音频功放实验报告_

1、分 立 元 件 功 放调试报告 2011 年 3 月 10日 一制作目的1. 理解功放电路的工作原理2. 学习0TL功率放大器的工作点的调试方法3. 学会功放电路输出功率、效率的测试方法4. 学习元件焊接与调试的基本流程5. 培养思考和解决问题的实际能力二 .功放的分类及简单介绍功率放大器(简称功放)的作用是给音频放大器的负载RL(扬声器)提供一定的输出功率。当负载一定时，希望输出的功率尽可能大，输出信号的非线性失真尽可能地小，效率尽可能高。音频放大器的目的是以要求的音量和功率水平在发声输出元件上重新产生真实、高效和低失真的输入音频信号。音频频率范围约为20 Hz20 kHz，因此放大器必须在

2、此频率范围内具有良好的频率响应。本设计中要求设计一个实用的音频功率放大器。功率放大电路的电路形式很多，有双电源供电的OCL互补对称功放电路，单电源供电的OTL功放电路，BTL桥式推挽电路和变压器耦合功放电路，等等。我选用的是双电源供电的OCL互补推挽对称功放电路。此推挽功率放大器的工作状态为甲乙类。推挽功率放大器的工作状态之所以设为甲乙类而不是乙类，其目的是为了减少“交越失真”。若设置为乙类状态，由于两管的静态工作点取在晶体管输入特性曲线的截止点上，因而没有基极偏流。这时由于管子输入特性曲线有一段死区，而且死区附近非线性又比较严重，因而在有信号输入、引起两管交替工作时，在交替点的前后便会出现一

3、段两管电流均为零或非线性严重的波形；对应地，在负载上便产生了交越失真。 将工作状态设置为甲乙类便可大大减少交越失真。这时，由于两管的工作点稍高于截止点，因而均有一很小的静态工作电流ICQ。 这样，便可克服管子的死区电压， 使两管交替工作处的负载中电流能按正弦规律变化，从而克服了交越失真。 OCL互补推挽对称功放电路一般包括驱动级和功率输出级，前者为后者提供一定的电压幅度，后者则向负载提供足够的信号频率，以驱动负载工作。作为一个音频功放而言它有哪些特点了？1、输出功率足够大为获得足够大的输出功率， 功放管的电压和电流变化范围应很大。 2、效率要高功率放大器的效率是指负载上得到的信号功率与电源供给

4、的直流功率之比。 3、非线性失真要小功率放大器是在大信号状态下工作，电压、 电流摆动幅度很大，极易超出管子特性曲线的线性范围而进入非线性区， 造成输出波形的非线性失真，因此，功率放大器比小信号的电压放大器的非线性失真问题严重。 其性能指标又是怎样了？音频功率放大器的主要作用是向负载提供功率，要求输出功率尽可能大，效率尽可能高。非线性失真尽可能小。功放的性能指标参数如下：1.灵敏度对放大器来说，灵敏度一般指达到额定输出功率或电压时输入端所加信号的电压大小，因此也称为输入灵敏度；对音箱来说，灵敏度是指给音箱施加1W的输入功率, 在喇叭正前方1米远处能产生多少分贝的声压值。2.阻尼系数负载阻抗与放大

5、器输出阻抗之比。使用负反的晶体管放大器输出阻抗极低，仅零点几欧姆甚至更小，所以阻尼系数可达数十到数百。3.反馈也称为回授，一种将输出信号的一部分或全部回送到放大器的输入端以改变电路放大倍数的技术。负反馈导致放大倍数减小的反馈称为负反馈。负反馈虽然使放大倍数蒙受损失，但能够有效地拓宽频响，减小失真，因此应用极为广泛。正反馈使放大倍数增大的反馈称为正反馈。正反馈的作用与负反馈刚好相反，因此使用时应当小心谨慎。4.动态范围信号最强的部分与最微弱部分之间的电平差.对器材来说,动态范围表示这件器材对强弱信号的兼顾处理能力。5.响应频率响应简称频响，衡量一件器材对高、中、低各频段信号均匀再现的能力。对器材

6、频响的要求有两方面，一是范围尽量宽，即能够重播的频率下限尽量低，上限尽量高；二是频率范围内各点的响应尽量平坦，避免出现过大的波动。瞬态响应器材对音乐中突发信号的跟随能力。瞬态响应好的器材应当是信号一来就立即响应，信号一停就嘎然而止，决不拖泥带水。 6.信噪比(S/N)又称为讯噪比，信号的有用成份与杂音的强弱对比，常常用分贝数表示。设备的信噪比越高表明它产生的杂音越少。7.屏蔽在电子装置或导线的外面覆盖易于传导电磁波的材料，以防止外来电磁杂波对有用信号产生干扰的技术。8.阻抗匹配一件器材的输出阻抗和所连接的负载阻抗之间应满足的某种关系,以免接上负载后对器材本身的工作状态产生明显的影响。对电子设备

