本科毕业论文（设计）开题报告
课题名称： OCL功率放大器的Multisim仿真分析 
姓    名：                                    
学    号：                                    
专业年级：电子信息科学与技术（电子声像）2008级
指导教师：                                  
  教务处制

一、课题意义
1.理论意义
在当今世界，电子信息技术几乎主宰了整个电器行业的发展，随着电子技术的进步发展在功率放大器的设计上功能也不断更新。功率放大器在家电、数码产品中的应用也越来越广泛，与我们日常生活有着密切关系。随着生活水平的提高，人们也越来越注重视觉，音质的享受[1]。然而OCL功率放大电路（Output Capacitor Less）作为音频功率放大器最常用的简单电路之一，因其电路具有体积小、重量轻、成本低、稳定性好、保真度高、且频率特性好等优点，在功率放大器中得到了广泛的应用，成为当今大功率放音设备的主流电路。因此，对其元器件参数的选择，元器件参数对性能指标的影响分析就显得格外重要。
Multisim是一种通用的电子电路的分析模拟软件，是一个专门用于电路设计与仿真的EDA（自动化设计技术）工具软件。与其它EDA（自动化设计技术）工具软件相比，Multisim提供了一个更大的元件数据库，可以使用Multisim交互式地搭建电路的原理图，对模拟、数字、模拟／数字混合电路进仿真，具有完善的电路模拟、仿真、设计等功能，是电子系统分析和设计中不可缺少的工具。利用Multisim这个软件使用者可以完成从理论到原理图的绘制与仿真，再到原型设计和测试这样一个完整的综合设计流程。通过建立精确的电路模型，计算机可以有效的仿真出接近实际电路的结果。为电路功能的全面验证及优化提供了快捷、高效的手段。 
2.现实意义
随着计算机技术的发展，电子电路的设计与分析方法发生了重大变革，可以通过计算机辅助分析和仿真技术来完成。EDA（自动化设计技术）是在电子CAD技术基础上发展起来的通用软件系统，是指以计算机为工作平台，融合了应用电子技术、计算机技术、信息处理及智能化技术的最新成果，进行电子产品的自动设计。长期以来，对功率放大器（包括OCL功率放大器）元件参数及性能指标的分析大多采用计算和图示的方法，计算复杂，工作量大而且周期较长。随着计算机技术的发展，出现了计算机辅助设计技术和电子设计自动化技术。利用这种技术，可大大降低费用，提高效率[2]。Multisim仿真分析软件具有非常强大的功能，它既可以进行电子线路的设计、仿真，也可以对电路性能进行分析。利用Multisim仿真分析软件分析电路，可把比较复杂抽象的理论分析，更具体、更直观地表现出来。
二、文献综述
1.理论的渊源及演进过程
OCL功率放大器的演变过程：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能够足以推动外接负载的范围，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，一般讨论的主要指标是输出功率、电源提供的功率。OCL功率放大器因其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。所以使放大器低频特性得到扩展[3] [4] 。随着时代的进步OCL功放电路也在不断地发展，不断的更新。
基本OCL电路（这里指的是：乙类互补对称功率放大电路）由两个异型管（NPN、PNP）组成，正、负电源相等，两管特性参数完全对称，两管基极并接一起与输入信号相接，两管发射极并接一起与负载RL相接。静态时由于Ui=0，基极电位为0，因此两管截止，Ic1=Ic2=0，输出电压Uo=0。电路中由于没有设置静态直流偏置，即IcQ=0，UCEQ=0，因此静态管耗为零。当交流信号输入时，虽然传输效率提高了（理想状态下为78.5%）但却存在交越失真[5]。（如下图一）
                图一  基本OCL电路图及输入输出波形
为了克服乙类OCL功率放大器的交越失真，人们在此电路基础上作了一些改进，保留了乙类OCL功率放大电路输出效率高的优点同时又克服了交越失真，这种电路称为甲乙类互补对称功率放大电路（OCL电路）如下图二。电路由+UCC经R1、R、R2、D1、D2到-UCC，形成一回路电流。在电阻R和两个二极管上产生的电压，为三极管T1和T2发射结提供了固定偏置。使两管处于微导通，都有一个很小的基极电流。由于R电阻很小，而且D1、D2交流电阻很小，输入电压加在b1点或b2点几乎相同，基极电位会随输入信号Ui产生相同的变化，即使|Ui|很小，总能保证至少有一个三极管导通，因此消除了交越失真[5]。
