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華僑大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院 OCL功率放大器的設(shè)計(jì) 模電課程設(shè)計(jì) 一 課設(shè)設(shè)計(jì)目的 任務(wù)與要求 設(shè)計(jì)目的 1 掌握電子系統(tǒng)的一般設(shè)計(jì)方法2 掌握模擬電路器件的應(yīng)用3 培養(yǎng)綜合應(yīng)用所學(xué)知識(shí)來指導(dǎo)實(shí)踐的能力4 掌握常用元器件的識(shí)別和測(cè)試5 熟悉常用儀表 了解電路調(diào)試的基本方法 設(shè)計(jì)任務(wù) OCL音頻功率放大器 設(shè)計(jì)要求第一 輸出功率要盡可能大為了獲得大的功率輸出 要求功放管的電壓和電流都有足夠大的輸出幅度 因此器件往往在接近極限運(yùn)用狀態(tài)下工作 第二 功率效率要盡可能高由于輸出功率大 因此直流電源消耗的功率也大 這就存在一個(gè)效率問題 所謂效率就是負(fù)載得到的有用信號(hào)功率和電源供給的直流功率的比值 這個(gè)比值越大 意味著效率越高 第三 非線性失真要盡可能小功率放大電路是在大信號(hào)下工作 所以不可避免地會(huì)產(chǎn)生非線性失真 而且同一功放管輸出功率越大 非線性失真往往越嚴(yán)重 這就使輸出功率和非線性失真成為一對(duì)主要矛盾 但是 在不同場(chǎng)合下 對(duì)非線性失真的要求不同 例如 在測(cè)量系統(tǒng)和電聲設(shè)備中 這個(gè)問題顯得很重要 而在其它工業(yè)系統(tǒng)中 則以輸出功率為主要目的 對(duì)非線性失真的要求就降為次要問題了 第四 功率器件的散熱要盡可能好在功率放大電路中 為了輸出較大的信號(hào)功率 器件要承受較高的電源電壓 其次 為了充分利用允許的管耗而使管子輸出足夠大的功率 放大器器件的散熱就成為設(shè)備能否安全可靠工作的重要保證 此外 在功率放大電路中 為了輸出較大的信號(hào)功率 器件要承受較大的動(dòng)態(tài)電流 這也會(huì)增加功率管損壞的概率 所以 功率管的損壞與保護(hù)問題是產(chǎn)品設(shè)計(jì)中不容忽視環(huán)節(jié) OCL是英文OutputCapacitorLess的縮寫 意為無輸出電容 OCL功率放大器是一種一種直接耦合的功率放大器 它具有頻響寬 保真度高 動(dòng)態(tài)特性好及易于集成化等特點(diǎn) OCL電路通常采用兩組電源供電 使用了正負(fù)電源 在電壓不太高的情況下 也能獲得比較大的輸出功率 省去了輸出端的耦合電容 使放大器低頻特性得到擴(kuò)展 OCL功放電路也是定壓式輸出電路 該電路由于性能比較好 所以廣泛地應(yīng)用在高保真擴(kuò)音設(shè)備中 盡管性能優(yōu)良的集成功率放大器給電子電路功放級(jí)的調(diào)試帶來了極大地方便 但為了培養(yǎng)學(xué)生的設(shè)計(jì)能力 本課題要求采用分立元件電路進(jìn)行設(shè)計(jì) 二 產(chǎn)品指標(biāo)及設(shè)計(jì)要求 1 設(shè)計(jì)指標(biāo) 采用分 立元件 集成電路 設(shè)計(jì) 額定輸出功率 負(fù)載阻抗 失真度 