7、互连来说，例如信号源连放大器，前级连后级，只要后一级的输入阻抗大于前一级的输出阻抗5-10倍以上，就可认为阻抗匹配良好；对于放大器连接音箱来说，电子管机应选用与其输出端标称阻抗相等或接近的音箱，而晶体管放大器则无此限制，可以接任何阻抗的音箱。因此对一个功放而言，我们要在保持最大功率的基础上还要兼顾不失真，有较好的信噪比，灵敏度要好，这些是我们要重点解决的。三原理分析 1. 直流稳压电源的工作原理 电源是构成一个完整功放的重要组成部分，其稳定的向外电路提供能量，保证外电路能正常的进行工作。但一般地都是从市电经变压器降压而实现的，那么如何降压，如何把交流经某些元件变成直流，并保证其能稳定的输出是必

8、须考虑的问题。 做为稳压电源它是由电源变压器、整流、滤波和稳压电路等四部分组成。电源变压器是将交流电网220v的电压变为所需要的电压值，然后通过整流电路将交流电压变成脉动的直流电压。而脉动的直流电压含有较大的纹波，必须通过滤波电路加以消除，从而得到平滑的直流电压。 A .变压器 变压器的种类有许多，单输出的双输出的，体型有大有小，输出电压、功率等依型号而定。外电路所需电压值、流过电源的电流、外电路的功率都将影响到电源输出电压的稳定性，因此输出电压、本身功率等都是必须考虑的，在本电路中我们选择双12v输出电压的变压器。 B .整流电路 要使交流电压变成直流电压，整流电路就是必须的。常见的整流电路

9、有单相半波整流、单相全波整流、单相桥式整流和倍压整流电路。由于桥式整流电路输出电压高，纹波电压较小，管子所承受的最大反向电压较低，同时因电源变压器在正、负半周内都有电流供给负载，电源变压器得到了充分的利用，效率较高。因此我们在此采用最大电流2A的整流桥。 C. 滤波电路 滤波电路用于滤去整流输出电压中的纹波，一般由电抗元件组成。其工作机理是，点抗性元件在电路中有储能作用，并联的电容器C在电源供给的电压升高时，能把部分能量储有平波的作用。电感也有平波的作用，使负载电压比较平滑。电容滤波一般针对小功率电源，而电感滤波多用于大功率电源中。此电路中我们采用电容滤波方式。电容滤波时输出电压为 U2=2U

10、1, ，其中U1为变压器输出电压，U2为电容两端输出电压。由于该电路采用双电源形式，我们将采取上下并联两组电容的形式来作为滤波电路。并且电容由大到小依次排列。第二级电容采用钽电解电容有效地防止了低频干扰成分对电路的干扰 , 第三极电容采用独石电容防止了高频成分的干扰,同时也提高了电源的稳定性. 2. 功放电路的工作原理该电路采用甲乙类互补对称结构，有效的偏置电路减小了交越失真，同时采用差分输入方式抑制了共模信号的输入，提高了输入信号的质量。电路分为差分输入级、中间放大级、互补输出级。 电路输入部分采用了电容耦合,这样前级的输入信号就可以几乎没有衰减地传递到后级的输入端.电路中C1就起了这个作用

11、.差分输入级由Q1、Q8、R3、R13及R4组成,这里属于长尾式差分放大器,R3和R13分别是Q8和Q1的偏置电阻,R4的作用是抑制零漂 , R2为基极提供了有效地偏置 , Q3的作用是激励放大,对前级输出的信号进行再次的放大,提高增益.两个二极管为Q9和Q4提供了较稳定的电压,适量管在静态时微导通,有效地消除了交越失真; R11是Q4的偏执电阻,给Q4提供一个导通的条件,R7和R9的作用是减小了对Q6和Q7的穿透电流增加了Q6和Q7的击穿电压, 同时Q4、Q6、Q7和Q9组成了准互补放大形式, R10和C4是为模匹配而加的,做为输出级驱动的扬声器,它本身是由线圈组成的,具有感性成分,而电容又

