【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 11 故負(fù)載上得到的最大輸出功率為： () 2).直流電源提供的功率 PE 因?yàn)殪o態(tài) 時(shí) 負(fù)載上無(wú)電壓，所以 兩個(gè)直流電源各提供半個(gè)周期的電流，其峰值為 Iom=Uom/RL。故每個(gè) 直流電源轉(zhuǎn)換過(guò)來(lái)的 平均電流為： () 因此兩個(gè)電源提供的功率為： () 輸出最大功率時(shí)，電源提供的功率也最大： () 3) 效率 η 輸出功率與電源提供的功率之比稱(chēng)為功率放大器的效率。一般情況下效率為 () 理想情況下 ，忽略 Uces，則 Uom≈ Vcc，得到 理想近似情況下 電路的最大效率為 ≈ % () 4) 管耗 Pv 直流電源提供的功率與輸出功率之差就是消耗在三極管上的功率，即 () 由分析可知，當(dāng) Uom=2Vcc/π≈ ，三極管總管耗最大，其值為 () 每個(gè)管子的最大功耗為 : () 5) 功率管的選擇 功率管的 選擇必須滿(mǎn)足其 極限參數(shù) 且保有一定的余量才能滿(mǎn)足實(shí)際情況即 有Icm、 Pcm 和 U(BR)CEO 等主要參數(shù) ， 還要考慮其工作環(huán)境及一些特殊 要求， 若想得到最大輸出功率，功率管的參數(shù)應(yīng)滿(mǎn)足下列條件： ，且要有一定的余量 ，即 ，即基極開(kāi)路時(shí)集電極 發(fā)射極間的反向擊穿電壓。因?yàn)檫@個(gè)電壓的大小與 BJT 的穿透電流 Iceo 直接相聯(lián)系，當(dāng)管子的 Vce增加，使 Iceo 明顯Lomomπ0 omE ππ)(d)(s i nπ21 RUIttII ??? ? ??CComLCCEE π 22 VURVIP ??2CCLEm π2 VRP ?CCom00Eo 4π100 VUPP ?????0000Emomm 1 0 04π1 0 0 ???? PP?L2omCComLoEV 2π 2 RUVURPPP ????o m a xo m a x2L22ccV m a x PPRVP ???o m a xV m a xV 2 m a xV 1 m a x PPPP ???omVm a xCM PPP ??武漢工業(yè)學(xué)院畢業(yè) 論文 12 增大時(shí)，導(dǎo)致集電結(jié)出現(xiàn)雪崩擊穿。即必須滿(mǎn)足： 即一只三極管飽和導(dǎo)通時(shí)，另一只三極管承受的最大反向電壓約為 2Vcc。 即集電極最大 允許電流 ，因?yàn)楫?dāng) Ic 過(guò)大時(shí)， β 值將會(huì)下降 ,放大能力差。 β 值下降到一定值時(shí)的 Ic 即為 Icm。則必須滿(mǎn)足： d. 溫度對(duì) BJT 參數(shù)及特性都有影響，所以要考慮其工作溫度條件。 第二節(jié) OCL 立體聲功放機(jī)的設(shè)計(jì) 一． OCL 功率放大電路的 特 點(diǎn) OCL 是英文 Output Capacitor less 的縮寫(xiě)，意思是 “ 沒(méi)有輸出電容器 ” 的功放電路。 它 是一種 雙電源 互補(bǔ)對(duì)稱(chēng)輸出的單端推挽電路，為甲乙類(lèi)電路工作方式，是由 OTL（無(wú)輸出變壓器）電路改進(jìn)設(shè)計(jì)而成的。它的特點(diǎn)是：前置、推動(dòng)、功放及至負(fù)載揚(yáng)聲器全部都 是直流耦合的， 零輸入零輸出， 即省略了匹配用的輸入、輸出變壓器，也省略了輸出電容器，克服了低頻時(shí)電容器容抗使揚(yáng)聲器低頻輸出下跌，低頻相 移的不足，以及浪涌電流對(duì)揚(yáng)聲器的沖擊，避免了揚(yáng)聲器對(duì)電源不對(duì)稱(chēng) ， 使正負(fù)半周幅度不同而產(chǎn)生的失真， 為使零輸入零輸出特性，采用雙電源， 損耗低，效率高，保真度好， 成為當(dāng)今大功率放音設(shè)備的主流電路 [6]。 二． 