OCL功率放大器设计.docx
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OCL功率放大器设计
题目：
OCL功率放大器
院（系）：
专业班级：
学号：
学生姓名：
指导教师：
（签字）
课程设计（论文）任务及评语
院（系）：
电子与信息工程学院教研室：
电子信息工程
学号
学生姓名
专业班级
课程设计（论文）题目
OCL功率放大器
课程设计（论文）任务
设计参数：
1.采用全部或部分分立元件设计一种OCL音频功率放大器。
2.额定输出功率
3.负载阻抗
。
4.失真度
5.设计放大器所需的直流稳压电源。
设计要求：
1.分析设计要求，明确性能指标。
必须仔细分析课题要求、性能、指标及应用环境等，广开思路，构思出各种总体方案，绘制结构框图。
2.确定合理的总体方案。
对各种方案进行比较，以电路的先进性、结构的繁简、成本的高低及制作的难易等方面作综合比较，并考虑器件的来源，敲定可行方案。
3.设计各单元电路。
总体方案化整为零，分解成若干子系统或单元电路，逐个设计。
4.组成系统。
在一定幅面的图纸上合理布局，通常是按信号的流向，采用左进右出的规律摆放各电路，并标出必要的说明。
指导教师评语及成绩
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答辩：
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指导教师签字：
年月日
注：
成绩：
平时20%论文质量60%答辩20%以百分制计算
摘要
OCL功率放大器是一种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。
OCL是英文OutputCapacitorLess的缩写，意为无输出电容。
采用两组电源供电，使用了正负电源，在电压不太高的情况下，也能获得比较大的输出功率，省去了输出端的耦合电容。
使放大器低频特性得到扩展。
OCL功放电路也是定压式输出电路为钏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。
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地方便。
培养学生的设计能力。
本设计主要采用分立元件电路进行设计本电路设计采用前置放大电路和音频功率放大电路相结合的放大模式，前者采用LM324D对电压进行放大，后者采用性能优良的2N2905和2N5551对电压和电流放大，给音响放大器的负载（扬声器）提供一定的输出功率。
当负载一定时，希望输出的功率尽可能大，输出的信号的非线形失真尽可能的小，效率尽可能的高。
在功放电路的两个二极管，这样保证了信号不失真。
关键词：
线性放大;失真小;简易;稳定；
目录
第1章OCL功率放大器设计方案论证1
1.1OCL功率放大器的应用意义1
1.2OCL功率放大器设计的要求及参数1
1.3总体设计方案1
1.3.1设计方案论证1
1.3.2总体设计方案框图4
第2章OCL功率放大器各单元电路设计5
2.1直流稳压电源部分5
2.2前置放大级部分5
2.3功率放大器部分6
第3章OCL功率放大器整体电路设计7
3.1整体电路图及工作原理7
3.2电路参数计算8
3.2.1确定电源电压参数8
3.2.2确定信号放大部分参数8
3.3电路仿真结果8
3.3.1前置放大电路8
3.3.2功率放大电路9
第4章设计的总结10
参考文献11
附录I总体电路图12
附录II元器件清单13
第1章OCL功率放大器设计方案论证
1.1OCL功率放大器的应用意义
OCL（OutputCapacitorless无输出电容器）电路是采用正负两组对称电源供电,没有输出电容器的直接耦合的电路,负载接在两只输出管中点和电源中点。
OCL功率放大器是在OTL功率放大器的基础上发展起来的一种全频带直接耦合低功率放大器，它在高保真扩音系统中得到了广泛应用。
1.2OCL功率放大器设计的要求及参数
设计参数：
1.采用全部或部分分立元件设计一种OCL音频功率放大器。
2.额定输出功率
3.负载阻抗
4.失真度
5.设计放大器所需的直流稳压电源。
设计要求：
1.分析设计要求，明确性能指标。
必须仔细分析课题要求、性能、指标及应用环境等，广开思路，构思出各种总体方案，绘制结构框图。
2.确定合理的总体方案。