設(shè)計(jì)放大器所需的直流穩(wěn)壓電源 2 設(shè)計(jì) 制作過程分析設(shè)計(jì)要求 明確性能指標(biāo) 查閱相關(guān)資料 分析對(duì)比方案 畫出電原理圖 分析計(jì)算元器件的性能及參數(shù) 電路的仿真與調(diào)試 論證并確定合理的總體設(shè)計(jì)方案 繪制功能結(jié)構(gòu)框圖 OCL功率放大器各單元具體電路設(shè)計(jì) a 分解總體設(shè)計(jì)方案b 以子系統(tǒng)或單元電路為單元 逐個(gè)細(xì)化設(shè)計(jì) c 電路計(jì)算根據(jù)設(shè)計(jì)要求 結(jié)合 方案 對(duì)各單元電路的元器件參數(shù)進(jìn)行分析計(jì)算 確定其參數(shù) 印刷電路板制作 根據(jù)最后確定的各單元電路 繪制出總的印刷電路圖 制作印刷電路板 PCB板 制作要求 a 業(yè)余制作手繪電路圖 或用Protel繪制 b 根據(jù)電路原理圖中所用的元件形狀和印刷板面積的大小合理安排元件的密度和各元件的位置 確定元件位置應(yīng)按照先大后小 先整體后局部的原則進(jìn)行 使電路中相鄰元件就近放置 排列整齊均勻 c 各元件之間的連接導(dǎo)線在拐彎處和兩線相交處不能拐直角 須用曲線過渡 也不能相互交叉和迂回太遠(yuǎn) 有些導(dǎo)線實(shí)在做不到這一點(diǎn)時(shí) 可以考慮在印刷板的反面印制導(dǎo)線 再用穿釘與正面電路連接 或在焊接元件時(shí)另外用絕緣導(dǎo)線連接 d 輸入部分和輸出部分距離遠(yuǎn)一些為好 以免互相干擾 制作流程 1 原稿制作 噴墨 硫酸紙 激光 硫酸紙 透明菲林 光繪非林 2 曝光 曝光機(jī)60 180秒 太陽光5 10分鐘 日光燈8 10分鐘 3 顯像 專用顯像劑 4 蝕刻 三氯化鐵 5 鉆孔 小電鉆 1 用protel或PowerPCB直接畫PCB圖 不會(huì)PROTEL PowerPCB的 也可以用Windows的畫筆程序 以備打印 畫出您所需要的印刷電路板圖2 將圖打印到熱轉(zhuǎn)印紙 比如 不干膠貼紙的光滑底襯紙 打印出來后仔細(xì)觀察 檢查是否有斷線的地方 3 將打印好PCB的轉(zhuǎn)印紙平鋪在覆銅板上 準(zhǔn)備轉(zhuǎn)印 4 將熱轉(zhuǎn)印紙上的碳粉通過熱轉(zhuǎn)印機(jī)轉(zhuǎn)印到敷銅板上 也可用很熱的電熨斗加溫 約140 170 之間 加壓將轉(zhuǎn)印紙上黑色塑料粉壓在覆銅板上形成高精度的抗腐層 等溫度稍低后再慢慢將轉(zhuǎn)印紙揭下來 4 將敷銅板放入三氯化鐵腐蝕液進(jìn)行腐蝕 注意不要腐蝕過度 5 用清洗劑清洗電路板上的黑色碳粉 6 用打孔機(jī)在電路板打孔 熱轉(zhuǎn)印法制板基本流程 焊接焊點(diǎn) 圓滑光亮 無氣孔 無尖角 無拖尾 大小一致 焊料適當(dāng) 使焊錫充布焊盤 不堆錫 更不能粘連 焊接時(shí)時(shí)間不宜超過3s 防止損壞元件 焊接CMOS器件時(shí)應(yīng)使用防靜電烙鐵 防止將其極性擊穿 當(dāng)元件焊錯(cuò)后需要拆器件時(shí)要特別注意焊板上的銅片 一旦銅片脫落 就會(huì)在電路的連接上造成困難 檢查 調(diào)試各電路板 通電測(cè)試性能參數(shù) 撰寫設(shè)計(jì)報(bào)告 1 功率放大器的作用是給負(fù)載RL提供一定的輸出功率 