图二  甲乙类互补对称功率放大电路
Multisim的发展：Multisim是美国国家仪器（IN）有限公司推出的以Windows为基础的仿真工具，适用于版级的模拟/数字电路板的设计工作。该软件提供了具有多种测试仪器、元器件品种齐全的虚拟胆子工作平台。Multisim是一款先进的电路仿真分析软件，适合于各种模拟电路板的设计应用。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。它作为著名的电路设计与仿真软件，它不需要真实电路环境的介入，具有仿真速度快、精度高、准确、形象等优点。而Multisim 11作为Multisim 2001之后的Multisim最新版本，元件库更多，界面更好，不用保存文件直接仿真，画原理图时捷径更多，提供了全面集成化的设计环境，完成从原理图设计输入、电路仿真分析到电路功能测试等工作[6]。而且还多了一项功能，增加了51、PIC单片机仿真功能。
Multisim的特点：Multisim作为一款优秀的电子类专用软件，主要有如下这一些特点优点：
（1）软件仪器外形与操作方式跟实物吻合，实验仿真是实时的，而且还具有多种分析功能；
（2）创建电路形象而且直观。全部工作通过电脑屏幕的仿真实验室台完成，所有需要的器件、测试设备都能从屏幕上选取，也就是具有丰富的原件和测试仪器；
（3）能够应用电路向导，根据设定的参数，自动产生电路，具有动态可视效果[11]；
（4）能使工程师在模拟过程中无需分析，便可运用数学表达式；
2.国内外对本课题的研究现状和有待解决的问题
研究现状：音频功率放大器最初为甲类功放,这类功放的功放管的工作点选在管子的线性放大区,所以就算在没有信号输入的情况下,管子也有较大的电流流过,且其负载是一个输出变压器,在信号较强时由于电流大,输出变压器容易出现磁饱和而产生失真,另外为了防止管子进入非线性区,此类放大器往往都加有较深度的负反馈,所以这种功放电路效率低,动态范围小,且频响特性较差。对此人们又推出了一种乙类推挽式功率放大器,这类功放电路的功放管工作在乙类状态,即管子的工作点选在微道通状态，两个放大管分别放大信号的正半周和负半周,然后由输出变压器合成输出。所以流过输出变压器的两组线圈电流方向相反,这就大大地减少了输出变压器的磁饱和现象。另外由于管子工作在乙类状态,这样不仅大大的提高了放大器的效率且也大大的提高了放大器的动态范围,使输出功率大大提高，曾流行一时[5] [7]。但人们很快发现,ui设计师需要学什么此种电路由于其功放管工作在乙类工作状态,所以存在小信号交越失真的问题,而且电路需使用两个变压器(输入输出变压器),由于变压器是感性负载,所以在整个音频段内,负载特性不均衡,相移失真较严重。为此人们又推出了一种称为OTL的功率放大电路。这种电路的形式其实也是一种推挽电路形式,只不过是去掉了两个变压器,用一个电容器和输出负载进行藕合,这样一来大大的改善了功放的频响特性。晶体管构成的功放电路有了质的飞跃,后来人们又改良了此种电路,推出了OCL和BTL电路,这种电路将输出电容也去掉了,放大器与扬声器采取直接藕合方式,直到现在由晶体管组成的功放电路,其结构基本上是OCL电路 [8] [9]。
但假如要设计一个此类功率放大器，虽然能理论计算分析，但一般是在理想模型下进行，这与实际应用有一定的差距，而且计算复杂，也容易出错。若利用Multisim软件进行电路仿真，可以迅速直接地得到放大器的特性，并可模拟实际情况，得出的结果更实用。通过用Multisim分析外围元器件的参数、三极管参数、频率对整个功率放大器的性能指标的影响，解决功率放大器的某些问题。通过查阅资料发现，利用Multisim仿真分析软件对功率放大器电路性能指标进行分析的报道极少。
待解决的问题：
（1）解决电子线路设计的复杂过程问题。传统的电子线路设计要经过设计方案提出、方案验证和修改三个阶段，一般采用搭接实验电路的方法进行往往需要经过实验和修改的反复过程[10]。
（2）减轻电子线路设计的实验成本，分析难度。在电子线路设计中会涉及到大量的计算分析以及多次实验，是一个非常复杂的过程，而且容易出错，一旦出错就有损坏元件的风险，分析的结果也不够准确。
