音频功率放大器的设计毕业设计.doc

武汉工业学院学士学位论文目 录摘要.1abstract2第一章 前言3第一节 功率放大电路的发展3第二节 功率放大器简介4第二章 ocl立体声功放的设计思想6第一节 otl，btl，ocl功率放大电路的比较研究6第二节 ocl立体声功放机的设计10第三章 基于multisim 2001 的仿真19第一节 multisim概貌19第二节 用multisim实现对元器件的管理20第三节 ocl立体声功放机的仿真21第四章 基于multisim 2001 的研究25第一节 基于multisim的ocl立体声功放电路的调试25第二节 ocl立体声功放电路的测试33结论37谢辞38参考文献39 武汉工业学院毕业论文毕业设计（论文）原创性声明和使用授权说明原创性声明本人郑重承诺：所呈交的毕业设计（论文），是我个人在指导教师的指导下进行的研究工作及取得的成果。尽我所知，除文中特别加以标注和致谢的地方外，不包含其他人或组织已经发表或公布过的研究成果，也不包含我为获得 及其它教育机构的学位或学历而使用过的材料。对本研究提供过帮助和做出过贡献的个人或集体，均已在文中作了明确的说明并表示了谢意。作 者 签 名： 日 期： 指导教师签名： 日期： 使用授权说明本人完全了解 大学关于收集、保存、使用毕业设计（论文）的规定，即：按照学校要求提交毕业设计（论文）的印刷本和电子版本；学校有权保存毕业设计（论文）的印刷本和电子版，并提供目录检索与阅览服务；学校可以采用影印、缩印、数字化或其它复制手段保存论文；在不以赢利为目的前提下，学校可以公布论文的部分或全部内容。作者签名： 日 期： 学位论文原创性声明本人郑重声明：所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。作者签名： 日期： 年 月 日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权 大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。涉密论文按学校规定处理。作者签名：日期： 年 月 日导师签名： 日期： 年 月 日摘 要功率放大器是是在给定失真率条件下能产生最大功率输出以驱动负载的电路。功率放大器实质上是个能量转换器，将直流供电电源能量转换成按输入小信号的规律变化，即要求输出信号的非线性失真尽可能小，且效率尽可能高。因此采用ocl直接耦合电路方式，保证电路工作稳定，需要有足够高的电压放大倍数。一般来说，性能好的ocl功率放大器应由输入级、推动级和输出级、稳压源等部分组成。 本文先介绍功率放大器的发展，再从简单的甲类、乙类功率放大电路入手，了解其工作原理和相应的优缺点后，在其缺点上改进和补充，设计出甲乙类功率放大器，再分级去设计各部分电路： (1)、输入级：主要作用是抑制零点漂移，保证电路工作稳定，同时对前级送来的信号作低失真、低噪声放大，提高输入阻抗高。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。 (2)、推动级(激励级)的作用是获得足够高的电压放大倍数，以及给输出级提供足够大的驱动电流，为此，可采用带集电级的共射放大电路,其具有电压电流放大能力，其静态偏置电流比输入级要大。 (3)、输出级工作在大信号情形下，其主要作用是给负载提供足够大的输出信号功率，效率尽可能的大，要求输出阻抗低，带负载能力强，可采用由复合管构成的甲乙类互补对称功放或准互补功放电路。（4）、稳压源电路：交流稳压源电路为整个电路提供直流工作电流，使整个电路工作在最佳静态工作点。在完成ocl功率放大电路的设计后，本论文基于multisim 软件仿真该电路，并在添加虚拟仪器后，进行静态和动态测试，过程中出现了波形交越失真的问题，通过分析和调试后，得到了符合要求的输出波形，然后测量了几个重要的参数，效率也达到了近似理想的78.5%。最后进一步研究了该ocl功率放大电路，达到了设计的要求。关键词：功率放大器；ocl；失真；差分放大电路abstractpower amplifiers function is providing certain output power to load rl, when rl is certain, hoped that the nonlinear distortion of the output signal is small as far as possible, and the efficiency is high as far as possible. because the ocl electric circuit selects the conductive coupling method, guaranteeing the