音频OCL功率放大器设计

音频OCL功率放大器设计第1页共17页1电子电路设计设计题目：音频OCL功率放大器设计专业班级学号学生姓名设计时间教师评分年月日音频OCL功率放大器设计第2页共17页2目录一、设计指标及设计要求........................................................................3二、设计方案选择与比较........................................................................3三、系统框图.............................................................................................4四、单元电路设计....................................................................................5（一）、直流稳压电源设计................................................................5（二）、前置放大电路设计................................................................8（三）、功率放大器设计....................................................................9五、电路原理总图及原理简述..............................................................13六、元器件明细表..................................................................................14七、设计小结...........................................................................................15八、参考资料和网站目录......................................................................16音频OCL功率放大器设计第3页共17页3一、设计指标及设计要求1．采用全部或部分分立元件2．额定输出功率P0≥8W3．负载电阻RL=8Ω4．失真度3%5．设计放大器所用直流稳压电源6．*用Multisim仿真并绘图二、设计方案选择与比较根据本课题要求，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。电源部分：本设计的电源通过变压器变为220V交流电，经整流滤波得到±24V的直流电；同时直流电再经三端集成稳压电路输出±20V，供应前置放大电路和功率放大器使用。信号放大部分：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，扬音频OCL功率放大器设计第4页共17页4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。三、系统框图分析：本设计采用将220V交流电压通过变压器变成±20V的直流电压，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，即得到所需的。音频OCL功率放大器设计第5页共17页5四、单元电路设计（一）、直流稳压电源设计1、参数电路2、指标U0=（10~~20）V可调I0=（0~~500）mAr0=0.01ΩSυ≤0.05I0max=1.5I0时启动过流保护3、分析计算设VCE2≥+4V(保证T2处于放大区)所以VImin≥V0max+4V=24V因为VImin=1.2U2min所以U2min=UImin/1.2=24/1.2=20V音频OCL功率放大器设计第6页共17页6考虑电网波动U2min=20*1.1=22V加上欲量选U2=24Va、选择变压器P2=P0+P杂=0.5A*20V+P杂=10W+P杂选P2=12WP1=P2/η=12/0.6=20W(η=0.6~0.8)所以P=1/2(P1+P2)=1/2(20+12)=16W选P=18Wb、选择二极管（D1~D4）流过二极管电流ID=1/2*I0=1/2*1.5I0=375mA二极管承受最高反向电压VRM=√2*1.1*U2=√2*1.1*24=35V选2CZ54B(用BYW56代替)c、选择滤波电容C1当满足RL*C1(3~5)T/2才有VI=1.2U2这个关系成立RL=VI/I0=24V/0.5A=48ΩT=0.02S所以C1≥(3~5)T/2RL=(3~5)0.02/(2*48)=104μF选C1：CD-500μF-50Vd、选择调整管T2IC2max≥1.5I0=1.5*500mA=750mAVBR(CEO)2≥VImax-V0min=√2*1.1*U2=√2*1.1*24=35VPCM2=(1.5I0)*(VImax-Vomin)=26W选3DD59A（用2N2219A代替）音频OCL功率放大器设计第7页共17页7e、选T1同理VBR(CEO)1=35VICM1=ICM2/β2=750mA/50=15mAPCM1=PCM2/β2=26W/50=0.52W=520Mw选3DG121A（用2N2219A代替）为了提高输出电压稳定性取样电路分压比：η=（R3+∆R2）/（R1+R2+R3）=(0.5~0.8)受限于指标VZ=3V选2CW130（用BAT65代替）稳压管VZ=(3.0~4.5)VIZmax=600