对各种方案进行比较，以电路的先进性、结构的繁简、成本的高低及制作的难易等方面作综合比较，并考虑器件的来源，敲定可行方案。
3.设计各单元电路。
总体方案化整为零，分解成若干子系统或单元电路，逐个设计。
4.组成系统。
在一定幅面的图纸上合理布局，通常是按信号的流向，采用左进右出的规律摆放各电路，并标出必要的说明。
1.3总体设计方案
1.3.1设计方案论证
根据本课题要求，我们所设计的低功率放大器应由以下几部分组成：
直流稳压电源、前置放大及功率放大。
以下逐一加以设计及论证。
方案一：
本设计的电源通过变压器变为25V交流电，经整流滤波得到±31V的直流电；同时直流电再经三端集成稳压电路输出±15V，供应前置放大电路和功率放大器使用。
前置放大电路采用低噪声双运放，分别以相同放大的方式，作为左右通道的信号放大。
功率放大电路由三部分组成：
输入级、推动级和输出级。
输入级由有两个三极管组成差分放大电路，推动级由一个三极管组成，输出级由两个三极管对称构成。
两输出管分别由正、负两组电源供电，扬声器直接接在两输出管的输出端与地之间，同时应使本功放工作在甲乙类状态。
本方案性能较好，完整通顺，但结构比较复杂，制作较难。
如图1.1：
图1.1方案一
方案二：
本设计的电源通过变压器变为25V交流电，经整流滤波得到±31V的直流电；同时直流电再经三端集成稳压电路输出±15V，供应前置放大电路和功率放大器使用。
前置放大电路采用通用型低功耗集成四运放LM324D，功率放大部分，Q1和Q2组成互补输出初级。
Q1和Q2分别使用2N5551和2N2905,D1D2克服交越失真，从而更好的进行信号放大。
本方案符合设计要求，思路清晰，结构简单，制作容易，实用性强。
如图1.2：
图1.2方案二
通过比较本设计选择方案二。
1.3.2总体设计方案框图
图1.3总体设计方案框图
本设计采用市电供电，将市电220V通过变压器变成±15v的直流电，供前置放大器与功率放大器使用。
输入信号通过前置放大电路进行初步放大，再经过功率放大器进行进一步的放大。
最后通过输出端输出，即得到所需。
第2章OCL功率放大器各单元电路设计
2.1直流稳压电源部分
220V市电经变压器输出两组独立的25V交流电，大电容滤波得到±35V直流电，再加一个0.1μF小电容滤除电源中的高频分量。
考虑到制作过程中电源空载时的电容放电可在输出电容并上1kΩ大功率电阻。
另外这组直流电还要传给7824、7924来获得±15V。
万一输入端短路，大电容放电会使稳压块由于反电流冲击而损坏，加两个二极管可使反相电流流向输入端起到保护作用。
（如图2.1所示）
图2.1直流稳压电源
2.2前置放大级部分
前端放大功能是完成小信号的电压放大任务、提高信噪比，其失真度和噪声对系统的影响最大，是应该优先考虑的指标。
此电路为反相比例放大电路，由运放LM324D。
图2.2前置放大器
和电阻R1，R2组成，电容可以滤出直流信号对电路放大增益的影响，放大交流有用信号，此电路放大交流小信号输入到下级电路。
通过调节R1，R2，可改变电压增益，Av=-R2/R1。
2.3功率放大器部分
如图2-3所示，此功率放大器利用了甲乙类双电源互补对称电路，Q1和Q2组成互补输出级。
静态时，在D1、D2上产生的压降为Q1和Q2提供了一个适当的偏压，使之处于导通状态。
二极管D1和D2为三极管提供门坎电压从而克服因达不到门坎电压而引起的交越失真。
由于电路对称，静态时ic1=ic2，iL=0，Vo=0。
而有信号时，由于电路工作在甲乙类，即使Vi很小，（D1和D2的交流电阻也小），故而进行放大。
图2.3功率放大器
第3章OCL功率放大器整体电路设计
3.1整体电路图及工作原理
分析：
220V市电经变压器、桥式整流、滤波以及运放7824、7924可获得±24V的直流电。
用此电源来给前置放大电路及功率放大器提供能量。
普通信号经由输入端输入到前置放大电路，电容滤除信号中的直流量，流入双运放NE5532放大。
放大信号可经电阻R2进行负反馈，通过测试后从输出端输出，形成
图3.1整体电路图
初步放大信号,初步放大信号经由二极管D1，D2流入甲乙类双电源互补对称功率放大电路，二极管D1和D2为三极管提供门坎电压从而克服因达不到门坎电压而引起的交越失真。
Q1和Q2组成互补输出级。
输出放大信号，供负载扬声器使用。
3.2电路参数计算
3.2.1确定电源电压参数