12、具有容性成分,这样就可以达到最大输出的模匹配,是放大达到了最大.做为R2和C5它们构成了交流电压负反馈.能有效的减小非线性失真.电容C3和C5为防止自激而加的补偿电容。 静态时没有输出，在输出信号处电压是零。但由于实际的电路原因输出可能不是零，我们可以通过调节R3来实现输出基本为零的状态。当有信号输入时，信号通过电容C1的耦合而流入电路，进入差分放大电路，信号经放大后从Q8的集电极送出，此时信号成反向的流入Q3进行激励放大，之后信号从其集电极流出又变为正向的。由于二极管的作用，当信号在负半轴时Q4导通，信号的负半轴被放大，当信号在正半轴时Q9导通，信号正半轴被放大。放大的信号进入Q6和Q7最终

13、被输出来，进而驱动喇叭线圈，膜片振动而发出声音。 3 .静态参数的测量 静态时各管处于导通或微导通状态，等着对前面输过来的信号进行放大。下面是测量值： 我们可以看到：该电路基本上处于正常状态；各管的偏置正常。 下面是各管子的参数值：四 .功放的调试 1 . 电路的排版及焊接做完上述工作后就得采购元件开始焊接了,焊接前先做排版,怎样把元件安排好,有彼此之间不会产生影响.(1)尽可能缩短高频元器件之间的连线，设法减少它们的分布参数和相互间的电磁干扰。易受干扰的元器件不能相互挨得太近，输入和输出元件应尽量远离。(2)某些元器件或导线之间可能有较高的电位差，应加大它们之间的距离，以免放电引出意外短路。

14、带高电压的元器件应尽量布置在调试时手不易触及的地方。(3)输入输出端用的导线应尽量避免相邻平行。最好加线间地线，以免发生反馈藕合。 在焊接时把握好焊接时间,既不能太长,也不能太短,特别是对于三极管、二极管等元件要注意，防止烫坏。电路中的接地线最好用同一个节点，电源引线处用电容接地防止低频干扰，走线之间不能有平行线，应相互错开些。输入端和电源之间要有一定的距离，谨防发生干扰。输出端与输入端也应有相应的间隔，确保没有输入输出之间的干扰。 2 . 电路的调试 做好焊接后不要急于先上电，仔细检查电路，是不是有短路焊接错的地方，元件有没有摆放错的地方，好好检查几遍。完全没有错误后上电进行测试，包括对电源

15、输出电压，三极管的各脚电压，调整静态工作点。直到电路中各级电压基本上正常，电路中没有其他的异常现象为止，此时再进行交流电路的相关项目测试。 交流时把喇叭换成假想电阻替代，一般取10欧左右10W的代替喇叭。在输入端加上正弦波，幅度在5mV左右，此时观察输入输出波形，并观察电路中是否有异常状况，有异常状况应立即切断电源，再检查电路。我们可以测此时的输出电压有效值，并记录相关的状况。在电路中，增大输入电压幅度观察失真情况，描绘相关的波形。把输出的波形调到最大不失真，记下此时的波形及相关的测量数据。输出功率的测量：正常时电源输出的电压为17.05V 给电路输入1KHZ的正弦信号，在r3%时测得RL最大

16、电压幅度为15/2.828， 因此输出功率为POMAX=(15/2.828)2/8=3.5W效率的测量： 在不失真的情况下，测出流进电源的电流为I=0.15A ，因此电源功率P=2*0.15*17.05=5.25W 故而效率为N=3.5/5.25*100%=66.6%这只是最大输出情况，实际比此值要小一些。五 . 制作过程中的问题 模电本来就随机性比较大，何况在焊接过程中有太多的偶然因素，因此对一个系统而言，测试阶段会出现很多的问题，下面就是我在调试阶段出现的问题：1. 电源做好后，在检查电源正常。接入后续电路后，发现双电源中有一段的电压值为十几伏，而另一端的高出预计值许多。于是拆下与后续电路

17、的连接，发现电压是正常的，接上后又恢复了一边多一边少的状况。接下来就逐个的检查各节点出的电压状况，发现是电路中的一个三极管BE间的电压变为了零，断开电源后换上新的三极管，再次测试发现正常了。可能的原因是作为电源而言它本身也是有电阻的，而后续电路也有电阻，于是产生了分压，因此可以再电源处接一个隔离电路，是前后输入输出之间没有或减小影响。2. 本来是直流静态状况，但是尾部的电阻却发热，喇叭里面有很大的交流声。逐个测试电阻，其阻值、两端电压都是正常，就尾部的三极管be间的电压很小，发热量很大，半天也没有找出啥特别的原因。最后无意中把两边的输出线放斜接上，上述的情况减小了，于是把两线都给改道，问题解决了。3. 零漂太严重，在零输