1、模拟电路课程设计报告 设计题目：OTL音频功率放大器 专业班级： 电信本 学生姓名： 学 号： 39 指导教师： 设计时间：1月4日摘要功率放大器的作用是给音响放大器负载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的大，输出信号的非线性失真尽可能的小，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晶体管功率放大器，也有去集成电路功率放大器，本文设计的是OTL功率放大器，该放大电路采用LM386高频放大器芯片，LM386音频放大器电路是做常用的音频功率放大电路，LM386是一种音频集成功放，具有自身功耗低，电压增益可调，电压范围大，
2、外接元件少喝总谐波失真少等功率放大器。音频功率放大器简称“功放”，作用是放大调音台或周边设备（信号处理设备）送来的低电平音频频信号，使它的输出功率足以驱动配接的扬声器负载。现有的音频功率放大器都是以线性放大为基础的模拟类功放，即把连续变化的音频信号（称为模拟信号）直接进行线性放大。所用的放大器件为电子管和双极晶体管（即NPN和PNP型半导体晶体管，简称晶体管）两类。按功放静态工作点的设置又可分为A类放大、A/B类放大和C类放三种。A类放大的失真最小，音质好，但电源转换率最低，器件的发热量最大，生产成高，一般用于输出功率较小的Hi-Fi发烧级功放。C类放大的失真比A类大些，尤其是在小信号输出时（
3、1/100输出功率）音质失真更明显，但电源转换效率高，器件发热量小，性能/价格比高，一般用于输出功率大的专业功放。A/B类功放的特点介于A类和C类之间，多用于家庭影院的AV功放。电子管功放巳有数十年历史，是功放元老代。转换速率高，工作可靠，偶次谐波失真小（听觉对偶次谐波失真特别敏感），音质上好，被人们宠爱。最大缺点是电源利用效率很低，电子管A类放的效率不到10%、C类约15-17%，大部分电能变为热量消耗掉。耗电大、发热高、体积大、成本高等缺点，在专业音响系统中被晶体管功放替代。晶体管功放近20多年发展史，是第二代功放。最大优点是电源转换效率高。（C类功放最高可达60%左右），体积小，重量轻、
4、发热量不大，生产成本低、缺点是转换速率低，偶次谐波失真较大，音质和可靠性都略逊于电子管功放。故此次我们选择用集成块来做此次的课程设计。题目：OTL音频功率放大器一、 设计任务与要求l 设计任务1、 学习基本理论在实践中综合应用的初步体验，掌握模拟电路设计的基本方法，设计步骤，培养综合设计能力和调试能力。2、 培养实践技能，提高分析和解决问题的能力。3、 掌握OTL音频功率放大器的设计方法，基本工作原理和基本性能的测试。4、 通过OTL音频功率放大器的设计、安装和调试，进一步加深对互补对称功率放大电路的理解，提高动手能力。l 设计要求1、 设音频信号为vi=10mV, 频率f1KHz；2、 额定
5、输出功率Po2W；3、 负载阻抗RL=8；4、 失真度3%；5、 用桥式整流电容滤波集成稳压块电路设计电路所需的正负直流电源。二、 方案设计与论证2.1总体设计方案 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的大，输出信号的非线性失真尽可能的小，且效率尽可能的高。 由于OTL电路采用的是直接耦合方式，为了保证电路的工作稳定，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，需要哟足够大的电压放大倍数，因此，性能良好的OTL功率放大器应由输入级，推动级和输出级等组成部分。 2、OTL功放各级的作用和电路结构特征1) 输入级：主
