otl音频功率放大器模电课设报告

课程设计说明书

课程设计名称： 模拟电路课程设计

课程设计题目： OTL 音频功率放大器

学院名称： 南昌航空大学信息工程学院

专业： 通信工程 班级：

学号： 姓名：

评分： 教师：

2013年 3 月 14 日

模拟电路 课程设计任务书

2012－2013 学年第 2学期 第 1 周－ 3 周

题目 内容及要求 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%； OTL音频功率放大器 进度安排 第1周：查阅资料，到机房学习仿真软件，确定方案，完成原理图设计及仿真； 第2周：领元器件、仪器设备，制作、焊接、调试电路，完成系统的设计； 第3周：检查设计结果、撰写课设报告。 学生姓名: 指导时间：周一、周三、周四下午 任务下达 考核方式 指导教师 2013 年2月25日 任务完成 指导地点：E 楼 311室 2013 年 3 月15日 √ 2.答辩 □ 3.实际操作 □√ 4.其它□ 1.评阅 □ 系（部）主任 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。

摘 要

功率放大器的常见电路是OTL和OCL电路。有用集成运算放大器和晶体管组成的功率放大器，也有专集成电路功率放大器，本实验设计的是一个OTL功率放大器，该放大器采用复合管无输出耦合电路，并采用函数信号发生器供电。

该课程设计主要涉及了放大器的偏置电路克服交越失真，复合管的基本组合提高电路功率，交直流反馈电路，对称电路，并用multism软件对OTL功率放大器进行仿真实现。根据电路图和给定的原件参数，使用multism软件模拟电路，并对其进行静态分析，动态分析，示波器显示波形图，计算数据等操作，让电路实现其要求的功能

关键词：复合管、交越失真、交流反馈、推动级

目 录

前 言 ....................................................................................................................... 1 第一章 理论依据 ......................................................................................................... 2 第二章 系统组成及原理 ........................................................................................... 3

2.2 实验电路图..................................................................................................... 3 2.3实验元件UA741简介...................................................................................... 4 2.4功率放大计算过程........................................................................................... 5 第三章 电路安装与调试 ............................................................................................. 6

3.1前期工作........................................................................................................... 6 3.2电路调试.......................................................................................................... 6 3.3测试结果及分析.............................................................................................. 7 第四章 结果与分析 ................................................................................................... 8

仿真结果 ................................................................................................................ 8 参 考 文 献 ............................................................................................................... 10 附 录 ....................................................................................................................... 11

前 言

功率放大器通常分为五种工作状态，即A类、AB类、B类、C类、D类。在音频功放的领域内，前四类均可直接采用模拟音频信号直接输入，放大后将此信号用以推动扬声器发声。D类放大器比较特殊，只有两种状态，不是通就是断。因此它不能直接模拟音频信号，而是需要某种变换再放大。

如何通过分析仪器让音频功放达到更高的要求是许多人为之努力的永恒的课题，声音经过模拟设备记录和再生，成为模拟音频，再经过数字化成数字音频，音频分析就是以数字音频信号为分析对象以数字信号处理的各种理论为分析手段，提取信号在时域，频域内一系列特性的过程。

本次设计准备采用二级放大电路，将输入信号进行两次放大，实现功率放大的作用，从而实现设计要求。

第一章 理论依据

功率放大器电路可直接选用集成功率放大器，也可以选用分离原件来组成。但是由于集成功率放大级的调节往往达不到目的，故选用有分离原件晶体管组成的功率放大电路。

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，使其功率增加，然后输出，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，使其能够驱动电阻而得到需要的音频。设计时首先根据技术指标要求，对整机电路做出适当的安排，确定各级的增益分配，然后对各级电路进行具体的设计。

实验原理图：

图1.1 设计总原理图

第二章 系统组成及原理

2.1 设计思路

信号输入端将10mv,10kHz的小信号输入到电路中，经过UA741的放大（前置放大），将信号放大到规定的数值，变成合适的信号输入到第二级放大电路，经过LM11CN的放大作用，进一步放大输出了比较大的信号。

