OCL功率放大器课程设计

OCL 功率放大器一、电路组成OCL 功率放大电路如图1所示，电路分为输入级、推动级和输出级等三个部分：输入级由33212b b121P R R R R R R T T 、、、、、、、、组成，其作用是抑制零点漂移和温度漂移，并使静态时的输出电压0≈o V ，从而保证电路稳定、可靠的工作；2P R 的作用是调整交流负反馈，3P R 的作用是调整21T T 、管的静态工作点；1P R 的作用是使74~T T 处于微导通(即使74~T T 工作于甲乙类状态)。

推动级由414143~R R D D R T P 、、、、及4p R 组成，它的任务是为输出级提供足够的驱动电流，并使74~T T 管处于甲乙类状态。

输出级由74~T T 、5R 和6R 组成，其任务是向负载提供信号功率。

它由互补对称电路组成，其中54T T 、组成NPN 型复合管，6T 和7T 组成PNP 型复合管，二、工作原理1）由图1可知，3T 管为PNP 管，组成的电路接成共发射级接法。

当3T 基极交流信号为正半周时，3T 管的 基-射之间总的电压减小，其集电极3C i 减小，3T 管趋于截止，此时，CC p P D C V R R R I V V -+++=)(44113（其中D V 是41~D D 的正向导通压降将减小，导致6B V 减小，使得76T T 、导通，负载有电流L i 流过；当76T T 、处于导通状态时，543T T T 、、截止，由于616B B R i I i I ≈+=（此时01≈I ）将增加，使得4R 及4p R 上产生压降，使得6B V 增加，所以6T 不能充分导通，影响输出级的动态范围（6446,)(B R CC p R B i I V R R I V ≈-+=）。

解决这一问题的方法是在电路中加一个自举电容3C ，其CC =5~12VV CC =5~12V100pF图1 OCL 功率放大器Ω容量应足够大（几十微法），而且44p R R >>。

由于静态时0≈A V ，电容3C 被充电，3C V 为负值，当246C R B V R i V -=也为负值，当3BE V 为交流信号正半周到来时，由于3C 两端电压不能跃变，故6B V 电位346C R B V R i V -=也跟着下降（3BE v 正半周信号到来时，由于3T 趋于截止，故03≈C i ，这样R i 亦趋近于零），这就保证了6T 充分导通趋于饱和，使6T 管有足够的基极电流，从而扩大了输出级的动态范围。

2）当3T 基极交流电压负半周到来时，3T 管集电极电流3C i 增加，3T 趋于饱和，则CC p P C D C V R R R i V V -+++=)(44133也将增加，54T T 、管充分饱和，有电流L i 流过负载。

三、深度负反馈在电路中的作用深度负反馈电路由2221p b R R T T 及、、组成，其中21T T 、采用差动式放大电路，形成了深度的交、直流负反馈。

由于21b b R R =,静态时，021==B B V V 。

当输入有信号1i V 时，使1BE v 增大，这时1T 管的↑↑↑→→e e B V i i 11，由于2T 管基极电位已定且02=B V ，所以e V 增加只能使2BE V 减小，这时2T 管电流产生同1T 管相反的变化，即↓↓→22e B i i 。

因为21T T 、组成的电路参数对称，而3R 又很大，那么1e i 增加的量几乎等于2e i 减小的量，也就是说1i V 被3R 分作两个大小相等，方向相反的信号（差模信号）加在1T 和2T 的基极。

这时两管发射极电流的变化量1e I ∆和2e I ∆大小相等而方向相反，所以3213)(R i i V e e R +=近似不变。

因此，当有差模信号输入时，3R 上压降不变，3R 对差模信号无负反馈作用。

如果因温度变化，使21b b 、的电位有等量的增加或减小（共模信号）时，则21be be V V 、也跟着有等量的变化，此时二管的1e i 和2e i 也会同时增加或减小。

如果be V 增加使e V 增加，这必然会加到两管的发射极，使21be be V V 、同时减小，从而抵消了由于加入共模信号使be V 增加的量，由此可见，3R 对共模信号强烈的抑制作用，有效地抑制了温度漂移。

另外，2T 管基极通过2P R 直接与输出端O 点相连，构成交、直流负反馈电路。

对于直流负反馈，当温度增加时，5E I 会增加，使得oV 上升，产生下述过程：↓↓↓↓↑↓↓↑↑↑↑→→→→→→→→→→o C C C C C be B e be A o V I V I V I V V V V V V 53311112)(不变时在结果经过反馈电路使o V 又降回来，从而抑制了输出点的零点漂移；对于交流负反馈，反馈支路如图2所示，为电压串联负反馈，反馈系数212b b b V R R R F +=，在满足深度负反馈条件下：电压放大倍数222221b P b b P V R RR R R A +=+=（注：电压放大倍数指1i oV V V A =，在输出信号最大不失真条件下，K R P 5.82=，这样，64.21.54.81=+=V A ）。

+V CC =5~12V四、电路设计主要技术指标及要求 1.额定输出功率W P o 1=。

2.负载阻抗W R L 8=。

3.频率响应 KHz Hz 20~10 4.输入电压V V mV V i i 1,1001≤≤1）选择电路形式功率放大器的基本任务是放大信号功率，所以它最主要的技术指标是输出功率、效率和非线性失真。

