模电课程设计

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： 输入信号：有效值UiW200mV.最大输出功率：P5W.负载电阻：RL=20Q(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：(1)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。 (2)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。(3)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UiW200mV；最大输出功率值为P>5W；且负载电阻和通频带分别 为：RL=20Q和BW=80HZ10KH。对于这个题目，可根据课本上所学的知识 和根本OCL电路以及集成运放的有关知识来进展设计。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，对系统进展分析，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，进展参数的选择和确定，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，并进展仿真和调试，屡次重复 得出正确的结果。三、电路图及电路原理1、四运算放大器45从集成运放的符号看，可以把它看作是一个双端输入、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一样. 它在电路图中可构成反向比例运算电路。2、根本OCL电路原理VCC111 冲T19 jVCC2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ui>0时，T1管导通，T2管截止，正电源供电，电 路为射极输出形式，uoui.当ui<0时，T1管截止，T2管导通，负电源供电， 电路也为射极输出的形，u0"ui.既电路中T1和T2是交替工作，正、负电源交替 供电，输出和输入之间双向跟随。但这种互补的电路会产生交越失真，从而影 响电路的性能。为了消除这种交越失真可采用下面的电路图。消除交越失真的OCL电路:电路的原理:静态时，从+VCC经过R4、R5、D1、D2、R6至到-VCC有一个直流电流, 它在T1和T2管两个基极之间所产生的电压为UB!B2=UR5+UD!+UD2使UB1B2略大于T1管发射结和T2管发射结开启电压之和，从而使两只管 子均处于微导通态，即都有一个微小的基极电流，分别为IB和IB2。调节R2, 可使发射极静态电位为0V，即输出电压U0为0V。当所加的信号按正弦规律变化时，由于二极管D1、D2的动态电阻彳艮小， T1管基极电位的变化与T2管基极电位的变化近似相等，可认为两管基极之间 电位差根本是一恒定值，两个基极的电位随Ui产生一样变化。这样，当Ui>0V 且逐渐增大时，T2管截止，当Ui<0V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:VCC20四、电路参数确定1、电源电压确实定：（1）交流电源200mV由示波器提供。（2）直流电源电压的计算：电源电压的上下，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：所以输出电压最大值Vom=V2P0RL= V2X5X20=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 V ，他们之间的关系为 omV二耳V ，一般取耳=0.60.8 .om CC本次 设计取n =0.8,这样，Vcc二Vom/0.8=14.14/0.8=17.7V ,那么 取电压 Vcc=18V,-Vcc=-18V.2、 电路中各参数确实定当电源电压Vcc确定后，T1和T2承受的最大电压为VCEmax=2 X 18=36V.功率管的饱和压降Vces<0.3V，假设忽略T1、T2的管压降，那么每个管的最大 集电极电流 Iemax=Vcc/(R7+R8+RL)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。RL=20Q，那么 R8二R9=0.025RL=0.025 X 20=0.50R7=(Vcc-Uo-Uces-Ur8)/R7"1OKQ，由于电路的对称性，可得 R10"10KQ.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.调试时再进展验证，假设不正确，再进展修改。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展， 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=(Vcc-1.4)/(R4+R5+R6)R6=(Vcc-UR6)/I R5= UB1B2/IR4=(Vcc-UR6- UB1B2)/I将条件代人上面的式子中就可得：R5二R6"10KQ，R41Q对于C1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O.luF1 uF，C2起隔直流作 用，取值为5uF15uF，.再根据电路进展调节。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 一个电压并联负反响电路,如以下列图：R3VvVR1VvV那么：R2二R1/R3，而且其值都不能太大，取R1=R3=5KQ，那么:R2=R1 XR3/(R1+R3)=5X5/(5+5)=2.5KQ五、电路的功能和性能验证根据上面确定的参数结果进展验证，当RL=20Q时，由总电路图分析可得：+Vcc=18V, -Vcc=-18V，负载电阻信号源输出有效值 Vi=200mV测量值，输出得到负载端电压有效值 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，那么电路 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U°=0.707Uom时，所对应的放大器上线截止频率站和下线截止频率£ 分别为 £"83HZ, fH"12KHZ。由以上分析可得验证的结果与题目的要求根本相一致，说明上面设计的电路图 和确定的参数已根本正确。六、设计成果1、最终电路原理图：R41 OhmR16 k Lihm-AAArnCl I uFR25 k OhmAA/VLM1£F：22.5 k OHt.2、信号发生器的输入信号:16 uF1- FR510 h: Uhm3LD1R610 k uhm当信号发生器输入信号值为141mV时,Ui=199.4mVW200mV,如以下列图所示：ra ra FO5 ° ? I1U k OhmTf2N：jyLH10FITRS0.5 Ohn5 w>0.5 OhmP T27401S Ria >10 k 曲 8勺RL2u uhm用万用表测得其输入电压的有效值13 Multime-ter | £3 I199.4 nW曰Settings |irnVMF 匚 A nhm3、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，得波形如以下列图：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，那么得到其上限频率和下限频率分别为:匚=84.63円乙站=12.48乙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M ultisi m进展仿真调试时，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，进展调试和性能测试时，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，我还是抑制了。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拟困难的。这就 要求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，不但稳固我们所学的知识，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。一开场，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。但在教师的指导下，我结合课本和上课时教师讲述的知 识，大量的查阅资料，慢慢的开场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。它不但加深稳固了对已有的 知识的理解、认识和实际操作能力；而且因为这次课程设计确实在某些方面存 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，它必将成为我们的珍贵财富。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 东西只是一个外表性的，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.?模拟电子技术根底?第四版华成英、童诗白主编，高等教育，20062.?模拟电子技术根底?（第四版）习题解答华成英主编，高等教育。9