项目教学“音频放大器制作”实训指导.doc

音频放大电路的制作一、音频放大电路的组成：二、制作过程：分四个子项目制作项目1：直流稳压电源的制作项目2：音频放大电路输入级的制作项目3：音频放大电路中间级的制作项目4：音频放大电路输出级的制作图 1 音频放大电路的电气原理图项目1：直流稳压电源的制作一、项目任务制作音频放大电路的直流稳压电源部分，要求该直流稳压电源输出电压为15V，输出功率要达到 10W 以上。二、学习目标1知识目标(1) 掌握 PN结、二极管的特性，了解二极管的结构、种类及应用场合。(2) 掌握晶体管直流稳压电源的组成，了解电路原理分析及基本计算。2技能目标(1) 学会判别以及使用万用表测试二极管的极性。(2) 制作晶体管直流稳压电源，掌握使用万用表和示波器测试该电源的参数，学会对电路所出现的故障进行原因分析及排故。三、直流稳压电源的组成：直流稳压电源能把 220V 的工频交流电转换为极性和数值均不随时间变化的直流电，其结构框图如图所示。图 11直流稳压电源的组成由图可知，直流稳压电源一般由变压器、整流电路、滤波电路和稳压电路 4 部分组成。各部分作用如下：电源变压器的作用是为用电设备提供合适的交流电压，如本项目中采用的变压器可实现 220V 输入、双 18 伏交流电输出，由于在电工基础中已经涉及，在这儿就不再作详细介绍；整流器的作用是把交流电变换成单相脉动的直流电；滤波器的功能是把单相脉动直流电变为平滑的直流电；稳压器的作用是克服电网电压、负载及温度变化所引起的输出电压的变化，提高输出电压的稳定性。图12 双15V输出直流稳压电源原理图四、实施步骤表 11音频放大电路直流稳压电源元器件清单1安装(1) 安装前应认真理解电路原理，弄清印刷板上元件与电原理图元件的对应关系，并对所装元器件预先进行检查，确保元器件处于良好状态。(2) 参考原理图 3将电阻、电容、发光二极管、IN4007、三端稳压器等元件在实验板上焊好。2调试(1) 检查印版元器件安装、焊接，确保准确无误。(2) 复审无误后通电，在电路输入端接入信号发生器，依次在整流电路、滤波电路及三端稳压器后级作如下测试。 整流滤波后直流电压值是否正常。 输出在空载下，分别测量滤波电容两端电压是否有超压现象。 分别测量三端集成稳压器输入输出电压是否正常。将上述各级下的各输出参数值及波形作记录，并与理论比较是否吻合。 (3) 为提高测量精度，对输出电压可用直流数字电压表或数字式万用表测之。项目2：音频放大电路输入级的制作一、项目任务制作音频放大电路的输入级部分，要求该电路采用共射放大电路（射级输出器）作为音频放大电路的输入级。二、学习目标1知识目标(1) 了解共射放大电路的结构、工作原理、特性。(2) 掌握共射放大电路静态和动态分析方法，重点掌握射级输出器在放大电路中的作用。2技能目标(1) 利用万用表、信号发生器、示波器，掌握射极跟随器的特性及测试方法(2) 进一步学习放大器各项参数测试方法。（3）制作音频放大电路的输入级，学会对电路所出现故障进行原因分析及排除。三、电路结构及原理分析共集电极放大电路如图所示。从交流通路看，三极管的集电极是交流地电位，输入信号和输出信号以它为公共端，故称共集电极放大电路。由于信号从发射极与地之间取出，所以又称为射极输出器。本电路采用自举电路的射极跟随器： 在一些电子测量仪器中，为了减轻仪器对信号源所取用的电流，以提高测量精度，通常采用如图所示带有自举电路的射极跟随器，以提高偏置电路的等效电阻，从而保证射极跟随器有足够高的输入电阻。图 21 音频放大电路的输入级原理图共集放大电路的电压放大倍数总小于和接近1，且输出电压与输出电压同相；它的电流放大倍数较大，可以放大电流和功率；输入电阻较大，输出电阻较小。该放大电路常用于多级放大电路的输入级、隔离级或输出级。表 11音频放大电路输入级（自举电路）元器件清单序号名称规格数量1电阻100K 1/4W32电阻20K 1/4W13电位器10K14电解电容20uF15电解电容100uF16晶体管90131四、实施步骤1安装(1) 安装前应认真理解电路原理，弄清印刷板上元件与电原理图元件的对应关系，并对所装元器件预先进行检查，确保元器件处于良好状态。