circuit is working stably, therefore needs enough high voltage amplification factor. therefore, efficient ocl power amplifier should conclude: input level, driver stage and output stage. all levels of functions and circuit structure characteristic which make up the ocl power amplifier: .input level: the leading role is suppresses a zero drifting, the guarantee circuit work is stable, simultaneously the signal which sends before the level makes the low distortion, also the low noise amplification. therefore, uses the differential amplifying circuit which contains the constant current and multiple-unit tube, and sets the static bias electric current small. .the driver stage function obtains enough high voltage amplification value, as well as the output stage provides enough big drive current, for this reason, may use the amplifying circuit the which use the collection electricity level altogether ,and its static bias current ratio input level must be bigger than the input level. .the output levels leading role is providing enough big output signal power to the load, may use the armor class b supplementary symmetrical power amplifier which constitutes by the multiple-unit tube or the supplementary power amplifier electric circuit. in addition, which should also be considered is that establishing the stable static operating point directs current for the negative feedback circuit, and also establishing the exchange negative feedback electric circuit for the regulated voltage enlargement factor and the improvement electric circuit performance, as well as overflow protection circuit and so on. when designing circuit, all levels of static operating point should be designed appropriately, after the formation finished, carrying on the static state and the dynamic test is necessary, in the undistorted situation, makes the output to be biggest. when doing the dynamic test, in order to protect the primary device, pay attention to keep off the vibration and link the fuse. key words：power amplifier; output capacitor less; distortion第一章 前 言第一节 功率放大电路的发展音频功率放大器是一个技术已经相当成熟的领域，几十年来，人们为之付出了不懈的努力，无论从线路技术还是元器件方面，乃至于思想认识上都取得了长足的进步。