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电源和功放设计报告摘要 直流稳压电源和功率放大器的安装、焊接及调试让我们了解了电子产品的装配过程,掌握了电子元件的识别及质量检测,熟悉了直流稳压电源和功率放大器的工作原理,学会了整机的装配工艺,也培养了良好的分析问题和解决问题的能力对基本的焊接能力也有了进一步的提高和锻炼对元器件的排布和各自功能有了更深入的了解培养了动手能力及严谨的工作作风和小组人员之间共同配合良好的学风。 关键词: 直流稳压电源的安装 功放的安装 调试 工作原理 1、引言: 有时侯我们自以为简单的事情,当做起来时才知道并不是我们想象的那么简单。任何一件事要做好都要掌握一定的技术还必须具备一定的素质才能完成。要了解一项工作掌握焊接和电子工艺的操作技术光靠看书本和讲解是不行的。所谓实践就是要我们自己实际的去练习去操作。要真正的把从书本的理论知识转到实际操作、实践中去。还有就是不能由着自己的性子来操作一定要在老师的指导、讲解下进行操作严格遵守操作规程不可自己耍小聪明。 1.1 背景: 本次实践是我们刚学完模拟电子技术课本知识后的第一次自己动手的实验从最基本的出发做直流稳压电源和功率放大器。通过元件的安装、焊接和调试进一步加深理论知识的培养锻炼动手能力。 经过近一个月的实践不仅加深了理论知识而且也亲自动手做出了器件在老师的指导、讲解下我们进行操作避免了因盲目而无所适从的局面。同时小组人员之间的配合也起了很大作用。 1.2 名称: 直流稳压电源和功率放大器的组装与调试 1.3 参考资料: 【1】 【2】 朱秋龙主编浙江大学出版社电子技术实践与制作2008 【3】 陈永真主编电子工业出版社全国大学生电子设计竞赛试题经解选2007 【4】 康华光主编高等教育出版社电子技术基础2006 2、总体设计: 本系统总体设计分为两部分:直流稳压电源和功率放大器。先设计制作直流稳压电源实现稳压电源的输出电压调节再制作功率放大器然后根据功放所需电压调节直流稳压电源使其在所需的电压条件下利用两者的配合从而实现其功能。 2.1 开发者与运行环境: 制作者:xxxxxxxxx 运行环境:xxxxxxxxxx 2.2 硬件结构: 2.2.1 稳压电源原理框图: 稳压电压 变压器 滤波电容器 整流器 2.2.2 功率放大器结构框图: 外供正弦转换 功率放大信号源 电路 器 阻等 效负载电自制稳压电源 3、硬件模块设计: 3.1 稳压电源模块: 电源是整个电路能源的提供者稳定的电源是提高放大器性能指标的前提条件。 首先要求其失真小、噪声小所以要考虑稳压电源供电采用性能优良的稳压电路避免单独采用简单电容滤波产生的负载调整率低的缺点。其次为了减小前置放大与功率放大相互之间的影响其电源部分要分开实质上是把两者的相互牵制或不良耦合减小到最低程度为本机的稳定性能提供保障。 另外从提高效率的角度考虑其功率放大部分的功率损耗为整体功率损耗的主要部分。因此需要保证其供给电源越近其输出电压幅度越好但考虑到管压降等因素应制作接近其输出电压幅度的供给电源。鉴于以上原因我们选择了比较简单性能优越而且便于调节电压的稳压电源图来制作。 3.2 功率放大模块: 常见的功率放大电路的连接方式主要有OCL、OTL、BTL等其工作方式也有甲类、乙类、甲乙类等。虽然可供选择的方案有很多但是根据其效率要高避免交越失真等特点我们选择甲乙类的放大器这是因为甲类的放大器的效率很低且功耗比较大乙类放大器却又难以避免交越失真。 而在具体的电路选取中功率放大部分可以由分立元器件构成也可以由集成的功率放大电路搭配而成。考虑到初学这部分知识因此应从点滴做起我们选择了用分立元件而构成功率放大部分。又考虑到其他组的都选取了比较典型的功率放大电路图为了避免跟其他组电路图的重复我们选择的电路图的前级不是差分对的放大电路而增加了音量和音调调节部分。 4、各模块的电路图及工作原理: 4.1 电源模块: 4.1.1 工作原理: 如下图所示,是一种实用的输出电压连续可调的集成稳压电源输出电压在1.2537V之间连续可调输出最大工作电流可达1.5A,集成三端稳压器必须加适当大小的散热片,。 