模电课程设计 OTL音频功率放大器

自己的课程设计 模电课程设计 OTL音频功率放大器

模拟电子技术课程设计报告

设计课题：OTL音频功率放大器

专业班级：电子信息工程专业0701班

学生姓名：

指导教师：

设计时间：2009-6-25

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目 录

引言……………………………………………………… 3

一．设计任务与要求…………………………………… 3 1.1 设计任务…………………………………………………… 3

1.2 设计要求…………………………………………………… 3

二. OTL音频功放满足的具体性能指标…………………… 3

三．方案设计与论证………………………………………3

四．原理图元器件清单及原理简述……………………… 4

4.1 总原理图……………………………………………………… 4

4.2 元器件清单…………………………………………………… 4

4.3 电路原理简述………………………………………………… 4

五．安装与调试……………………………………………5

5.1 元件的安装…………………………………………………… 5

5.2 元件的调试…………………………………………………… 5

六．性能测试与分析………………………………….… 6

6.1 波形测试……………………………………………………… 6

6.2 主要参数的测试与计算……………………………………… 6

七. 个人心得体会………………………………………… 7

八．参考文献……………………………………………… 7

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题目 OTL音频功率放大器

设计者 蔡白洁 张振山

指导教师 李艳萍 引言

OTL(Output transformerless )电路是一种没有输出变压器的功率放大电路。过去大功率的功率放大器多采用变压器耦合方式，以解决阻抗变换问题，使电路得到最佳负载值。但是，这种电路有体积大、笨重、频率特性不好等缺点，目前已较少使用。OTL电路不再用输出变压器，而采用输出电容与负载连接的互补对称功率放大电路，使电路轻便、适于电路的集成化，只要输出电容的容量足够大，电路的频率特性也能保证，是目前常见的一种功率放大电路。

它的特点是：采用互补对称电路(NPN、PNP参数一致，互补对称，均为射随组态，串联，中间两管子的射极作为输出)，有输出电容，单电源供电，电路轻便可靠。两组串联的输出中点”可理解为采用互补对称电路(NPN、PNP参数一致，互补对称，均为射随组态，串联，中间两管子的射极作为输出)。 1 设计任务与要求

1.1设计任务：

1．学习基本理论在实践中综合运用的初步经验，掌握模拟电路设计的基本方法、设计步骤，培养综合设计与调试能力。

2．培养实践技能，提高分析和解决实际问题的能力。

3．掌握OTL音频功率放大器的设计方法，基本工作原理和性能指标测试方法。

4. 通过一个OTL功率放大器的设计、安装和调试，进一步加深对互补对称功率放大电路的理解，增强实际动手能力。

1.2 设计要求：

1.设计时要综合考虑实用，经济并满足性能指标的要求，合理选用元器件。

2.广泛查阅相关的资料，不懂的地方积极向老师同学请教，讨论。认真独立的完成课题的设计。

3.按时完成课程设计并提交设计报告。

2 OTL音频功放满足的具体性能指标

1．设音频信号为vi=10mV, 频率f＝1KHz。

2．额定输出功率Po≥2W。

3．负载阻抗RL=8Ω。

4．失真度γ≤3%。

3 方案设计与论证

要求设计一个由二极管，三极管，电容，电阻等元件组合而成的OTL音频功率放大器。其中，二极管T1构成前置放大级，对输入信号进行倒相放大，二极管T2，T3的参数一致，互补对称，且均为共集电极接法，保证了输出电阻低，负载能力强的优点，作用是对输入的信号进行功率放大。

在明确了电路接线的基础上，在电路板上进行仿真模拟，并按照课本上相关的知识对该功放的主要参数计算。电路在12V的直流电压下工作，在负载为8Ω

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的情况下保证了P≥2W，失真度γ≤3%，电路中还引入了交直流电压并联负反馈（由原理图中Rw1的一端接在A点引起）从而稳定了放大器的静态工作点，也改善了非线性失真。电容C1 C2为电源滤波电容，用以防止电源引线太长时造成的放大器的低频自激现象发生。