对电路输入+12、—12的直流稳压电压，使得芯片能够正常工作，起到电路所需的功能输出端的电容和电阻形成了一个选频网络，起到了滤波的作用，去除了芯片带来的干扰波的影响，用示波器测量相应位置的信号，调节滑动变阻器，使得在示波器上显示合适的信号，保证实验的准确性。

2.2 实验电路图

图2.1 实验电路图

2.3实验元件UA741简介

741放大器为运算放大器中最常被使用的一种，拥有反相向与非反相两输入端，由输入端输入欲被放大的电流或电压信号，经放大后由输出端输出。放大器作动时的最大特点为需要一对同样大小的正负电源，其值由±12Vdc至±18Vdc不等，而一般使用±15Vdc的电压。741运算放大器的外型与接脚配置分别如图3、4所示。

图2.2 UA741外型

图2.3 UA741接脚配置

741运算放大器使用时需于7、4脚位供应一对同等大小的正负电源电压＋Vdc与－Vdc，一旦于2、3脚位即两输入端间有电压差存在，压差即会被放大于

输出端，其输出电压值决不会大于正电源电压＋Vdc或小于负电源电压－Vdc，输入电压差经放大后若大于外接电源电压＋Vdc至－Vdc之范围，其值会等于＋Vdc或－Vdc，一般运算放大器输出电压到达＋Vdc和－Vdc后会呈现饱和现象。

2.4功率放大计算过程

因为要求输出到8Ω电阻负载上的功率POR≥2W，而

Vom2RL•POR281012.65V

加上功率管管压降2V，则

V= Vom+2=12.65+2=14.65V 取电源电压为±15V。

Icm2POR/RL210/81.581A Pv2V•Icm/2151.581/15.1W 所以计算效率为

(POR/PV)100%(10/15.1)100%66.2% 输出最大不失真电压Vom=12.65V，故 Vo.pp12.65225.3V

AfVo.pp/Vi.pp25.3/0.8=32

则功率电压增益取AfR1R22200068033≈30dB R2680计算输出功率Po输出功率用输出电压有效值V0和输出电流I0的乘积来表示。

设输出电压的幅值为Vom，则有

因为Iom=Vom/RL，所以.当输入信号足够大，使Vim=Vom= Vcem= VCC- VCES ≈VCC和Iom=Icm时，可获得最大的输出功率

由上述对Po的讨论可知，要提供放大器的输出功率，可以增大电源电压VCC或降低负载阻抗RL

第三章 电路安装与调试

3.1前期工作

将元件进行正确的排版，确定无误后，以芯片为中心，发散着进行和焊接，注意焊接方法

1）焊点要有足够的机械强度，保证被焊件在受振动不致脱落、松动。 不能用过多焊料堆积，这样容易造成虚焊、焊点与焊点的短路。

2）焊接可靠，具有良好导电性，必须防止虚焊。虚焊是指焊料与被焊件表面没 有形成合金结构。只是简单地依附在被焊金属表面上。

3）焊点表面要光滑、清洁，焊点表面应有良好光泽，不应有毛刺、空隙，无污 垢，尤其是焊剂的有害残留物质，要选择合适的焊料与焊剂。

3.2电路调试

利用12V电源进行调试，将电路板和电源箱正确接线，确保线没接反，输出端可与示波器相连进行调试。调试是也按每个小模块进行检测。若出现结果失真，依据理论知识调整参数即可；若连结果都不出现，则要按模块逐个检查电路：首先检查接线是否有误，再检查是否有短路或虚焊的地方，可用万用表或发光二极管（看二极管是否亮或亮度变化）进行检测。不断调试，直到成功为止。

调试中遇到的问题 ：

与仿真产生的结果有较大悬殊，主要是器件的参数性能以及周围环境问题导致电路焊接完成后的调试中，波形产生部分出现的问题主要是实际的结果，而且示波器上的显示出现了跳跃以及毛刺等现象，有时还会伴有幅值以及频率的无规则变化，这应该主要是由于示波器本身工作精度以及电路焊接问题导致的干扰，特别是电容 、电阻等器件的连接不牢固以及器件本身参数性能。

