模电课程设计_OCL功率放大器的设计说明

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1、.目录一、 设计题目及要求1二、 题目分析和设计思路1三、 电路图及电路原理2四、 电路参数确定4五、 电路的功能和性能验证6六、 设计成果6七、 总结与体会9八、 参考文献及资料9一、设计题目及要求1. 设计题目OCL功率放大器的设计2. 设计要求设计一个集成运放和晶体管组成的OCL功率放大器。设计任务:(1) 输入信号：有效值i200mV.(2) 最大输出功率：P5W.(3) 负载电阻：RL=20(4) 通频带：BW=80HZ10KHZ二、 题目分析和设计思路1、题目分析OCL功率放大器是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。性能优良的集成功率放大

2、器给电子电路功放级的调试带来了极大的方便。集成功率放大电路还具有输出功率大、外围元件少、使用方便等优点,因此在收音机、电视机、扩音器、伺服放大电路中也得到了广泛的应用。功率放大器可分为三种工作状态：甲类工作状态Q点在交流负载的中点,输出的是一种没有削波失真的完整信号。乙类工作状态Q点在交流负载线和IB=0输出特性曲线的交界处,放大器只有半波输出。甲乙类工作状态Q点在交流负载线上略高于乙类工作点处。乙类互补的电路会产生交越失真,可采用甲乙类互补电路来消除。本次题目要求设计一个集成运放和晶体管组成的OCL功率放大器,输入信号有效值为i200mV；最大输出功率值为P5W；且负载电阻和通频带分别为：R

3、L=20和BW=80HZ10KH。对于这个题目,可根据课本上所学的知识和基本OCL电路以及集成运放的有关知识来进行设计。2、设计思路首先,根据题目的分析确定目标,设计整个系统是由哪些模块组成,各个模块之间的信号传输,并设计OCL功率放大器的初步电路图。并考虑要用到元器件有哪些？其次,对系统进行分析,根据系统功能,选择各模块所用的电路形式和其具有的功能。1然后,进行参数的选择和确定,根据系统指标的要求,确定各模块在电路中的元件参数。 最后,得出总电路图,连接各模块的电路,并进行仿真和调试,多次重复得出正确的结果。三、 电路图及电路原理1、四运算放大器从集成运放的符号看,可以把它看作是一个双端输入

4、、单端输出、具有高差模放大倍数和抑制温度漂移能力的放大电路。运算放大器可用上图所示的符号来表示,它有5个引出脚,其中1、2为两个信号输入端,5、4为正、负电源端,3为输出端。2为反相输入端,表示运放输出端Vo的信号与该输入端的相位相反；1为同相输入端,表示运放输出端Vo的信号与该输入端的相位相同.它在电路图中可构成反向比例运算电路。2、基本OCL电路原理2原理分析：在上图的OCL电路中,T1和T2特性对称,采用了双电源供电,静态时,T1和T2均截止,输出电压为零。设晶体管b-e间的开启电压可忽略不计；输入电压为正弦波。当ui0时,T1管导通,T2管截止,正电源供电,电路为射极输出形式,u0ui

5、.当ui0V且逐渐增大时,T2管截止,当Ui0V且逐渐减小时,T1管截止。这样,即使Ui很小,总能保证至少有一只晶体管导通,因而消除了交越失真。3、总电路图 根据以上分析和设计,得初步的总电路图如下：四、 电路参数确定1、 电源电压的确定：（1） 交流电源200mV由示波器提供。（2） 直流电源电压的计算：电源电压的高低,决定着输出电压的大小,而输出电压又由输出功率决定,所以指标给定了输出功率,即可求出电源电压：4因为所以输出电压最大值VOM=2P0RL=2520=14.14V当输出电压为最大值时,T1、T2接近于饱和,考虑到T1、T2的饱和压降及发射极电阻上的压降等因素,电源电压必须大于,他

6、们之间的关系为,一般取. 本次设计取=0.8,这样,Vcc=Vom/0.8=14.14/0.8=17.7V,则取电压Vcc=18V,-Vcc=-18V.2、 电路中各参数的确定当电源电压Vcc确定后,T1和T2承受的最大电压为VCEmax=218=36V.功率管的饱和压降VCES0.3V,若忽略T1、T2的管压降,则每个管的最大集电极电流 Iemax=Vcc/因为T1和T2的射极电阻R8、R9选的过小,复合管的稳定性差,而过大了又会损耗较多的输出功率,一般取R8=R9=0.010.1RL,但相对来说R7、R10取的要大一些。已知RL=20,则R8=R9=0.025RL=0.02520=0.5R