在元件的选取方面，由于互补对称的两个三极管工作在共集电极的状态下，其电压增益接近且略小于1，功率增益主要靠它的电流增益来保证，所以电流放大系数β的选择很重要，一般要求要选的β值大一些，这样会使的两互补对称管的配对性好一些，功率增益提高一些，失真度减少一些。

4 总原理图元器件清单及原理的简述

4.1 总原理图

4.2 元件清单

+12V直流电源 直流电压表 直流毫安表 函数信号发生器 双踪示波器 交流毫伏表 频率计

4.3电路原理简述

以上原理图即表示OTL 低频功率放大器。其中由晶体三极管T1组成推动级（也称前置放大级），T2、T3是一对参数对称的NPN和PNP型晶体三极管，它们组成互补推挽OTL功放电路。由于每一个管子都接成射极输出器形式，因此具

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有输出电阻低，负载能力强等优点，适合于作功率输出级。T1管工作于甲类状态，它的集电极电流IC1由电位器RW1进行调节。IC1 的一部分流经电位器RW2及二极管D， 给T2、T3提供偏压。调节RW2，可以使T2、T3得到合适的静态电流而工作于甲、乙类状态，以克服交越失真。静态时要求输出端中点A的电位等于Ucc的一半，可以通过调节RW1来实现，又由于RW1的一端接在A点，因此在电路中引入交、直流电压并联负反馈，一方面能够稳定放大器的静态工作点，同时也改善了非线性失真。

当输入正弦交流信号ui时，经T1放大、倒相后同时作用于T2、T3的基极，ui的负半周使T2管导通（T3管截止），有电流通过负载RL，同时向电容C0充电，在ui的正半周，T3导通（T2截止），则已充好电的电容器C0起着电源的作用，通过负载RL放电，这样在RL上就得到完整的正弦波。

5 安装与调试

5.1 元件的安装:

1.元件焊接部位上锡。

2.将电阻器,晶体管插入印制板的相应位置上，要注意，电解电容器的极性和晶体管的管脚不要插错。

3.焊接元器件时保留元器件引线的适当长度,焊点要光滑,防止虚焊和搭锡。

5.2元件的调试:

1. 静态工作点的调试

按上述原理图在电路板上连接线路，将输入信号旋钮旋至零（ui=0）电源进线中串入直流毫安表，电位器 RW2置最小值，RW1 置中间位置。接通＋12V 电源，观察毫安表指示，同时用手触摸输出级管子，若电流过大，或管子温升显著，应立即断开电源检查原因（如RW2 开路，电路自激，或输出管性能不好等）。如无异常现象，可开始调试。

a.中点电位的调试。

理论上，对于OTL电路，单电源供电时，只要调整Rw1，就能使中点A点的电位等于电源电压的一半。

在实际调试过程中，很多情况下，调整Rw1，A点的电位很难达到电源电压的一半，而且在调试后，也难保持这个电压。解决方案如下：首先，用万用表检查各个晶体管是否完好，特别是查看输出级功放三极管T2、T3和输出级二极管D是否被击穿短路或开路。然后通电检查各级放大电路的工作点是否正常。并重新调整放大器的工作点，使中点UA恢复正常。而且，放大器的工作点和中点电压要反复调整，才能达到要求。（注：中点电位的调试，学生体会到，静态工作点的调试方法，实操与理论分析的联系，以及理论知识的重要性。）

b.调整输出极静态电流及测试各级静态工作点

调节RW2 ，使T2、T3管的IC2＝IC3＝10～20mA。 从减小交越失真角度而言，应适当加大输出极静态电流，但该电流过大，会使效率降低，所以一般以10～20mA左右为宜。由于毫安表是串在电源进线中， 因此测得的是整个放大器的电流，但一般T1的集电极电流IC1 较小，从而可以把测得的总电流近似当作末级的静态电流。如要准确得到末级静态电流，则可从总电流中减去IC1之值。 调整输出级静态电流的另一方法是动态调试法。先使RW2＝0，在输入端接

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入f＝1KHz的正弦信号ui。逐渐加大输入信号的幅值，此时， 输出波形应出现较严重的交越失真（注意：没有饱和和截止失真），然后缓慢增大RW2 ，当交越失真刚好消失时，停止调节RW2 ，恢复ui＝0 ，此时直流毫安表读数即为输出级静态电流。一般数值也应在10～20mA左右，如过大，则要检查电路。