(2) 参考原理图将电阻、电容、晶体管等元件在实验板上焊好。2调试(1) 检查印版元器件安装、焊接，确保准确无误。(2) 复审无误后通电，在电路输入端接入信号发生器，依次作如下测试。测量电压放大倍数Av接入负载RL=1K，在J2点加f=1KHz正弦信号ui，调节输入信号幅度，用示波器观察输出波形uo，在输出最大不失真情况下，用交流毫伏表测Ui、UL值。记入表2-2。表2-2 Ui(V) UL(V) Av、测量输出电阻Ro接上负载RL=1K，在J2点加f=1KHz正弦信号ui，用示波器监视输出波形测空载输出电压Uo，有负载时输出电压UL，记入表2-3。表2-3 Uo(V) UL(V) Ro(K) 测量输入电阻Ri在J2点加f=1KHz的正弦信号us，用示波器监视输出波形，用交流毫伏表分别测出A、B点对地的电位Us，Ui，记入表2-4。表2-4 Us(V) Ui(V) Ri(K)项目3：音频放大电路中间级的制作一、项目任务制作音频放大电路的中间级部分，要求该电路采用两级集成运放作为放大之用，电压放大倍数至少达到 50 以上。二、学习目标1知识目标(1) 了解集成运算放大器(简称集成运放)的结构组成及特性指标，了解常见集成运放的种类、引脚特性。(2) 了解集成运放的“虚短”和“虚地”的概念，了解集成运放应用电路的分析与基本计算。(3) 掌握反馈的定义、分类及判别方法，重点掌握各种反馈类型对放大电路静态和动态性能的影响。2技能目标(1) 掌握利用万用表、信号发生器、示波器测试反馈电路的特性的方法。(2) 制作音频放大电路的中间级，学会对电路所出现故障进行原因分析及排除。三、电路结构及原理分析中间级音调控制电路由集成运放 LM358，电阻 R6R14，电容 C4、C8、C12C17、电位器 RP2 组成。其中 LM358(A1)组成的同相输入放大器构成电压放大部分，电容 C14 至 C15 之间的阻容网络构成音调控制部分。A2 的作用是音调控制部分对信号衰减的补偿。 音调控制作用是通过 RC 衰减器对高低频率信号的衰减倍数的不同来升或降高、低音信号的。RP2 为低音控制电位器，其滑动端由上端移至下端时，低频衰减逐渐加大，输出信号中的低频成分随之逐渐减小。图 31 音频放大电路的中间级原理图在电路中，运用瞬时极性法可判别出中间级两级放大电路为负反馈，通过反馈电阻 R8和 R14 反馈交直流信号，可稳定电路的静态和动态特性，反馈信号和输入信号在不同端口，为串联反馈，可有效提高电路的输入电阻、输出端反馈电压信号，可有效减小输出电阻。综上所述，电路所采用的反馈类型为电压串联负反馈，对信号的放大起到了很好的优化作用。四、实施步骤1安装(1) 安装前应认真理解电路原理，弄清印制电路板上元件与电路原理图的对应关系，并对所装元器件预先进行检查，确保元器件处于良好状态。(2) 将器件清单的电阻、电容、电位器、集成运放 LM358 等元件参考原理图 6.16 在实验板上焊好。2调试(1) 检查印板元器件安装、焊接准确无误。(2) 复审无误后通电，用万用表测试该放大电路各静态工作点的数值并记录，并通过比较计算值和测量值判别安装有无错误。若出现数值异常，通过修改电路中相应元器件的参数重新进行静态工作点的测试，直至正确为止。(3) 在电路输入端接入信号发生器，正确连接双踪示波器，并输出一定频率的正弦交流信号，观察双踪示波器的输入、输出波形并记录波形曲线，计算该电路的电压放大倍数并和计算值比较，观察是否吻合，若有偏差，分析其中的原因。(4) 将反馈电阻 R8 断开，结合调试步骤(3)重新测定所有参数，体会负反馈对电路放大功能的影响。(5) 将已制作完成的输入级和中间级正确连接(即用导线连接 J10 和 J11、J16 和 J17)，通过示波器测定电路的通频带并记录和绘制相应曲线。表 31音频放大电路中间级元器件清单项目4：音频放大电路输出级的制作一、项目任务(1) 利用分立元件制作音频放大电路输出级。(2) 利用集成功率放大器制作音频放大电路。要求最大输出功率不低于10W。二、学习目标1知识目标(1) 掌握功率放大电路的 3 种组态(即甲类、乙类、甲乙类功率放大电路)的特点及应用场合。