现在让我们回顾一下功率放大器的发展历程：一. 早期的晶体管功放半导体技术的进步使晶体管放大器向前迈进了一大步。自从有了晶体管，人们就开始用它制造功率放大器。早期的放大器几乎全用锗管来制作，但由于锗管工艺上的一些原因，使得放大器中所用的晶体管，尤其是功放管性能指标不易做得很高，例如，共发射极截止频率的典型值为4khz，大电流管的耐压值一般在30v-40v左右。这样，放大器的频率响应也就很狭窄，其3db截止频率通常在10khz左右，大大影响了音乐中高频信号的重现。再加上功放管的耐压、电流和功耗三个指标相互制约，制作较大功率的otl或ocl放大器不易寻到三个指标都满足要求的管子，所以不得不采用变压器耦合输出。变压器的相移又使电路中加深度负反馈变得很困难，谐波失真得不到充分的抑制，因此这一时期的晶体管放大器音质是很差的 1。二. 晶体管功放的发展和互调失真随着半导体工艺的逐渐成熟，大电流、高耐压的晶体管品种日益增加，越来越多的功率放大器采用了无输出变压器的ocl电路或otl电路。最初的大功率pnp管是锗管，而npn管是硅管，两者的特性差别非常显著，电路的对称性很差，人们更多采用的是准互补电路，通过小功率硅管与一只大功率的npn硅管复合，得到一只极性与pnp管类似的大功率管，降低了电路因对称性差而招至的失真。到了六十年代末，大功率的pnp硅管商品化的时候，互补对称电路才得到广泛的应用。元器件的进步使晶体管功率放大器的技术指标产生了质的飞跃，在主观音质评价方面，也改变了过去人们对晶体管功放的看法，无论是在厅堂扩音、电台节目制作还是家庭重放，晶体管功放都被大量地采用，首次在数量上以压倒性的优势超过了电子管功放。在商品化的晶体管扩音机中，相继出现了一些璀璨夺目的名机，如jbl的sa600，marantz互补对称电路model15等等。尽管电子管的拥护者仍大量存在，人们毕竟能够比较公正地看待晶体管放大器了，认为晶体管机频响宽阔，层次细腻，与电子管机比较起来有一种独特的舱力，而不是简单的谁取代谁的问题2。瞬态互调失真的大意是：在直接耦合的晶体管放大电路中，为了得到很小的谐波失真度和宽阔平坦的频率响应，通常对整体电路施加深达40db-60db的负反馈，倘若在加负反馈前放大器的开环失真为10，那么加上40db的负反馈后，失真即可降低至0.1，这是电子管功效难以做到的。晶体管功放由于要施加40db-60db的负反馈，所以对一台增益要求为26db的放大器，它的开环增益就要达到66-86db。三. 现代功放的整体结构现代音乐讲究各声部之间的乎衡与统一，美术以色彩搭配均衡、和谐为美，在服装设计中，常常采取看似不对称的设计，其实质也是为了取得视觉上的均衡。上面所说的都是艺术，对称和平衡给人一种安定完美的感觉。有意思的是，在功率放大器中，对称和平衡也有类似的效果。最初采用对称设计的例子要算互补对称电路了，一上一下的两只异极性晶体管作推挽输出，不仅可以免除笨重的输出变压器，而且电路的偶次谐波失真在推挽的过程中被抵消了，保真度有了很大提高。稍后，人们从运算放大器的设计中得到启迪，将左右对称的差动式电路用于功率放大器的输入级，电路的稳定性和线性都得到改善，这一结构直至今天都还有人采用。如果以现代的眼光来审评，这一电路是显得过时了一点。电路的主要缺陷在于电压推动级，因为q1承担了提供电压增益的主要任务，必然是开环失真很大，频带狭窄。除典型的ocl放大器外，单管放大的过载能力也很差，这一系列的缺点是不利于电路的动态性能的。围绕着改进电压推动级的性能，人们相继提出了多种结构，共射-共基电路就是一个典型的例子。但仍是一种不平衡的设计，这一限制来源于输入级。如果把输入级变动一下，从互补推挽的集电极输出信号，那么电压推动级就可以再增加一组npn管构成的共射一共基电路，做到推挽输出，这时电路也就非常对称平衡了，几乎达到了完美的程度，采用直接偶合的方式。 第二节 功率放大器简介一. 功率放大电路的特点功率放大电路的主要要求是获得一定的不失真(或失真程度在允许范围内)的输出功率，电路通常在大信号状态下工作，其工作特点和对电路的要求与电压放大电路有所不同，主要有： (1) 功率放大器的输出功率尽可能大，因而需要输出电压和电流的幅值足够大；(2) 功率放大电路在设计和调试过程中，必须把非线性失真限制在允许的范围内；(3) 电路末级的三极管都采用功率管，它的极限参数icm、u(br)ceo、pcm等应满足实际电路正常工作时的要求，并要留有一定的余量。由于功率管的管耗较大，在使用时一般要加散热器，以降低结温，确保三极管安全工作；(4) 由于工作在大信号状态下，功率管消耗的功率较大，在使用时必须考虑转换效率和管耗问题。