ui。
逐渐加大输入信号的幅值,此时,输出波形应出现较严重的交越失真(注意:
没有饱和和截止失真),然后缓慢增大RW2,当交越失真刚好消失时,停止调节RW2,恢复ui=0,此时直流毫安表读数即为输出级静态电流。
一般数值也应在10~20mA左右,如过大,则要检查电路。
输出极电流调好以后,测试各级三极管的静态工作点,并定性分析是否均工作在正常的范围内。
2、放大器无输出,完全无声故障排除。
从实验原理图中可知,输入信号要经过三极管T1的倒相放大后,在经过T2,T3进行功率放大,去推动输出级的喇叭工作,如果放大器完全没有输出,很可能就是因为两三极管b-e极偏压过小,不能保证两个三极管导通。
理论上,只要调整Rw1和Rw2使得二极管D和电阻Rw2提供的偏置电压能够满足T2,T3两三极管导通条件即可。
6性能测试与分析
6.1波形测试
1测试直流稳压电源示波器波形:
观察示波器的波形可知到该电源是否在工作范围内。
2测试OTL音频功率放大器的输出波形
按总原理图接好电路,在交流信号输入端用信号发生器接入1KHz10mV的电压源,用示波器观察RL两端的波形,并和输入的波形进行对比,观察波形有没有失真,输入信号是否确实被不失真放大了。
6.2主要参数的测试与计算
1.测量Pom
输入端接f=1KHz的正弦信号ui,输出端用示波器观察输出电压u0波形。
逐渐增大ui,使输出电压达到最大不失真输出,用交流毫伏表测出负载RL上的电压有效值U0,即可求出
2.测量η
当输出电压为最大不失真输出时,读出直流毫安表中的电流值,此电流即为直流电源供给的平均电流IdC(有一定误差),由此可近似求得PE=UCCIdc,再根据上面测得的P0m,即可求出。
3.输入灵敏度测试
输入灵敏度是指输出最大不失真功率时,输入信号Ui之值。
根据输入灵敏度的定义,只要测出输出功率P0=P0m时的输入电压值Ui即可。
6、噪声电压的测试
测量时将输入端短路(ui=0),观察输出噪声波形,并用交流毫伏表测量输出电压,即为噪声电压UN,本电路若UN<15mV,即满足要求。
7、试听
输入信号改为录音机输出,输出端接试听音箱及示波器。
开机试听,并观察语言和音乐信号的输出波形。
7个人心得体会
通过这次对OTL音频功率放大器的设计与制作,让我了解了设计电路的程序,也让我了解了关于OTL音频功率放大器的原理与设计理念,要设计一个电路总要先用仿真成功之后才实际接线的。
但是最后的成品却不一定与仿真时完全一样,因为在实际接线中有着各种各样的条件制约。
但也有些电路在仿真中无法成功,而在实际中因为芯片本身的特性而成功的。
所以,在设计时应考虑两者的差异,从中找出最适合的设计方法。
在为
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- 课程设计 OTL 音频 功率放大器