南京航空航天大学2013电子电路设计大赛试题 A程控音频OCL功率放大器.ppt

电赛试题分析 A题：程控音频OCL功率放大器 罗迪 2013年11月1日 一、任务 设计并制作一个功率可程控的、有输出功率显示的OCL音频功率放大器，其结构框图如下图所示。 1、基本要求 用分立元件（指后级OCL功率放大部分）制作，供电电源为（测试时仅提供±15V电源），输入信号电压幅度为(10mV-1000mV)VRMS，测试电阻用8欧纯阻负载，放大器应满足： （1）失真度≤10% 时输出功率PO≥6W； （2）频率响应为30Hz-10000Hz； （3）在输入端交流短路接地，输出端交流信号≤20mVpp； （4）在信号源的幅度和频率固定为某一值时，可以设置输出功率，并实时测量、显示输出功率。 2、发挥部分 （1）在信号源的幅度和频率固定为某一值时，显示的输出功率Ps，与设定功率Pg的相对误差|(Ps-Pg)/Pg|≤3%； （2）频率响应为20Hz-22000Hz； （3）失真度≤3%时输出功率PO≥7.5W； （4）其它。 初步分析 8欧姆电阻实际上是模拟扬声器作为负载，整个题目就是一个完整的前端设备对音频信号的处理过程。 模拟电路知识为主，主要考察比例运算电路，功率放大电路以及滤波器电路设计与实现，对频率响应、失真度、输出功率等参数做出了具体要求，且要求较高，难度较大。 单片机主要实现功率检测与闭环控制，实现功率程控功能。 系统框图 信号源（10mV-1000mV） 信号幅度放大（前级放大） 信号功率放大（电流放大为主） 负载功率输出 单片机 调节增益 功率检测 要点与难点分析 1.显示输出功率，且功率可程控。 2.分立元件实现OCL功放电路。 要点与难点分析 难点1： 信号变化幅度为10mV-1000mV，且功率需大于6W（发挥部分要求大于7.5W），怎样实现高精度增益调节和控制？ 三种可选方案： 1.通过继电器切换电阻网络来控制运放的增益。 2.通过数字电位计来调节运放增益。 3.通过压控或程控放大器来调节增益。 要点与难点分析 方案一，方案二均是通过改变运放反馈电阻Rf的阻值来调节增益。 方案三采用特殊型号运放来调节增益。 方案一：继电器切换电阻网络 优点：电路简单，控制方便，成本低廉。 不足：精度难以达到题目的要求，难以达到发挥部分中的要求（1）（实际功率与设定功率误差不超过3%） 方案二：数字电位计调节 优点：代替传统的机械式电位器，可以用单片 机实现程控。 不足：分辨率有限，精度不够，调节范围有限。 方案三：压控或程控运放调节 压控型：TI的VCA系列 程控型：TI的PGA系列 优点：步进小，精度高，由D/A或单片机直接控制。 不足：价格昂贵，噪声相对较大，在实际音频处理中运用不多。 VCA810结构简图 要点与难点分析 难点2： 分立元件来构建OCL功率放大电路，对模电知识的理解及实际动手能力是一个很大的挑战。 功率放大电路要考虑的问题： 1、波形不失真。 2、放大电路本身不产生自激现象。 3、达到所要求的输出功率。 OCL电路 省去输出端大电容的功率放大电路通常称为OCL电路。其中，OCL是Output CapacitorLess 的缩写。 OCL是OTL电路的升级，优点是省去了输出电容，使系统的低频响应更加平滑。缺点是必须用双电源供电，增加了电源的复杂性。 功放分析 模电里我们学过，OTL 功放电路省去了输出变压器，OCL 型功放电路又进一步省去了输出耦合电容。无论是在频率响应还是在非线性失真上，都比OTL 功放电路有更大的改善，这是由于去掉了耦合电容，改善了低频响应。因为耦合电容对音频信号的容抗与频率成反比关系，频率越低容抗越大，这就使低频响应受到限制。OCL 功放电路必须采用正负对称电源供电，全电路用直接耦合的方式，因此电路的零点漂移较为严重，为降低零点漂移，OCL 电路的输入级往往采用了差动放大电路。 OCL电路 OCL电路 要获得较大的功率，考虑选用一些大功率的NPN、PNP对管构成互补推挽级。由于功率较大，三极管必须加散热器。 下表是一些常用的大功率对管型号与参数。 关于题目要求的一点小提醒 不要漏掉这样一个基本要求！！ （3）在输入端交流短路接地，输出端交流信号≤20mVpp； 实现此要求需要在电路上进行调零操作，保证静态时“零输入，零输出”，尤其注意分立元件功放部分对发射极静态电位的调零。 要点与难点分析 难点3： 怎样测量输出功率？ 在负载一定的情况下，通过测量负载上的交流电压有效值来计算出实际输出功率。 方案： 可以使用分立元件搭建绝对值转换电路