二. 功率放大电路的类型根据功率放大电路中三极管静态工作点设置的不同，可分成：甲类、乙类和甲乙类。(1) 甲类：在甲类功率放大电路中设置合适的静态工作点，就能将直流电源提供的能量按输入小信号的变化规律转换为所需要的形式供给给负载。表现出能对输入信号的整个周期进行放大，输出信号的非线性失真较小。但有较大的静态工作电流，无论有无输入信号，三极管在整个周期内都导通，导通角为360。如图1-1（a）所示。功放管的管耗大，电路的能量转换效率低。在理想情况下，甲类放大电路的效率最高只能达到50%。 (2) 乙类：乙类功率放大电路的静态工作点设置在截止区，如图1-1(b)所示。乙类功率放大电路基本上无静态电流，发射接正偏且大于发射节导通电压时才导电，输出信号产生严重失真，电路的能量转换效率高，理想情形，最大效率可达78.5%，但只能对半个周期的输入信号进行放大，导通角为180。(3) 甲乙类：甲乙类功率放大电路的静态工作点设置在放大区但接近截止区，如图1-1(c)所示。 克服失真，在结构上采用两只异型管组成对称互补电路，但由于引起交越失真，所以又给电路设置合适的静态工作点，使晶体管处于微导通，即工作状态介于甲类和乙类之间。静态工作点较低，导通角为180 360，既能提高电路的能量转换效率，又能克服乙类功率放大电路的失真问题，目前应用较广泛3。图1-1 功率放大器的静态工作点为进一步研究功放电路，先从比较简单又典型的乙类功率放大器入手，下一章重点介绍该类电路，一般分为：ocl，otl，btl三种功率放大电路。第二章 ocl功放的设计思想第一节 otl、btl、ocl功率放大电路的比较研究 一、otl功率放大电路即单电源互补对称功率放大电路1.原理图如下：图2-1 互补对称式otl功放电原理图图2-1所示是互补对称式otl功放电原理图。采用阻容耦合方式，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，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。2.工作原理：其中由晶体三极管t1是推动级，共放射级电路，对前级电压电流进行放大，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得到适合的静态电流作于甲乙类状态即处于微导通状态，以克服交越失真。静态时根据零输入零输出特性要求输出端中点a的电位 ua=1/2ucc，可以通过调节rw1来实现，又由于rw1的一端接在a点，因此在电路中引入脚.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。c2和r构成自举电路,用于提高输出电压正半周的幅度,以得到大的动态范围4。 综上，该电路在静态时输出不为零，因此并不理想。二. btl功放电路1. btl电路的基本结构和工作原理 btl(bridge transformer less)功放电路又称作桥式平衡功放电路。它实质上是两个特性对称的otl放大器(或ocl放大器)的对称组合，其基本简易电路如图2-3所示。即用一组电源vcc(vcc的大小与原otl电路一样)供电，把两个otl放大器的功率输出管vt1、vt2和vt3、vt4组成桥式接法，四只功率管分别是桥的四臂5。图2-2 btl功放电路静态时，由于otl电路相互对称，因而电桥处于平衡状态，负载上无直流电流流动，则负载上的电压为0，即无负载影响，从而可以不接输出电容而采用直接耦合。 动态时，输入信号由倒相电路分离，在同一时间内，分别输出正、负半周信号去推动这两组输出电路(即vt1、vt2和vt3、vt4)。设在输入信号的正半周期间，倒相电路左边输出正信号使vt1导通，右边输出负信号使vt4导通，从而产生输出电流ic1流经负载，其流向为：vcc正极vt1的c极vt1的e极rlvt4的e极vt4的c极vcc负极，在rl上得到正半周的输出信号。这时，vt1、vt4导通；icm1=vcc/rl。同理，在输入信号的负半周期间，倒相电路左负右正。使vt2、vt3导通，信号电流ic2流经rl产生负半周输出信号，其流向为：vcc正级vt3的c极vt3的e极rlvt2的e极 vt2的c极vcc负极，且icm2的大小也为vcc/rl。不论正半周或负半周，加于负载rl上的最大输出电压vcm均为vcc。 btl电路的电流利用率高，可在低电源电压下得到较大的输出功率。电路的输出中点，即扬声器中心始终保持零电位，因而，电冲击比其他无变压器电路要小得多。此外，由于电路的对称性，使得同相输入干扰能基本上互相抵消，把偶次谐波干扰也减到最小程度，电路的交流声和失真度极小。但一般情况下很难得到参数相同的otl（或ocl）放大电路，所以经常不易采用该放大电路。三ocl功率放大电路1. 