當(dāng)RL一定時(shí) 希望輸出功率盡可能大 輸出信號(hào)的非線性失真盡可能小 且效率盡可能高 2 由于OCL電路采用直接耦合方式 為了保證工作穩(wěn)定 必須采用有效措施抑制零點(diǎn)漂移 為了獲得足夠大的輸出功率驅(qū)動(dòng)負(fù)載工作 故需要有足夠高的電壓放大倍數(shù) 因此 性能良好的OCL功率放大器應(yīng)由輸入級(jí) 推動(dòng)級(jí)和輸出機(jī)等部分組成 如下圖所示 3 設(shè)計(jì)思路 3 OCL功放各級(jí)的作用和電路結(jié)構(gòu)特征輸入級(jí) 主要作用是抑制零點(diǎn)漂移 保證電路工作穩(wěn)定 同時(shí)對(duì)前級(jí) 音量控制級(jí) 送來的信號(hào)作用低失真 低噪聲放大 為此 通常都采用帶恒流源的 由復(fù)合管組成的差動(dòng)放大電路 且設(shè)置的靜態(tài)偏置電流較小 推動(dòng)級(jí) 作用是獲得足夠高的電壓放大倍數(shù) 以及為輸出級(jí)提供足夠大的驅(qū)動(dòng)電流 為此 可采帶集電極有源負(fù)載的共射放大電路 其靜態(tài)偏置電流比輸入級(jí)要大 輸出級(jí) 的作用是給負(fù)載提供足夠大的輸出信號(hào)功率 可采用有復(fù)合管構(gòu)成的甲乙類互補(bǔ)對(duì)稱功放或準(zhǔn)互補(bǔ)功放電路 此外 還應(yīng)考慮為穩(wěn)定靜態(tài)工作點(diǎn)須設(shè)置直流負(fù)反饋電路 為穩(wěn)定電壓放大倍數(shù)和改善電路性能須設(shè)置交流負(fù)反饋電路 以及過流保護(hù)電路等 電路設(shè)計(jì)時(shí)各級(jí)應(yīng)設(shè)置合適的靜態(tài)工作點(diǎn) 在組裝完畢后須進(jìn)行靜態(tài)和動(dòng)態(tài)測(cè)試 在波形不失真的情況下 使輸出功率最大 動(dòng)態(tài)測(cè)試時(shí) 要注意消振和接好保險(xiǎn)絲 以防損壞元器件 確定電源電壓 4 功放部分電路計(jì)算簡介 末級(jí)功放管的選取 復(fù)合管的選取 其他參數(shù)確定 5 前置放大部分電路計(jì)算簡介 要確定運(yùn)放的選型 需要先確定電路總的電壓放大倍數(shù) 請(qǐng)按設(shè)計(jì)要求自行計(jì)算 典型電路中的運(yùn)放供電分別取自電源的正負(fù)極 由兩組R4R5和C2 C3 C6 C7構(gòu)成分壓濾波供給運(yùn)放工作 電源用10 F 0 1 F電容去耦合 6 電源部分設(shè)計(jì)及電路計(jì)算 典型電路 典型電路中 220V市電經(jīng)變壓器輸出兩組獨(dú)立的25V交流電 大電容濾波后得到 35V直流電 再加一個(gè)0 1 F小電容濾除電源中的高頻分量 制作調(diào)試過程中 電源空載時(shí)可在輸出電容上并聯(lián)1k 大功率電阻供電容放電 保護(hù)穩(wěn)壓塊 35V直流電 經(jīng)兩個(gè)穩(wěn)壓塊分別獲得所需的輸出電壓 穩(wěn)壓塊型號(hào) 既要考慮其輸入 出電壓 還要注意其輸出電流 保證足夠的電源功率輸出 變壓器一定要保證其輸出功率足夠 發(fā)熱小 D9 D10為防止反相電流沖擊穩(wěn)壓塊的保護(hù)二極管 最后 預(yù)祝大家順利完成任務(wù)