乙类OTL功率放大器仿真.doc

1、CDIO设计目的 设计乙类OTL功率放大器，并熟悉其设计原理，进行multisim的仿真。 利用555定时器设计信号发生器（方波，三角波，正弦波），并进行仿真。 通过设计与仿真进一步加强对有关理论的认识。 加深了对电路设计技巧及电子电路原理的理解。 2、CDIO设计正文 2.1功率放大器的设计 2.1.1功率放大器的本质 功率放大器即把前级放大器的弱信号放大，然后驱动一定的负载工作，例如喇叭等。而所谓的“乙类OTL功率放大器”即单电源供电，无输出变压器的在半个周期内导通的功率放大器。另外所谓的“推挽放大器”即利用两只特性相同的晶体管，使它们都工作在乙类状态，其中一只晶体管在正半周工作，另一只在负半周工作，然后设法将两只管的输出波形在负载上组合到一起，得到一个完整的输出波形静态时要求两管无基极电流，即IB=0，K点电位为，VCE1=VCC，VCE2=/2。?当输入电压正半周时，两管基极电位同时升高，T2管发射结反偏截止，T1发射结正偏导通，在RL上得到正半周的输出电压vO；当输入电压负半周时，两管基极电位同时下降，T1发射结反偏截止，T2发射结正偏导通，io2在RL上得到负半周的输出电压，可见两管都工作在射极输出组态。在无输入电压i时，输出电压为零，两管都工作在乙类放大状态。当一只管子导通时另一只管子截止，又称为互补推挽电路。在讨论图输出波形时，忽略了功放管发射结的门坎电压(对硅管约为0.6V，对锗管约为0.2V)。实际上输入电压必须大于门坎电压时才有射极电流输出，输入电压低于门坎电压时没有射极电流输出，因此输出电压波形的正负半周交接处产生了失真，称为交越失真，如图所示/2，D1和D2的加入使得Q1和Q2在静态时处于微导通状态，从而消除了电路的交越失真。静态时，K点电位为Vcc/2，电容被充电到Vcc/2。若电容足够大，则在有信号输入时，可认为其上的电压保持不变，即相当于一个电压为Vcc/2的恒压源。Ui负半周时Q2导通而Q1截止，Q2集电极回路的直流电源电压为Vcc/2。Ui正半周，V3导通，而V2截止，Q2导电时依靠电容上的电压供电，Q2集电极回路的直流电源电压为- Vcc/2。 2、设计要求 当负载为8欧姆时，使输出波形在不失真的情况下输出功率至少达到0.5W，频率设置在低频范围内1K~50Khz左右。 3、在multism里面的仿真与调试 根据原理图在multisim里面进行电路的搭建，正确选择好电路元件后，其电路图形如图4所示。搭建好电路后按照设计要求对电路进行仿真调试。 图4 multisim仿真电路图 根据前面的电路分析，在multisim里进行仿真调试，在调试过程中，减小R6输出波形会产生截止失真，减小R3会产生平顶失真，增大R3会产生截止失真。调节R6与R3使当输入信号为零时输出端直流电压为Vcc/2即可，此时静态满足要求。然后利用信号发生器输入一个小信号，因为驱动负载一般为喇叭，其电阻一般选择8欧姆即可输出功率为0.5W左右。根据已学知识可知输出功率Pomax =Vom2 /2RL ，则输出电压Vom 应达到2.8V左右。因此调节输入信号电压当输入信号电压为23mv左右时，输出的Vom为2.83且波形不产生失真，故能够满足要求。对于频率，当频率过小时输出端的电压会与输入端的电压产生相位差，而当频率达到10K以上时相移较小，基本上可以忽略。若考虑到人耳能够听到的频率一般为20~20Khz，故所加频率也不能太大。 按照上述分析设置仿真参数，信号发生器输入设置为23mv，频率为15Khz。设置好后，点击示波器可观察到如图 5 所示的输出波形，其中红色线条代表输入端信号的大小，绿色线条代表输出端信号的大小。 图5 仿真结果图 由示波器可观察到输出端的电压最大值为2.85V，则根据Pomax =Vom2 /2RL可得： Pomax =2.852/16=0.507W 由此可看出电路大到了设计要求。 2.2 利用555设计信号发生器（方波、三角波、正弦波） 2.2.1 555芯片介绍 555定时器是一种集模拟、数字于一体的中规模集成电路，可以将输入的模拟信号变化为一定的数字信号输出，因而广泛应用于生产实践的各个领域。它不仅用于信号的产生和变换，还常用于控制和检测电路中。 555定时器的电路如图6所示。它由三个阻值为5k欧的电阻组成的分压器、两个电压比较器C1和C2、基本RS触发器、放电晶体管T、与非门和反相器组成。 图6 555内部原理图 分压器为两个电压比较器C1、C2提供参考电压。如5端悬空（也可对地接上0.01uF左右的滤波电容），则比较器C1的参考电压为，加在同相端；C2的参考电压为，加在反相端。 V