基本ocl功率放大器即双电源互补对称功率放大器图2-3基本ocl功率放大器图2-3电路中，vt1和vt2管分别是npn 型管和pnp 型管，调节电路使vd1和vd2两端的电压满足vt1和vt2处于微导通状态，当输入信号处于正弦信号正半周时，vt2截止但必小与反向击穿电压u(br)ceo，vt1承担放大作用，有电流通过负载rl；当输入信号处于正弦信号负半周时，vt1截止，vt2承担放大作用，仍有电流通过负载rl，在克服交越失真时输出电压uo为完整的正弦波。这种互补对称电路实现了在静态时晶体管不取电流，由于电路对称，在负载上直流电源只提供半个周期的电流，按输入信号的形式转换到负载上，所以输出电压uo=0，而在有信号时，vt1 和vt2轮流导电，组成推挽式电路。上图所示的偏置电路是克服交越失真的一种方法，静态时，在二极管vd1、vd2上产生的降压为vt1和vt2管提供了适当的偏压，使之处于微导通状态。以下参数分析均以输入信号是正弦波为前提，且忽略电路失真。1).输出功率po由于在输出端获得的电压和电流均为正弦信号，根据功率的定义得 (2.1)式中，uom、iom分别是负载上电压和电流的峰值。由式可见，输出电压uom越大，输出功率越高，当三极管进入临界饱和时，且不产生饱和和截止失真时，输出电压uom最大，其大小为：uom=vcc-uces. 若忽略uces，则理想情况下uomvcc 故负载上得到的最大输出功率为：(2.2)2).直流电源提供的功率pe因为静态时负载上无电压，所以两个直流电源各提供半个周期的电流，其峰值为iom=uom/rl。故每个直流电源转换过来的平均电流为：(2.3)因此两个电源提供的功率为：(2.4) 输出最大功率时，电源提供的功率也最大：(2.5)3) 效率输出功率与电源提供的功率之比称为功率放大器的效率。一般情况下效率为(2.6)理想情况下，忽略uces，则uomvcc，得到理想近似情况下电路的最大效率为78.5% (2.7)4) 管耗pv直流电源提供的功率与输出功率之差就是消耗在三极管上的功率，即(2.8)由分析可知，当uom=2vcc/0.64vcc时，三极管总管耗最大，其值为(2.9)每个管子的最大功耗为:(2.10)5) 功率管的选择功率管的选择必须满足其极限参数且保有一定的余量才能满足实际情况即有icm、pcm和u(br)ceo等主要参数，还要考虑其工作环境及一些特殊要求，若想得到最大输出功率，功率管的参数应满足下列条件：a.功率管的最大功耗应大于单管的最大功耗，且要有一定的余量，即b.功率管的最大耐压，即基极开路时集电极-发射极间的反向击穿电压。因为这个电压的大小与bjt的穿透电流iceo直接相联系，当管子的vce增加，使iceo明显增大时，导致集电结出现雪崩击穿。即必须满足： 即一只三极管饱和导通时，另一只三极管承受的最大反向电压约为2vcc。 c.功率管的最大集电极电流即集电极最大允许电流，因为当ic过大时，值将会下降,放大能力差。 值下降到一定值时的ic即为icm。则必须满足： d. 温度对bjt参数及特性都有影响，所以要考虑其工作温度条件。第二节 ocl立体声功放机的设计一ocl功率放大电路的特点ocl是英文output capacitor less的缩写，意思是“没有输出电容器”的功放电路。它是一种双电源互补对称输出的单端推挽电路，为甲乙类电路工作方式，是由otl（无输出变压器）电路改进设计而成的。它的特点是：前置、推动、功放及至负载扬声器全部都是直流耦合的，零输入零输出，即省略了匹配用的输入、输出变压器，也省略了输出电容器，克服了低频时电容器容抗使扬声器低频输出下跌，低频相移的不足，以及浪涌电流对扬声器的冲击，避免了扬声器对电源不对称，使正负半周幅度不同而产生的失真，为使零输入零输出特性，采用双电源，损耗低，效率高，保真度好，成为当今大功率放音设备的主流电路6。二 简单的ocl功放电路 图2-4简单的ocl功放电路图2-4是乙类双电源互补对称功率放大电路。v1为npn型管，v2为pnp型管，两管参数完全对称，称为互补对称管,两管构成的电路形式都为射极输出器，电路工作原理分析如下:1) 静态分析由于电路无静态偏置电路，故两管的静态参数ibq、icq、ieq均为零，即两个三极管静态时都工作在截止区，无管耗，电路属于乙类工作状态。负载上无电流，输出电压uo=0。2) 动态分析(1) 当输入信号为正半周时，ui0，且大于v1的偏置电压，三极管v1导通，v2截止，管v1的射极电流ie1经+vcc自上而下流过负载，在rl上形成正半周输出电压，uo0。(2) 当输入信号为负半周时，ui 0，且大小大于v2的偏置电压，三极管v2导通，v1截止，管v2的射极电流ie2经vcc自下而上流过负载，在rl上形成负半周输出电压，uo0。 （3）综上，则ui在0左右变化的过程中uo的输出会在此产生交越失真。