otl电路与ocl电路的区别9篇otl电路与ocl电路的区别 商丘工学院毕业论文（设计） 题目：OTL音频功率放大器的设计系 别： 机电工程学院 专 业： 电子信息工程技术 班 级： 09电信1班下面是小编为大家整理的otl电路与ocl电路的区别9篇,供大家参考。
题 目：OTL 音频功率放大器的设计系
别：
机电工程学院
专
业：
电子信息工程技术
班
级：
09 电信 1 班
学生姓名：
刘冬
指导教师：
赵利平
成
绩：
2012 年 3 月
I摘 要
本报告包括两个内容。第一部分，设计并实现 OTL 功率放大器，功率放大器的作用是给音响放大器的负载 RL（扬声器）提供一定的输出功率。当负载一定时，希望输出的功率尽可能大，输出的信号的非线形失真尽可能的小，效率尽可能的高。功率放大器的常见电路形式有 OTL 电路和 OCL 电路。有用继承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。本文设计的是一个 OTL 功率放大器，该放大器采用 TDA2030 音频放大器芯片，TDA2030 音频放大器电路是最常用到的音频功率放大电路，TDA2030 是高保真集成功率放大器芯片,输出功率大于 10W,频率响应为 10~1400Hz,输出电流峰值最大可达 3.5A，其内部电路包含输入级、中间级和输出级,且有短路保护和过热保护,可确保电路工作安全可靠，采用正输出单电源供电。其次本次实物产品采用 PCB 印制电路板制作 （单面板）
使其性能良好满足设计要求和外表美观。
第二部分， 用 multisim软件对 OTL 功率放大器进行仿真实现。根据实例电路图和已经给定的原件参数，使用 multisim 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。
关键词：
OTL 功率放大电路；multisim 软件仿真；交越失真；输出功率；反馈网络
II目录 摘 要........................................................................ I 目录........................................................................ II 第一章 前言 .................................................................. 1 第二章 设计方案 .............................................................. 2 一、设计要求 ................................................................. 2 二、设计总体方案 ............................................................. 2 2.1 设计思路 ............................................................. 2 2.2 OTL 功放各级的作用和电路结构特征 ..................................... 2 2.3 简要原理分析 ......................................................... 4 2.4 用集成运算放大器放大信号的主要优点 ................................... 4 第三章
选择器件及参数计算 ................................................... 5 3.1 功率放大器芯片 TDA2030 介绍 ........................................... 5 3.2 参数计算 ............................................................. 6 3．2.1 参数计算 ...................................................... 6 3.2.2 功率的计算 ..................................................... 7 第四章
用 multisim 仿真 OTC 功率放大器 ........................................ 7 4.1、功放电路仿真 ........................................................ 7 4.2、功放电路仿真波形 .................................................... 8 第五章 实物电路安装调试及使用 ................................................ 9 5.1 电路调整与测试 ....................................................... 9 5.2 通电观察 ............................................................ 10 第六章、设计体会与总结 ...................................................... 11 参考文献 .................................................................... 12
商丘工学院毕业论文（设计） 1第一章 前言
O OTL （Output Transformerless ）
电路省去输出变压器的功率放大电路通常称为 OTL电路。
OTL 电路为单端推挽式无输出变压器功率放大电路。通常采用电源供电，从两组串联的输出中点通过电容耦合输出信号。
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耦合方式，已解决阻抗变换问题，使电路得到最佳负值。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，是目前常用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）。
“两组串联的输出终点”可理解为采用互补对称电路，PTL 电路的优点是只需要一组电源供电。缺点是需要把一组电源变成了两组对称正、负电源的单电源大电容；低频特性差。
OTL 音频功率放大器的设计 2第二章 设计方案
一、设计要求 任务了与要求：
1、 采用全部或部分分立元件电路设计一种 OTL 音频功率放大器； 2、 额定输出功率 Po≥10W； 3、 负载阻抗 RL=8Ω； 4、 失真度γ≤3%。
二、设计总体方案 2.1 设计思路
功率放大器的作用是给负载 RL提供一定的输出功率，当 RL一定时，希望输出功率尽可能大， 输出信号的非线性失真可能小， 且效率尽可能高。
由于 OTL 电路采用直接耦合方式，为了保证电路工作稳定， 必须采取有效措施抑制零点漂移。
为了获得足够大的输出功率驱动负载工作，故需要有足够高的电压放大倍数。因此，性能良好的 OTL 功率放大器应由输入级、推动级和输出级等部分组成。
2.2 OTL 功放各级的作用和电路结构特征
输入级：主要作用是抑制零点漂移，保证电路工作稳定，同时对前级（音调控制级）送来的信号作低失真，低噪声放大。为此，采用带恒流源的，由复合管组成的差动放大电路，且设置的静态偏置电流较小。
推动级的作用是获得足够高的电压放大倍数，以及为输出级提供足够大的驱动电流，为此，可采用带集电极有源负载的共射放大电路，其静态偏听偏信置电流比输入级要大。
输出级的主要作用是级负载提供足够大的输出信号功率，可采有由复合管构成的甲乙灯互补对称功放或准互补功放电路。
此外， 还应考虑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，在小型不失真的情况下，使输出功率最大。动态测试时，要注意消振和接好保险丝，以防损坏元器件。
商丘工学院毕业论文（设计） 3电路基本框图如 1-1电路基本框图如 1-1
图 1-1 电路基本框图
采用集成运算放大器设计基本放大电路如图 1-2 采用集成运算放大器设计基本放大电路如图 1-2
图 1-2 电路结构框图
图 1-3 电路基本原理图
输入级中间级输出级输出调节TDA2030 高保真集成功率放大器短路保护过热保护负载扬声器输入级级输入推动级级推动输出级级输出负载扬声器器负载扬声输入信号号输入信
OTL 音频功率放大器的设计 4
图1-4 电路在multisim中的仿真图
2.3 简要原理分析：
电路为音频功率放大器原理图 1-3,其中 TDA2030 是高保真集成功率放大器芯片,输出功率大于 10W,频率响应为 10~1400Hz,输出电流峰值最大可达 3.5A。
其内部电路包含输入级、中间级和输出级,且有短路保护和过热保护,可确保电路工作安全可靠。TDA2030 使用方便、外围所需元器少,一般不需要调试即可成功。
RP 是音量调节电位器,C1 是输入耦合电容,R1 是 TDA2030 同相输入端偏置电阻。
R4、R5 决定了该电路交流负反馈的强弱及闭环增益。该电路闭环增益为(R4+R5)/R5=(4.7+150)/150=33.3 倍,C3 起隔直流作用,以使电路直流为 100%负反馈。静态工作点稳定性好。
C2、C4、C7 为电源高频旁路电容,防止电路产生自激振荡。R6 用以在电路接有感性负载扬声器时,保证高频稳定性。
VD1、 VD2 是保护二极管,防止输出电压峰值损坏集成块 TDA2030。
2.4 用集成运算放大器放大信号的主要优点：
电路设计简化，组装高度方便，只需适当选配外接元件，便可实现输入、输出的各种放大关系。
由于运放的开环增益都很高， 用其构成的放大电路一般工作在深度负反馈的闭环状态，则性能稳定，非线性失真小。
运放的输入享受搞高，失调和漂移都很小，故很适合于各种微弱的信号放大。又因其具有很高的共模抑制比，对温度的变化、电源的波动以及其他外界干扰都有 很强的抑制能力。
商丘工学院毕业论文（设计） 5由运放构成的放大单元功耗低、体积小、寿命长，使整机使用的元器件数大大减少，成本降低，工作可靠性大为提高。
第三章
选择器件及参数计算 第三章
选择器件及参数计算 3.1 功率放大器芯片 TDA2030 介绍 TDA2030A 是德律风根生产的音频功放电路， 采用 V 型 5 脚单列直插式塑料封装结构。如图 1-5 所示，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。意大利 SGS 公司、美国 RCA 公司、日本日立公司、NEC 公司等均有同类产品生产，虽然其内部电路略有差异，但引出脚位置及功能均相同，可以互换。
电路特点：
电路特点：
[1].外接元件非常少。
[2].输出功率大，Po=18W(RL=4Ω)。
[3].采用超小型封装（TO-220）,可提高组装密度。
[4].开机冲击极小。
[5].内含各种保护电路，因此工作安全可靠。主要保护电路有：短路保护、热保护、地线偶然开路、电源极性反接（Vsmax=12V）以及负载泄放电压反冲等。
[6].TDA2030A 能在最低±6V 最高±22V 的电压下工作在±19V、8Ω阻抗时能够输出16W 的有效功率，THD≤0.1%。无疑，用它来做电脑有源音箱的功率放大部分或小型功放再合适不过了。如图 1-6：
引脚情况：
1 脚正相输出端 2 脚是反向输入端 3 脚是负电源输入端 4 脚是功率输出端 5 脚是正电源输入端
图 1-6 图 1‐5
OTL 音频功率放大器的设计 6极限参数如下表极限参数如下表：
注意事项：
注意事项：
[1].TDA2030A 具有负载泄放电压反冲保护电路，如果电源电压峰值电压 40V 的话，那么在 5 脚与电源之间必须插入 LC 滤波器，二极管限压（5 脚因为任何原因产生了高压，一般是喇叭的线圈电感作用，使电压等于电源的电压）以保证 5 脚上的脉冲串维持在规定的幅度内。
[2].热保护：限热保护有以下优点，能够容易承受输出的过载（甚至是长时间的），或者环境温度超过时均起保护作用。
[3].与普通电路相比较，散热片可以有更小的安全系数。万一结温超过时，也不会对器件有所损害，如果发生这种情况，Po=（当然还有 Ptot）和 Io 就被减少。
[4].印刷电路板设计时必须较好的考虑地线与输出的去耦，因为这些线路有大的电流通过。
[5].装配时散热片与之间不需要绝缘，引线长度应尽可能短，焊接温度不得超过 260℃，12 秒。
[6].虽然 TDA2030A 所需的元件很少，但所选的元件必须是品质有保障的元件。
3.2 参数计算 3．2.1 参数计算 RP 是音量调节电位器,考虑到实际情况本设计 RP=2.22.2 KΩ； C1 是输入耦合电容（C1=1uf）； R1 是 TDA2030 同相输入端偏置电阻； R2、R3 为反馈网络电阻（R1=R2=R3=100KΩ）；. R4 、 R5 决 定 了 该 电 路 交 流 负 反 馈 的 强 弱 及 闭 环 增 益 。
该 电 路 闭 环 增 益 为(R4+R5)/R5=(0.68+22)/0.68=33.3 倍,C3 起隔直流作用,以使电路直流为 100%负反馈。
静
商丘工学院毕业论文（设计） 7态工作点稳定性好。
C2、C4、C7 为电源高频旁路电容,防止电路产生自激振荡； R6 用以在电路接有感性负载扬声器时,保证稳定性； VD1、VD2 是保护二极管,防止输出电压峰值损坏集成块 TDA2030, 负载 RL=8Ω。...
3.2.2 功率的计算 1、
1、
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 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。
第四章
用 multisim 仿真 OTC 功率放大器 4.1、功放电路仿真图 1-7：
OTL 音频功率放大器的设计 8 图 1-7 4.2、功放电路仿真波形如图 1-8：
图 1-8 用仿真课可之当 RL 调的过小时，波形失真；如下图 1-9：
商丘工学院毕业论文（设计） 9 图 1-9 用 multisim 软件仿真，可以完成以后对 PCB 的通电测试，测试是对安装后的电路板的参数及工作状态进行测量，以便...
