OTL功率放大器设计解析

电子技术基础课程设计任务书20xx－20xx学年第一学期第xx周－xx周注：1、此表一组一表二份，课程设计小组组长一份；任课教师授课时自带一份备查。2、课程设计结束后与“课程设计小结”、“学生成绩单”一并交院教务存档。题目OTL功率放大器内容及要求内容：OTL功率放大器要求：1、要求电路用集成电路组成；2、额定输出功率大于等于10W；3、负载阻抗等于８Ω。进度安排1、方案论证2天2、分析、设计、3天3、焊接、调试、实现3天4、检查、整理、写设计报告、小结2天学生姓名：xx指导时间指导地点：楼室任务下达xxxx任务完成xxxx考核方式1.评阅□2.答辩□3.实际操作□4.其它□指导教师系（部）主任1目录一、设计任务........................................2二、总体方案的设计与选择............................2三、总体电路图及印刷板图............................6四、计算机仿真......................................7五、安装调试........................................8六、焊接实图.......................................10七、心得体会.......................................11参考书籍...........................................112设计题目：OTL功率放大器设计一、设计任务（一）设计任务：设计一个OTL功率放大器（二）设计要求：1、要求电路采用集成电路组成；2、额定输出功率大于等于10W；3、负载阻抗等于８Ω；4、采用TDA2003集成芯片。二、总体方案的设计与选择（一）电路原理1、OTL功放原理（1）乙类输出无变压器（outputtransformerless简记OTL）功率放大器图2-5-14所示乙类OTL功放电路，V1与V2为互补对称管，故这种电路也是互补对称电路。由于电路结构上的对称性，静态下A、B对地电压均为UG/2，C1、C2端电压UC1=UC2=UG/2。因此，输出耦合电容又相当于一个UG/2的直流电源。图中的A点又称中点。图2-5-14乙类OTL功放当电路输入正弦信号，且ui0时，功放管V１导通、V２截止，电路为射极输出器，uＯ≈ui，uＯ输出正半周，其振幅最多可达UＧ/2，；ui0时，V１截止，V２导通，uＯ≈ui，uo输入负半周，振幅最多可达UG/2。当Uom＝UG/2时，3电路的输出功率最大，Po(max)=UG2/(8RL)，此时的能量转换效率η最高，理想值为78.５％。乙类OTL功放的理想电压传输特性曲线如图2-5-11所示。但实际上，由于功放管截止区与饱和区的存在，电路电压传输特性曲线大致如图2-5-12（a）所示。那么，当电路输入正弦信号时，其输出波形将产生交越失真，如图2-5-12（c）所示。（2）甲乙类OTL功率放大器图2-5-15为带有前置放大级的甲乙类OTL典型电路，前置放大级为共射放大器，且采用分压式偏置电路,它具有一定的电压与电流放大能力，这样，整个电路就具有较大的功率增益。同时，通过调节RP可实现静态下中点对地电压UA的调整，原理如下：RP↑→UB1↓→IE1↓→IC1Q↓→IR3(=IC1Q)↓→UB2(=UG-R4IR3-R3IR3)↑→UA(=UB2-UBE2)↑同理，调小RP，将使中点电压UA下降。二极管V4、V5为功放电路提供较小的静态偏置，使功放管V2、V3静态下微导通，以克服交越失真。若将V4或V5替换为一个可调电阻，则可调节功放管静态下的导通深度。4图2-5-15带有前置放大级的甲乙类OTL功放2、总体功放电路设计思路本次的设计我们采用集成功率放大器构成实用电路，主要用到的集成芯片有TDA2003。采用集成功放设计的方法需查阅手册，以便得知功放外围电路的元件值。3、TDA2003集成芯片介绍TDA2003是功率放大电路中应用最广泛的集成芯片之一。TDA2003是音频功放电路，采用V型5脚单列直插式塑料封装结构。按引脚的形状引可分为H型和V型。该集成电路广泛应用于汽车立体声收录音机、中功率音响设备，具有体积小、输出功率大、失真小等特点。并具有内部保护电路。TDA2003电流输出能力强,谐波失真和交越失真小,各引脚都有交,直流短路保护,使用安全,负载上电压可冲至40V。4、TDA2003的功能指标说明最大额定值Tamb=25电源峰值电压(50mS)Vccp40V直流电源电压Vcc28V工作电源电压Vcc18V输出重复峰值电压Io3.5A输出不重复峰值电压Io4.5A焊接温度Tj-40+150度（二）方案选择1、方案一：原理图如图1所示5图1方案一说明：此功率放大器由三部分组成：输入级、推动级和输出级。