三 总体设计思想进一步分析电路后，为能给电路提供较为稳定的电源，应设置一个稳压源电路；又因为差分电路不仅能有效的放大直流信号，而且能有效的减小由于电源波动和晶体管随温度变化多引起的零点漂移，并且具有很高的共模抑制比，所以常将差分放大电路作为功放的输入级；要将信号再进行放大即电压电流都要放大，因此设置一个共射级的激励级；最后输出级应加一个推挽电路，由两个异型晶体管组成，可以是两个参数相同的功率 bjt 管或mosfet 管，以推挽方式存在于电路中，各负责正负半周的波形放大任务，电路工作时，两只对称的功率开关管每次只有一个导通，损耗小且效率高。终上所述，应将电路分为以下四个部分：稳压源电路，差分输入级，中间放大级，互补对称输出级。总体的结构图如图2-5所示：中间放大级差分输入级互补对称输出级稳压源电路图2-5 ocl立体声功放电路的总体结构图四 分级设计电路1. 稳压源电路 交流稳压电源又称交流稳压器，是将电力网交流电压变换为电子设备所需要的稳定的直流电源电压。直流电源的组成框图及相关波形如下：随着电子技术的发展，特别是电子计算机技术应用到各工业、科研领域后，各种电子设备都要求稳定的交流电源供电，电网直接供电已不能满足需要，交流稳压电源的出现解决了这一问题。一般将交流稳压源可分为: 晶闸管交流稳压器。用晶闸管作功率调整元件,稳定度高、反应快且无噪声,但对通信设备和电子设备造成干扰。磁放大器式交流稳压器。将磁放大器和自耦变压器串联而成，利用电子线路改变磁放大器的阻抗以稳定输出电压。滑动式交流稳压器。通过改变变压器滑动接点位置稳定输出电压。感应式交流稳压器。靠改变变压器次、初级电压的相位差，使输出交流电压稳定7。直流稳压电源又称直流稳压器。它的供电电压大都是交流电压，当交流供电电压的电压或输出负载电阻变化时，稳压器的直接输出电压都能保持稳定。稳压器的参数有电压稳定度、纹波系数和响应速度等。前者表示输入电压的变化对输出电压的影响。纹波系数表示在额定工作情况下，输出电压中交流分量的大小；后者表示输入电压或负载急剧变化时，电压回到正常值所需时间。直流稳压电源分连续导电式与开关式两类。从工作方式上可分为：可控整流型。用改变晶闸管的导通时间来调整输出电压。斩波型。输入是不稳定的直流电压，以改变开关电路的通断比得到单向脉动直流，再经滤波后得到稳定直流电压。变换器型。不稳定直流电压先经逆变器变换成高频交流电，再经变压、整流、滤波后，从所得新的直流输出电压取样，反馈控制逆变器工作频率，达到稳定输出直流电压的目的。对一个ocl功率放大器而言，考虑到要提供一个双电源的稳定电压，可以用一个带中心抽头的变压器，输出一正一负的电压，再将交流信号进行整流和滤波，可以得到稳定的电压+18v和-18v，整流电路由四个二极管in4007组成，滤波电容统一用四个1000uf的电解电容，电路设计如下： 图2-6稳压源电路如上图所示，变压器初级线圈加了一个220v的交流电压源，在次级线圈中产生两个交流电源+15v和-15v, 经过四个二极管整流后，在a点得到+18v的电压，在b点得到-18v的电压，提供直流电压给后级的电路，为使输出尽量不失真，又在后面加了四个滤波电容。2. 差分输入级差分放大电路是由两个参数特性相同的晶体管以直接耦合方式构成的放大器。若两个输入端上分别输入大小相同且相位相同的信号时，输出为零，输出差模信号，抑制共模信号，从而克服零点漂移及输入信号变化引起的静态工作点的变化，适于作直流放大器8。差分放大器是普通的单端输入放大器的一种推广，只要将差放的一个输入端接地，即可得到单端输入的放大器。很多系统在差分放大器的一个输入端输入信号，另一个输入端输入反馈信号，从而实现负反馈，使静态工作点趋于稳定。常用于电机或者伺服电机控制，以及信号放大。对与该题目“ocl功放”，选择两个9014的npn管即可，他们所有的参数都一样，构成对管，并在两管的发射极的交点处加上一个33千欧的负载电阻，提高其共模抑制比，和加入一定的负反馈。另外，输入端加上一个10uf的电解电容，可以起到滤波的作用，同理，输出端加上一个47uf的电解电容。设计图如下：图2-7差分输入级如图所示，为观察信号的放大，应在输入端加入一定的交流信号，观察其输出的信号，所以接上io1, io2接地端。输出端也应相应的接个端口，和输入对应。3. 中间放大级三极管对信号实现放大作用时在电路中可有三种不同的连接方式（或称三种组态），即共（发）射极、共集电极和共基极接法，这三种接法分别以发射极、集电极、基极作为输入回路和输出回路的交流公共端。由于共射极电路电压电流增益都大于1，输入电阻在三种组态中居中，输出电阻与集电极电阻有关，适于低频；共集电极放大电路只有电流放大作用，即只有电压跟随作用，输入电阻高，输出电阻小，频率特性好；共基极放大电路只有电压放大作用，输入电阻小，输出电阻与集电极电阻有关，高频特性好。综合考虑，中间放大级采用共发射极放大电路。9共发射极基本放大电路的采用的是npn管。