6、要是抑制零点漂移，保证电路工作稳定同时对前级（音调控制级）传来的信号作低失真，低噪音放大，为此采用带恒流源由复合管组成的差分放大电路，切设置的静态偏置电流较小。2) 推动级：推动级的作用是获得足够高地电压放大倍数以及输出级提供足够大的驱动电流，为此采用带集电极有源负载的共射放大电路，切静态偏置电流比输入级大。3) 输出级：输出级的主要作用是为负载提供足够大的输入信号功率，可采用由复合管构成的甲乙互补对称功放的准互补功放电路。2.2方案一：分立元件电路基本工作原理：当输入信号处于正半周期时，Q3导通，Q1截止。Q3以射级输出的形式将信号传递给负载，同时向Co充电，因为Co电容量大，基级电压基本保
7、持不变，维持在Vcc/2，当输入信号处于负半周期时，Q1导通，Q3截止，以充电的Co充当Q1的电源，同时放电，Q1也可以以射级输出形式将信号传输给负载RL,这样在RL上就得到了完整的输出波形。方案二：用TDA2030做OTL音频功率放大器电路为音频功率放大器的原理图，其中TDA2030是高保真集成功率放大器芯片，输出功率大于10W频响为10-1400HZ，输出电流峰值课达3.5A，其内部有输入级，中间级，输出级，且有短路保护，和过热保护，课确保电路工作安全可靠，TDA2030使用方便，外围所接器件少，电位器可调节音量的大小。方案三：用LM386做OTL音频功率放大器 上图为LM386与UA74
8、1构成的OTL音频功率放大器，LM386音频功率放大器是最常用的音频功率放大电路，LM386是一种音频集成功放，具有自身功耗低，电源增益可调，打压范围大，外接元件少，和总谐波失真小，等优点的功放块2.3方案讨论与确定 方案一，分立元件电路，电路中所用地元器件多，成本高，焊接难，且，Uim=Vcc/2/Au,很难调到与理论值相等或接近，且难以保证U5Q=Vcc/2，晶体管受温度影响大，温度变化导致Q点发生变化，使得所测的数据误差较大，难以达到设计目的，失真率难以控制，可能使得失真率=0.03。方案二，用TDA2030做OTL音频功率放大器，.TDA2030芯片所组成的功放电路，TDA2030是一
9、款输出功率大，TDA2030最大功率到达35W左右， 静态电流小，负载能力强，动态电流大既可带动4-16的扬声器，电路简洁，制作方便、性能可靠的高保真功放，TDA2030并具有内部保护电路，TDA2030适用与功率相对LM386大的电路，缺点是放大倍数不可调，有时候无法满足设计要求。方案三，用UA741和LM386做OTL音频功率放大器，LM386是一种音频集成功放，LM386具有自身功耗低、电压增益可调整、电源电压范围大、外接元件少和总谐波失真小等优点，广泛应用于录音机和收音机之中。LM386电源电压4-12V，音频功率0.5w。LM386音响功放是由NSC制造的，它的电源电压范围非常宽，最
10、高可使用到15V，消耗静态电流为4mA，当电源电压为12V时，在8欧姆的负载情况下，可提供几百mW的功率。它的典型输入阻抗为50K。基本上能满足设计要求。综合上述优缺点，选择方案三选择方案三的理由如下： 电路设计简化，组装方便，只需在集成块外接少量元件便能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。 LM386做的功率放大器零漂小，适合各种微弱的信号放大，又其具有很高地共模抑制比，对温度的变化及其他外界干扰具有很强的抗干扰能力。 由LM386构成的放大电路，功耗低，体积小，寿命长。使整机使用的元器件减少，成
