OCL功率放大器报告

1 绪论

功率放大器(简称功放)的作用是给音频放大器的负载RL(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，输出信号的非线性失真尽可能地小，效率尽可能高。音频放大器的目的是以要求的音量和功率水平在发声输出元件上重新产生真实、高效和低失真的输入音频信号。音频频率范围约为20 Hz～20 kHz，因此放大器必须在此频率范围内具有良好的频率响应。本设计中要求设计一个实用的音频功率放大器。在输入正弦波幅度=200mV，负载电阻等于8Ω的条件下最大输出不失真功率P o≥2W，功率放大器的频带宽度BW≥50Hz~15KHz，在最大输出功率下非线性失真系数r≤3%。

驱动级应用运算放大器μA741来驱动互补输出级功放电路，功率输出级由双电源供电的OCL互补对称功放电路构成。为了克服交越失真，由二极管和电阻构成输出级的偏置电路，以使输出级工作于甲乙类状态。为了稳定工作状态和功率增益并减小失真，电路中引入电压串联负反馈。本课程设计是一个OCL功率放大器，该放大器采用复合管无输出耦合电容，并采用正负两组双电源供电。综合了模拟电路中的许多理论知识，巩固了用运放和三级管组成电路的应用，负反馈放大电路基本运算电路的性能与作用。

本设计报告首先对音频功率放大器进行了简单的介绍，选择放大电路的设计方案。选择好合理的方案后对电路的基本构成进行了分析，设计出电路图并且分析该电路，按照课程设计任务书对参数进行分析计算使电路的参数满足设计要求。并且通过ORCAD软件设计出电路图，并对所设计电路工作原理进行分析。利用ORCAD软件对所设计的电路进行模拟与仿真分析分别对静态工作点，瞬态波形分析，频率分析等，对ORCAD进行了一定的简介。然后利用PROTEL软件绘制该电路的PCB印制电路板图，并且对PROTEEL软件进行了一定的简介。最后对电路在面包板上进行连接和到实验室进行调试。写出相关总结和心得体会。

2 音频功率放大器

2.1 音频功放的性能指标

音频功率放大器的主要作用是向负载提供功率，要求输出功率尽可能大，

效率尽可能高。非线性失真尽可能小。功放的性能指标参数如下：

（一）灵敏度

对放大器来说，灵敏度一般指达到额定输出功率或电压时输入端所加信号的电压大小，因此也称为输入灵敏度；对音箱来说，灵敏度是指给音箱施加1W的

输入功率, 在喇叭正前方1米远处能产生多少分贝的声压值。

（二）阻尼系数

负载阻抗与放大器输出阻抗之比。使用负反的晶体管放大器输出阻抗极低，

仅零点几欧姆甚至更小，所以阻尼系数可达数十到数百。

（三）反馈

也称为回授，一种将输出信号的一部分或全部回送到放大器的输入端以改变电路放大倍数的技术。

负反馈

导致放大倍数减小的反馈称为负反馈。负反馈虽然使放大倍数蒙受损失，但能够有效地拓宽频响，减小失真，因此应用极为广泛。

正反馈

使放大倍数增大的反馈称为正反馈。正反馈的作用与负反馈刚好相反，因此

使用时应当小心谨慎。

（四）动态范围

信号最强的部分与最微弱部分之间的电平差.对器材来说,动态范围表示这

件器材对强弱信号的兼顾处理能力。

（五）响应

频率响应

简称频响，衡量一件器材对高、中、低各频段信号均匀再现的能力。对器材频响的要求有两方面，一是范围尽量宽，即能够重播的频率下限尽量低，上限尽量高；二是频率范围内各点的响应尽量平坦，避免出现过大的波动。

瞬态响应

器材对音乐中突发信号的跟随能力。瞬态响应好的器材应当是信号一来就立

即响应，信号一停就嘎然而止，决不拖泥带水。

（六）信噪比(S/N)

又称为讯噪比，信号的有用成份与杂音的强弱对比，常常用分贝数表示。设

备的信噪比越高表明它产生的杂音越少。

（七）屏蔽

在电子装置或导线的外面覆盖易于传导电磁波的材料，以防止外来电磁杂波

对有用信号产生干扰的技术。

（八）阻抗匹配

一件器材的输出阻抗和所连接的负载阻抗之间应满足的某种关系,以免接上负载后对器材本身的工作状态产生明显的影响。对电子设备互连来说，例如信号源连放大器，前级连后级，只要后一级的输入阻抗大于前一级的输出阻抗5-10倍以上，就可认为阻抗匹配良好；对于放大器连接音箱来说，电子管机应选用与其输出端标称阻抗相等或接近的音箱，而晶体管放大器则无此限制，可以接任何阻抗的音箱。［4］

2.2 音频功放的特点

音频功率放大器的特点：

1、输出功率足够大——为获得足够大的输出功率，功放管的电压和电流变化范围应很大。

2、效率要高——功率放大器的效率是指负载上得到的信号功率与电源供给

的直流功率之比。

3、非线性失真要小——功率放大器是在大信号状态下工作，电压、电流摆动幅度很大，极易超出管子特性曲线的线性范围而进入非线性区，造成输出波形的非线性失真，因此，功率放大器比小信号的电压放大器的非线性失真问题严重。［4］

2.3 功放的分类及本设计的整体构思

功率放大电路的电路形式很多，有双电源供电的OCL互补对称功放电路，单电源供电的OTL功放电路，BTL桥式推挽电路和变压器耦合功放电路，等等。我选用的是双电源供电的OCL互补推挽对称功放电路。

此推挽功率放大器的工作状态为甲乙类。推挽功率放大器的工作状态之所以设为甲乙类而不是乙类，其目的是为了减少“交越失真”。若设置为乙类状态，由于两管的静态工作点取在晶体管输入特性曲线的截止点上，因而没有基极偏流。这时由于管子输入特性曲线有一段死区，而且死区附近非线性又比较严重，因而在有信号输入、引起两管交替工作时，在交替点的前后便会出现一段两管电流均为零或非线性严重的波形；对应地，在负载上便产生了交越失真。

将工作状态设置为甲乙类便可大大减少交越失真。这时，由于两管的工作点稍高于截止点，因而均有一很小的静态工作电流ICQ。这样，便可克服管子的死区电压，使两管交替工作处的负载中电流能按正弦规律变化，从而克服了交越失真。

OCL互补推挽对称功放电路一般包括驱动级和功率输出级，前者为后者提供一定的电压幅度，后者则向负载提供足够的信号频率，以驱动负载工作。

因此，需要设计两部分，即驱动级和功率输出级。由于题目是高保真音频功率放大器的设计与制作，因此，必须保证其向负载提供功率，要求输出功率尽可能大，效率尽可能高，非线性失真尽可能小。

整体构思：

OCL互补对称功放电路一般包括驱动级和功率输出级，前者为后者提供一定的电压幅度，后者则向负载提供足够的信号频率，以驱动负载工作。