(2) 了解常见集成功放的种类和引脚特性，了解常用集成功放应用电路的工作原理及分析。(3) 了解功率放大电路在运用过程中的散热问题，掌握功率晶体管和集成功放散热的解决措施。2技能目标(1) 掌握利用万用表、信号发生器、示波器测试功率放大电路的特性的方法。(2) 利用分立元件制作音频放大电路输出级，学会对电路所出现故障现象进行原因分析及排除。(3) 利用集成功率放大器制作音频放大电路。三、利用分立元件制作音频放大电路输出级1、电路结构及原理分析图 41分立元件制作音频放大电路输出级原理图如图 所示的电路即为甲乙类互补对称电路，可以克服交越失真的问题。其原理是静态时，在二极管 VD1、VD2 管上产生的压降为功率管 VT1、VT2 管提供了一个适当的正偏电压，使之处于微导通状态。由于电路对称，静态时 iC1=iC2，io=0，uo=0。有信号时，由于电路工作在甲乙类，所以即使 ui 很小，也基本上可线性放大。在图4-1的音频放大电路中用了两个二极管 IN4148 和电阻 R16 为后续功率管提供了合适的正偏电压。功率放大电路中，如果负载电阻较小，且要求得到较大的功率，则电路必须为负载提供很大的电流。由于一般很难从前级获得这样大的电流，因此需设法进行电流放大。如果采用单管结构的话，由于电流放大倍数较小，很难获得良好的放大效果，所以通常在电路中采用复合管结构表 41 音频放大电路输出级元器件清单（用分立元件制作）2、实施步骤1）安装(1) 应认真理解电路原理，弄清印制板上元件与电原理图的对应关系，并对所装元器件预先进行检查，确保元器件处于良好状态。(2) 将电阻、二极管 IN4148、晶体管 8050、8550、D880、电容等元件按图 7.7 所示连接在实验板上并焊好。2）调试(1) 检查印制电路板元器件安装、焊接，应准确无误。(2) 复审无误后通电，用万用表测试输出级电路 J19 和 J20 静态工作点的电压并记录在表 7-2 中，并通过比较计算值和测量值判别安装有无错误。若出现数值异常，通过修改电路中相应元器件的参数重新进行静态工作点的测试，直至正确为止。(3) 在电路输入端接入信号发生器，正确连接双踪示波器(将示波器输出测试通道表笔搭在 J20 端)，并输出一定频率(1kHz)和幅值(幅值 Uim=0.5V)的正弦交流信号。调整输入级电位器阻值，利用双踪示波器观察整个电路输入、输出波形。表 4-2 输出级静态工作点测量数据(4) 将电位器阻值调至最大，观察输出波形，通过示波器记录波形的幅值，计算此时的电压放大倍数；调整输入信号幅值(0.05V、0.10V、0.20V、0.8V、1.0V、2.0V、5.0V)，将各种信号幅度下的各参数值记录于表 7-3 中，记录电压放大倍数，并判别是否正常。表 4-3 不同输入下的输出信号幅值四、利用集成功率放大器制作音频放大电路输出级1、电路结构及原理分析TDA2030A 是目前使用较为广泛的一种集成功率放大器，与其他功放相比，它的引脚和外部元件都较少。TDA2030A 的电器性能稳定，并在内部集成了过载和热切断保护电路，能适应长时间连续工作，由于其金属外壳与负电源引脚相连，因而在单电源使用时，金属外壳可直接固定在散热片上并与地线(金属机箱)相接，无须绝缘，使用很方便。 TDA2030A 使用于收录机和有源音箱中，作音频功率放大器，也可用作其他电子设备中的功率放大。因其内部采用的是直接耦合，亦可以作直流放大。主要性能参数如下。电源电压UCC：318V。输出峰值电流：3.5A。输入电阻：0.5M 。静态电流：60mA(测试条件：UCC =18V)。电压增益：30dB。频响BW：0140kHz图42由 TDA2030A 构成的 OCL 电路图42 所示的电路是双电源时 TDA2030A 的典型应用电路。输入信号 ui 由同相端输入，为了保持两输入端直流电阻的平衡，使输入级偏置电流相等，选择 R3=R1。VD1、VD2起保护作用，用来泄放 RL 产生的感生电压，将输出端的最大电压钳位在(UCC+0.7V)和(-UCC-0.7V)上。C3、C4 为去耦电容，用于