11、本降低，工作效率和可靠性也大大的提高。 LM3876具有电业放大可调的优点，能够适应于各种微弱信号的放大。三、 单元电路设计与参数计算1、 电源部分，由直流稳压电源提供，电源部分参数计算 交流电滤波电路 滤波电路 整流电路 稳压电路提供的是220V的交流电源要变为12V直流电 变压器用 220V12V规格设计思路 （1）电网供电电压交流220V(有效值)50Hz，要获得低压直流输出，首先必须采用电源变压器将电网电压降低获得所需要交流电压。（2）降压后的交流电压，通过整流电路变成单向直流电，但其幅度变化大（即脉动大）。（3）脉动大的直流电压须经过滤波电路变成平滑，脉动小的直流电，即将交流成份滤掉
12、，保留其直流成份。（4）滤波后的直流电压，再通过稳压电路稳压，便可得到基本不受外界影响的稳定直流电压输出，供给负载RL。直流稳压电源原理直流稳压电源是一种将220V工频交流电转换成稳压输出的直流电压的装置，它需要变压、整流、滤波、稳压四个环节才能完成，其中： （1）电源变压器：是降压变压器，它将电网220V交流电压变换成符合需要的交流电压，并送给整流电路，变压器的变比由变压器的副边电压确定。 （2）整流电路：利用单向导电元件，把50Hz的正弦交流电变换成脉动的直流电压，常用的整流滤波电路有全波整流、桥式整流，此处用的是桥式整流电路。（3）滤波电路：可以将整流电路输出电压中的交流成分大部分加以滤
13、除，从而得到比较平滑的直流电压。 （4）稳压电路：稳压电路的功能是使输出的直流电压稳定，不随交流电网电压和负载的变化而变化。 整流电路常采用二极管单相全波整流电路，电路如图2所示。在u2的正半周内，二极管D1、D2导通，D3、D4截止；u2的负半周内，D3、D4导通，D1、D2截止。正负半周内部都有电流流过的负载电阻RL，且方向是一致的。整流电路 1、输出电压平均值 UO(AV) 和输出电流的平均值IO(AV).2、脉动系数3、 二极管的选择每只二极管只在变压器副边电压的半个周期通过电流，所以每只二极管的平均电流只有负载电阻上电流平均值的一半。二极管承受的最大反向电压等于变压器副边的峰值电压对
14、于二极管最大整流平均电流IF和最高反向工作电压UR均应留10%的余地，以保证二极管安全工作。 整流用的二极管可用1N4007 电解电容用3300uf C2和C3可用0.1ufC4、C5、可用0.33ufC7、C8可用220uf发光二极管上的R用 1K滤波电路1、 输出电压平均值当负载开路时 当RLC（35)T/2时 考虑电网电压波动，电容的耐压值应满足RC=（35）T /2即，应大于2、 脉动系数 S 稳压电路若输出电压较高，接一保护二极管 D，以保护集成稳压器内部的调整管。LM7812和LM7912的输出电压分别了正负12伏C2和C3是用于抵消输入线较长时的电感效应，以防止电路产生自激振荡，
15、其容量较小一般小于1微法图中电容C4和C5是用于消除输出电压中高频噪声，可取小于1微法的电容，也可以去几微法或几十微法的电容，一边输出较大的脉冲电流. 2、功能部分，参数计算Po=2w, Uo=4v Vcc=12 Uom=4.24v4.244 满足设计要求Ui=10mv Au=Uom/Ui=4.24v/10mv=424 即Au=400LM386来说最大的放大倍数为200倍，无法满足400倍的设计要求，故需在LM386前面串一个ua741。Aumax =424 ua741放大的倍数为2倍左右，取R1=1k, Au12, Au1=Rx/R12 Rx用5K的电位器调。 取C1=C5=10uf C2=
16、0.1uf C3=0.05uf C5=250uf四、 总原理图及元器件清单1、总原理图 、3、 元器件清单 2元件清单元件名称型号主要参数数量单价万能板大号22.8电位器5K10.5电阻1K40.11010.1电容耐压值25V0.1uf20.2耐压值25V220uf20.6耐压值25V0.33uf20.2耐压值50V3300uf21耐压值50V0.05uf10.1耐压值50V10uf20.2耐压值25V0.1uf20.2二极管IN4007耐压值1000V，I=1A80.2发光二极管LED1.5V2.0V，10mA20mA20.3变压器220V12V19夹子红、黑90.25导线铝线两米0.5集成