为保证放大电路能够不失真地放大交流信号，放大电路的组成应遵循以下原则：1) 保证三极管在整个输入信号过程中工作在放大区 2) 保证信号有效的传输，不会产生失真对于改设计来说，用共发射极基本放大电路作为中间放大级就可以了，能够达到将信号进一步进行放大的目的，设计图如下： 图2-8中间放大级 易得，输入从基级输入交流信号，从集电极输出信号，显然是个共射级的放大电路，可以起到中间放大的作用。4. 互补对称输出电路 因为在大多数的实际应用中，单管的bjt组成的放大电路往往不能满足特定的增益、输入电阻、输出电阻等要求，为此，常把三种组态中的两种进行适当的组合，以便发挥各自的优点，获得更好的性能。如下，输出级是采用共射-共射放大电路，以提高放大增益。互补推挽放大器中的“互补”是指：采用两种不同极性的三极管，利用不同极性三极管的输入极性不同，用一个信号来激励两只不同极性的三极管，这样可以不需要有两个大小相等、相位相反的激励信号。电路中，一个是npn型三极管，另一个是pnp型三极管，两只三极管的基极相连，在两管的基极加一个音频输入信号作推动信号。 两管基极和发射极并联，由于两只三极管的极性不同，基极上的输入信号电压对两管而言一个是正向偏置，一个是反向偏置。当输入信号为正半周时，两管基极同时电压升高，此时输入信号电压给一管加上正向偏置电压，所以该管进入导通和放大状态。由于基极电压升高，对另一管来讲加上反向偏置电压，所以该管处于截止状态。 输入信号变化到负半周后，两管基极同时电压下降，给另一管正向偏置，使该管进入导通和放大状态，而一管又进入截止状态10。这种利用npn型和pnp型三极管的互补特性，用一个信号来同时激励两只三极管的电路，称之为“互补”电路，由互补电路构成的放大器称为互补放大器电路。由于两个异极性管工作时，一只三极管导通、放大，另一只三极管截止，工作在推挽状态，所以称为互补推挽放大器。互补对称功率放大电路中，要求两个功放管完全对称，这对于大功率管来说实现起来比较困难。实际工作中，常常采用复合管的接法（达林顿管）来实现互补。对于该设计，考虑到可能出现交越失真，所以应加入前向偏置电路，使输出的波形不会出现严重的失真，这里用一个220欧电阻和一个二极管in4148来组成该偏置电路，克服交越失真。用一个9014的npn管和一个2n3055a的npn管组成一个npn的复合管；再用一个9012的pnp管和一个2n3055a的npn管组成一个pnp的复合管，以使得这一对复合管是完全对称的，达到输出的要求。设计图如下： 图2-9互补对称输出电路 由上图可知，vt4，vt6组成的npn管与vt5，vt7组成的pnp管构成推挽式电路，在in端由信号时，两个复合管轮流导电。四. ocl功放电路 为达到完美的立体声效果，采用双通道，即左声道和右声道，右声道的组成结构同左声道相同，由三部分组成：差分输入级，中间放大级和互补对称输出级，变压器的输出信号经过整流滤波后的信号为两个声道提供电压。再加上两对输入端和输出端，以便于计算机仿真和调试。改设计是典型的ocl电路，它具有稳定性高、频响范围宽、保真度好等优点，它适合广大电子爱好者和音响发烧友装配使用。最终的设计电路-ocl立体声功放电路如下：图2-10 ocl立体声功放电路由图2-10易看出，扬声器与放大器的输出端是直接耦合，中间省掉了隔直流用的输出电容，为了使电路输出端的直流电位为零伏，采取了正负对称电源供电，差分放大器输入等措施。图中vt1、vt2是差分放大输入级，vt3是激励级，vt4 vt7是复合互补输出级。音频信号经过耦合电容c1和r1送到vt1的基极，经放大后，由vt1的集电极输出，并送至vt3进一步大，vt3集电极输出的激励信号去推动功率输出级vt4vt7工作，这样经功率放大后的音频信号可推动扬声器工作。为了便于进一步分析，可将图2-10简化为图2-11的形式。vt4和vt6复合后等效为一只npn型晶体管，而vt5和vt7复合等效为一只pnp型晶体管。从图2-10电路的vt4、vt6和vt5、vt7以及电源滤波电容c9、c10可以看出，它们相当于一个电桥。当vt4、vt6和vt5、vt7完全相同，c9、c10也完全相同时，桥臂平衡，扬声器没有直流通过。若正负两组电源完全对称，则可以保证输出端电位为零伏。图2-11 ocl立体声功放电路的简化图由于电路全部是直接耦合，环境温度和元件参数的任何变化都会影响输出端(a点，图2-11中)的电位。为此，vt1、vt2组成了差分放大器以克服零点漂移，电路中还施加了直流负反馈，即输出端通过r6加至vt2的基极，这样可以保证输出端(a点)的电位为零伏。其反馈过程是: a点电位ube2ie2ur4ubelicluclube3ie2 ur7ube4、ube6(ube5、ube7) vt4、vt 6的内阻(vt5、vt7的内阻) a点电位。反之，如果a点电位下降，将通过相反变化过程使a点电位将上升。 