簡(jiǎn)單的 OCL 功放電路 圖 24 簡(jiǎn)單的 OCL 功放電路 圖 24 是乙類(lèi)雙電源互 補(bǔ)對(duì)稱(chēng)功率放大電路。 V1 為 NPN 型管， V2 為 PNP 型管，兩管參數(shù)完全對(duì)稱(chēng)，稱(chēng)為互補(bǔ)對(duì)稱(chēng)管 ,兩管構(gòu)成的電路形式都為射極輸出器，電路CC(BR)CEO 2VU ?LCCCM RVI ?武漢工業(yè)學(xué)院畢業(yè) 論文 13 工作原理分析如下 : 1) 靜態(tài)分析 由于電路無(wú)靜態(tài)偏置電 路，故兩管的靜態(tài)參數(shù) IBQ、 ICQ、 IEQ 均為零，即兩個(gè)三極管靜態(tài)時(shí)都工作在截止區(qū)，無(wú)管耗，電路屬于乙類(lèi)工作狀態(tài)。負(fù)載上無(wú)電流，輸出電壓 uo=0。 2) 動(dòng)態(tài)分析 (1) 當(dāng)輸入信號(hào)為正半周時(shí)， ui0，且大于 V1 的 偏置電壓 ，三極管 V1 導(dǎo)通， V2截止，管 V1 的射極電流 ie1 經(jīng) +VCC 自上而下流過(guò)負(fù)載， 在 RL 上形成正半周輸出電壓 ，uo0。 (2) 當(dāng)輸入信號(hào)為負(fù)半周時(shí)， ui 0，且大小大于 V2 的偏置電壓 ，三極管 V2 導(dǎo)通， V1 截止，管 V2 的射極電流 ie2 經(jīng)－ VCC 自下而上流過(guò)負(fù)載，在 RL 上形成負(fù)半周輸出電壓， uo0。 （ 3）綜上，則 ui在 0左右變化的過(guò)程 中 uo的輸出會(huì)在此產(chǎn)生交越失真 。 三． 總體設(shè)計(jì)思想 進(jìn)一步分析電路后，為 能 給電路提供較為穩(wěn)定的電源，應(yīng)設(shè)置一個(gè)穩(wěn)壓源電路；又因?yàn)椴罘蛛娐?不僅能有效的放大直流信號(hào)，而且能有效的減小由于電源波動(dòng)和晶體管隨溫度變化多引起的零點(diǎn)漂移 ，并且具有很高的共模抑制 比，所以常將差分放大電路作為 功放的輸入級(jí)；要將信號(hào)再進(jìn)行放大 即電壓電流都要放大 ，因此 設(shè)置一個(gè)共射級(jí)的激勵(lì)級(jí) ；最后輸出級(jí)應(yīng)加一個(gè)推挽電路，由 兩 個(gè) 異型 晶體管 組成，可以是 兩個(gè)參數(shù)相同的功率 BJT 管或 MOSFET 管，以推挽方式存在于電路中，各負(fù)責(zé)正負(fù)半周的波形放大任務(wù)，電路工作時(shí)， 兩只對(duì)稱(chēng)的功率開(kāi)關(guān)管每次只有一個(gè)導(dǎo)通，損耗小 且 效率高。 終上所述， 應(yīng)將電路分為以下四個(gè)部分：穩(wěn)壓源電路，差分輸入級(jí)，中間放大級(jí)，互補(bǔ)對(duì)稱(chēng)輸出級(jí)?？傮w的結(jié)構(gòu)圖如圖 25所示： 圖 25 OCL 立體聲功放 電路的 總體結(jié)構(gòu)圖 中間放大級(jí) 差分輸入級(jí) 互補(bǔ)對(duì)稱(chēng)輸出級(jí) 穩(wěn)壓源電路 武漢工業(yè)學(xué)院畢業(yè) 論文 14 四． 分級(jí)設(shè)計(jì)電路 1. 穩(wěn)壓源電路 交流穩(wěn)壓電源又稱(chēng)交流穩(wěn)壓器 ，是將 電力網(wǎng)交流電壓變換為電子設(shè)備所需要的穩(wěn)定的直流電源電壓。 直流電源的組成框圖及相關(guān)波形如下： 隨著電子技術(shù)的發(fā)展，特別是電子計(jì)算機(jī)技 術(shù)應(yīng)用到各工業(yè)、科研領(lǐng)域后，各種電子設(shè)備都要求穩(wěn)定的交流電源供電，電網(wǎng)直接供電已不能滿(mǎn)足需要，交流穩(wěn)壓電源的出現(xiàn)解決了這一 問(wèn)題 。 一般將交流穩(wěn)壓源可分為 : ① 晶閘管交流穩(wěn)壓器。