OTL(Output Transformer Less)电路称为无输出变压器功放电路。是一种输出级与扬声器之间采用电容耦合而无输出变压器的功放电路它是高保真功率放大器的基本电路之一但输出端的耦合电容对频响也有一定影响。OTL电路的主要特点有采用单电源供电方式输出端直流电位为电源电压的一半输出端与负载之间采用大容量电容耦合扬声器一端接地具有恒压输出特性允许扬声器阻抗在 4Ω 、8Ω 、16Ω 之中选择最大输出电压的振幅为电源电压的一半即 1/2 V CC额定输出功率约为 /(8RL)。
OCL(Output Condensert Less)电路称为无输出电容功放电路是在 OTL电路的基础上发展起来的。
OCL 电路的主要特点有采用双电源供电方式输出端直流电位为零由于没有输出电容低频特性很好扬声器一端接地一端直接与放大器输出端连接因此须设置保护电路具有恒压输出特性允许选择 4Ω 、8Ω 或 16Ω 负载最大输出电压振幅为正负电源值额定输出功率约为 /(2RL)。需要指出若正负电源值取 OTL 电路单电源值的一半则两种电路的额定输出功率相同都是 /(8RL)。
BTLBalanced
Transformer
Less电路称为平衡桥式功放电路。它由两组对称的 OTL 或 OCL 电路组成扬声器接在两组 OTL 或 OCL 电路输出端之间即扬声器两端都不接地。BTL 电路的主要特点有可采用单电源供电两个输出端直流电位相等无直流电流通过扬声器与 OTL、OCL 电路相比在相同电源电压、相同负载情况下BTL 电路输出电压可增大一倍输出功率可增大四倍这意味着在较低的电源电压时也可获得较大的输出功率但是扬声器没有接地端给检修工作带来不便。
功率放大器电路形式的判断可根据功放对管的输出端与扬声器的接法来判断其电路结构形式。OTL 功放电路的输出端的直流电位为电源电压的一半扬声器一端接地另一端通过大容量耦合电容与功放输出端相接OCL 功放电
路采用双电源供电使其输出端的直流电位为零扬声器一端接地另一端直接与功放输出端相接BTL 功放电路采用两个功放对扬声器直接连接在两个功放对的输出端不需要耦合电容。
儿Ａ Ｎ ＧＯ Ｔ Ｌ 和Ｏ Ｃ Ｌ 电路最大不失真输出功率表达式的统一邹万全（ 内江师范学院物理与电子信息工程学院，四川内江６ ４ １１０ ０ ）摘要：
在模拟电路书上， Ｏ Ｔ Ｌ 电路和Ｏ Ｃ Ｌ 电路最大不失真输出功率表达式是不同的， 但通过分析和推理。
可得出两者统一的表达式。
以便学者更好地掌握．关键词：
Ｏ Ｔ Ｌ 电路； Ｏ Ｃ Ｌ 电路； 输出功率； 计算中图分类号：
Ｔ Ｎ ７ ０ ２文献标志码：
Ａ文章编号：
１６ ７ １—１７ ８ ５（ ２０ １０ ）１２—０ ０ ３０ － － ０ ２乙类推挽式的功率放大电路由于效率高， 信号失真小， 为当前功率放大电路的主要电路， 而乙类推挽式的功率放大电路最主要的电路又有０ Ｔ Ｌ 及Ｏ Ｃ Ｌ 两种电路形式． ０ Ｔ Ｌ 是英文Ｏ ｕ ｔｐ ｕ ｔｔｒ ａ ｎ ｓｆ ｏ ｒ －ｍ ｅｒ ｌｅｓｓ的缩写， 意思是“单电源供电无输出变压器有输出电容器单端推挽式的功率放大电路” ［ １］２６１．Ｏ Ｃ Ｌ 是英文Ｏ ｕ ｔｐ ｕ ｔ Ｃ ａ ｐ ａ ｃ ｉｔｏ ｒ ｌｅ ｓｓ的缩写， 意思是“双电源供电没有输出电容器单端推挽式的功率放大电路” Ｃ １］２５８ ． 由于两种电路无输出变压器， 主要由电阻及晶体管元件组成， 因此， Ｏ Ｔ Ｌ 电路和Ｏ Ｃ Ｌ 电路为集成功率放大电路的主要电路． 本文主要对０ Ｔ Ｌ 及Ｏ Ｃ Ｌ 两种电路的最大不失真功率分析计算加以探讨．Ｉ乙类双电源互补对称电路（ Ｏ Ｃ Ｌ ｌ号幅度近似为电源值， Ｖ 。
≈Ｖ ∞．１． １． ２Ｏ Ｃ Ｌ 电路最大不失真输出功率的推证输出功率为输出电压有效值Ｕ 及输出电流有效值ｆ 。
的乘积．胪ｍ ＿ 善’ 志２疑． ㈩Ｐ。
＝蓦２Ｒ一凌２Ｒ一盟型２ＲＬ≈象２Ｒ．１． １． ３ｏ Ｃ Ｌ 的实用电路ＩＯ Ｔ Ｌ 和ｏ Ｃ Ｌ 电路最大不失真输出功率因此为了简便起见， 我们以“乙类互补对称电路” 为例， 在忽略管耗和晶体三极管门槛电压条件下， 分别推出Ｏ Ｔ Ｌ 和Ｏ Ｃ Ｌ 电路的最大不失真输出功率．１． １Ｏ Ｃ Ｌ 电路最大不失真输出功率∽１１． １． １乙类双电源互补对称电路（ Ｏ Ｃ Ｌ ）原理电路如图１所示， Ｔ 。
、 Ｔ ｚ 为参数相同的Ｎ Ｐ Ｎ 及Ｐ Ｎ Ｐ 管， Ｔ 。
、 Ｔ ２工作在射极输出器状态．采用正负对称电源士Ｖ 口供电．信号让正、 负半周时， Ｔ 。
及Ｔ ２交替导通， 在负载Ｒ ｔ上获得完整的信号， 忽略晶体管饱和压降， 信‘＿ＬＬ。Ｌ ‘（ ２）为克服交越失真， 晶体管一般工作在甲乙类状态， 常见的有采用二极管进行偏置的甲乙类双电源互补对称电路（ 图２）及利用刨聒扩大电路进行偏置的甲乙类双电源互补对称电路（ 图３）两种形式．１． ２Ｏ Ｔ Ｌ 电路最大不失真输出功率‘３３１． ２． １乙类单电源互补对称电路（ Ｏ Ｔ Ｌ ）收稿日期：
２０ １０ —０ ９ ． １３作者简介：
邹万全（ １９ ６２一）。
男， 四川资中人， 内江师范学院副教授．万方数据
２０ １０ 年１２月邹万全：
Ｏ Ｔ Ｌ 和Ｏ Ｃ Ｌ 电路最大不失真输出功率表达式的统一・３１・圈２ 采用二极管进行偏置的甲乙双电源互补对称电路３利用。
“扩大电路进行偏置的甲乙类双电源互补对称电路原理电路如图４ 所示， 采用单电源供电， 输出电容为隔直耦合电容． 仍然是丁。
、 Ｌ 为参数相同的Ｎ Ｐ Ｎ 及Ｐ Ｎ Ｐ 管， 工作在射极输出器状态．４ 乙类单电源互补对称电路（ ｏ ｒ ｅ ）电路静态时， 给Ｔ ， 、 Ｔ ２适当偏置， 可使Ｋ 点电１１压Ｋ ＝ 百． Ｉｔ Ｖ ∞， 因此， 电容两端电压也为一１， Ｖ 口． 信号厶厶正半周时。
丁。
导通， Ｔ ２截止， 电源通过丁， 及负载Ｒ 。
向电容充电， Ｒ 。
获得信号正半周； 信号负半周时， 丁， 截止， 瓦导通， 电容通过Ｔ ２及负载Ｒ 。
放电， Ｒ ｃ获得信号负半周． 由于耦合电容的电容量较大， 工作时电容两端电压不能突变， 忽略晶体管饱和１压降， 信号幅度近似为Ｖ 。
≈寺％．ｏ１． ２． ２ｏ Ｔ Ｌ 电路最大不失真输出功率的推证１由于儿≈妄Ｖ ∞， 与Ｏ Ｃ Ｌ 电路最大不失真输厶出功率的推证方法完全相同， 可得Ｐ 。
：
疑：
象笔鲨１芝荨兰≈琵．１“２Ｒ ￡２Ｒ ，２Ｒ Ｉ，…８Ｒ Ｉ‘（ ３）１． ２． ３Ｏ Ｃ Ｌ 的实用电路为保证Ｔ ， 导通时驱动级有足够的驱动能力使丁。
的输出幅度达到÷Ｖ ∞， 则要求驱动级的电源电压高于Ｖ ∞， 因此Ｏ Ｃ Ｌ 的实用电路一般为带自举的甲乙类单电源互补对称电路。
如图５所示．图５采用二极管进行偏置的带自 举的甲乙类单电源互补对称电路图中， Ｃ ３自举电容， 由于Ｃ ３及Ｒ 。
的作用， 可使Ｄ 点电压高于Ｖ ∞， 图中Ｄ 。
、 Ｄ ：
的作用是给Ｔ 。
、 Ｔ ２一个固定偏置， 使其工作在甲乙类状态．２Ｏ ＩＬ 和。
阢电路最大不失真输出功率表达式的统一设ｏ Ｔ Ｌ 和０ Ｃ Ｌ 电路的电源总电压为Ｕ ． 对于Ｏ Ｔ Ｌ 电路， 【， ＝ Ｖ ∞； 对于Ｏ Ｃ Ｌ 电路， Ｕ ＝ ２％．则Ｏ Ｔ Ｌ 电路最大不失真输出功率Ｐ 。
＝ 涤＝ 罴．㈤同样Ｏ Ｃ Ｌ 电路最大不失真输出功率也为ｐ 一堕一堡２Ｒ ，ｒ ‘、、 。
７１”８Ｒ ， 。可见， 在忽略管耗和晶体三极管门槛电压条件下， 引入电源总电压之后， 无论是（ ）Ｔ Ｌ 电路还是Ｏ Ｃ Ｌ 电路， 其最大不失真输出功率表达式是完全相同的．本文讨论， 仅供电子技术类广大师生参考， 由于大功率器件工作频率的不断提高， 当前～种效率更高的功率放大器一Ｄ 类功率放大器， 正在广泛应用．Ｄ 类功放主要是将输入音频对高频振荡进行脉宽调制， 使高频脉冲宽度随音频变化而变化， 然后将这些脉冲进行功率放大， 经过滤波电路输出即可． 其理论基础为Ｓ Ｐ Ｗ Ｍ 调制理论． 读者可参考有关资料．（ 下转第４ ０ 页）万方数据
‘４ ０ ・内江师范学院学报第２５卷第１２期Ｄ ｕ ｂ ｌｉｎ ， Ｃ ａ ｌｉｆ ｏ ｒ ｎ ｉａ ｚ Ｓ ｙ ｂ ａ ｓｅ ， ２０ ０ ４ ．［ １３］Ｓ ｌａ ｓｈ ． Ｐ ｏ ｗ ｅｒＤ ｅｓｉｇ ｎ ｅｒ教程［ Ｅ Ｂ ／Ｏ Ｌ ］． ［ ２０ ０ ６—０ ９ —０ ３］．Ｒ ｅｑ ｕ ｉｒｅｍ ｅｎ ｔｓ・－ Ｍ ｏ ｄ ｅｌｉｎ ｇＡ ｎ ａ ｌｙ ｓｉｓｈ ｔｔｐ ：
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ｒｅｐ ｏ ｒｔ ｒ ｅ ｍ ｐ ｌａ ｔｅ（ 责任编辑：
胡蓉）（ 上接第３１页）参考文献：［ １］殷瑞祥． 电路与模拟电子技术［ Ｍ ］． 北京：
高等教育出版社， ２００３．［ ２３秦曾煌． 电工学下册（ 电子技术）［ Ｍ ］． 北京：
高等教育出版社， ２００８：
２０７ —２０８．［ ３］康华光． 电子技术基础（ 模拟部分）［ Ｍ ］． 北京：
高等教育出版社， ２０ ０ ８ ：
２０ ７ —２０ ８ ．Ｕ ｎ ｉｔｙｏ ｆ ｔｈ ｅＥ ｘ ｐ ｒ ｅ ｓｓｉｏ ｎ ｓｆ ｏ ｒＯ Ｔ Ｌａ ｎ ｄ Ｏ Ｃ ＬＣ ｉｒ ｃ ｕ ｉｔ Ｕ ｎ ｄ ｉｓｔｏ ｒ ｔｅ ｄＭ ａ ｘ ｉｍ ｕ ｍＯ ｕ ｔｐ ｕ ｔＰ ｏ ｗ ｅ ｒＺ Ｏ ＵＷ ａ ｎ － ｑ ｕ ａ ｎ（ Ｓ ｃ ｈ ｏ ｏ ｌ ｏ ｆＰ ｈ ｙ ｓｉｃ ｓ＆ Ｅ ｌｅ ｃ ｔｒ ｏ ｎ ｉｃＩｎ ｆ ｏ ｒ ｍ ａ ｔｉｏ ｎ ａ ｌＥ ｎ ｇ ｉｎ ｅｅｒｉｎ ｇ ， Ｎ ｅｉｊｆ ａ ｎ ｇＮ ｏ ｒ ｍ ａ ｌ Ｕ ｎ ｉｖ ｅｒｓｉｔｙ ， Ｎ ｅｉｊｉａ ｎ ｇ 。
Ｓ ｉｃｈ ｕ ａ ｎ６ ４ １１０ ０ 。
Ｃ ｈ ｉｎ ａ ）Ａ ｂｓｔｒａ ｃｔ：
Ｉｎｔｈ ｅａ ｎ ａ ｌｏ ｇｃｉｒ ｃｕ ｉｔｂ ｏ ｏ ｋ ｓ・ｅ ｘ ｐ ｒ ｅ ｓｓｉｏ ｎ ｓｆ ｏ ｒＯ Ｔ Ｉ。
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（ ）Ｔ Ｌｃ ｉｒ ｃ ｕ ｉｔ； Ｏ Ｃ Ｉ。
ｃ ｉｒ ｃ ｕ ｉｔ； ｏ ｕ ｔｐ ｕ ｔｐ ｏ ｗ ｅｒ； ｃａ ｌｃｕ ｌａ ｔｉｏ ｎ（ 责任编辑：
李伟男）万方数据
主要内容4. 4 集成功率放大电路4. 1
功率放大电路的主要特点4. 2 互补对称式功率放大电路4. 3 采用复合管的互补对称式放大电路
1. 正确理解OTL和OCL互补对称电路的工作原理，最大输出功率和效率的估算。2. 了 解功率放大电路的特点， 以及功率放大电路的类型。3. 了 解集成功率放大电路的特点。教学要求
§ 4.1