（3）利用Multisim软件来仿真分析问题。
3.文献评述
音频功率放大器的调试，是音频功率放大器设计、制作和生产中的一个重要环节。它的正确与否直接影响到放大器的性能。随着应用电子技术、计算机技术、智能化技术的发展，EDA（电子设计自动化）技术进入了我们的设计工作，因此在调整和测试工作中引入虚拟仪表技术会进一步完善我们的设计工作，大大加快了产品的开发速度，提高了设计人员的工作效率，缩短了产品的开发周期[4] [11]。
通过对《Multisim 9计算机仿真在电子电路设计中的应用》[11]的学习，我发现从中的不少案例分析也定性的说明了使用Multisim9提供的虚拟仪器，对音频功率放大器直流工作点、瞬态响应、失真度等几个基本指标进行分析的确比传统的分析方法更简单、更直观。同时也可以看出，将虚拟仪器应用到设计过程中，对所设计电路进行测量，有助于我们及时发现问题，调整电路结构或参数，能更快、更好地完成设计任务。 
从所查阅的资料看，大多都是基于计算机、仿真技术的电子设计自动化和虚拟仪器的概念电子技术实验在教学中的广泛应用，能够显著提高电子技术实验教学的水平，极大地丰富教学的内容，大大降低实验成本和测试费用，并为学生工程素质和创新能力的培养和创造十分有利的条件[12] [13] [14]。
三、课题研究内容与方法
研究内容：
1．设计一个OCL功率放大器。要求采用全部或部分分立元件，额定输出功率、负载阻抗、失真度、直流稳压电源等合理。然后根据功率放大器的基本特点，经过组合在加上一些外围元件，设计出一个由晶体管组成的具有实际意义的OCL功率放大器。
2．用Multisim分析外围元器件的参数对整个放大器的性能指标的影响。用Multisim软件画出电路图，然后改变外围元件参数对功率放大器进行一系列仿真，分析外围元件的参数对功率放大器的性能指标有什么影响。
3．通过改变元件参数对功率放大器进行多次仿真分析，在进行比较分析得出最佳的元件参数，最佳的元件阻值大小、型号等。
4．用Multisim仿真软件对功率放大器的静态工作点，瞬态和失真度等进行分析。
课题研究方法：
1.实验法          2.观察法   
3.仿真分析法      4.文献法   
5.总结分析法
四、课题研究进度安排
1．2011年12月5日至2011年12月25，日查阅相关文献，并写出开题报告；
2．2012年2月25日，毕业论文开题答辩；
3．2012年3月20日，完成毕业论文初稿，并进行毕业论文中期检查；
4．2012年4月20日，上交毕业论文；
5．2012年5月6日，毕业论文答辩；
6．2012年5月20日，完成毕业论文材料装袋存档。
五、主要参考文献目录
[1]  唐远炎，OCL.OTL低频放大电路集锦［M］.北京：人民邮电出版社，1983.
[2] 韦思健.电脑辅助电路设计—MULTISIM2001电路实验与分析测量［M］.北京：中国铁道出版社，2002.49.
[3]  郭三宝.电子线路基础实验［M］.北京：高等教育出版社，1986.
[4]  王廷才，赵德申.电工电子技术EDA仿真实验［M］.北京：机械工业出版社，2003.5.
[5]  康华光.电子技术基础［M］.北京：高等教育出版社，1988.
[6]  王廷才.基于Multisim的电路仿真分析与设计［J］.计算机工程与设计，2004,4:55-62.
[7]  陈军，夏汉初，龚晶.电子技术基础实验（模拟电路部分）［M］.南京：解放军理工大学理学院，2007.
[8] 李推轩.模拟电子技术［M］.西安：西安科技大学出版社，2004. 
[9] 刘秀成，黄松岭，于嵌杰，等.关于最大功率传输问题的讨论［J］.电气电子教学学报，2008（1）：32-41.
[10]  陈松，任德齐.电子设计自动化技术［M］.北京：电子工业出版社，2002.5.
[11] 聂典.Multisim 9计算机仿真在电子电路设计中的应用［M］.北京：电子工业出版社，2007.
[12] 李东生.仿真与虚拟仪器技术［M］.北京：高等教育出版社，2004.12.
[13] 周凯，郝文化.EWB虚拟电子实验室—Multisim7&Ultiboard7电子电路设计与应用［M］.北京：电子工业出版社，2005.4.
[14] 郭勇主.EDA技术基础［M］.北京：机械工业出版社，第二版，2006.

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