市电220V经变压器降至26V先经过D1-D4二极管桥式整流再经C1滤波然后加到三端稳压器输入端进行稳压输出电压有两只外接电阻R2、W1所决定输出端和调整端之间电压差为1.25V这个电压将产生几毫安的电流经R2、W1到地在W1上产生一个变化的电压加到调整端通过改变W1范围就能改变输出电压。输出电压 W1U,1.25，(1，)与关系是。应注意为了得到稳定电压输出流 UWSCSC1R1经R1的电流要小于3.5mA。D6为保护二极管以防止稳压器输出短路而损坏IC1,D5用来防止输出端短路而损坏IC1C2、C3用于防止高频寄生振荡。 再设计线路板时应注意C2应靠近集成稳压器的输入端C4应靠近集成稳压器的输出端这样能更好地抑制交流纹波。 图中Q1的作用是防止电位器W1接触不良使输出电压失控甚至有可能烧毁负载。其工作原理是:在正常情况下Q1的基极点位为0处于截至状态对电路无影响,当电位器接触不良时Q1的基极电位上升当上升到0.7V时Q1导通将接在LM317调整端的电容C3上的电荷快速释放同时也将输出电压降低从而对负载起到保护作用。 该稳压电源还具有短路声、光报警功能声、光报警由一块74LS00与非门电路组成振荡器其工作原理是:正常时集成块1.2脚通过R4限流接输出端同时1、2脚电位受D7、D8、D9三个三极管控制在1.25-2.1之间3、5脚为低电平后级振荡器不工作。 当电源输出端短路时1、2脚电位降至为零3、5脚由低电平翻转为高电平振荡器工作压电陶瓷片发声报警同时发光二极管LED2发光报警。改变W2阻值可改变发音的频率。 LM317稳压器在不加散热片时最大功耗为2W当加上散热片后功率可大大提高因此设计中我们将LM317稳压器和散热片共同安装在电路板上利用散热片散热以提高温稳压器的效率。 DC1.25-37V连续可调稳压电源中的硅整流二极管D1-D4 选用IN4007整流电流为1A耐压为1000VC1、C2、C4选用耐压大于50V以上的电解电容和涤纶电容,电阻选用1/4W碳膜或金属膜电阻。 电源变压器选用输入为220V/50HZ输出为24V的变压器。 4.1.2 电源原理图: 4.2功放模块: 4.2.1 工作原理: 信号自输入端输入先经过2.2k的滑线变阻器W2以调节功放输出音量的大小C12为信号输入耦合元件其作用是用于隔断直流让交流信号或脉冲信号通过使前后级放大电路的直流工作点互不影响。R8、R9和W4组成BG7的偏置电路给BG7提供静态工点。 W3控制放大器输出音调R16是防止因W3调至最上端时引起电流过大而设的限流电阻。R11是BG1的交流负载电阻BG8在电路中起电压放大作用C18是补偿电容防止BG8产生高频自激的交流负反馈电容以保证电路稳定工作在该电路中被称为激励级。BG12和BG13是互补电流放大级分别与BG14、BG15构成复合管对输出电流进行放大。其中BG12与BG13使用中功率三极管BG14和BG15是负责放大电流的大功率管BG9、BG10和BG11互补管的偏置电路元件给BG12、BG13共同提供一个适当静态工作点消除交越失真且尽量取小值。 采用三个二级管是为了补偿BG12、BG13发射结门坎电压随温度发生的变化串联起来补偿互补管发射结门坎电压随温度发生的变化使互补管静态工作点稳定。R19和R20分别是BG14和BG15静态工作点调整分流电阻防止BG14和BG15管因基级电流过大而进入饱和区。R21、R23和R22、R24两两并联防止BG14与BG15过流的限流电阻一般取在0.20.5 之间。C19是信号输出电容起中点浮动电源作用。 整个功放由输入级中间级和输出级组成。由共集电极BG7及其有关电容和电阻组成输入级输入级的单端输出信号传送至由BG8进行电压放大后传送至由BG15组成的共集电极中间级输出级由一个甲乙类互补对称放大电路组成。 4.2.2 电路原理图: 5、电源与功放的安装及焊接: 5.1 安装前的准备工作: 所需的基本工具:电烙铁、烙铁架、松香、万用表、镊子、尖嘴钳、偏口钳、螺丝刀。在安装时服从后级向前级安装先小后大的原则而且应考虑元件的布局尽量做到整齐美观。并且大功率管要加上散热器。 5.2 焊接: 1、在焊接之前要仔细的查看个元件的个数以及用万能表测试个元件性能是否为良好的。 2、要清楚的识别元件种类和作用。 