功率放大电路的主要特点一、 功率放大电路的作用：例1：扩音系统功率放大电压放大信号提取用作放大电路的输出级， 以驱动执行机构。
如使扬声器发声、 继电器动作、 仪表指针偏转等 。
二、 与电压放大电路的比较：1.电压放大电路：任务：
使负载上获得尽可能大的不失真的电压信号。三极管工作状态：
小信号分析方法：2.功率放大电路：微变等效电路任务：
在允许的失真限度内尽可能地向负载提供足够大的功率。三极管工作状态：
大信号分析方法：图解法
三、 对功率放大电路的要求：1.输出功率要尽可能大cmcemcmcemomIUIUP⋅⋅=⋅=2122集电极正弦电压的最大幅值2.工作效率高voPP=η放大电路输出功率直流电源提供的功率效率低， 既浪费能源不经济， 又会使功放管的结温明显升高， 以至损坏管子。3.非线性失真要小。集电极正弦电流的最大 幅值
四、 功率放大电路的分类：1.按功放管工作状态不同分为：
甲类、 乙类、 甲乙类。甲类：
导通角;在正弦交流信号的一个周期内，三极管均导通， 效率低， 仅为25﹪ 。乙类：
导通角管在半个周期内导通。； 三极甲乙类：
导通角π2θ=πθ =π2θ<π<
如何解决效率低的问题？办法：
降低Q点。既降低Q点又不会引起截止失真的办法：采用推挽输出电路， 或互补对称射极输出器。缺点：
但又会引起截止失真。2.按耦合方式不同分变压器耦合功率放大电路阻容耦合功率放大电路直接耦合功率放大电路
互补对称：
电路中采用NPN、 PNP两个三极管，其特性一致。
利用NPN、 PNP管轮流导通， 交替工作， 在负载RL上得到一个完整的被放大的交流信号。§ 4.2 互补对称功率放大电路
互补对称功放的类型无输出变压器形式（ OTL电路）无输出电容形式（ OCL电路）OTL: Output
TransformerLessOCL: Output
CapacitorLess类型：
§ 4.2.1
电路组成和工作原理1. OTL互补对称电路（1）
OTL乙类互补对称电路电路特点：1）
单电源供电;2）
射极输出， 输出端加有大电容。C2的作用：
隔直通交； 储存电能， 代替一个电源。
静态分析静态时， 电源通过VT1向C2充电， 调整参数R1、 R2使得三极管发射极电位：2CCAVU =
死区电压动态分析ui>0,VT1导通VT2截止， iL=iC1,RL上得到上正下负的电压；uiiLiC2iC1 tttt
动态分析ui<0,VT1截止VT2导通， C2两端的电压为VT2、 RL提供电源, iL=iC2， RL上得到上负下正的电压。uiiLiC2iC1 tttt交越失真
（2）
OTL甲乙类互补对称电路OTL
乙类互补对称电路的主要优点是效率高；其缺点是会出现交越失真， 可采用甲乙类互补对称电路。在VT1、 VT2的基极之间接入电阻R和两个二极管VD1、 VD2， 使得uI=0时，VT1、 VT2已微微导通。
静态时， iL=iC1-iC2=0为了 避免降低效率， Q点选的比较低， 使静态时集电极电流值很小， 与乙类互补电路的工作情况很相近。甲乙类互补对称电路既能减小交越失真， 又能获得较高的效率。IcmuiiLiC2iC1 tttt
2. OCL互补对称电路电路特点1）
双电源供电;2）
输出端不加隔直电容。静态分析静态时， ui= 0V
→ VT1、 VT2均不工作→ uo= 0VUCE1=+Vcc,
UCE2=－Vcc
动态分析ui>0,VT1导通VT2截止，iL=iC1,RL上得到上正下负的电压；IcmuiiLiC2iC1 tttt
动态分析ui<0,VT1截止VT2导通，iL=iC2,RL上得到上负下正的电压。IcmuiiLiC2iC1 tttt
优点：
电路省掉大电容， 改善了低频响应， 又有利于实现集成化。缺点：
三极管发射极直接连到负载电阻上， 若静态工作点失调或电路内元器件损坏， 将造成一个较大的电流长时间流过负载， 造成电路损坏。
实际使用的电路中常常在负载回路接入熔断丝作为保护措施。OCL电路的优缺点：
§ 4.2.2 互补对称电路主要参数的估算1. OCL互补对称电路主要参数的估算设三极管VT1、 VT2特性曲线对称， 则Icm1=Icm2=Icm, Ucem1=|Ucem2|=Ucem
LCCRViC1uCE1iC2－ uCE2QUcem1Icm1ABIcm2UCESVcc
IcmuiiLiC2iC1 ttttLCESCCcmRUVI−=
（1）
最大输出功率：LCEScccmcemcmcemomRUV(IUIUP2)21222−=⋅⋅=⋅=忽略UCES 则LccomRVP22≈集电极最大输出电压为Ucem=Vcc－UCES集电极最大输出电流为Icm=（Vcc－UCES)/RL
直流电源Vcc提供的功率：LccLCESCCcccmcccmccVRVRUVVIVttdIVPπππω(ωππ∫20222)sin1≈−⋅==×=（2）
效率：5 .784===πηVomPPCCCESCCVomVUVPP||4−⋅==πη忽略UCES 则
（3）
功率三极管极限参数：①集电极最大允许电流ICM:流过三极管的最大集电极电流为:LCCLCESCCcmRVRUVI≈−=选择三极管时集电极最大允许电流应为:LCCCMRVI>
②集电极最大允许反向电压U(BR)CEO:当VT2导通， VT1截止时， VT1承受反向电压：CCCESCCCEVUVu2||221≈−=功率三极管集电极最大允许反向电压为:CCCEOBRVU2)(>
③集电极最大允许耗散功率PCM:当集电极输出电压的峰值UOM≈0.6VCC时， 三极管的功率功耗达到最大， 此时， 每个三极管的最大管耗为：LCC2TmRVP2π=当忽略三极管的饱和压降UCES时， 最大输出功率为：LCComRVP22≈omTmPP2 . 0≈∴选择三极管时集电极最大允许耗散功率应为:omCMPP2 . 0>
管子的安全问题：——功率管最大工作电流必须小于最大允许电流ICM；——最大工作反压必须小于允许的击穿电压U(BR)CEO；——功率管的功耗要小于允许的最大功耗PCM
管子散热问题：
普通功率管外壳较小, 散热效果差, 所以允许的耗散功率低。
当加上散热片, 输出功率可以提高很多。例如低频大功率管3AD6在不加散热片时, 允许的最大功耗Pcm仅为1W,加了120mm× 120 mm× 4 mm的散热片后, 其Pcm可达到10 W。在实际功率放大电路中,为了提高输出信号功率, 在功放管一般加有散热片。
2. OTL互补对称电路主要参数的估算iC1AuCE1iC2－ uCE2QUcem1Icm1BIcm2UCESVcc/2
IcmuiiLiC2iC1 ttttLCESCCcmRUVI−=2/
（1）
最大输出功率：LCEScccmcemcmcemomRUV(IUIUP2)2/21222−=⋅⋅=⋅=忽略UCES 则LccLccomRVRV(P82) 2/22=≈设三极管VT1、 VT2特性曲线对称， 则Icm1=Icm2=Icm, Ucem1=|Ucem2|=Ucem,则集电极最大输出电压为Ucem=Vcc/2－UCES集电极最大输出电流为Icm=（Vcc/2－UCES)/RL
直流电源Vcc提供的功率：LccLCESCCCCCmcccmccVRVRUVVIVttdIVPπ2ππω(ωππ∫2)sin1220≈−⋅==×=（2）
效率：5 .7842π822==≈=πηLccLccVomRVRVPP忽略UCES 则CCCESCCVomVUVPP2)2(−==πη
（3）
功率三极管极限参数：①集电极最大允许电流ICM:流过三极管的最大集电极电流为:LCCLCESCCcmRVRUVI22/≈−=选择三极管时集电极最大允许电流应为:LCCCMRVI2>
②集电极最大允许反向电压U(BR)CEO:当VT2导通， VT1截止时， VT1承受反向电压：CCCESCCCEVUVu≈−=||21功率三极管集电极最大允许反向电压为:CCCEOBRVU>)(
③集电极最大允许耗散功率PCM:omTmPP2 . 0≈选择三极管时集电极最大允许耗散功率应为:omCMPP2 . 0>当忽略三极管UCES时， 每个三极管的最大管耗也为：
) 1 ()2/(2121222LCEScccmcemcmcemomRUVIUIUP−⋅=⋅⋅=⋅=(2)OTL乙类功放(3)OCL乙类功放(1)甲类功放甲类电路的静态电流较大， 效率较低。
(2)OTL乙类功放(3)OCL乙类功放(1)甲类功放) 2 ()2/(212LCESccomRUVP−⋅=) 3 ()(212LCESccomRUVP−⋅=乙类功放静态功耗等于零， 效率较高。
①OCL电路最大输出功率：2==WRUV(PLCESccom25.2082) 220(2)2=×−−例4.2.1
解：7 .7066.2825.20===VomPPη效率：WRUVVIVttdIVPLCESCCcccmcccmccV66.28822020222)(ωsin10=−⋅×π=−⋅==×=∫ππωππ忽略UCES时WRVPLccom258220×222===
集电极最大允许电流ICM:三极管的极限参数:ARVILCCCM5 . 2820==>集电极最大允许反向电压U(BR)CEO:VVUCCCEOBR402022)(=×=>集电极最大允许耗散功率PCM:W5PPomCM252 . 02 . 0=×=>
W4RUV(PLCESccom82) 22×/20(2)2/22=−=−=8 .6237. 64===VomPPη②OTL电路最大输出功率：效率：WRUVVπIVπttdIVPLCESCCCCCmcccmccV37. 68222020π2)(ωsin120=−⋅=−⋅==×=∫ωππ忽略UCES时WRV(PLccom25. 682) 2/×20(2) 2/22===
集电极最大允许电流ICM:三极管的极限参数:ARVILCCCM25. 182202=×=>集电极最大允许反向电压U(BR)CEO:VVUCCCEOBR20)(=>集电极最大允许耗散功率PCM:WPPomCM25. 125. 62 . 02 . 0=×=>
习题4-6
解：①静态时， 电容两端的电压等于5V， 调整R1可达到要求。②若电阻R2或某一个二极管开路， 则有回路：＋10V
R1VT2发射结VT1发射结、R3接地
mAkkIIBB6 . 32 . 1+2 . 17 . 0×21021=−==mAIIIBCC1806 . 3×5021====βCMccCTPmWVIP>=××=⋅=−9002101018023三极管不安全
§ 4.3 采用复合管的互补对称式放大电路增加复合管的目的是：电流的驱动能力。提高电流放大倍数， 扩大§ 4.3.1 复合管的接法及其β和rbe1. 复合管的接法复合管连接的原则：1）
保证前级三极管的输出电流与后级三极管的输入电流形成适当的通路；2)外加电压的极性应使每个三极管均工作在放大状态.
