课程设计。
二○一一年十二月二十五日。
目录。1．设计任务书3
2．总体设计4
3．单元电路设计计算6
3.1 输入级。
3.2 放大电路及音频控制电路。
3.3 功率放大电路。
4．调试说明11
5．小结及讨论14
6．参考文献16
附录设计电路图17
1.设计任务书。
1.1 设计题目：高保真ocl音频放大器。
1.2 设计要求：
1.21 分析电路的组成及工作原理。
1.22 分析单元电路设计计算。
1.23 采用衰减式音调控制电路。
1.24 采用ocl音频功率放大器。
1.25 说明电路调试的基本方法。
1.26 画出完整电路图。
1.27 小结和讨论。
1.3 技术指标。
1.31最大不失真输出功率：pom≥10w
1.32 负载阻抗（扬声器）：rl=8
1.33频率响应：fl～fh=50hz～20khz
1.34音调控制范围：
低音：100hz+12db
高音：10khz+12db
1.35输出电压：ui≤100m
1.36失真度：r≤2%
1.37稳定性：在电源为+15～24v范围内变化时，输出零点漂移≤100mv
2.总体设计。
2.1电路整体方案的确定。
音频功率放大器的基本功能是把前级送来的声频信号不失真地加以放大，输出足够的功率去驱动负载（扬声器）发出优美的声音。放大器一般包括前置放大和功率放大两部分，前者以放大信号振幅为目的，因而又称电压放大器；后者的任务是放大信号功率，使其足以推动扬声器系统。
功率放大电路是一种能量转换电路，要求在失真许可的范围内，高效地为负载提供尽可能大的功率，功放管的工作电流、电压的变化范围很大，那么三极管常常是工作在大信号状态下或接近极限运用状态，有甲类、乙类、甲乙类等各种工作方式。为了提高效率，将放大电路做成推挽式电路，功放管的工作状态设置为甲乙类，以减小交越失真。常见的音频功放电路在连接形式上主要有双电源互补推挽功率放大器ocl（无输出电容）、单电源互补推挽功率放大器otl（无输出变压器）、平衡（桥式）无变压器功率放大器btl等。
由于功放管承受大电流、高电压，因此功放管的保护问题和散热问题也必须要重视。
ocl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。本课题输出级选用ocl功率放大器，偏置电路选用甲乙类功放电路。为了使电路简单，信号失真小，本电路选用反馈型音调控制电路。
为了不影响音调控制电路，要求前置输入阻抗比较高，输出阻抗低，本级电路选用场效应管共源放大器和源级跟随器组成。
高保真音频放大器组成框图。
实际的音频放大电路可以有不同的结构方案，下面根据由集成运放和晶体管的电路形式，如附录电路图所示进行设计。
3.单元电路设计计算。
3.1各级电压放大倍数的分配。
根据额定输出功率po和rl,求出输出电压为。
uo==√6.7*8=7.3(uo为有效值)
整机中频电压增益为：
aum==73 ①
设输入极电压增益，音调控制电路增益和输出极电压增益为aum1， aum2， aum3 则： aum1 aum2 aum3 =aum
其中aum11（射极输出器），aum2 =6可选取为(5~10), aum2 包括音频控制电路中电压放大器的增益和音调控制电路本身的中频衰减（对衰减式rc音调控制电路而言），aum3 =12可适当大些，它实际上是输入极的推动极电路的增益。
3.2电源电压的确定。
为了保证电路安全可靠地工作，通常使电路的最大输出功率pom比额定输出po要大一些，一般取：
po=(5~6.7)w pom(1.5~2)po=10w
所以，最大输出电压应根据pom来计算，为：
uom==12.6v
电源电压必须大于uom，因为输出电压为最大值时，vt1和vt2已经接近饱和。考虑到管子的饱和压降，以及发射极电阻的压降作用，我用下式表示电源电压和输出电压最大值的关系：
uom=ucc
ucc=uom ②
其中称为电源利用效率，一般取：
0.8 则：vcc=(15.75~21)v
根据管子的材料、发射极电阻值和扬声器阻抗来选定值。如果上述因素是输出电压降低很多时，可选低一些，反之可选高一些。
3.3功率输出级计算（见附录图3-3）
3.31．选择大功率管。
准互补对称功放级四只管子中t4,t5是大功率管，要根据晶体管的三个极限参数来选取。
1）vt1和vt2承受的最大反压：
ucem2ucc=30v
取vcc=15v)
2）单管最大集电极电流，忽略管压降：
icml=1.875
3）单管的最大集电极功耗：
两管在推挽工作时，单管最大集电极功耗为：
pcm=0.2pom =2.8w
选择vt4、vt5，使其极限参数满足：
uceo > ucem
ic m > i cm
pcm > pcm
注意应选取两功放管参数尽量对称，值接近相等，约为20。
3.32．选择互补管，计算r19, r20 ,r21
1) 确定r19, r20 ,r21
由于功放管的参数对称，它们的输入电阻为：ri= rbe20
要使互补管的输出电流大部分注入到功放管的基极，通常取r19,=r21=（5~10）ri 。平衡电阻r20可按r1 9/10选取。则r19,=r21=220，r20=22
2）选择互补管t2，t3
因为vt2和vt3，分别别与vt4、vt5复合，它们承受的最大反压相同，均为2ucc,所以在计算集电极最大电流和最大功耗时，要考虑大r3、r4的分流作用和晶体管内部造成的损耗。在工程计算中可近似认为：
icm=(1.1~1.5)ic4/=0.103a
pcm = 1.1~1.5) p cm4 /=0.154w
式中ic4，p cm4分别为功放管（t4,t5）的最大电流和最大管耗，为功放管的电流放大系数，约为25.