输出极电流调好以后，测试各级三极管的静态工作点，并定性分析是否均工作在正常的范围内。

2、放大器无输出，完全无声故障排除。

从实验原理图中可知，输入信号要经过三极管T1的倒相放大后，在经过T2，T3进行功率放大，去推动输出级的喇叭工作，如果放大器完全没有输出，很可能就是因为两三极管b-e极偏压过小，不能保证两个三极管导通。理论上，只要调整Rw1和Rw2使得二极管D和电阻Rw2提供的偏置电压能够满足T2，T3两三极管导通条件即可。

6 性能测试与分析

6．1波形测试

1测试直流稳压电源示波器波形：

观察示波器的波形可知到该电源是否在工作范围内。

2测试OTL音频功率放大器的输出波形

按总原理图接好电路，在交流信号输入端用信号发生器接入1KHz 10mV的电压源，用示波器观察RL两端的波形，并和输入的波形进行对比，观察波形有没有失真，输入信号是否确实被不失真放大了。

6．2主要参数的测试与计算

1．测量Pom

输入端接f＝1KHz 的正弦信号ui，输出端用示波器观察输出电压u0波形。逐渐增大ui，使输出电压达到最大不失真输出，用交流毫伏表测出负载RL上的电压有效值U0，即可求出

2．测量η

当输出电压为最大不失真输出时，读出直流毫安表中的电流值，此电流即为直流电源供给的平均电流IdC（有一定误差），由此可近似求得 PE＝UCCIdc，再根据上面测得的P0m，即可求出

3．输入灵敏度测试 。

输入灵敏度是指输出最大不失真功率时，输入信号Ui之值。根据输入灵敏度的定义，只要测出输出功率P0＝P0m 时的输入电压值Ui即可。

6、噪声电压的测试

测量时将输入端短路(ui＝0) ，观察输出噪声波形，并用交流毫伏表测量输出电压，即为噪声电压UN，本电路若UN＜15mV，即满足要求。

7、试听

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输入信号改为录音机输出，输出端接试听音箱及示波器。开机试听，并观察语言和音乐信号的输出波形。

7 个人心得体会

通过这次对OTL音频功率放大器的设计与制作，让我了解了设计电路的程序，也让我了解了关于OTL音频功率放大器的原理与设计理念，要设计一个电路总要先用仿真成功之后才实际接线的。但是最后的成品却不一定与仿真时完全一样，因为在实际接线中有着各种各样的条件制约。但也有些电路在仿真中无法成功，而在实际中因为芯片本身的特性而成功的。所以，在设计时应考虑两者的差异，从中找出最适合的设计方法。

在为期一周的课程设计中我深深的感觉到自己专业知识的匮乏，对一些工作感到无从下手，茫然不知所措，这时才真正领悟到学无止境的含义，千里之行，始于足下。这次学习，让我对各种电路都有了大概的了解，所以说，坐而言不如立而行，对于这些电路还是应该自己动手实际操作才会有深刻理解。这次课程设计终于顺利完成了，虽然在设计中遇到了很多问题，但是都被我们一一克服。

同时，这次课程设计中让我深有体会的是，我明白了理论知识和实践不能混为一谈，要想具备纯熟的动手技能，理论知识是必不可少的，反过来，具备了理论知识并不等价于你就能顺理成章，独立的完成一次课题设计。所以说，平时对专业理论知识不可以死记硬背，要学以致用，在牢固的理论知识的基础上，提高自己实践动手分析问题，解决问题的能力。

8 参考文献

《模拟电子技术》（第三版） 高等教育出版社 胡宴如 主编 耿苏燕 副主编

《电子线路EDA仿真技术》西安交通大学出版社

[1] 刘国钧.一种用于在线检测局部放电的数字滤波技术[J].清华大学学报，1993，33（4）：62-67.

[2] 陈绍业.图书馆目录[M].北京：高等教育出版社，1957.15-18

[3] 谭海曙.模拟电子技术实验教程.北京大学出版社,2008.

本文来源：https://www.bwwdw.com/article/blj4.html