cbeT1T2ibicbecibicPNPNPN
becibicNPNPNP
2. 复合管的β 和rbe(1)由相同类型的三极管组成的复合管[ββ+1 (++]bicccbcbebbciiiiiiiiii)1 (2,,)1 (,112122211211ββ≈βββ=++=++==+===21β21β21βββ=β211)bebeberrrβcbeT1T2ibicic1ic2ieie1= ib2复合管的共射电流放大系数和输入电阻均比一个三极管的β和rbe提高了 很多倍。
(2)由不同类型的三极管组成的复合管becbebcbbciiiiiiiiii)1 (1,)1 (,,2222211211βββ=ββ=+=+===21β21β1ββββ≈+=1beberr =
两个相同类型的三极管组成的复合管，其类型与原来相同， 有：ββ ≈ber21β211)1 (beberrβ++=两个不同类型的三极管组成的复合管，其类型与第一级相同， 有：21βββ ≈1beberr =
输出级中的VT3、VT4均为NPN型晶体管，两者特性容易对称。§ 4.3.2
复合管组成的互补对称放大电路准互补对称放大电路
§ 4.4
集成功率放大器特点：
轻便小巧、 成本低廉、 使用方便、 可靠性高。
只需在器件外部适当连线， 即可向负载提供一定的功率。分类：从用途划分从芯片内部构成划分从输出功率划分专用型功放通用型功放双通道功放大功率功放单通道功放小功率功放
输入级(差分放大电路）
中间级（共射电路）
输出级（准互补对称电路）
1和8之间接电容相当于交流短路， 此时电压增益约为200倍。
在1、 8之间接入不同的电阻即可得到20~200之间电压增益。OTL电路
补偿电路。
由于扬声器为感性负载， 电路容易产生自激振荡或出现过压， 补偿电路的作用是使负载接近于纯电阻。
61第 4
章结束
将交流电变为单向脉动的电量；滤波电路：
减少波形脉动， 使波形平滑；稳压电路：
负载变化或电网波动时使输出电压稳定。交流降压；
7. 2. 1 整流电路一、 单向桥式整流电路(1) 工作原理利用二极管的单向导电性（动画15-2）
（2）
参数计算输入（交流）
—用有效值(U2)；输出（交直流）
—用平均值；整流管正向电流—用平均值；整流管反向电压—用最大值。π112 22 20输出平均电压为输出平均电压为OL2222sind0.9ππUUUttUU流过负载的平均电流为2oLL0.9oUUIRROD2II 流过二极管的平均电流为RmaxD22UU二极管所承受的最大反向电压
（3）
负载特性曲线是指输出电压与负载电流之间的关系曲线OO()Uf I曲线的斜率代表了整流电路的内阻曲线的斜率代表了整流电路的内阻
**二、 单相半波整流电路单相半波整流电路如图所示， 波形图如图所示。
负载上输出平均电压为πOL202212sind(t)2π20.45πUUUtUU22DOLL20.45πUUIIRR流过负载和二极管的平均电流为RmaxD22UU二极管所承受的最大反向电压
**三、单相全波整流电路(a) 电路图图15. 05 单相全波整流电路(b) 波形图
输出平均电压为πOL222012 22sind()0.9ππUUUttUU流过负载的平均电流为22oLLL2 20.9πUUIIRRRmaxD22 2UU二极管所承受的最大反向电压
7. 2. 2 滤波电路滤波的基本概念——利用电抗性元件储能作用一、 电容滤波电路（1）
电路
(2) 滤波原理RLC变化？L（动画15-3）
滤波波形变化问题：
有Ｃ 无ＲL即空载， 此时UC=？
(3) 参数计算（4）
外特性（负载特性）当C选择合适时：o2(1.1 ~1.2)UULO2L2(1)4TUUUR C用锯齿波近似时LO2O2dLO2=,= 20
,=0.9:=(3 5)2(1.1~1.2)RUUCUUCTR CUU选 条件～
二、电感滤波电路利用储能元件电感器Ｌ 的电流不能突变的性质， 把电感Ｌ 与整流电路的负载ＲL相串联， 也可以起到滤波的作用。电感滤波电路如图所示。
名
称 UL(空载) UL(带载) 二极管反向最大电压 每管平均电流 IL 半波整流 22U
20.45U
22U
全波整流电容滤波 22U
1.2U2* 22 2U
0.5IL 桥式整流电容滤波 22U
1.2U2* 22U
0.5IL *使用条件：2) 5~3 (LdTCR桥式整流电感滤波 22U
0.9U2 22U
0.5IL
三、其它形式的滤波电路
上节课内容小结1 、 OCL和OTL功放（一般电路、 自举电路）与OCL区别：
OTL是单电源工作
2、 直流稳压电路
四、倍压整流电路
1.
输出电压不稳定的原因7. 2. 3 串联型稳压电路一、 基本概念负载的变化和输入电压的变化
2. 稳压电路的技术指标用稳压电路的技术指标去衡量稳压电路性能的高低。UI和 IO引起的ＵO可用下式表示OOOIOIOUUUUIUI(1) 稳压系数SrOOOrI=0=IIUUSUU定义为有时稳压系数也用下式定义OOOrII=0/=/IUUSUU
( ) 输出电阻(3) 输出电阻RoUUOOVOI=01=1 00%IUSUU(2) 电压调整率SV一般特指Δ Ｕi/Ｕi=±10%时的Sr当输出电流从零变化到最大额定值时，输出电压的相对变化值。（4）
电流调整率SIIOIO=0=100%UUSUIOoO= 0=URI
输入电压交流纹波峰峰值与输出电压交流纹波峰峰值之比的分贝数。（6）
输出电压的温度系数STOTOO=0=0,=0=01=100%IIUUUSUT（5）
纹波抑制比SripIP-pPripOP-P=20lgUSUOI如果考虑温度对输出电压的影响, 则输出电压是输入电压、 负载电流和温度的函数= (Uf U I TOIO,, )（7）
效率OI=100%100%OOOIIIPUIUPU IU
二、 串联型稳压电路
1、构成组成部分：调整管取样环节误差放大环节（比较放大器）基准电压源
2、 工作原理（1）
输入电压变化UI↑→UO↑（2）
负载电流变化IL↑→UO↓→UF↓→UO1↑→UCE↓→UO↑实质：
电压负反馈→UF↑ →UO1↓ →UCE↑ →UO↓
（1）
Uo调节范围UF=UREF3、 参数计算2 R3FFoooo=RRUUkUFREFUUUU123RRokk（2）调整管选择ITCEIm axminmax=()CoOPuiUUImaxCMOI()ImBR CEOaxUU
三、三端集成稳压器(1) 概述三个端子：
输入端、 输出端和公共端。符号注意：
不同型号， 不同封装的集成稳压器， 它们三个电极的位置是不同的， 要查手册确定。
(2)
线性三端集成稳压器的分类三端集成稳压器有如下几种：1. 三端固定正输出， 国标型号为CW78--/CW78M--/CW78L--2.三端固定负输出 ， 国标型号为CW79--/CW79M--/CW79L--3.三端可调正输出 ， 国标型号为CW117--/CW117M--/CW117L-CW217--/CW217M--/CW217L--CW317--/CW317M--/CW317L--4 三端可调负输出4.三端可调负输出 ， 国标型号为CW137--/CW137M--/CW137L-国标型号为CW137 /CW137M /CW137LCW237--/CW237M--CW237L--CW337--/CW337M--/CW337L--5. 三端低压差6.