用晶閘管作功率調(diào)整元件 ,穩(wěn)定度高、反應(yīng)快且無(wú)噪聲 ,但對(duì)通信設(shè)備和電子設(shè)備造成干擾。 ② 磁放大器式交流穩(wěn)壓器。將磁放大器和自耦變壓器串聯(lián)而成，利用電子線(xiàn)路改變磁放大器的阻抗以穩(wěn)定輸出電壓。 ③ 滑動(dòng)式交流穩(wěn)壓器。通過(guò)改變變壓器滑動(dòng)接點(diǎn)位置穩(wěn)定輸出電壓。 ④ 感應(yīng)式交流穩(wěn)壓器?？扛淖冏儔浩鞔巍⒊跫?jí)電壓的相位差，使輸出交流電壓穩(wěn)定 [7]。 直流穩(wěn)壓電源 又稱(chēng)直流穩(wěn)壓器。它的供電電壓大都是交流電壓，當(dāng)交流供電電壓的電壓或輸出負(fù)載電阻變化時(shí)，穩(wěn)壓器的直接輸出電壓都能保持穩(wěn)定。穩(wěn)壓器的參數(shù)有電壓穩(wěn)定度、紋波系數(shù)和響應(yīng)速度等。前者表示輸入電壓的變化對(duì)輸出電壓的影響。紋波系數(shù)表示在額定工作情況下，輸出電壓中交流分量的大小；后者表示輸入電壓或負(fù)載急劇變化時(shí)，電壓回到正常值所需時(shí)間。直流穩(wěn)壓電源分連續(xù)導(dǎo)電式與開(kāi)關(guān)式兩類(lèi)。從工作方式上可分為： ① 可控整流型。用改變晶閘管的導(dǎo)通時(shí)間來(lái)調(diào)整輸出電壓。 ② 斬波型。輸入是不穩(wěn)定的直流電壓，以改變開(kāi)關(guān)電路的通斷比得到單向脈動(dòng)直流，再經(jīng)濾 波后得到穩(wěn)定直流電壓。 ③ 變換器型。不穩(wěn)定直流電壓先經(jīng)逆變器變換成高頻交流電，再經(jīng)變壓、整流、濾波后，從所得新的直流輸出電壓取樣，反饋控制逆變器工作頻率，達(dá)到穩(wěn)定輸出直流電壓的目的。 對(duì)一個(gè) OCL 功率放大器而言，考慮到要提供一個(gè)雙電源的穩(wěn)定電壓，可以用一個(gè)帶中心抽頭的變壓器，輸出一正一負(fù)的電壓，再將交流信號(hào)進(jìn)行整流和濾波，可以得到穩(wěn)定的電壓 +18V和 18V，整流電路由四個(gè)二極管 IN4007 組成，濾波電容統(tǒng)一用四個(gè) 1000uF 的電解電容，電路設(shè)計(jì)如下： 武漢工業(yè)學(xué)院畢業(yè) 論文 15 圖 26穩(wěn)壓源電路 如上圖所示，變壓器初級(jí)線(xiàn)圈加了一個(gè) 220V的交流電壓源，在次級(jí)線(xiàn)圈中產(chǎn)生兩個(gè)交流電源 +15V和 15V, 經(jīng)過(guò)四個(gè)二極管整流后，在 A 點(diǎn)得到 +18V 的電壓，在 B 點(diǎn)得到 18V的電壓，提供直流電壓給后級(jí)的電路，為使輸出盡量不失真，又在后面加了四個(gè)濾波電容。 2. 差分輸入級(jí) 差分放大電路是 由兩個(gè)參數(shù)特性相同的晶體管 以 直接耦合方式構(gòu)成的放大器。若兩個(gè)輸入端上分別輸入大小相同且相位相同的信號(hào)時(shí)，輸出為零， 輸出差模信號(hào)，抑制共模信號(hào)， 從而克服零點(diǎn)漂移 及輸入信號(hào)變化引起的靜態(tài)工作點(diǎn)的變化， 適于作直流放大器 [8]。 差分放大器是普通的單端輸入放大器的一種推廣，只要將差放的一個(gè)輸入端接地，即可得到單端輸入的放大器。很多系統(tǒng)在差分放大器的一個(gè)輸入端輸入信號(hào)，另一個(gè)輸入端輸入反饋信號(hào)，從而實(shí)現(xiàn)負(fù)反饋 ，使靜態(tài)工作點(diǎn)趨于穩(wěn)定 。常用于電機(jī)或者伺服電機(jī)控制，以及信號(hào)放大。 對(duì)與該題目“ OCL 功放”，選 擇兩個(gè) 9014 的 NPN 管即可，他們所有的參數(shù)都一樣，構(gòu)成對(duì)管，并在兩管的發(fā)射極的交點(diǎn)處加上一個(gè) 33 千歐 的負(fù)載電阻，提高其共模抑制比，和加入一定的負(fù)反饋。