mAIZmin=30mAR4=(V0-VZ)/IZ=[(10~20)-3V]/30mA=(233Ω~566Ω)选R4=400ΩPR=I2R=(0.03)2*400=0.36W所以选1/2Wf、确立R1、R2、R3令IR1=0.1I0=0.1*500mA≤50mA分析电路知，IR可以较小，取IR=20mA足够所以R1+R2+R3=V0/IR=(10~20)V/20mA=(500~1000)Ω选R1+R2+R3=1000Ω（R1+R2+R3）/R3*VZ=U0max=20V所以R3=150Ω[(R1+R2+R3)/(R2+R3)]*VZ=5V所以R2+R3=600Ω所以R1=400ΩR2=450ΩR3=150Ωg、选择T4管音频OCL功率放大器设计第8页共17页8选β4=100ICM4=20mAPCM=100mW所以选30G6~3DG4A（用2N2219A代替）h、选RCRCmin=(VImin-V0max-2VBE)/2IB1=(24-20-1.6V)/(2*0.2mA)=6kΩ选RC=6KΩi、选择T3、R5启动过流保护I0max=1.5I01.5I0*R5=0.5V所以R5=0.67Ω所以选R5=0.7Ω3DG4A即可（用2N2219A代替）（二）、前置放大电路设计参数电路：前端放大功能是完成小信号的电压放大任务、提高信噪比，其失音频OCL功率放大器设计第9页共17页9真度和噪声对系统的影响最大，是应该优先考虑的指标。我采用双运放NE5532。实际制作中将它接成同相放大形式，运放反相端串联47μF的电解电容，让交流信号全反馈，信号放大倍数1+Rf/R0,其中Rf为反馈电阻，在其上并联一个小电容抑制自激震荡，R0为负反馈对地电阻。为了更好的实现对信号的放大，我将放大倍数定为30dB左右，取Rf=76kΩ,R0=2.5kΩ，Avf=1+76/2.5=31.4dB,由于NE5532需要±3V～±22V的电源，所以在三端稳压块7815、7915供给的±24V上加入两个电阻分压，电源用10μF、0.1μF电容去耦合。（三）、功率放大器设计1、参数电路音频OCL功率放大器设计第10页共17页102、指标额定输出功率P0≥8W负载电阻RL=8失真度3%3、分析计算a、确立Vcc的大小要求PomPo常取Pom=(1.5~2)Po又因为Pom=1/2[(Vcc-VCES)2/RL]=1/2[Vom2/RL]所以Vom=16V选Vcc=20Vb、输出级设计选择T10、T11Ic10max=Vcc/(RL+R12)=2.2AVBR(CEO)=2Vcc=40VPc10max=0.2*Pom+ICQ*VCEQ=7.2W(选ICQ=20mA)所以T10、T11可选3DD5B、2SD88D、2SD965、3DD59B(用2N2219A代替)选β10=β11=50选R10=R11=(5~10)ri10=(5~10)[rbe10+(1+βi)R12]=(175~375)Ω选R10=R11=220Ω选择T8、T9VBR(CEO)8=VBR(CEO)9=2Vcc=40VIc8max=Ic9max=(1.1~1.5)Ic10max/β10=66.6mA音频OCL功率放大器设计第11页共17页11Pc8max=Pc9max=(1.1~1.5)Pc10max/β10=216mW所以选T8：3DK4A(NPN)(用2N2219A代替)T9：3CG2D(PNP)(用2N1132A代替)推动级（T5）设计为保证对后级有足够的驱动电流要求：ICQ5≥3*Ib8max=3*Ic8max/β8=3.996mA选ICQ5=5mA于是ICM5≥2ICQ5=2*5=10mAVBE(CEO)≤2Vcc=40VPCM5≥2Vcc*ICQ=800mW所以选T5：3CG20β5=50(PNP)(用2N1132A代替)计算R7、R8、R9R7=0.7V/ICQ5=0.7V/5mA=140Ω选R7=150Ω设ICQ6=3mAIR8=IR9=2mAVCE6=2.1VR8+R9=3R9=2.1V/2mA=1.05KΩ所以选：R9=330ΩR8=1KΩ对T6要求不高选3DG4即可(用2N2219A代替)d、输出级设计令ICQ1=ICQ2=(0.5~2)mAICQ1+ICQ2=ICQ3音频OCL功率放大器设计第12页共17页12选ICQ1=ICQ2=1mA则ICQ3=2mA选择R2、R3、R5R2=VBE5/ICQ1=0.7V/1mA=700Ω选R2=1KΩ电位器R3=VBE4/2mA=350Ω选R3=360ΩR5=(2Vcc-VCE4)/ICQ4=(40-1.4)/5=7.95KΩ选R5=7KΩ选三极管T1、T2、T3、T4VBR(CEO)1=VBR(CEO)2≥1.2Vcc=24VPcmax1=Pcmax2≥2Vcc*ICQ=40mW所以T1、T2、T3、T4均为3DG4A(用2N2219A代替)选择R1、R6、R4R1=R6=(15KΩ~47KΩ)选R1=R6=33KΩ因为Po=Vo2/RLAμf=Vo/Vi=R6/R4+1所以R4=532.2Ω选R4=510Ω选择C1、C2、C3、C4、C5、R14C1≥(3~10)/2πfeR1=2.4μF选C1=2.4μF/63VC2≥(3~10)/2πfeR4=46.8μF选C2=50μF/63VC3≥1/2πfHR14=0.1μF选C3=0.1μF/16V选C4=C5=(100~200)pF（由调试决定）选R14=8Ω音频OCL功率放大器设计第13页共17页13五、电路原理总图及原理简述原理总图：原理简述：音频功率放大器实际上就是对比较小的音频信号进行放大，使其音频OCL功率放大器设计第14页共17页14功率增加，然后输出。其原理如上图所示，前置放大主要完成对小信号的放大，使用一个同向放大电路对输入的音频小信号的电压进行放大，得到后一级所需要的输入。后一级的主要对音频进行功率放大，使其