大电流三端以上1---为军品级； 2---为工业品级； 3---为民品级。军品级为金属外壳或陶瓷封装， 工作温度范围-55℃～150℃；工业品级为金属外壳或陶瓷封装， 工作温度范围-25℃～150℃；民品级多为塑料封装， 工作温度范围0℃～125℃。1. 5A
0. 5A
0. 1A
三端固定正输出CW78--：
05、 09、 12、 15、 18、 24...三端固定负输出CW79 --：
05、 09、 12、 15、 18、 24...(3) 三端固定输出式集成稳压器特性——表8. 2. 1(4) 三端可调输出式集成稳压器特性——表8. 2. 2三端可调正输出LM117/217/317：
1.2V~37V三端可调负输出LM137/237/337：
-1.2V~-37V
四、应用电路1. 基本应用
2. 正、 负输出稳压电路
3. 输出可调式基本电路
OCL 或 OTL 功率放大电路 二、 主要技术指标 1、 额定输出功率 Po≥6W 2、 负载阻抗 RL=8Ω
3、 失真度γ ≤3% 三、 设计要求 1、 撰写设计说明书一份(电脑打印， 5000 字左右) 2、 制作实物 四、 课程设计说明书的主要内容及撰写顺序 1、 课题名称 2、 设计任务书 3、 中英文摘要和关键词 4、 目录 5、 绪论 6、 正文（分章、 节、 小节三级标题撰写）
1）
方案选择与论证 ；
2）
方案的原理框图， 总体电路图及原理说明；
3）
单元电路设计与原理说明， 元器件选择和电路参数计算说明；
4）
电路调试。
对调试中出现的问题进行分析， 并说明解决的措施； 测试、记录、 整理与结果分析。
7、 收获体会、 存在问题和进一步的改进意见等。
8、 参考文献 9、 谢词 10、 附录 A：
总电路图和 PCB 图 附录 B：
元器件清单 附录 C：
集成模块的管脚排列与管脚功能 五、 参考文献 1、 彭介华主编.电子技术课程设计指导. 北京：
高等教育出版社， 2002 2、 胡宴如主编.模拟电子技术..北京：
高等教育出版社， 2002 3、 周仲主编.国产集成电路应用 500 例..北京：
电子工业出版社， 1992 4、 刘春晖撰文.实用电路分析..北京电子报. 1995
★模拟电 子 技术课程设计★ 湖南工学院电气与信息工程系 - 2 -指导老师：
雷美艳
2005 年 11 月 26 日
摘
要 功率放大器的作用是给音响放大器的负载 RL（扬声器）
提供一定的输出功率。
当负载一定时， 希望输出的功率尽可能大， 输出的信号的非线形失真尽可能地小， 效率尽可能的高。
功率放大器的常见电路形式有 OTL 电路和 OCL 电路。
有用继承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。
本文设计的是一个 OCL 功率放大器， 该放大器大采用复合管无输出耦合电容， 并采用正负两组双电源供电。
文中介绍了该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、 741 运放电路和对称电路（使静态输出点电压为零）。
此外， 文中还介绍了 双电源供电路设计部分， 在这里采用7800 系列（正电压）
和 7900 系列（负电压）。
其次本次实物产品采用 PCB 印制电路板制作（单面板）
使其性能良好满足设计要求和外表美观。
关键词：
双电源供电电路、 OCL 功率放大电路、 偏置电路、 交越失真、 复合管、 无输出耦合电容、 输出功率、 反馈网络、 对称网络、 741 集成运放、 PCB单面板。
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Abstract The power amplifier function is (speaker) provides the certain output to acoustic amplifier load RL. When load certain, hope output power as far as possible big, the output signal non- linear distortion is as far as possible small, efficiency as far as possible high. The power amplifier common electric circuit form has the OTL electric circuit and the OCL electric circuit. Usefully inherits the power amplifier which the operational amplifier and the transistor composes, also has the specially integrated circuit power amplifier. This article designs is a OCL power amplifier, this amplifier uses the multiple-unit tube to relief greatly the coupling capacity, and uses the positive and negative two groups of double power sources power supply. In the article introduced this amplifier bias electric circuit overcomes the junction more to distort, the multiple-unit tube basic combination enhances the electric circuit power, the alternating and direct feedback circuit, 741 transports puts the electric circuit and the bilateral circuit (causes a static output voltage for zero). In addition, in the article also introduced the double power source for the circuit design part, uses 7,800 series in here (positive voltage) and 7,900 series (negative voltage). Next in kind product uses the PCB printed circuit board manufacture (single kneading board) to cause its performance good to satisfy the design request and to have a fine external appearance.
Key word:
The double power source feed circuit,
the OCL power enlargement electric circuit,
the bias electric circuit,
the junction more distort,
the multiple-unit tube,
reliefs the coupling capacity,
the output,
the feedback network,
the symmetrical net,
741 integrations transports puts,
the PCB single kneading board.
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一、 前言- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -8 二、 绪论- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -9 三、电源部分的设计- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -10
3.1 方案的选择与论证- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 10 3.2 方案的原理框图及电路总图- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 11 3.3 方案的原理说明- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 11
四、 OCL 功放方案的选择与论证- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 12
4.1 方案的选择- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 12 4.2 论证- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 13 五、 方案的原理框图， 总体电路图及原理说明- - - - - - - - - - - - - - - -13 5.1 方案的原理框图和总体电路图- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -
13 5.2 方案的原理框图- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -13 5.3 总体电路图- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - --14 5.4 方案的原理说明- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 14 六、 单元电路及元器件选择和电路参数计算- - - - - - - - - - - - - - - -15 6.1 单元电路设计与原理说明- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - --15 6.2
输入级设计- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 15 6.3
驱动级设计- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -15
★模拟电 子 技术课程设计★ 湖南工学院电气与信息工程系 - 5 -6.4
输出级设计- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 15 6.5
反馈网络设计- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 16
6.6 元器件选择和电路参数计算- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 16
6.7
由要求的输出功率选择功放管- - - - - - - - - - - - - - - - - - - -
17 6.8
R1 的选取- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -
- 17
6.9 功放级元件的选取- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 18 七、 电路调试- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 18
7.1 仿真调试- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -18 7.2 绘制电路原理图- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 19 7.3 对实物电路进行调试并记录数据- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -19 7.3.1 电路调整与测试- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -- - - - - - - - - - 19 7.3.2 通电观察- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -- - - - - - - - - - - - - - - 22 7.3.3 OCL 功放部分的检测- - - - - - - - - - - - - -- - - - - - - - - - - - - - - 23 7.4 数据分析及误差分析- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -23 八、 设计体会与总结- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -23九、 参考文献- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -25
十、 谢词- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 26十一、
附录- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 27
附录 A
电路图- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -27
附录 B
元件清单- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 29 附录 C
集成模块的管脚排列与管脚功能- - - - - - - - - - - - - - - - - - 30
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《模拟电子技术》 是一门发展迅速、 实践性和应用性很强的电子技术专业基础课程。
为了 适应现代电子技术飞跃发展的需要， 更好的培养 21 世纪应用型电子技术人才， 需要在加强学生基础理论学习的同时， 还要加强实验技能的训练。
提高动手能力和课堂理论知识是相辅相成的。
将理论知识、 课题内容的作业、 讨论与技能训练相结合，融为一体， 课程设计以此为目的使能力培养贯穿于整个教学过程 。
本次课程设计（OCL 功率放大器）
综合了 模拟电路中的许多理论知识， 它使我们学过的相关理论知识得到更好的巩固， 并使理论知识与实际问题相联系。
提高自己的动手实践能力、 安装与检测电路的能力。
其中主要涉及到的基础知识有半导体三极管的应用， 放大电路的分析方法和应用， 负反馈放大电路与基本运算电路的性能与作用， 基本偏置电路的设计及其应用等。
在设计的过程中还涉及到了 应用Protel 制作原理图和 PCB 板的一些基础知识。
对于综合运用所学过的知识有一定的帮助和巩固。
限于组员能力有限、 时间创促和初次设计制板， 设计中难免存在错误、 错漏和不妥之处， 恳请老师给予指正， 在此致谢
编者
张 勇
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2006 年 1 月 2 日 根据本次设计的要求， 双电源供电路均采用 7812、 7912 即可实现。OCL 功放部分放大系统的步骤：
输入信号-输入级-驱动级-输出级-负载-反馈网络-输入级。
功率放大器的作用是提供较大的输出功率来驱动负载。
如使扬声器发出宏亮的声音、 示波器中的光点随信号偏转、 电动机、 电磁阀动作的实现等都需要对功率进行放大。
而电压放大器的主要要求是在负载得到不失真的电压信号时， 讨论的主要指标是电压放大倍数、 输入和输出电阻等， 输出功率并不一定大。
功率放大器则不同， 它是一种能量转换器。
设计电路时， 考虑的是最大输出功率、 非线性失真、 减小管子功耗以提高放大器的效率、 使管子安全可靠工作等。
由于要求输出功率大， 因此电源消耗的功率也大， 就存在效益指标的问题。
由于功率放大器工作电流、 电压的变化范围很大， 那么晶体管常常是工作在大信号状态下或接近极限运用状态的非线性区， 因此非线性失真、晶体管功耗、 散热、 直流电源功率的转换效率等都是功放中的重要指标。
为了提高效率， 将放大电路做成推挽式电路， 功放管的工作状态设置为甲乙类， 以减小交越失真。
常见的功放电路在连接形式上主要有双电源互补推挽功率放大器 OCL、 单电源互补推挽功率放大器OTL、 平衡（桥式）
无变压器功率放大器 BTL 等。
由于功放管承受电流、 电压， 因此功放管的保护和散热问题必须重视。
功率放大器可以
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在此次设计中， 采用的是由集成运放和相应分立元件所组成的功率放大电路。
任何的电子产品都必须有电源供应部分， 以便把市电转换成电子线路所需的直流电压， 驱动电子线路工作。
电源电路框图 3. 1
本次设计中， 电源供应包括变压器， 整流器， 滤波电容， 并且加入了稳压电路（正、 负稳压器）。
当 220V 交流电进入放大器时， 首先经过变压器， 把 220V 电压降到几十伏， 并且通过滤波电容， 将直流电压降到电路所需的工作电压。
滤波电容的功能不仅是滤除交流纹波而已， 它还具有储存电能的功效。
当电流放大级突然需要极大的电能时， 要靠墙壁内的市电供应时来不及的， 此时滤波电容的储电能力就起了很大的作用。
经过变压， 整流， 滤波的电压还会遇上一个状况，那就是万一墙壁上的市电不稳定时， 也同样会影响到电源...