第三章 基于multisim 2001的仿真 第一节 multisim 2001概貌multisim是interactive image technologies (electronics workbench)公司推出的以windows为基础的仿真工具，适用于板级的模拟/数字电路板的设计工作。它包含了电路原理图的图形输入、电路硬件描述语言输入方式，具有丰富的仿真分析能力。为适应不同的应用场合，multisim推出了许多版本，用户可以根据自己的需要加以选择11。软件以图形界面为主，采用菜单、工具栏和热键相结合的方式，具有一般windows应用软件的界面风格，用户可以根据自己的习惯和熟悉程度自如使用。一、multisim的主窗口界面。界面由多个区域构成：菜单栏，各种工具栏，电路输入窗口，状态条，列表框等。通过对各部分的操作可以实现电路图的输入、编辑，并根据需要对电路进行相应的观测和分析。用户可以通过菜单或工具栏改变主窗口的视图内容。二、菜单栏菜单栏中提供了multisim的几乎所有功能命令。其中包含9个主菜单栏，从左至右分别为file(文件)菜单、edit(编辑)菜单、view(窗口显示)菜单、place(放置)菜单、simulate(仿真)菜单、transfer(文件传输)菜单、tools(工具)菜单、options(选项)菜单和help(帮助)菜单等。每个主菜单下都有一个下拉菜单，用户可以从中找到各项操作功能的命令。三、工具栏multisim 2001提供了多种工具栏，并以层次化的模式加以管理，用户可以通过view菜单中的选项方便地将顶层的工具栏打开或关闭，再通过顶层工具栏中的按钮来管理和控制下层的工具栏。通过工具栏，用户可以方便直接地使用软件的各项功能。顶层的工具栏有：standard工具栏、design工具栏、zoom工具栏，simulation工具栏。1standard工具栏包含了常见的文件操作和编辑操作。2design工具栏作为设计工具栏是multisim的核心工具栏，通过对该工作栏按钮的操作可以完成对电路从设计到分析的全部工作，其中的按钮可以直接开关下层的工具栏：component中的multisim master工具栏，instrument工具栏。（1）作为元器件（component）工具栏中的一项，可以在design工具栏中通过按钮来开关multisim master工具栏。该工具栏有14个按钮，每个每一个按钮都对应一类元器件，其分类方式和multisim元器件数据库中的分类相对应，具体的内容可以从multisim的在线文档中获取12。这个工具栏作为元器件的顶层工具栏，每一个按钮又可以开关下层的工具栏，下层工具栏是对该类元器件更细致的分类工具栏。以第一个按钮为例。通过这个按钮可以开关电源和信号源类的sources工具栏。（2）instruments工具栏集中了multisim为用户提供的所有虚拟仪器仪表，用户可以通过按钮选择自己需要的仪器对电路进行观测。3用户可以通过zoom工具栏方便地调整所编辑电路的视图大小。4simulation工具栏可以控制电路仿真的开始、结束和暂停。第二节 用multisim 2001实现对元器件的管理multisim以库的形式管理元器件，通过菜单tools/ database management打开database management（数据库管理）窗口（如图3-1所示），对元器件库进行管理13。 图3-1数据库管理窗口在database management窗口中的database列表中有两个数据库：multisim master和user。其中multisim master库中存放的是软件为用户提供的元器件，user是为用户自建元器件准备的数据库。用户对multisim master数据库中的元器件和表示方式没有编辑权。当选中multisim master时，窗口中对库的编辑按钮全部失效而变成灰色，如图3-2所示。但用户可以通过这个对话窗口中的button in toolbar显示框，查找库中不同类别器件在工具栏中的表示方法。图3-2 库中不同类别器件据此用户可以通过选择user数据库，进而对自建元器件进行编辑管理。在multisim master中有实际元器件和虚拟元器件，它们之间根本差别在于：一种是与实际元器件的型号、参数值以及封装都相对应的元器件，在设计中选用此类器件，不仅可以使设计仿真与实际情况有良好的对应性，还可以直接将设计导出到ultiboard中进行pcb的设计。另一种器件的参数值是该类器件的典型值，不与实际器件对应，用户可以根据需要改变器件模型的参数值，只能用于仿真，这类器件称为虚拟器件。它们在工具栏和对话窗口中的表示方法也不同。采用不同元件按钮图标底色，虚拟元件按钮底色是墨绿色，但信号源元件任属于虚拟元件。 图3-3 工具栏和对话窗口从图3-3