音频功率放大器的设计毕业设计(编辑修改稿)

音频功率放大器的设计毕业设计(编辑修改稿)内容摘要：

11 故负载上得到的最大输出功率为： () 2).直流电源提供的功率 PE 因为静态 时 负载上无电压，所以 两个直流电源各提供半个周期的电流，其峰值为 Iom=Uom/RL。 故每个 直流电源转换过来的 平均电流为： () 因此两个电源提供的功率为： () 输出最大功率时，电源提供的功率也最大： () 3) 效率 η 输出功率与电源提供的功率之比称为功率放大器的效率。 一般情况下效率为 () 理想情况下 ，忽略 Uces，则 Uom≈ Vcc，得到 理想近似情况下 电路的最大效率为 ≈ % () 4) 管耗 Pv 直流电源提供的功率与输出功率之差就是消耗在三极管上的功率，即 () 由分析可知，当 Uom=2Vcc/π≈ ，三极管总管耗最大，其值为 () 每个管子的最大功耗为 : () 5) 功率管的选择 功率管的 选择必须满足其 极限参数 且保有一定的余量才能满足实际情况即 有Icm、 Pcm 和 U(BR)CEO 等主要参数 ， 还要考虑其工作环境及一些特殊 要求， 若想得到最大输出功率，功率管的参数应满足下列条件： ，且要有一定的余量 ，即 ，即基极开路时集电极 发射极间的反向击穿电压。 因为这个电压的大小与 BJT 的穿透电流 Iceo 直接相联系，当管子的 Vce增加，使 Iceo 明显Lomomπ0 omE ππ)(d)(s i nπ21 RUIttII   CComLCCEE π 22 VURVIP 2CCLEm π2 VRP CCom00Eo 4π100 VUPP 0000Emomm 1 0 04π1 0 0  PPL2omCComLoEV 2π 2 RUVURPPP o m a xo m a x2L22ccV m a x PPRVP o m a xV m a xV 2 m a xV 1 m a x PPPP omVm a xCM PPP 武汉工业学院毕业 论文 12 增大时，导致集电结出现雪崩击穿。 即必须满足： 即一只三极管饱和导通时，另一只三极管承受的最大反向电压约为 2Vcc。 即集电极最大 允许电流 ，因为当 Ic 过大时， β 值将会下降 ,放大能力差。 β 值下降到一定值时的 Ic 即为 Icm。 则必须满足： d. 温度对 BJT 参数及特性都有影响，所以要考虑其工作温度条件。 第二节 OCL 立体声功放机的设计 一． OCL 功率放大电路的 特 点 OCL 是英文 Output Capacitor less 的缩写，意思是 “ 没有输出电容器 ” 的功放电路。 它 是一种 双电源 互补对称输出的单端推挽电路，为甲乙类电路工作方式，是由 OTL（无输出变压器）电路改进设计而成的。 它的特点是：前置、推动、功放及至负载扬声器全部都 是直流耦合的， 零输入零输出， 即省略了匹配用的输入、输出变压器，也省略了输出电容器，克服了低频时电容器容抗使扬声器低频输出下跌，低频相 移的不足，以及浪涌电流对扬声器的冲击，避免了扬声器对电源不对称 ， 使正负半周幅度不同而产生的失真， 为使零输入零输出特性，采用双电源， 损耗低，效率高，保真度好， 成为当今大功率放音设备的主流电路 [6]。 二． 简单的 OCL 功放电路 图 24 简单的 OCL 功放电路 图 24 是乙类双电源互 补对称功率放大电路。 V1 为 NPN 型管， V2 为 PNP 型管，两管参数完全对称，称为互补对称管 ,两管构成的电路形式都为射极输出器，电路CC(BR)CEO 2VU LCCCM RVI 武汉工业学院毕业 论文 13 工作原理分析如下 : 1) 静态分析 由于电路无静态偏置电 路，故两管的静态参数 IBQ、 ICQ、 IEQ 均为零，即两个三极管静态时都工作在截止区，无管耗，电路属于乙类工作状态。 负载上无电流，输出电压 uo=0。 