OTL OCL 功率放大器设计
学
院
年级专业___________________
学
号
姓
名
指导教师
完成时间
成
绩
中国
陕西
摘 要音频功率放大器是音响系统中不可缺少的重要部分其主要任务是将音频信号放大到足以推动外接负载如扬声器、音响等。功率放大器的主要要求是获得不失真或较小失真的输出功率讨论的主要指标是输出功率、电源提供的功率。本课题主要设计一个 OCL 功率放大器来满足设计要求。OCL 功率放大器即为无输出电容功率放大器。采用两组电源供电使用了正负电源在电压不太高的情况下也能获得比较大的输出功率省去了输出端的耦合电容。使放大器低频特性得到扩展。OCL 功放电路也是定压式输出电路其电路由于性能比较好所以广泛地应用在高保真扩音设备中。OTL 功率放大器它具有非线性失真小频率响应宽电路性能指标较高等优点也是目前 OTL 电路在各种高保真放大器应用电路中较为广泛采用的电路之一。
关 键 字电源电路OCL 功放OTL 功放。
目
录 一
设计任务 .................................................................................................................................. 1 1.1 设计目的和意义 ................................................................................................................ 1 1.1.1 目的 ......................................................................................................................... 1 1.1.2 意义 ......................................................................................................................... 1 1.2 初始参数和要求 ................................................................................................................ 1 二 OCL 系统设计 ........................................................................................................................... 2 2.1 系统工作原理 .................................................................................................................... 2 2.1.1 OCL 互补对称电路特点 ........................................................................................ 2 2.1.2 动态分析 ................................................................................................................ 2 2.2 器件选择........................................................................................................................... 3 2.3 电路设计............................................................................................................................ 3 2.4 电路仿真测试 ................................................................................................................... 4 三 OTL 系统设计 ........................................................................................................................... 5 3.1 系统工作原理 .................................................................................................................... 5 3.1.1 OTL 互补对称电路特点 ........................................................................................ 5 3.1.2 动态分析 ................................................................................................................. 6 3.2 器件选择........................................................................................................................... 7 3.3 电路设计............................................................................................................................ 7 3.4 电路仿真测试 ................................................................................................................... 8 四 电源设计.................................................................................................................................... 9 4.1 系统工作原理 .................................................................................................................... 9 4.1.1 LM78XX 的应用 .................................................................................................... 9 4.1.2 原理图如下所示 .................................................................................................. 10 4.2 器件选择......................................................................................................................... 10 4.3 电路设计.......................................................................................................................... 10 4.4 电路仿真测试 ................................................................................................................. 11 五 总结.......................................................................................................................................... 12 5.1 结论.................................................................................................................................. 12 5.2 优点与不足 ...................................................................................................................... 13 5.3 心得与体会 ..................................................................................................................... 13 参考文献........................................................................................................................................ 14
1 一
设计任务 1.1 设计目的和意义 1.1.1 目的
本课题主要设计一个 OCL 和 OTL 功率放大器把微弱的音频信号进行功率放大足以推动外接负载如扬声器、音响等。提供设计并制作一个双路±12V线性直流稳压电源可选用 78XX 和 79xx 系列三端稳压模块 。这样就组成一个完整的音频放大器如用在扩音器电路中 。
1.1.2 意义 熟练掌握二极管、三极管、电阻、电容、电位器等器件的测试判断以及参数的查阅与运用。
通过 OTL 和 OCL 功放电路的制作熟悉 OTL 和 OCL 功放的工作原理掌握电子产品的制作和调试方法提高实践动手能力培养工程实践观念 1.2 初始参数和要求
设计一个 OCL 和 OTL 功率放大器要求如下
1最大不失真输出功率 PLM5WRL=8 。
2输入为标准音频线路输入
RO=600Ω ,1mW(0.500V 3放大器的效率优于 50。
4放大器的频响特性1Hz——100 KHz。
5设计并制作一个双路±12V线性直流稳压电源可选用 78XX 和 79xx 系列三端稳压模块 。
2 二 OCL 系统设计 2.1 系统工作原理 2.1.1 OCL 互补对称电路特点 1 双电源供电; 2 输出端不加隔直电容。
C 的作用隔直通交储存电能代替一个电源。
2.1.2 静态分析 如图 2-1 所示 静态时ui = 0V
T1、T2 均不工作
uo = 0V UCE1=+Vcc,
UCE2=Vcc 2.1.3 动态分析 图 2-1 消除交越失真的 OCL 电路 ui>0,T1 导通 T2 截止iL=iC1,RL 上得到上正下负的电压
ui<0,T1 截止 T2 导通iL=iC2,RL 上得到上负下正的电压。
设三极管 T1、T2 特性曲线对称 则 Icm1=Icm2=Icm, Ucem1=|Ucem2|=Ucem,则
集电极最大输出电压为
Ucem=VccUCES 集电极最大输出电流为
Icem=VccUCES)/RL
最大输出功率
忽略 UCES 则
直流电源 Vcc 提供的功率 LCEScccmcemcm2Vcem2omRUVIUIUP2)(21212LccRomP21
3
效率
每个三极管的最大功耗PTm=0.2Pom 优点电路省掉大电容改善了低频响应又有利于实现集成化。
缺点 三极管发射极直接连到负载电阻上若静态工作点失调或电路内元器件损坏将造成一个较大的电流长时间流过负载造成电路损坏。实际使用的电路中常常在负载回路接入熔断丝作为保护措施。
2.2 器件选择 1OCL 功率放大电路采用双电源供电分别是+12v 和-12v由后面设计的+12v/-12v 稳压直流电源供电。
2三极管 Q1 为 NPN 型选用 TN2219A三极管 Q3 为 PNP 型选用 TN2905A。
3电阻 R2 为 300 欧姆 R3 为 8 欧姆 R4 为 300 欧姆 R5 为滑动变阻器大小事 3 千欧姆。
4二极管 D1 为 IN4001二极管 D2 为 IN4001。
2.3 电路设计 具体电路设计如下图 2-2 所示 LccLcccccmccVRVttdRVVttdIVP00V22)(sin)(sin15 .78422122LccLccRVomPRVP
4
图 2-2 OCL 仿真电路 2.4 电路仿真测试 1仿真电路中输入音频信号用函数发生器代替频率 100Hz 振幅 500mv 2当输入为正弦信号时输入输出波形如图 2-3 所示
图 2-3 正弦波测试波形 当 R5 为 80%时仿真测得输入功率为 9.556mW输出功率为 5.086W功率放大倍数为 532.23波形没有失真。
3当输入为三角波信号时输入输出波形如图 2-4 所示
5
图 2-4 三角波测试波形 当 R5 为 80%时仿真测得输入功率为 6.306mW输出功率为 5.086W功率放大倍数为 806.53波形没有失真。
4当输入为三角波信号时输入输出波形如图 2-5 所示
图 2-5 方波测试波形 当 R5 为 80%时仿真测得输入功率为 18.998mW输出功率为 5.079W功率放大倍数为 267.34波形没有失真。
三 OTL 系统设计 3.1 系统工作原理 3.1.1 OTL 互补对称电路特点 1单电源供电; 2) 输出加有大电容。
2.静态分析 静态时电源通过 T1 向 C 充电调整参数使得三极管发射极电位
,2CCAVU 2CCCVU
6 则 3.1.2 动态分析
图 3-1 OTL 乙类互补对称电路 ui>0,T1 导通 T2 截止iL=iC1,RL 上得到上正下负的电压 ui<0,T1 截止 T2 导通 C 两端的电压为 T2、 RL 提供电源, iL=iC2,RL 上得到上负下正的电压。
OTL 乙类互补对称电路 如图 3-1 所示 设三极管 T1、T2 特性曲线对称则 Icm1=Icm2=Icm, Ucem1=|Ucem2|=Ucem,则
集电极最大输出电压为
Ucem=Vcc/2UCES 集电极最大输出电流为
Icem=Vcc/2UCES)/RL
最大输出功率
忽略 UCES 则
直流电源 Vcc 提供的功率
效率
LCEScccmcemcm2cem2omRUVIUIUP2)2/(212/1LccRLccomVRVP2281) 2(21LccRLccRcccmcc2VV2ttdVVLttdIVP00omP)(sin2/2)(sin125 .78428122ccRLccRVVVP
7 每个三极管的最大功耗PTm=0.2Pom OTL
乙类互补对称电路的主要优点是 效率高其缺点是会出现交越失真 可采用甲乙类互补对称电路。
3.2 器件选择 1OTL 功率放大电路采用单电源供电分别是+12v 和-12v由后面设计的+12v/-12v 稳压直流电源供电。
2三极管 Q1 为 NPN 型选用 TN2219A三极管 Q3 为 PNP 型选用 TN2905A三极管Q2 为 NPN 型选用 TN2219A。
3电阻 R1 为滑动变阻器大小是 10 千欧姆电阻 R2 为 2.4 千欧姆 R3 为 300 欧姆 R4 为 3.3 千欧姆R6 为 500 欧姆 R7 为 100 欧姆 R8 为 8 欧姆 R9 为滑动变阻器大小事 1 千欧姆。
4二极管 D1 为 IN4001。
5电容 C1 为 100uF电容 C2 为 100uF电容 C4 为 1000uF电容 C5 为 10uF。
3.3 电路设计 具体电路设计如图 3-2 所示
8
图 3-2
OTL 仿真电路 3.4 电路仿真测试 1仿真电路中输入音频信号用函数发生器代替频率 100Hz 振幅 500mv 2当输入为正弦信号时输入输出波形如图 3-3 所示
图 3-3 正弦波测试波形 当 R1 为 100%时仿真测得输入功率为 188.921uW输出功率为 5.506W功率放大倍数为 29144.46 3当输入为三角波信号时输入输出波形如图 3-4 所示
9
图 3-4 三角波测试波形 当 R1 为 100%时仿真测得输入功率为 137.985uW输出功率为 5.604W功率放...
电路组成和工作原理9.2.2
性能分析交越失真的消除9.2.3
交越失真的消除9.2.4
用复合管组成互补对称电路9.2.5
OCL电路的应用分析9.3 单电源互补对称电路(OTL电路)9.3.1
电路特性9.3.2
电路原理9.3.3
电路实例9.3.4
调试方法9.4 BTL集成功率放大电路9.4.1
BTL功放组成及其工作原理9.4.2
集成BTL电路9.5 集成功率放大器4100系列简介9.6 VMOS功率放大器9.6.1
功率场效应管(VMOS)简介9.6.2
功率场效应管(VMOS)电路实例第9章 低频功率放大电路
本章要点:功放的特点与分类OCL电路原理与特性分析OTL电路原理与调试方法BTL电路组成与原理BTL电路组成与原理VMOS功放的特点与应用第9章 低频功率放大电路本章难点:OCL电路性能指标分析OTL电路调试方法
例：扩音系统什么是功率放大器？往往要去推动一个实际的负载。
如使扬声器发声、 继电器动作、 仪表指针偏转等。
推动一个实际负载需要的功率很大。能输出较大功率的放大器称为功率放大器在电子系统中， 模拟信号被放大后，9.1 功率放大电路概述功率放大电压放大信号提取
9.1 功率放大电路概述9.1.1 功率放大电路的特点功率放大器的主要任务是向负载提供较大的信号功率，故功率放大器应具有以下几个主要特点。输出功率要足够大1. 输出功率要足够大如输入信号是某一频率的正弦信号， 则输出功率的表达式为Po=IoUo改用振幅值表示为 Po=IomUom21
2. 效率要高功率放大器实质上是一个能量转换器， 它是将电源供给的直流能量转换成交流信号的能量输送给负载， 因此，要求转换效率高。PDCo=PP式中，Po为信号输出功率， PDC是直流电源向电路提供的功率。
在直流电源提供相同直流功率的条件下， 输出信号功率愈大， 电路的效率愈高。
3. 非线性失真要小功率放大器是在大信号状态下工作， 电压、 电流摆动幅度很大， 而且由于三极管是非线性器件， 在大信号工作状态下， 器件本身的非线性问题十分突出， 因此， 输出信号不可避免地会产生一定的非线性失真。
在实际应用中，要采取措施减少失真， 使之满足负载要求。4. 图解法进行估算由于功放工作在大信号状态， 实际上已不属于线性电路的范围， 故不能用小信号微变电路的分析方法， 通常采用图解法对其输出功率、 效率等指标作粗略估算。
根据在正弦信号整个周期内 的导通情况， 三极管可分为几个工作状态：乙类：
导通角等于180°导通角大于180°甲乙类：
导通角大于180°甲类：
一个周期内均导通甲乙类丙类丙类：
导通角小于180导通角小于180°9.1.2 功率放大器工作状态的分类
二.
甲类功率放大器分析+uVCCLRb1RiIcuceQuceIcQ1.三极管的静态功耗：若CCCEQVU21的静态功耗相等L三极管和负载电阻RCQCEQTIUPCQCCEIVP电源提供的平均功耗：CQCCRLTIVPP21则ceQ
互补对称：＋uuＴ １VCCoii9.2
双电源互补对称功率放大电路(OCL电路) 9.2.1 电路组成和工作原理电路中采用两个晶体管：NPN、 PNP各一支；两管特性一致。
组成互补对称式射极输出器。－Ｔ２VCCLR
ic1Ｔ １ui= 0V
ic1、 ic2均=0（乙类工作状态）
uo= 0V2.动态分析> 0VT 导通T1导通， T2截止iL= ic1;T 截止＋uuVCCoi1. 静态分析ic2ui 0VT1截止， T2导通iL=ic2ui>
0VT1、 T2两个管子交替工作， 在负载上得到完整的正弦波。－Ｔ２VCCLR
组合特性分析——图解法iC1＋uuＴ １Ｔ２VCCoiLRuCEQVCCUCESUCE9.2.2
分析计算负载上的最大不失真电压为Uom=VCC- UCES－VCCiC2SUom
最大不失真输出功率Pomax1.输出功率PoL2omLomomooo222=RURUUIUP＋Ｔ １Ｔ １VCComaxL2CCL2CESCComaxP22)(RVRUV－uuＴ２VCCoiLR
一个管子的管耗)( d
)(21=0LooCCT1tRuuVPππ2.管耗PT)d( sin)sin(210LomomCCtRtUtUVππ＋uuＴ １Ｔ２VCCoiLR两管管耗)4(12omomCCLUUVRT1T2= PP)4(22omomCCLUUVR－VCC
3.电源供给的功率PEToE=PPPLomCC2RUV当时， CComVU 2LL2CCEmRRVP4.效率CComEo4=VUPP时， CComVU% 78.54max最高效率max
3． 三极管的最大管耗)4(1)d(sin)sin(21=2omomCCLom0omT1UUVRtRtUtUVPLCCππ问：
Uom=？ PT1最大, PT1max=？omL2CCT1maxP2 . 022 . 0PRV用PT1对Uom求导， 并令导数=0， 得出：PT1max发生在Uom=0.64VCC处。将Uom=0.64VCC代入PT1表达式：
选功率管的原则：1.