输入级：Vi：来自MP3音频信号推动级：C1滤去干扰信号；TDA2003对信号放大：C2负反馈网络输出级：接一个扬声器RL由此电路可以进行信号放大功能。2、方案二：原理图如图2所示图26方案二说明：此功率放大器也是由三部分组成：输入级、推动级和输出级。此方案有了更多的元件来稳定信号，可以减小信号的失真，可以取得更加稳定的输出波形。输入级：Vi：来自MP3音频信号推动级：C3滤去干扰信号；TDA2003对信号放大输出级：接一个扬声器RL由此电路可以进行信号放大功能。三、总体电路图及印刷板图1、本次课设，我们选取第一种方案，本方案采用TDA2003功放。2、原理：采用带集电极有源负载的共射放大电路，其静态偏置电流比输入级要大，为稳定静态工作点须设置直流负反馈电路，为稳定电压放大倍数和改善电路性能须设置交流负反馈电路，以及过流保护电路等。电路设计时，各级应设置合适的静态工作点，在组装完毕后须进行静态和动态测试，在小型不失真的怀着下，使输出功率最大。动态测试时，要注意消振和放好保险丝，以防损坏元器件。3、OTL功率放大电路原理图如图3所示（本图用PROTEL软件绘成）图374、由PROTEL软件生成的PCB板如图4所示图4四、计算机仿真1、本次课程设计采用Multisim进行仿真，仿真电路图如图5所示：82、仿真结果如图6所示：图中振幅比较小的波是输入端的波形，振幅大的波的输出端的波形，由仿真结果可知，本次课程设计的电路成功进行了功率放大功能。图6五、安装调试1、元件清单PartTypeDesignatorFootprintDescription1R3AXIAL0.32.2R2AXIAL0.310uFC1RB.2/.4ElectrolyticCapacitor39RxAXIAL0.3939nFCxRAD0.2Capacitor100uFC3RAD0.2Capacitor100uFC5RAD0.2Capacitor100uFC6RB.2/.4ElectrolyticCapacitor220R1AXIAL0.3470uFC2RB.2/.4ElectrolyticCapacitor1000uFC4RB.2/.4ElectrolyticCapacitorTDA2003U1DIP14SPEAKERRlTO-2202、TDA2003引脚识别TDA2003实物如图3所示：TDA2003各引脚功能介绍如图4所示：3、电路焊接时的注意事项a、要按工艺要求安装电子元器件，插件装配的工艺要求：美观、均匀、端正、整齐，高低有序，无跨越，不能歪斜；b、电解电容、二极管、三极管的电极不能接错，以免损坏元器件；c、电路装接好之后，才可通电，也不能带电改装电路；d、一定要避免出现通电下，二极管支路的断开现象，以防功放管因过热而损坏。e、接通+5V电源，用手触摸功放管，若管子温升显著，说明电路存在故障，应立即关闭电源进行故障排查10六、焊接实图1、正面图2、反面图11七、心得体会通过这次课程设计我对模拟电子技术有了更进一步的熟悉和了解，实际操作起来很困难，要将实际和理论联系起来需要不断的下功夫，它和课本上的知识有很大联系，但又高于课本，一个看似很简单的电路，要动手把它设计出来就比较困难了，因为是设计要求我们在以后的学习中注意这一点，要把课本上所学到的知识和实际联系起来，同时通过本次电路的设计，不但巩固了所学知识，也使我们把理论与实践从真正意义上结合起来，增强了学习的兴趣，考验了我们借助互联网络搜集、查阅相关文献资料，和组织材料的综合能力。在进行一个综合性的硬件设计时，要全面考虑问题，如想用其他信号来控制一个信号，就要考虑到和这个信号直接或间接关系的信号，必须是最重要相关的信号，然后用真值表来解决他们的关系，通过门电路来实现。当我们拿到一个课题时，一定要先仔细分析要求，然后做出总体设计方案，再进一步细化各单元电路，最后将整个电路组合在一起，画出最终的逻辑电路图。最后，在通过这一个礼拜地设计实习，让我真正理解了书本上知识，也让我知道我们课本上的知识在实际中怎么应用，理论联系实践，相互关系。通过此次设计，我对理论知识的学习有了很大的兴趣，现在我可以主动的去学习，我明白自己该学习那个方面，重点是什么？我也掌握的了在理论中遇到问题，应该怎样去解决，在实际中遇到迷团应该怎样去检查调试。参考书籍1、电子技术课程设计指导彭介华主编北京：高等教育出版社1997；2、国产集成电路应用500例周仲主编北京：电子工业出版社1992；3、555时基电路原理、设计与应用陈有卿、叶桂娟主编北京：电子工业出版社2007；4、常用电子元件简明手册于洪珍主编；