另外，輸入端加上一個(gè) 10uF的電解電容，可以起到濾波的作用，同理，輸出端加上一個(gè) 武漢工業(yè)學(xué)院畢業(yè) 論文 16 47uF 的電解電容。設(shè)計(jì)圖如下： 圖 27 差分輸入級(jí) 如圖所示，為觀(guān)察信號(hào)的放大，應(yīng)在輸入 端加入一定的交流信號(hào)，觀(guān)察其輸出的信號(hào)，所以接上 IO1, IO2 接地端。輸出端也應(yīng)相應(yīng)的接個(gè)端口，和輸入對(duì)應(yīng)。 3. 中間放大級(jí) 三極管對(duì)信號(hào)實(shí)現(xiàn)放大作用時(shí)在電路中可有三種不同的連接方式（或稱(chēng)三種組態(tài)），即共（發(fā)）射極、共集電極和共基極接法，這三種接 法分別以發(fā)射極、集電極、基極作為輸入回路和輸出回路的交流公共端。 由于共射極電路電壓電流增益都大于 1， 輸入電阻在三種組態(tài)中居中，輸出電阻與集電極電阻有關(guān)，適于低頻；共集電極放大電路只有電流放大作用，即只有電壓跟隨作用，輸入電阻高，輸出電阻小，頻率特性好；共基極放 大電路只有電壓放大作用，輸入電阻小，輸出電阻與集電極電阻有關(guān)，高頻特性好。綜合考慮，中間放大級(jí)采用共發(fā)射極放大電路。 [9] 共發(fā)射極基本放大電路的采用的是 NPN 管。為保證放大電路能夠不失真地放大交流信號(hào)，放大電路的組成應(yīng)遵循以下原則： 1) 保證三極管 在整個(gè)輸入信號(hào)過(guò)程中 工作在放大區(qū) 2) 保證信號(hào)有效的傳輸 ，不會(huì)產(chǎn)生失真 對(duì)于改設(shè)計(jì)來(lái)說(shuō)，用共發(fā)射極基本放大電路作為中間放大級(jí)就可以了，能夠達(dá)到將信號(hào)進(jìn)一步進(jìn)行放大的目的，設(shè)計(jì)圖如下： 武漢工業(yè)學(xué)院畢業(yè) 論文 17 圖 28中間放大級(jí) 易得，輸入從基級(jí)輸入交流信號(hào)，從集電極輸出信號(hào)，顯然是個(gè)共射級(jí)的放大電路，可以起到中間放大的作用。 4. 互補(bǔ)對(duì)稱(chēng)輸出電路 因?yàn)樵诖蠖鄶?shù)的實(shí)際應(yīng)用中，單管的 BJT 組成的放大電路往往不能滿(mǎn)足特定的增益、輸入電阻、輸出電阻等要求，為此，常把三種組態(tài)中的兩種進(jìn)行適當(dāng)?shù)?組合，以便發(fā)揮各自的優(yōu)點(diǎn)，獲得更好的性能。如下，輸出級(jí)是采用共射 共射放大電路，以提高放大增益。 互補(bǔ)推挽放大器 中的 “ 互補(bǔ) ” 是 指： 采用兩種不同極性的三極管，利用不同極性三極管的輸入極性不同，用一個(gè)信號(hào)來(lái)激勵(lì)兩只不同極性的三極管，這樣可以不需要有兩個(gè)大小相等、相位相反的激勵(lì)信號(hào)。電路中，一個(gè)是 NPN型三極管，另一個(gè)是 PNP型三極管，兩只三極管的基極相連，在兩管的基極加一個(gè)音頻輸入信號(hào)作推動(dòng)信號(hào)。 兩管基極和發(fā)射極并聯(lián)，由于兩只三極管的極性 不同，基極上的輸入信號(hào)電壓對(duì)兩管而言一個(gè)是正向偏置，一個(gè)是反向偏置。當(dāng)輸入信號(hào)為正半周時(shí)，兩管基極同時(shí)電壓升高，此時(shí)輸入信號(hào)電壓給一管加上正向偏置電壓，所以該管進(jìn)入導(dǎo)通和放大狀態(tài)。由于基極電壓升高，對(duì)另一管來(lái)講加上反向偏置電壓，所以該管處于截止?fàn)顟B(tài)。 輸入信號(hào)變化到負(fù)半周后，兩管基極同時(shí)電壓下降，給另一管正向偏置，使該管進(jìn)入導(dǎo)通和放大狀態(tài)，而一管又進(jìn)入截止?fàn)顟B(tài) [10]。 這種利用 NPN型和 PNP 型三極管的互補(bǔ)特性，用一個(gè)信號(hào)來(lái)同時(shí)激勵(lì)兩只三極管的電路，稱(chēng)之