17、块UA74111LM38611LM7812Uo=12V、Io=100mA11LM7912Uo=-12V、Io=100mA11底座八脚20.4保险管10.5稳压管BZV55-C6稳压3.3V20.2扬声器14总价33.2五、 安装与调试先在电路板上做好布局，然后进行焊接。焊接好电路到实验室进行调试，初次调试发现电源部分正常,之后的功能部分焊好电路板后，进入实验室调试时发现很难达到设计要求，连静态工作点都测不出来，后面检查发现是电路有个地没焊好，虚焊了，改装好电路后再次进入实验室，进行调试时，静态工作点是可以测出来，但是LM386的最大输出不失真电压达不到要求，老师说是集成块满足不了要求，叫我们在
18、741和386之间再接一个电容器，并在386的1.8号脚之间接一个电位器来调节电压放大倍数，我们回去改装好电路后，又一次回到了实验室，进行功能部分的测试，这次改装后，电路的其它的要求基本上能满足要求，但是最大输出不失真电压还是无法满足设计要求，最后勉强调到了，3.56V勉强达到了300多倍，但还是无法达到400的设计要求，距离成功还差那么一步，后面换了个集成块，差不多就达到了要求，总之调试了好久，其中发现了好多问题，但最终还是把这些个问题解决了！六、 性能测试与分析1、 电源部分性能测试实验测得 ：副边电压 ： U1=15.6V、 U2=-15.4V 滤波后的电压： U1=19.6V U2=-
19、20.5V输出电压 ： Uo1=11.9V Uo2=-12.0V 稳压管的差： 7812 Uo1=9.5V 7912 Uo2=-9.3V所测项目 理论值 绝对误差 相对误差 输出电压Uo1 12V 0.1 0.08% 输出电压 Uo2 -12 0 0 副边电压U1 15 0.6 3.8% 副边电压U2 -15 -0.4 2.5% 滤波后的电压U1 18 1.6 8.16% 滤波后的电压U2 -18 -2.5 12.1% 误差分析：1) 输入变压器的交流电频率不稳定，导致输出的电压不是很稳定，产生误差，2) 电路中得电阻不是标准电阻，电容也非标准电容，存在一定的误差，3) 电路中得参数不是很好，
20、导致产生误差，4) 读数时产生误差2、 功能部分 1、 静态：1) ua741的部分的静态输出，U6Q=10.6V2) LM386的静态部分输出，U5Q=5.8V2、 动态：1) 输入信号：Ui=10.13mv f=1000HZ2) Ua741的输出电压 ：Uo1=20.12mv3) LM386的最大不失真电压：Uom=3.56V4) 第一级的放大倍数Au1=5) 第二级的放大倍数Au2=6) 总的电压放大倍数Au=Au1*Au2=1.98*179.6=358.47) P=1.58W8) 3、理论值：1) Ua741部分的静态输出： U6Q=2) LM386的静态输出：U5Q=3) LM386
21、的输出端最大不失真电压： Uom=4) 为了能达到Uom=4.13V,放大倍数Au=400 4、误差计算：U6Q的误差：W(U6Q)%=U5Q的误差：W(U5Q)%=3.4%放大倍数的误差： W(最大不失真电压的误差： W%= 5、误差分析： 1.参数设计不是非常完美；导致产生一系列的误差2 测量仪器本身的老化产生的误差；3 焊接电路时焊点处有电阻被忽略，连接的线路也有电阻；4 试验时间过长温度发生变化，使得一些元件的电阻发生变化；5连接电路时布局拉线太长了！导致产生了自激振荡，使得波形不好。6. 测量数据时读数产生的误差。7.所选得集成块未能达到所要求的性能指标。七结论与心得 1.结论：本实