对于译码显示电路部分，首先就是电阻问题，上面已经阐述并且找到解决方法。其次是两个集成块的连接问题，用万用表进行逐一检测。

3.3测试结果及分析

由于设备资源与本系统特性限制，测试图形未能具体给出。现将测试中出现的现象及解决方法简要叙述如下：

（1）电路板焊接完成之后，我们把电源接通，但是扬声器没有声音输出，由于前级放大器电源选择耐压过小，导致与电容串联的10Ω电阻烧毁，后来经过重新计算后，选择耐压较大的电容后问题解决，一般电容耐压选择的使用值比在电路中计算的耐压值大1/3或1/2。

（2）换掉已毁坏的电容后，我们继续测试，扬声器仍然未有声音输出。于是我们改用单元测试，首先把音源信号接入前置放大电路，在其输出端进行测试，发现有轻微的音乐声，此刻证明前置放大功能正常。继续把扬声器接入均衡的输出端进行测试，发现也有轻微的音乐声，但是音量稍低于前置放大的输出，此系均衡损失所致，属正常现象。最后把扬声器再次接入功放输出端，可听到清晰悦耳的音乐声。至此单通道的前置放大部分与音调电路部分和功率放大电路部分已调试成功。

（3）在调试另外一个通道的时候，扬声器声音输出又消失了，按上述步骤进行单元调试检查发现前置放大部分有虚焊现象。之后再把扬声器接入功率输出端可听到音乐声。至此两个通道均已完成调试与测试。

第四章 结果与分析

音频功率放大器的作用是将声音源输入的信号进行放大，然后输出驱动扬声器，采用UA741对电压进行放大，后者采用性能优良的LM386对电压和电流放大，给音响放大器的负载（扬声器）提供一定的输出功率。当负载一定时，希望输出比较大的功率。

本电路设计采用前置放大电路和音频功率放大电路相结合的放大模式，前者的功率尽可能大，输出的信号的非线形失真尽可能的小，效率尽可能的高。在前置放大和功放之间加上一个滑动变阻，就保证了音量可调，在滑动变阻器之前再加上一足够大电阻，这样保证了信号不失真。除此之外，加上相应的旁路电容又使得电路具有杂音小，有电源退偶，无自激等优点。根据实例电路图和已经给定的原件参数，使用multisim11软件模拟电路，并对其进行静态分析，动态分析，显示波形图，计算数据等操作,仿真结果如下图：

仿真结果

图4.1 前端信号输出波形

芯片UA741的输出信号：幅度：200Mv;频率：5000Hz。实验是先从输入端输入10mv的正弦波，经过第一级放大电路，放大至200mv，充分利用了芯片的放大作用，得到了合适的信号。

图4.2 负载输出端波形

负载上的信号：幅度：7v;频率：10KHz。经过UA741的放大，向第二级放大电路输出了合适的正弦信号，经过滤波、选频，负载端输出了7v的信号，达到了实验效果

参 考 文 献

【1】童诗白,华成英模拟电子技术基础[M]，北京：高等教育出版社，2006 【2】阎石,数字电子技术基础[M],北京：高等教育出版社，2006

【3】 孙肖子，邓建国，电子设计指南[M]，北京：高等教育出版社，2006. 【6】胡斌，主编，图表细说电子元器件[J]，北京：电子工业出版社，2004. 【7】康华光，电子技术基础[M]，北京：高等教育出版社，1998

附 录

表一 元件清单

器件 函数信号发生器 直流稳压电源 UA741芯片 LM386芯片 10uf电容 47uf电容

数量（个） 1 1 1 1 3 2 器件 100nf电容 5.1kΩ 电阻 10kΩ 电阻 10kΩ 电阻 5.1kΩ 电位器 1kΩ 电位器 数量（个） 3 1 1 1 1 1