为保证电路从以上三个指标满足要求, 选择电路的组成形式是十分重要的。

由于甲类功放的效率较低，当采用变压器耦合的功率放大器时，它的高频和低频部份频率响应特征不好，在引入负反馈时，容易产生自激，这种电路通常应用与高频小信号谐振放大器，不适合用于低频大信号放大；如果采用无输出变压器的功率放大器（OTL ），无论是采用单电源还是双电源供电，输出端均需要接一个大电容，这个大容量电容严重影响了电路的低频特性；要进一步改善放大器的低频特性，往往采用OCL 电路，这种电路取消了输出电容，需要双电源供电。

如采用如图2.1所示的由运放和晶体管组成的功率放大器，为稳定工作点，提高电路的稳定性，在31T T 、发射极接有76R R 、，6R 和7R 通常选用几十欧至几百欧的电阻，另外，31T T 、集电极个接有平衡电阻1110R R 、。

它们一般取值也为几十欧至几百欧，这样，为确保43T T 、工作于甲乙类状态，避免输出信号的交越失真，即确保42~T T 基—射之间的静态压降为0.6V 左右，A 点、B 点电位势必要选的合适。

因此，为了使42T T 、在静态时处于微导通状态，21T T 、基本已处于饱和状态，再在加上111076R R R R 、、、产生的压降使得电阻上的功率损耗增加，使得整个电路的效率降低。

通常在最大不失真条件下，其效率η只能约为30%~42%。

为提高电路总的效率，往往采用如图1所示的输入级为差动电路的OCL 电路，该电路由于引入了交、直流负反馈，可大大改善低频响应，同时由于取消了如图2.1中的电阻107116R R R R 和、、，因而总的效率大为提高。

所以本设计采用如图1所示的功率放大电路。

2）确定电源电压电源电压的高低，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。

因为Lom Lo o R V R V P 22)21(== 所以输出电压最大值V R P V L o om 48122=⨯⨯==当输出电压为最大值时，75T T 、接近于饱和，考虑到75T T 、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om V ，他们之间的关系为CC om V V η=，一般取8.0~6.0=η。

本设计取7.0=η，这样，V V V omCC 7.57.04==-η，取电压标准档级V V V V CC CC 66-=-=，。

3）计算大功率管75T T 、选取大功率管主要考虑三个参数，即晶体管c-e 之间承受的最大反向电压CEO BR V )(、集电极最大电流CM I 和集电极最大功率损耗CM P 。

①当电源电压CC V 确定后，5T 和7T 承受的最大电压为V V V CC CE 12622max =⨯==。

②大功率管的饱和压降V V CES 3.0≤，若忽略75T T 、的管压降，每个管的最大集电极电流LCCC C R R V I I +==5max 7max 5因为5T 和7T 的射极电阻65R R 、选得过小，复合管稳定性差，过大又会损耗较多的输出功率，一般取L R R R )1.0~05.0(65==已知Ω=8L R ，则取Ω=⨯===8.081.01.065L R R R 选用标准档级电阻，取Ω==165R R 。

所以A R R V I I L CC C C 66.01865max 7max 5=+=+==③单管最大集电极功耗三极管5T 和7T 工作于推挽工作状态时，单管的最大集电极功率损耗为om C C P P P 2.0max 7max 5==。

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om P 比额定输出功率o P 要大一些，一般取o om P P )2~5.1(=，取W P P o om 5.15.115.1=⨯==。

考虑到功放管75T T 、工作于甲乙类，存在静态电流o I ，实际管耗要大一些，一般o I 为mA mA 30~10，这里，取mA I o 20=。

故每管最大管耗W V I P P P CCo om C C 42.0610205.12.02.03max 7max 5=⨯⨯+⨯=+==- ④根据功率管极限参数，选择75T T 和 选择大功率管，其极限参数应满足max575max 575max 57)(5)(C CM CM C CM CM CE CEO BR CEO BR P P P I I I V V V >=>=>=由于互补对称电路要求二极管尽量对称，故选取75ββ=为满足电路性能，三极管75,T T 选用硅管。

这样得到三极管的极限参数为：WP P A I I V V V CM CM CM CM CEO BR CEO BR 111275757)(5)(======综上所述，选定5T 型号为TIP41C ，7T 型号为TIP42C ，经测试其11075==ββ。

⑤选择64T T 、由于4T 和6T 分别与5T 和7T 复合，它们承受的最大电压相同，均为CC V 2。

这样，V V V CEO BR CEO BR 126)(4)(==在计算集电极最大电流和最大管耗时，若忽略87R R 、和75T T 、内部的损耗， 取5max5max 6max 4)5.1~1.1(βC C C I I I ==5m a x5m a x 6m a x 4)5.1~1.1(βC C C P P P ==在设计时，取mA I I I C C C 911066.05.1)5.1~1.1(5max5max 6max 4=⨯===β mW P P P C C C 7.511042.05.1)5.1~1.1(5max5max 6max 4=⨯===β 选择64T T 、，使其极限参数满足:m WP P m A I I V V V CM CM CM CM CEO BR CEO BR 1001001264646)(4)(======选取4T 为3DG8050，6T 为3DG8550，经测试其21064==ββ。