为了达到设计要求，同时使电路安全可靠地工作，电路的最大输出功率Pom应比设计指标大些一般取Pom≈（1.5～2）Po。
由于Pom=V2om/2RL,因此，最大输出电压为Vom=（2POMRL）1/2。
考虑到输出功率管Q1和Q2的饱和压降，所以电源电压常取VCC=（1.2～1.5）Vom。
这里我取了LM7824,LM7924这两个运算放大器，它们所输出的电压为±15V，其他指标也均达到要求。
因此它们可作为前置放大电路与功率放大器的直流稳压电源。
3.2.2确定信号放大部分参数
输入级：
反相比例放大电路增益Av=R2/R1=38
输入信号Vo经放大倍数38倍的的反相比例放大电路放大后输出电压
Vo1=38*Vi
Q1和Q2组成互补输出级。
静态时，在D1、D2上产生的压降为Q1和Q2提供了一个适当的偏压，使之处于导通状态。
由于电路对称，静态时ic1=ic2，iL=0，Vo=0。
而有信号时，由于电路工作在甲乙类，即使Vi很小，也能正常工作进行线性放大。
因为功率放大电路部分是采用设计输出，电压增益接近为1，所以输出电压
Vo=Vo1=38*Vo
输出功率：
Po=（Vo*Vo）/R6
这里我选取了运放LM324D，以及三极管Q12N5551，Q22N2905，进行前置放大和功率放大。
3.3电路仿真结果
3.3.1前置放大电路
在输入200mv，1000hz的交流信号经仿真得到如下波形：
图3.2前置放大电路仿真结果
3.3.2功率放大电路
初步放大信号由功率放大器放大经仿真得到如下波形：
图3.3功率放大仿真结果
第4章设计的总结
本设计通过方案的比较，选出如下方案：
原理分析：
220V市电经变压器、桥式整流、滤波以及运放7824、7924可获得±15V的直流电。
用此电源来给前置放大电路及功率放大器提供能量。
普通信号经由输入端输入到前置放大电路，电容滤除信号中的直流量，流入双运放NE5532放大。
放大信号可经电阻R2进行负反馈，通过测试后从输出端输出，形成初步放大信号。
初步放大信号经由二极管D1，D2流入甲乙类双电源互补对称功率放大电路，二极管D1和D2为三极管提供门坎电压从而克服因达不到门坎电压而引起的交越失真。
Q1和Q2组成互补输出级。
输出放大信号，供负载扬声器使用
采用运放7824、7924、电桥IN5402、运放LM324D、三极管2N551、2N2905、二极管1N3903为主要部分，分别构成了直流稳压电源部分、前置放大部分、功率放大部分通过multisim10仿真软件对电路仿真后结果满足要求，完成了本实验。
参考文献
[1]康华光等编著《电子技术基础》（第三版）（模拟部分）北京高等教育出版社
[2]章忠全等编著《电子技术基础实验与课程设计》中国电力出版社1999
[3]实用电子技术手册编委会编著《实用电工电子技术手册》北京机械工业出版社2003
[4]全国大学生电子设计大赛组委会编著《全国大学生电子设计竞赛获奖作品精选》北京理工大学出版社2003.3
[5]韩广兴等编著《电子元器件与实用电路基础》电子工业出版社
[6]陈汝全等编著《电子技术常用器件应用手册》机械工业出版社1994
[7]周亦武等编著《放大电路指南》福建科学技术出版社
王静波等编著《电子技术实验与课程设计指导》电子工业出版社2011
附录
总体电路图
附录
元器件清单
元器件名称
元器件参数
元器件名称
元器件参数
电桥D1（D1～D4）
IN5402×4
电容C1
0.1μF
电桥D2（D5～D8）
IN5402×4
电容C2
0.1μF
电阻R1
1KΩ/1W
电容C3
0.33μF
电阻R2
1KΩ/1W
电容C4
0.33μF
二极管D9
2CP10
电解电容C5
2200μF/35V
二极管D10
2CP10
电解电容C6
2200μF/35V
运放U1
LM7824
电解电容C7
2200μF/35V
运放U2
LM7924
电解电容C8
2200μF/35V
电解电容C9
10μF
电解电容C10
10μF
电阻R1
1kΩ
电容C1
10μF
电阻R2
38kΩ
电容C2
10μF
电阻R3
3kΩ
运放U1
LM324D
电阻R4
100Ω
电容C3
2.2mF
电阻R5
100Ω
二极管D1
1N3903
电阻R6
8Ω
二极管D2
1N3903
三极管Q1
2N5551
三极管Q2
2N2905
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