2) 动态分析 (1) 当输入信号为正半周时， ui0，且大于 V1 的 偏置电压 ，三极管 V1 导通， V2截止，管 V1 的射极电流 ie1 经 +VCC 自上而下流过负载， 在 RL 上形成正半周输出电压 ，uo0。 (2) 当输入信号为负半周时， ui 0，且大小大于 V2 的偏置电压 ，三极管 V2 导通， V1 截止，管 V2 的射极电流 ie2 经－ VCC 自下而上流过负载，在 RL 上形成负半周输出电压， uo0。 （ 3）综上，则 ui在 0左右变化的过程 中 uo的输出会在此产生交越失真。 三． 总体设计思想 进一步分析电路后，为 能 给电路提供较为稳定的电源，应设置一个稳压源电路；又因为差分电路 不仅能有效的放大直流信号，而且能有效的减小由于电源波动和晶体管随温度变化多引起的零点漂移 ，并且具有很高的共模抑制 比，所以常将差分放大电路作为 功放的输入级；要将信号再进行放大 即电压电流都要放大 ，因此 设置一个共射级的激励级 ；最后输出级应加一个推挽电路，由 两 个 异型 晶体管 组成，可以是 两个参数相同的功率 BJT 管或 MOSFET 管，以推挽方式存在于电路中，各负责正负半周的波形放大任务，电路工作时， 两只对称的功率开关管每次只有一个导通，损耗小 且 效率高。 终上所述， 应将电路分为以下四个部分：稳压源电路，差分输入级，中间放大级，互补对称输出级。 总体的结构图如图 25所示： 图 25 OCL 立体声功放 电路的 总体结构图 中间放大级 差分输入级 互补对称输出级 稳压源电路 武汉工业学院毕业 论文 14 四． 分级设计电路 1. 稳压源电路 交流稳压电源又称交流稳压器 ，是将 电力网交流电压变换为电子设备所需要的稳定的直流电源电压。 直流电源的组成框图及相关波形如下： 随着电子技术的发展，特别是电子计算机技 术应用到各工业、科研领域后，各种电子设备都要求稳定的交流电源供电，电网直接供电已不能满足需要，交流稳压电源的出现解决了这一 问题。 一般将交流稳压源可分为 : ① 晶闸管交流稳压器。 用晶闸管作功率调整元件 ,稳定度高、反应快且无噪声 ,但对通信设备和电子设备造成干扰。 ② 磁放大器式交流稳压器。 将磁放大器和自耦变压器串联而成，利用电子线路改变磁放大器的阻抗以稳定输出电压。 ③ 滑动式交流稳压器。 通过改变变压器滑动接点位置稳定输出电压。 ④ 感应式交流稳压器。 靠改变变压器次、初级电压的相位差，使输出交流电压稳定 [7]。 直流稳压电源 又称直流稳压器。 它的供电电压大都是交流电压，当交流供电电压的电压或输出负载电阻变化时，稳压器的直接输出电压都能保持稳定。 稳压器的参数有电压稳定度、纹波系数和响应速度等。 前者表示输入电压的变化对输出电压的影响。 纹波系数表示在额定工作情况下，输出电压中交流分量的大小；后者表示输入电压或负载急剧变化时，电压回到正常值所需时间。 直流稳压电源分连续导电式与开关式两类。 从工作方式上可分为： ① 可控整流型。 用改变晶闸管的导通时间来调整输出电压。 ② 斩波型。 输入是不稳定的直流电压，以改变开关电路的通断比得到单向脉动直流，再经滤 波后得到稳定直流电压。 ③ 变换器型。 不稳定直流电压先经逆变器变换成高频交流电，再经变压、整流、滤波后，从所得新的直流输出电压取样，反馈控制逆变器工作频率，达到稳定输出直流电压的目的。 对一个 OCL 功率放大器而言，考虑到要提供一个双电源的稳定电压，可以用一个带中心抽头的变压器，输出一正一负的电压，再将交流信号进行整流和滤波，可以得到稳定的电压 +18V和 18V，整流电路由四个二极管 IN4007 组成，滤波电容统一用四个 1000uF 的电解电容，电路设计如下： 武汉工业学院毕业 论文 15 图 26稳压源电路 如上图所示，变压器初级线圈加了一个 220V的交流电压源，在次级线圈中产生两个交流电源 +15V和 15V, 经过四个二极管整流后，在 A 点得到 +18V 的电压，在 B 点得到 18V的电压，提供直流电压给后级的电路，为使输出尽量不失真，又在后面加了四个滤波电容。 