选择vt2、vt3，使其极限参数满足：
uceo > 2ucc
icm > i cm
pcm > pcm
vt2为npn型，vt3为pnp型，并使3 =4=25.。
3）计算偏置电阻。
功放级互补管（t2,t3）的静态电流由r16，二极管和r17支路提供。要使r16，r17中流过的电流ir16大于互补管的基极电流ibm，即ir16>ibm= i cm/ (一般取ir16 =1.2ibm) 式中i cm ，分别为互补管的集电极最大电流和电流放大系数，而ir16=（vcc-ube2-ube4）/ r16=(vcc- 0.
7-0.7) /r16，所以r16的阻值应为（vcc-1.4）/ ir16，而r17的阻值和r16相等。
3.4．推动级的计算。
推动级要有较大的电压放大倍数，前面已根据总路的电压增益确定了推动级的放大倍数aum3；其大小由闭环负反馈决定：aum3=1+rf/r14，r14阻值不要过小，一般为1~2k左右，于是反馈电阻的大小也就确定了，约为24 k.
3.5．衰减式音调控制电路的计算(参见附录图3-4)
3.51确定转折频率。
因为同频带为fl~fh,所以两个转折频率分别为。
fl2 = fl , fh2 = fh
又因为已知电路的转折频率fl1和fh2。又知flx和fhx处的提升衰减量，根据公式可求出：
fl2=flx ①
fh1=fhx ②
3.52．确定电位器rw2和rw1的数值。
因为运放的输入阻抗很高(一般大于500k)，又要求rw2和rw1的阻值远大于r1和r2的阻值，同时还满足提升和衰减量的要求，所以电位器rw2和rw1的阻值应选取的较大，通常100~500k范围，约为rw2=rw1=300 k
3.53．计算阻容元件值。
c 3=c4= fl2 c 3／fl1
r2=1／2c4 fl2
r1=1／2c4 fl1 － r2
c1= 1／2r1fl1
c2= 1／2(r1∥r2)fl1
3.54．音调控制电路的电压放大器（参见附录图）
根据前面电压增益分配的讨论，已知音调控制电路总的电压增益aum2，它包括音调控制电路的衰减量r2／(r1+r2)和电压放大器的增益au，所以有。
aum2 =au* r2／(r1+r2)
则au= aum2 *(r1+r2)／r2
au是由电压放大器中引入的负反馈决定的，即au=1+r9／r7
r7可取（1~2k），从而r9的阻值就确定了。
4.电路板调试。
4.1不通电检测。
检查单路元件焊接是否正确、可靠，注意元件的位置、管子型号、管脚是否接对，电解电容极性正确无误。用万用表电阻档检测电源 ucc及-ucc到输出中点间的电阻值，以及对地的电阻值。其余各管在路简易测试be、bc、be极间是否存在短路现象，无论何时都必须排除短路故障和烧保险丝故障才能开机。
为确保安全，可以选用断开基极的检测方法试之。
4.2通电测试。
界限要对直观检查是否烧保险丝，线路板上的电容、晶体管是否炸裂，电阻是否烧焦。通电检查时，可将电源开关打开，用手控制插头与插座的接触，测输出中点电位，如接近0，则接插头，然后手摸电路中各晶体管、电阻等是否有迅速发热的情况。若有，先要排除故障再开机。
正常情况下，中点电压为0或稍偏正或负值，用交流档检测输出中点有电压摆动。
4.3静态测试。
1）为保护功率管，首先负载开路测试。接通电源，粗测各级管子静态工作情况，逐级检查各管ube和uce。若发现ube=0（管子截止）或ube0（管子饱和）均属不正常。
检查场效应管ugs和uds是否符合设计值。首先排除故障，在逐级调整工作点。
输出级：输出重中点电位应为0v。若偏离0v，调节r15。注意在调整时，r15 应由小到大，使vt5始终工作在放大区，防止r15过大烧毁vt8.
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