7、7=/R710K,由于电路的对称性,可得R1010K.初步选择四运算放大器为LM1877,T1为2N3904,T2为2N5401,两个二极管为1N4001.调试时再进行验证,若不正确,再进行修改。 中间R4、R5和两个二极管以及R6和三极管组成消除交越失真的OCL电路,考虑到电路前后的关系和影响,为保证中间电路的正常进行,R5、R6不宜过大,最好是小于或等于R7和R10.而R4要较小,至少应为R5的千分之一。UB1B2=UR5+UD1+UD2 Vcc=UR4+ UB1B2+UR6 I=/R6=/I R5= UB1B2/IR4=/I将已知条件代人上面的式子中就可得：R5=R610K,R41对于C

8、1和C2,因为输入的交流电压小为200mV,所以其电容值也不宜过大,C1是输入耦合电容,隔直通交,用于信号传递,取值0.1uF1uF, C2起隔直流作用,取值为5uF15uF,.再根据电路进行调节。5最后,R1、R2、R3及四运算集成放大器构成一个反相比例运算电路,也是一个电压并联负反馈电路,如下图：则：R2=R1R3 ,而且其值都不能太大,取R1=R3=5K,则：R2=R1R3/=55/=2.5K五、电路的功能和性能验证根据上面确定的参数结果进行验证,当+Vcc=18V,-Vcc=-18V,负载电阻RL=20时,由总电路图分析可得：信号源输出有效值Vi=200mV测量值,输出得到负载端电压有

9、效值V0=14.1V,这与计算的Vom=14.14V相符。电路总电流I=0.705A。负载得到的功率P0=9.94W,大于5W。毫无疑问此电路有放大的功能,输入Vi=200mV,输出V0=14.1V,则电路的放大倍数为Auf=V0/Vi=14.1V/200mV=70.5在保证输入信号Ui大小不变的条件下,改变信号发生器的频率,用交流毫伏表测出U0=0.707Uom时,所对应的放大器上线截止频率fH和下线截止频率fl分别为fl83HZ,fH12KHZ。 由以上分析可得验证的结果与题目的要求基本相一致,说明上面设计的电路图和确定的参数已基本正确。六、设计成果1、 最终电路原理图：62、 信号发生器

10、的输入信号：当信号发生器输入信号值为141mV时,用万用表测得其输入电压的有效值Ui=199.4mV200mV,如下图所示：3、 输入和输出波形 用示波器测量输入和输出波形,将示波器A、B通道分别接到信号发生器输出端和U0 端,得波形如下图：74、波特图仪通频带 用波特图仪测量通频带的结果如上图所示,则得到其上限频率和下限频率分别为:fL=84.63HZ,fH=12.48KHZ.5、元器件明细表元器件代号名称型号备注U1四运算放大器LM1877放大 024V 2WT1三极管2N3094通用 60V 0.2AT2三极管2N5401音频放大 0.6AD1二极管1N4001整流 低频 50VD2二极

11、管1N4001整流 低频 50V8 此外,还用到电阻11个,电容2个,信号发生器1个,波特图仪1个,示波器1 个。6、相关说明 电路用EWB或Multisim进行仿真调试时,在工作界面上画出上面的总电路图,并标好参数值,注意不要弄错,进行调试和性能测试时,要注意元器件的使用,信号发生器和波特图仪的接点参数要正确。七、总结与体会为期一个星期的课程设计,让我对模拟电子技术有了更进一步的熟悉和了解,也让我知道我们课本上的知识在实际中怎么应用,怎么去操作。尽管在实际中操作起来很困难,我还是克服了。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是比较困难的。这就要求

12、我们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,不但巩固我们所学的知识,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。一开始,我刚拿到这个题目时觉的它还算简单,但是等到实际操作的时候很多问题就出来了。但在老师的指导下,我结合课本和上课时老师讲述的知识,大量的查阅资料,慢慢的开始一点一点的有了解题的思路。对它的兴趣也是越来越深,那种自己实际设计制作的快乐感觉是不曾有过的。虽然快乐但课程设计的过程也是艰辛的,不过收获也是巨大的。它不但加深巩固了对已有的知识的理解、认识和实际操作能力；而且因为这次课程设

13、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、耐力和心灵上的胜利,在今后的日子里,它必将成为我们的宝贵财富。通过这次的课程设计,我深刻体会到了自己知识的匮乏,原来自己所学的东西只是一个表面性的,当然这次设计也使我学到了许多书本上学不到的东西,理论联系实际是我们学习中不可缺少的必要环节。养成能吃苦能耐劳的良好习惯,和坚持不懈的品质是我们新时代大学生所必备的,还有同学之间相互帮助、鼓励也是值得发扬的。在以后的学习和生活中,我会更加的努力去做好每一件事,我相信只要我不放弃,只要我坚持下去就会成功。八、参考文献及资料1.模拟电子技术基础第四版华成英、童诗白主编,高等教育出版社,2006。2.模拟电子技术基础习题解答华成英主编,高等教育出版社。9.