3、在焊接时要注意电烙铁的角度要使电烙铁、焊锡丝与电路板三位一体要注意焊锡丝的用量。 4、在撤离电烙铁的同时要保证电路板不要晃动以免产生虚焊在之后的调试过程中不容易找出错误的所在。 5、在焊接三极管的时候要注意分清它的集电极、基础极和发射极。 6、焊完之后应对照电路图仔细检查一下是否有焊错的地方。 6、调试与总结: 6.1 调试: 由于我们制作的是直流稳压电源和功放部分。直流稳压电源部分相对简单因此我们先做电源部分其安装和焊接完成之后我又详细的对照原理图仔细的检查了一下有没有焊错的地方等到检查完之后确定所有器件的安装和焊接无误之后开始通电通上电后在输出端接上一个电压表调节改变滑动变阻器使电压开始变化且可以调出最大输出电压和最小输出电压。再检查所有元件发热情况发现LM317在加上撒热片后稍微有点热度其他元件都正常说明电源主部分工作正常接下来就是检查保护部分根据原理为了防止烧坏元件且考虑蜂鸣器的工作电压先将输出电压调至6V使电源输出端短路发光二极管LED2发光报警但蜂鸣器不发声不一会儿电阻R5颜色变了可能是烧毁了断电后重新换一个电阻R5同时又检查了一遍保护部分尤其蜂鸣器的正负有没有接反发现全部正常当重新通电后电阻R5每次都被烧坏而焊接的都没有错误同组的也是出现了我同样的问题。于是我们俩个究其根源我们从其电路原理图分析发现电阻R5是从整流、滤波完之后输出电压基本上都加在了其上因此加在上面的电压太大坏烧坏我们换用了同样阻值功率大的电阻安装后在通电时只感觉到烫手处于正常情况但是蜂鸣器还是不响找不出原因。再找下去也意义不大且对我们所需要的影响不大我们就开始做功放。 6.1.2 功放的调试 当功放的所有元件安装并且焊完之后我先仔细检查了有无焊错的元件和虚焊的地方确定无误后用先作出来的电源来供给功放所需电压先通电断开功放部分调电源的输出电压为19.5V,功放所需电压,断开电把电源和功放接起来后通电此时喇叭没有声音断电后检查电路连接电源中的LM317感觉到烫手其他元件都完好。检查电路连接也没有问题用万用表测量各电压各三极管参数如下: 三极管 类型 VB(v) VE(V) VC(V) VBE(V) VCE(V) BG7 PNP 4.97 5.76 0.54 -0.65 -5.23 BG8 NPN 0.54 0 7.52 0.54 7.51 BG12 NPN 15.81 19.48 19.48 3.62 0 BG13 PNP 9.42 9.95 0.53 -0.47 9.42 BG14 NPN 10.01 9.50 19.48 0.51 10.00 BG15 NPN 0.48 0 9.50 0.48 9.50 从以上各三极管所测量出的数据可看出三极管BG12是截止的其它三极管都正常工作。用万用表检测其三端发现三极管BG12的集电极与发射集之间短路这就说明了不是焊接焊错就是三极管本身损坏检查焊接没有问题拆除三极管后检查确实三极管损坏重新换一个三极管后通电此时喇叭发声接入音频信号后有声音但声音不太清晰LM317也比较热。考虑到LM317本身在接入负载时要发热属于正常情况接下来就是调试了。把输入电压调至19.5V调节中点电压使其为9.5V接入音频信号配合音量和音调调节调节使其发声最为清晰时此时电源和功放就基本上完成了此时功放工作在静态时各三极管参数如下: 三极管 类型 VB,V, VC,V, VE,V, VBE,V, VCE,V, 状态 BG7 PNP 6.91 0.65 7.55 -0.60 -6.89 导通 BG8 NPN 0.65 8.78 0 0.65 8.78 导通 BG12 NPN 10.72 19.48 9.98 0.66 9.50 导通 BG13 PNP 8.78 0(47 9.42 -0.63 -9.04 导通 BG14 NPN 9.98 19.48 9.50 0.49 9.99 导通 BG15 NPN 0.47 9.50 0 0.47 9.50 导通 静态时测完后接入函数信号发生器和示波器测量其工作在交流信号时有关数据的测量: 6(2 电源和功放的主要性能参数值: 6.2.1 直流稳压电源的主要性能参数值: ,1,电压调节范围: = 1.2V =32.0V 则电压在1.2-32.0V范围内连VVominomax续可调且步长为0.01V ,2,电压调整率: 在输入电压为22050HZ电压变化范围为+10% - -10%条件下: 空载时: 电网电压,V, 输入,V, 输出,V, 200 31.0 17.36 210 32.7 17.37 220 34.2 17.36 230 35.8 17.36 240 37.4 17.37 UU,0.0134.200S,，100%,，100%,0.617% rUU,17.363.2ii: 200 25.3 17.28 210 26.8 17.27 220 28.2 17.33 230 29.2 17.40 UU,0.0528.200S,，100%,，100%,2.81% rUU,17.332.9ii,3,电流调整率: SI在输出电压U0=17.0V固定不变负载用240,/8W电阻和10K电位器串联使负载电流变化 ,mA, 输出电压(V) 负载电流IV0020 17.03 40 17.04 75 17.05 ,V17.05,17.030 S,，100%,，100%,0.117% IV17.050,4,输出电阻:,稳压电源内阻, , 空载时输出电压=20.0V,接入负载=240/8W时的VR0L输出电压=19.94V因此 V0,0V200Lr,(,1)，R,(,1)，240,0.722, 0V19.94,5,最大输出电流: , 带负载=240/8W时 =260mA IRmaxL,6,纹波抑制比: =20V时=0.14V, =0.22mv 当输出电压VVV00IV0.143IS,20log,20，log，10, 57dB ripV0.2206.2.2 功放的参数: ,1,最大输出功率: Pom负载电阻:10,/2W最大不失真输出电压的有效值=5.2V, V02V5.2，5.20 P,2.704WomR10L,2,电源供给的功率: PV电源供给的输入电压,电源输出的平均电流 I,0.26AV,19VCCP,VI,19V，0.26A,4.94WVCC,3,功放的功耗: P,P,P,4.94,2.704,2.236WCVom,4,最大不失真输出时的效率: P2.704om,，100%,，100%,54.74% P4.94V,5,放大倍数: 输出电压的有效值,输入电压的有效值 U,5.1VU,0.142V0iU5.10,35.92A VU0.142i,6,带宽: 输入频率为1KHz,保持输入幅度不变则 U,12.69mVi测得上限截止频率下限截止频率 f,128KHzf,275HzHL放大器的3dB带宽 BW,f,f,275Hz128KHzHL,7,输入电阻与输出电阻: 输入电阻:在信号源与放大器之间串入一个100K的电阻测得,则 U,15.35V,U,3.66VSiU3.66i R,，R,，100K,31.3K, iU,U15.35,3.66Si输出电阻:接入电阻值为100K电阻时,空载时 U,25.2mV0UOCR,(,1)，R,872K,则 U,245mV0LOCU06(3 总结: 经过一个月的学习和实践学会了很多东西其中包括直流稳压电源与功率放大器的安装和焊接学会了基本的焊接技术功放的检测与调试知道了电子产品的装配过程我们还学会了电子元器件的识别及质量检测学会了其工作原理识图、辨图这些都是我们的培养动手能力集严谨工作作风的结果也为我们以后的工作打下了良好的基础。 以前学习模拟电子技术课时总觉得老师讲的太抽象通过这次学习又重新明白了很多东西。而且这在我们以后的专业课学习中应该也是很有用的就我们自己的专业来说我们也是要系统学习电力电子技术自动检测技术及信号与系统方面的知识。在最后终于听到自己所做的功放发出了声音真的很高兴但做出来也是最基本的一个方面既然我们是在深入的学习因此后来我们尽一步地测量了其有关数据并且进一步做了调整在调试过程中也收获不小。 7、心得体会: 通过这次实践我从中学到了很多宝贵的经验和知识。我深刻的认识到了理论知识和实践相结合是学习环节中相当重要的一个环节只有这样才能提高自己的实际操作能力并且从中培养了自己的独立思考勇于克服困难的能力。 这次学习还算顺利主要是自己亲自参与并弄好了功放。虽然结果也不是太理想但在实践过程中收获不小在我刚刚拿到零件的时候看到那么多的东西还是很手忙脚乱的。尤其