2. 差分输入级 差分放大电路是 由两个参数特性相同的晶体管 以 直接耦合方式构成的放大器。 若两个输入端上分别输入大小相同且相位相同的信号时，输出为零， 输出差模信号，抑制共模信号， 从而克服零点漂移 及输入信号变化引起的静态工作点的变化， 适于作直流放大器 [8]。 差分放大器是普通的单端输入放大器的一种推广，只要将差放的一个输入端接地，即可得到单端输入的放大器。 很多系统在差分放大器的一个输入端输入信号，另一个输入端输入反馈信号，从而实现负反馈 ，使静态工作点趋于稳定。 常用于电机或者伺服电机控制，以及信号放大。 对与该题目“ OCL 功放”，选 择两个 9014 的 NPN 管即可，他们所有的参数都一样，构成对管，并在两管的发射极的交点处加上一个 33 千欧 的负载电阻，提高其共模抑制比，和加入一定的负反馈。 另外，输入端加上一个 10uF的电解电容，可以起到滤波的作用，同理，输出端加上一个 武汉工业学院毕业 论文 16 47uF 的电解电容。 设计图如下： 图 27 差分输入级 如图所示，为观察信号的放大，应在输入 端加入一定的交流信号，观察其输出的信号，所以接上 IO1, IO2 接地端。 输出端也应相应的接个端口，和输入对应。 3. 中间放大级 三极管对信号实现放大作用时在电路中可有三种不同的连接方式（或称三种组态），即共（发）射极、共集电极和共基极接法，这三种接 法分别以发射极、集电极、基极作为输入回路和输出回路的交流公共端。 由于共射极电路电压电流增益都大于 1， 输入电阻在三种组态中居中，输出电阻与集电极电阻有关，适于低频；共集电极放大电路只有电流放大作用，即只有电压跟随作用，输入电阻高，输出电阻小，频率特性好；共基极放 大电路只有电压放大作用，输入电阻小，输出电阻与集电极电阻有关，高频特性好。 综合考虑，中间放大级采用共发射极放大电路。 [9] 共发射极基本放大电路的采用的是 NPN 管。 为保证放大电路能够不失真地放大交流信号，放大电路的组成应遵循以下原则： 1) 保证三极管 在整个输入信号过程中 工作在放大区 2) 保证信号有效的传输 ，不会产生失真 对于改设计来说，用共发射极基本放大电路作为中间放大级就可以了，能够达到将信号进一步进行放大的目的，设计图如下： 武汉工业学院毕业 论文 17 图 28中间放大级 易得，输入从基级输入交流信号，从集电极输出信号，显然是个共射级的放大电路，可以起到中间放大的作用。 4. 互补对称输出电路 因为在大多数的实际应用中，单管的 BJT 组成的放大电路往往不能满足特定的增益、输入电阻、输出电阻等要求，为此，常把三种组态中的两种进行适当的 组合，以便发挥各自的优点，获得更好的性能。 如下，输出级是采用共射 共射放大电路，以提高放大增益。 互补推挽放大器 中的 “ 互补 ” 是 指： 采用两种不同极性的三极管，利用不同极性三极管的输入极性不同，用一个信号来激励两只不同极性的三极管，这样可以不需要有两个大小相等、相位相反的激励信号。 电路中，一个是 NPN型三极管，另一个是 PNP型三极管，两只三极管的基极相连，在两管的基极加一个音频输入信号作推动信号。 两管基极和发射极并联，由于两只三极管的极性 不同，基极上的输入信号电压对两管而言一个是正向偏置，一个是反向偏置。 当输入信号为正半周时，两管基极同时电压升高，此时输入信号电压给一管加上正向偏置电压，所以该管进入导通和放大状态。 由于基极电压升高，对另一管来讲加上反向偏置电压，所以该管处于截止状态。 输入信号变化到负半周后，两管基极同时电压下降，给另一管正向偏置，使该管进入导通和放大状态，而一管又进入截止状态 [10]。 这种利用 NPN型和 PNP 型三极管的互补特性，用一个信号来同时激励两只三极管的电路，称之。