22、验还可以选择其它集成块来完成.例如，选用TDA2030来完成此实验，TDA2030和LM386一样是音频集成功放，同样可以实现同样的功能。通过这次开放性实验，我学会了制作电路，熟练了电路焊接方法以及掌握调试方法与测试参数；同时还提高了我们的动手能力和测试技术能力。在此次试验中遇到一些困难，比如有一些元器件不能买到，我只能用其他元件代替，或买的与要求的参数稍有偏差，致使好多参数达不到要求。LM386的一号脚和八号脚之间即使不接电阻也很难达到200倍的放大要求，所以当要放大倍数大时，一般选择在LM386之前接个ua741一起来调节放大倍数，本实验时LM386的一号脚与八号脚之间接个电位器来调节电压
23、放大倍数，确保放大倍数的可调。静态工作点得调试一定要合理，否则后面的是要内容就很难达到设计要求，一开始调试时静态工作点没达到要求所以后面的设计要求也就无法达到要求，后面调整电路后静态工作点达到要求后，后面的要求也就基本上就满足了关键点还是静态工作点。电路的布局要合理，电路板中的线如果过长的话，容易产生自激振荡，所以布局一定要合理，不让其产生子激振荡。2.心得 通过这次课程设计，我学会了好会了好多东西，刚拿到设计要求的时候一头雾水，后面经过一番的差资料把那些个原理和要求基本上都解读出来了，以为我们的电路图无法仿真出来，所以经过我们小组四人的一起讨论了好久，才确定了最终的方案，虽说过程有点曲折，但
24、还是成功了，后面我们开始买器件，当器件当手后各自焊好电路板后，都开心的把MP3的音频信号加进去，结果是喜人的，出来的是美妙的歌声，后来到了，调试时发现还没达到设计要求，又赶紧讨论是出什么问题了，再次改进后又一次进入实验室调试，结果还是悲剧的，问了老师后老师肯定了我们的原理图是正确的，给我们提出来改进的方法，我们又回去改进电路，最后进入实验室测试时，基本上达到了设计要求，虽说过程有的难，但是我们最后还是成功了。心情异常的激动，几天的辛苦没有白费。 通过这次课程设计我们小组的四人齐心协力一起把过程中得问题都给克服了，这体现了我们小组的合作精神是很不错的。碰到问题应该是去想办法去解决，而不是想着投机
25、取巧。 结束这次试验，虽说过程有点坎坷，但是自己学会来看好多东西，感谢老师对我们的耐心辅导，给我们提供这样的机会。八参考文献1童诗白 华成英 模拟电子技术基础 高等教育出版社2毕满清 电子技术实验与课程设计 机械工业大学出版社 3. 谢自美电子线路设计、试验、测试（第二版） 华中理工大学出版社 （2000） 4. 李万臣 模拟电子技术基础与课程设计哈尔滨工程大学出版社5. 张友汉 电子线路设计应用手册，福建科学技术出版社（2000）6. 陈兆仁 电子技术基础实验研究与设计，电子工业出版社物理与电子信息学院模拟电路课程设计成绩评定表专业：电子信息工程 班级：电信 学号： 39姓名： 课题名称OT
26、L音频功率放大器设计任务与要求1设音频信号为vi=10mV, 频率f1KHz；2额定输出功率Po2W；3负载阻抗RL=8；4失真度3%；5用桥式整流电容滤波集成稳压块电路设计电路所需的正负直流电源。设计报告成绩评分标准：有合理的方案设计和论证、电路参数的计算、总原理图和清单。（0-20分）电路板制作、调试规范，有详细制作和调试过程。（0-10分）电路板测试合理，对性能指标测试数据完整，正确；进行数据处理规范，进行了误差计算和误差分析。（0-15分）对课程设计进行了总结，有体会，并能提出设计的改进、建设性意见。 （0-5分）设计报告成绩：电子作品成绩评分标准：电路正确，能完成设计要求提出的基本功能。（0-30分）电路板焊接工艺规范，焊点均匀，布局合理。（0-20分） (其中直流电源部分占20%，功能部分80%)电子作品成绩：课程设计成绩 总成绩：指导教师：年1月3日