PCM PT1max =0.2PoMVP2．2．CCCCCEOCEOBRBR )VU2)((L2CCoM2R＋uuＴ １VCC－uＴ２VCCoiLR
输入输出 波形图uiuououo ´死区电压＋uuＴ １VCC9.2.3
交越失真的消除uo交越失真－uＴ２VCCoiLR
ui t存在交越失真乙类互补对称功放的缺点＋uuＴ １VCCoi tuo交越失真－Ｔ２LRVCC
实际中晶体管输入特性的门限电压不为零， 且电压、 电流关系也不是线性关系， 在输入电压较低时， 输入基极电流很小，故输出电流也很小， 因此输出电压在输入电压较小时， 存在一小段死区， 此段输出电压与输入电压不存在线性关系， 产生了失真。u＋ooD1RＴ１1VCC克服交越失真的措施就是避开死区电压区， 使每一个晶体管处于微导通状态。u-Ｔ２LRi2R2DVCC
9.2.4 用复合管组成互补对称电路功率放大电路的输出电流一般很大。
而一般功率管的电流由放大系数均不大， 一般通过复合管来解决此问题。复合管互补对称功放准互补对称功放
9.2.5
OCL电路的应用分析OCL互补对称功率放大电路
OCL准互补对称功率放大电路， 它由输入级、 中间级、 输出级及偏置电路组成。
输入级是由T1、 T2和T3组成的单端输入、单端输出的共射组态恒流源式差动放大电路， 并从T1的集电极处取出输出信号加至中间级。
中间级是由T4、 V5组成的共射组态放大电路， T5是恒流源， 作为T4的有源负载。
输出极是由T7TTT 组成的准互补对称电路， 其中T是由T7、 T8、 T9、 T10组成的准互补对称电路， 其中T7、 T9为由NPN－NPN组成的NPN型复合管； T8、 T10为由PNP－PNP组成的PNP型复合管， 各管电阻Re7、 Re8、 Re9、 Re10的作用是改善温度特性。
T6、 Re4、 Re5组成了Ube倍压电路， 为输出极提供所需的静态工作点， 以消除交越失真。
由R1、 D1、D2、 T3、 T5组成恒流源电路， R1、 D1、 D2提供基准电流。
Rf、C1、 Rb2构成交流串联电压负反馈， 用来改善整个放大电路的性能。TOCL电路的应用分析
9.3.2 电路原理静态时， 因电路对称， 两管发射极e点电位为电源电压的一半1/2VCC，负载中没有电流负载中没有电流。
电容C两端的电压也稳定在1/2VCC， 这样两管的集射极之间如同分别加上1/2VCC和1/2VCC的电源电压。电容C两端的电压OTL基本电路
动态时， 在输入信号正半周， T1导通，T2截止， T1以射极输出的形式向负载RL提供电流， 使得负载RL上得到正半周输出电压， 同时对电容C充电； 在输入信号负半周，T1截止， T2导通， 电容C通过T2、 RL放电，T2也以射极输出的形式向负载RL提供电流，负载RL上得到副半周输出电压， 电容C这时起到负电源的作用。
这样， 负载RL上得到一个完整的信号波形。L由上可以看出， 其工作过程除C代替一组电源外， 其工作过程与双电源相同， 功率、 效率计算也相同， 只需将公式中的VCC用1/2VCC代替即可。OTL基本电路
9.3.3 电路实例图为一典型的OTL功放电路。
由运算放大器A组成前置放大电路， T4～T7组成互补对称电路， D1、 D2、 D3提供偏置电压， R11和R1构成电压并联负反馈。OTL功放电路实例
9.3.4 调试方法图9-12
OTL功率放大电路
图9-12所示电路的调试方法如下。调节电阻R1的阻值， 调试T1的静态工作电流。
调节R6使放大器输出端(K点)的对地电位为1/2Vcc， 然后通过R11调节复合管的静态电流。
但调节R6和调节R11是互相影响的， 所以，必须反复调节R6直至满足要求为止。
调试时千万注意， 切不可断开因为旦断开可断开R11， 因为R11一旦断开， 有烧坏晶体管的可能。
经上述调试后， 电路就能正常工作。从信号发生器向OTL放大器送入一个比额定输入信号电压小的正弦波信号， 再进一步观察输出波形， 并对波形出现的问题进行调整。有烧坏晶体管的可能经上述
9.4
BTL集成功率放大电路BTL功率放大电路又称桥接推挽式放大电路， 其主要特点是， 在同样电源电压和负载电阻条件下， 它可获得比OCL和OTL大几倍的输出功率。9.4.1
BTL功放组成及其工作原理BTL基本电路组成如图所示，四个功放管T1～T4组成桥式电路。
静态时， 电桥平衡四个功放管T1～T4组成桥式电路。BTL基本电路
工作原理当ui1为正， ui2为负时， T1和T3导通， T2和T4 截止当ui1为负， ui2为当ui1为负， ui2为正时， T1和T3截止，T2和T4导通电源电压相同时， BTL电路的输出功率相当于OTL 或OCL电路的4倍
9.4.2
集成BTL电路BTL电路有各种不同输出功率和不同电压增益的多种型号的集成电路。
本节以TDA1556为例介绍集成BTL电路的应用。TDA1556为2通道BTL电可作为立体声扩音机左右路， 可作为立体声扩音机左右两个声道的功放， 其闭环增益为26dB。
TDA1556内部具有待机、 净噪功能以及有短路、电路反向、 过电压、 过热和扬声器保护等。路集成BTL电路基本用法电路
9.5
集成功率放大器4100系列简介CD4100引脚示意图
集成功率放大器4100系列简介外部元件的作用如下：RF、 CF——与内部电阻组成交流负反馈支路。CB——相位补偿。CC——输出端电容， 两端充电电压等于CD——反馈电容， 消除自激振荡。CH——自举电容， 使复合管的导通电流不随输出电压的升高而减小。C3、 C4——滤除波纹。C2——电源退耦滤波， 可消除低频自激。。CC12V2
集成功放DG4100典型的外部接线图
9.6.1
功率场效应管(VMOS)简介VMOS功率场效应管不仅保留了普通MOS管的全部优点，而且还吸引了双极型晶体管的一些优点， 因而它具有两者的优点优点VVMOS结构示意图
(1)垂直地安置漏极， 充分利用硅片面积， 实现了 垂直传导漏源电流， 可以得到较大的高输出电流。(2)设置了 高电阻率的N–型漂移区， 提高了 器件的耐压能力。压能力。(3)实现了 短沟道， 使器件具有良好的线性。(4)工作频率高、 开关速度快。(5)热稳定性好， 具有温度自动调解能力9.6.1
功率场效应管(VMOS)简介
9.6.2
功率场效应管(VMOS)电路实例图9-18
VMOS音频功率放大器
图示是一个两管4W VMOS音频功率放大器。
输入级是由结型场效应管VF1组成的自偏压式共源极放大电路。输出级是用VMOS功率场效应管VF2(型号为VN66AF)组成的单管功率放大电路。
RG2和VF2是输出极的偏置电路，其栅源电压由二者分压确定， 从输出端经RF和RS1引入极间电压串联负反馈， 改善了 放大电路的性能。
该电路输出端采用变压器偶合， 对实际负载进行阻抗变换， 以实现阻抗匹配， 使功率放大电路向负载输出尽可能大的功率。
在在VMOS管栅极和源极之间的稳压二极管(也称齐纳二极管)起输入保护作用， 用来限制栅极驱动电压。
它可以制作在VMOS管内部， 也可以外接。
本章小结1． 功率放大器的特点：
工作在大信号状态下， 输出 电压和输出电流都很大。
要求在允许的失真条件下， 尽可能提高输出功率和效率。2． 为了 提高效率， 在功率放大器中 ， BJT常工作在乙类和甲乙类状态下， 并用 互补对称结构使其基本不失真。
这种功率放大器理论上的最大输出 效率可以达到78.5％ 。3． 互补对称功率放大器的几种主要结构：OCL（ 双电源）
——乙类、OTL（ 单电源）
——乙类、4． 随着半导体工艺、 技术的不断发展， 输出 功率几十瓦以上的集成放大器已经得到了 广泛的应用 。
功率VMOS管的出现，也给功率放大器的发展带来了 新的生机。甲乙类。甲乙类。
第5章音频放大与控制电 路5.1音频放大与控制电路的基础知识5.1.1音频前置放大电路的组成与工作原理1.前置放大电路的作用与组成前置放大电路的作用是对其输入的各种音频节目源（如激光音视盘机、 电唱机、 调谐器、 录音座或传声器等）信号进行选择和放大， 并调整输入信号的频响、 幅度等， 以美化音质。
前置放大电路的组成框图如图5－1所示， 它包括均衡放大、 音源选择电路、 音质控制（音调、 响度、 音量、平衡、 滤波等）
电路以及输入放大电路等。
第5章音频放大与控制电 路图5－1前置放大电路组成框图
第5章音频放大与控制电 路2． 前置放大电路的工作原理各种音源的输出信号电平分为高电平和低电平两大类。调谐器、 录音座、 CD唱机等音源的输出电平达50～500mV，称为高电平音源， 可直接送入音源选择电路； 而电唱机、 传声器等的输出电平仅0.5～5mV， 称为低电平音源， 须经均衡放大后再送入音源选择电路。
音源选择电路的作用是选择某一路音源信号送入后级，同时关闭其他音源通道， 具有互锁性。
其电路形式有机械开关式和电子开关式两类， 电子开关式具有消噪处理功能， 还可实现遥控， 已得到广泛应用。
第5章音频放大与控制电 路前置放大电路的质量优劣， 在很大程度上取决于输入放大电路， 该电路的主要作用是完成低噪声高保真电压放大。因此， 其电路形式大多为性能优良的低噪声前置放大集成电路， 对它的要求主要有电压增益高、 信噪比优良、 转换速率快、 工作稳定且免调试、 具有消噪处理和补偿及保护功能等。目前， 作为输入放大电路使用的高性能集成模拟放大器（包括数字放大器）
种类繁多， 而且性能优良（例如NE5532、LM381、 HA12017等）
。
输入放大电路可设计成独立的放大电路， 也可与音质控制电路合并， 共同完成音频电压放大和音质控制的目的， 实际应用中合并式采用的较多。
第5章音频放大与控制电 路5.1.2音频功率放大器1.音频功率放大器的作用与分类功率放大器(简称功放)的作用是将前置放大器输出的音频电压信号进行功率放大， 产生足够的不失真功率， 以推动后接的扬声器发声。功率放大器种类繁多， 主要有以下几种分类方法。
第5章音频放大与控制电 路1）
按所用的放大器件分类功率放大器按照所使用的器件可分为电子管功率放大器、 晶体管功率放大器（包括场效应管功率放大器）
和集成电路功率放大器（包括厚膜集成功率放大器）
等。近些年， 晶体管或集成电路的功率放大器占有主导地位， 但在高保真放声系统中， 电子管功放仍存有一席之地。
电子管功放的缺点是功耗大、 体积及重量大、 效率低， 但其动态范围大， 对信号过荷承受能力明显优于晶体管功放， 而且其负反馈不深， 因此一般不存在瞬态互调失真。
而晶体管功放的开环增益大， 其优良的电声指标是依靠深度负反馈来达到的， 致使容易产生瞬态互调失真。
因此，电子管功放的音色比较纯美， 而晶体管功放存在一种所谓“晶体管声” 或“金属声” ， 使声音有些发硬、 发刺。
为此， 晶体管功放做了许多改进， 如采用无负反馈电路、 纯DC（直耦）
电路等以改善音质。
第5章音频放大与控制电 路2）
按其输出级与扬声器的连接方式分类按照输出级与扬声器的连接方式可分为变压器耦合放大器、OTL（outputtransformerless）
放大器、 OCL（outputcapacitorless）放大器和BTL（balancedtransformerless）
放大器等形式。
变压器耦合功率放大器是在输出级利用变压器将输出信号传递给扬声器，并实现输出级与扬声器间的阻抗匹配。
在OTL放大电路中， 输出级与扬声器之间采用电容耦合的无输出变压器方式； OCL放大电路中输出级与扬声器之间则不用电容而采用直接耦合的方式；BTL放大电路又称为平衡式无输出变压器电路， 或称为桥式推挽功率放大电路， 其输出级与扬声器之间以电桥方式连接。
第5章音频放大与控制电 路3）
按功率管的偏置或工作状态分类按照功率管的偏置或工作状态， 可将功率放大器分为甲类（A类）
、乙类（B类）
、 甲乙类（AB类）
、 丙类、 丁类、 T类（数字功放）
、ALA型等。
对于甲类功率放大器， 在输入正弦波电压信号的整个周期内，功率管都处于导通的工作状态， 其特点是失真小， 但效率低、 功耗大。对于乙类功率放大器， 在输入正弦波电压信号的整个周期内， 功率管只导通半个周期， 另一半周期截止， 其特点是输出功率大、 效率高， 但失真较大。
对于甲乙类功率放大器， 在输入正弦波电压信号的整个周期内，功率管导通时间大于半个周期但不足一个周期， 有一段时间截止。
丙类功放是功率管导通时间小于半个周期， 大部分时间截止的工作状态。
丁类又称开关式工作状态， 即功率管工作在饱和导通和完全截止的两种开关状态。
第5章音频放大与控制电 路T类数字功放可输入模拟音频信号和数字音频信号（CD信号）
， 模拟音频信号输入后， 先经A/D转换器变换为数字音频信号， 再处理成脉冲宽度调制（PWM）
或脉冲密度调制（PDM）
信号， 由场效应功放电路放大， 最后经LC滤除高频脉冲成分， 还原成模拟音频信号。
数字功放的工作方式是开关状态， 可以完全消除交越失真， 是一种很有前途的新型功率放大器。
ALA型功放是一种完全线性功率放大器， 由雅马哈公司推出， 它可将电路产生的任何失真完全消除， 动态范围极宽， 音色效果性能极佳。
第5章音频放大与控制电 路除上述几类功放外， 近来还出现了一些新型功率放大电路， 例如“甲＋类” （A＋类）
电路、 “新甲类” （新A类）
电路、 “超甲类” （超A类）
电路等。
这些电路虽然称呼不同， 但所采取措施的目的一是设法使晶体管不工作在截止状态（即没有开关过程）
以减小失真， 二是设法使晶体管的工作点随信号大小滑动（即动态偏置）
以提高效率。
第5章音频放大与控制电 路2.常用功率放大器的电路结构与原理常用的OTL电路、 OCL电路和BTL电路的简化电路原理图如图5－2所示， 它们的主要区别在输出电路上。图5－2简化的OTL、 OCL、 BTL电路原理图
第5章音频放大与控制电 路OTL电路采用电容耦合与扬声器相连， 如图5－2（a）
所示。V1和V2为特性相近的NPN管和PNP管， V3为推动放大级， R为其集电极负载电阻。
当输入处于信号负半周时，V3集电极电位（即V1、 V2的基极电位）
升高， 于是V1导通， V2截止。
电流由电源+Vcc经V1和C流过负载RL输出正半周电压， 这时电容C充电。
当输入信号处于正半周时， V3集电极电位降低， 于是V1截止， V2导通，电容C通过V2对RL放电， 提供负半周输出电压， 结果在负载上得到一个与输入反相的信号电压。
在C容量足够大时， C上充放电电压的变化很小。
显然， 上述的V1、 V2工作在乙类状态， 如需工作在甲类或甲乙类， 可通过改变V1、 V2基极偏置实现。
OTL输出端的耦合电容对频响有一定的影响。
第5章音频放大与控制电 路图5－2（b）
为OCL电路， 它采用正、 负两组电源， 通常取EC=Vcc/2。
OCL电路本质上与OTL电路相同， 只是它少了一个输出电容C， 因此使其低频响应和失真度有所改进。无论是使用单电源供电的OTL电路， 还是使用正负两组电源供电的OCL电路， 在负载(扬声器)RL上的最大输出电压的单峰值(不考虑管压降)均为Vcc/2， 因此它们的最大输出功率为()LccLcccmcmcmcmRVRVIVIVP822/2122220===⋅=
第5章音频放大与控制电 路
为了在较低电源电压下获得较大的输出功率， 可以采用图 5-2（c）
的 BTL 电路。
它由两对互补对称电路组成， 负载 RL接在两个互补对称电路的输出端之间， 与 OCL 电路一样呈直接耦合， 故频响较好、 保真度高。
而且与 OTL 电路一样可在单电源下工作。
在 OTL 或 OCL 电路中， 两个输出管都是轮流导通， 推挽工作，其输出电流都流过扬声器产生还原出声音。
在 BTL 电路中， T1在扬声器一端“推” 时， T2则在扬声器另一端“挽”； 在 T2对扬声器一端“挽” 时， T3则在扬声器另一端“推”。
也就是说， 如果在两个输入端加入反相的正弦信号， 由于 T1、 T4和 T2、 T3轮流导通， 则在负载 RL上获得一个完整的正弦波。
而且， 输出电流 Icm比 OTL 大一倍， 即 Icm=VCC/RL， 故 BTL 电路最大输出功率为
cmIP2LccLRVR2220=⋅=
第5章音频放大与控制电 路3． 实用功率放大器电路分析对分立元件构成的OTL、 OCL、 BTL功放， 遇到的突出问题是挑选差分对管或互补对管， 而且电路结构复杂、 调试困难， 因此会影响到放音质量和可靠性。
目前， 分立元件功放已逐渐被众多的专用音响集成功率放大器所取代， 例如STK系列厚膜集成功率放大电路和TDA集成功率放大电路。集成功率放大器以其功率大、 频响宽、 失真小、 精度高、 使用方便、 可靠性高、 价廉等特点， 在音响系统中得到了广泛的认可和应用。
第5章音频放大与控制电 路1)集成OTL电路日本三洋公司生产的STK4392是一种双声道厚膜集成功率放大器， 采用单电源供电， 构成OTL电路， 其额定电源电压采用39V， 输出功率达2×15W， 总谐波失真小于0.3％，输出噪声低于0.8mV。由STK4392构成的OTL电路如图5－3所示。
第5章音频放大与控制电 路图5－3由STK4392构成的OTL电路
第5章音频放大与控制电 路电路中的V01和V02构成左、 右声道前置放大器， 即由STK4392构成左、 右声道的OTL功放电路。STK4392的直流供电通路：
+Vcc直接加到7脚， 为内电路复合功放管提供集电极偏置电压， 经R11和C07降压退耦加到9脚， 为内电路输入级集电极和推动级提供偏置电压， 又经R06、 R07、 R04和C05降压退耦加到1脚， 经R03、 R08、 R05和C06降压退耦加到15脚， 为内电路输入级提供基极偏置。
第5章音频放大与控制电 路左声道音频信号的通路：
ui由V01进行电压放大后， 由C31电容耦合、 R01和C01抑制高频干扰、 C03电容耦合后从1脚加入STK4392输入级， 经内电路功率放大后， 由电容C12耦合输出并送至左扬声器。
电路中C10是自举电容， R12、 C08和R09构成交流负反馈网络。
C15、 R14容性网络与扬声器感性阻抗并联后， 可使功放的负载接近纯阻性质， 不仅可以改善音质、 防止高频自激， 还能保护功放输出管。
第5章音频放大与控制电 路2)集成OCL电路STK4141Ⅱ 是一种双声道集成功率放大器， 采用双电源供电， 可构成OCL应用电路。
其额定电源电压为±27V， 输出功率达2×25W， 总谐波失真小于0.3％， 输出噪声低于1.2mV。
由STK4141Ⅱ 构成的OCL电路如图5－4所示。
第5章音频放大与控制电 路图5－4由STK4141Ⅱ 构成的OCL电路
第5章音频放大与控制电 路STK4141Ⅱ 的直流供电通路：
+Vcc加到11脚， 为左右声道复合功放管提供集电极正电压， 经100Ω电阻和100pF电容降压退耦后， 加入到12脚， 为输入级和推动级提供正电压。-Vcc直接加到9脚和14脚， 为左右声道复合功放管提供射极负电压， 9脚上-Vcc经阻容滤波后加到8脚内电路， 由7脚输出的直流负电压经100Ω电阻加到4脚， 为输入级提供负偏压，经阻容滤波后加到5脚和15脚， 为推动级提供负偏压。
1脚和18脚外接的56kΩ电阻构成输入级基极偏置通路。
第5章音频放大与控制电 路该电路的一个显著特点是通过6脚内部的开关控制电路可以消除开机和关机时的冲击声。
开机时， 来自电源整流输出的-Vcc立即通过R30和R31加到6脚， 使输出管基极无偏置而不能导通； +Vcc要通过R33和C101延时后经R32和R31加到6脚，使输出级进入正常工作， 从而避免了开机冲击声。
关机时，利用二极管VD使正电压迅速释放， 6脚为负电位， 迅速切断输出级， 避免了关机冲击。
第5章音频放大与控制电 路3)集成BTL电路TDA2030是一种单声道集成功率放大器， 采用单电源或双电源供电方式， 可以接成OTL或OCL电路。图5－5是由两片TDA2030组成的BTL电路， 它采用双电源供电方式， 额定电源电压为±16V， 输出功率为4×18W，总谐波失真小于0.08％。
第5章音频放大与控制电 路图5－5由TDA2030构成的BTL电路
第5章音频放大与控制电 路TDA2030内部电路由差分输入级、 推动级和复合互补输出级组成。
V2组成前置电压放大器； V3集电极和发射极输出两个大小相等、 方向相反的音频信号， 分别经C5和C6耦合加入A1和A2的1脚， 经功率放大后从各自4脚输出， 一推一挽通过左扬声器； R14、 R13和C8构成交流负反馈网络，VD1和VD2用以防止过冲电压击穿电路； R15和C10构成容性网络， 与扬声器感性阻抗并联后， 可使功放的负载接近纯阻性质， 不仅可以改善音质， 防止高频自激， 还能保护功放输出管。
第5章音频放大与控制电 路5.2音频放大与控制电路相关知识功率放大器的性能指标5.2.1功率放大器的性能指标包含有输出功率、 频率响应、 失真度、 信噪比、 输出阻抗、 阻尼系数等， 其中以输出功率、频率响应、 失真度三项指标为主。1）
输出功率输出功率是指功放输送给负载的功率， 以瓦（W）
为基本单位。
功放在放大量和负载一定的情况下， 输出功率的大小由输入信号的大小决定。
对输出功率的评价通常有以下几种方式。
第5章音频放大与控制电 路（1）
额定输出功率（RMS）
：
在一定的谐波失真指标内，功放输出的最大功率。
应该注意， 功放的负载和谐波失真指标不同， 额定输出功率也随之不同。
通常规定的谐波失真指标有1%和10%。测量时采用1000Hz正弦波作为测量信号， 测出等阻负载电阻上的电压有效值V有效， 此时功放的输出功率P可表示为式中， RL为扬声器的阻抗。
这样得到的输出功率实际上为平均功率。
当音量逐渐开大时， 功放开始过载， 波形削顶， 谐波失真加大...
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