功率放大器与调试

1、电子技术综合设计电子技术综合设计 -功率放大电路与调试功率放大电路与调试第三部分第三部分电子技术综合设计电子技术综合设计1 1、功率放大电路、功率放大电路 外部音源信号经过前置放大、均衡放大后，输入最后的外部音源信号经过前置放大、均衡放大后，输入最后的功率放大级，然后就可以输出去驱动扬声器，发出声音。功率放大级，然后就可以输出去驱动扬声器，发出声音。 图图1 功率放大电路功率放大电路电子技术综合设计电子技术综合设计 本实验中的功率放大器采用本实验中的功率放大器采用TDA2030集成块，其本质集成块，其本质就是一个运算放大器，和其它小信号放大用的运放相比，就是一个运算放大器，和其它小信号放大用的

2、运放相比，有较大有较大电流输出能力电流输出能力，可以输出较大的功率。，可以输出较大的功率。图图2 2 TDA2030外观外观 该集成功率放大器有该集成功率放大器有5 5个外个外部引脚，分别的定义是：部引脚，分别的定义是：1: Non inverting input （同相输入端）（同相输入端） 2: Inverting input （反相输入端）（反相输入端） 3: VS（负电源）（负电源） 4: Output（输出）（输出） 5: +VS（正电源）（正电源）TDA2030系列集成功率放大器采用系列集成功率放大器采用TO220封装，使用时必须在封装，使用时必须在外部加装散热器。外部加装散热器。

3、 1.1 TDA2030集成块集成块电子技术综合设计电子技术综合设计 TDA2030功率集成放大器的使用十分灵活，可以构成多功率集成放大器的使用十分灵活，可以构成多种输出结构：即可以在正负对称电源下工作构成种输出结构：即可以在正负对称电源下工作构成OCL电路，电路，也可以在单电源下工作，构成也可以在单电源下工作，构成OTL电路，还可以用两只放大电路，还可以用两只放大器一起工作，构成器一起工作，构成BTL电路等，本实验电路中采用的是电路等，本实验电路中采用的是双电双电源下工作的源下工作的OCL电路。电路。 图图3 TDA2030典型应用电路典型应用电路 TDA2030极限参数参数名称极限值单位电

4、源电压(Vs)18V输入电压(Vin)VsV差分输入电压(Vdi)15V峰值输出电流(Io) 3.5A耗散功率(Ptot)(Vdi)20W工作结温(Tj)-40-+150存储结温(Tstg)-40-+150 集成块内部已经集成了过集成块内部已经集成了过温保护，过流保护等电路，因温保护，过流保护等电路，因此使用十分简单。此使用十分简单。 电子技术综合设计电子技术综合设计1.2 本实验中的功率放大器电路说明本实验中的功率放大器电路说明图图1 功率放大电路功率放大电路 RP3是一只电位器，是一只电位器，作用是进行音量作用是进行音量（Volume）调节。输）调节。输入信号（均衡电路的输入信号（均衡电路

5、的输出信号）通过耦合电容出信号）通过耦合电容C1后，再由后，再由RP3进行分进行分压调节，连接到压调节，连接到TDA2030的同相端。的同相端。 电阻电阻R1 、R2组成反馈回路，和组成反馈回路，和TDA2030构成了一个同相比构成了一个同相比例放大电路，这一部分就是整个功率放大电路的核心，本质和例放大电路，这一部分就是整个功率放大电路的核心，本质和普通运放完全一致。普通运放完全一致。 C2同样是一只耦合电容，作用同样是同样是一只耦合电容，作用同样是“隔直通交隔直通交 ” ”，使功，使功率放大器仅仅对交流信号产生放大作用，而对直流信号不产生率放大器仅仅对交流信号产生放大作用，而对直流信号不产生

6、任何放大作用。任何放大作用。 电子技术综合设计电子技术综合设计图图1 功率放大电路功率放大电路2 2、对于交流信号，电容对于交流信号，电容C2相当于相当于“短路短路”，此时电阻，此时电阻R1和和R2组成同相组成同相比例放大器反馈回路，功率放大器的比例放大器反馈回路，功率放大器的交流电压放大倍数为：交流电压放大倍数为：121 uRAR 1 1、对于直流信号，电容对于直流信号，电容C2相当于相当于“开路开路”，此，此时电阻时电阻R2不起作用，功不起作用，功率放大器和电阻率放大器和电阻R1构成构成的是一个电压跟随器。的是一个电压跟随器。由于电位器由于电位器RP3是通过是通过电容电容C1和前级电路耦合

7、，和前级电路耦合，因此因此RP3上的直流电位上的直流电位一定为零，同时一定为零，同时 可以保可以保证功率放大器的输出也证功率放大器的输出也一定为零，即有一定为零，即有“零输零输入，零输出入，零输出”的性质。的性质。电子技术综合设计电子技术综合设计 D1、D2是两只起保是两只起保护作用的二极管，反向护作用的二极管，反向并联在功率放大器的输并联在功率放大器的输出端和电源之间，在实出端和电源之间，在实际电路中必不可少。际电路中必不可少。 原因在于扬声器的原因在于扬声器的线圈振动时，切割磁力线圈振动时，切割磁力线会产生感生电动势线会产生感生电动势。 图图1 功率放大电路功率放大电路 这种感生电动势反过

8、来加在功率放大器的输出端口，如果超这种感生电动势反过来加在功率放大器的输出端口，如果超过了电源电压的范围，二极管开始导通，将输出端的感生电动势过了电源电压的范围，二极管开始导通，将输出端的感生电动势进行钳位。这两只二极管采用进行钳位。这两只二极管采用1A1A的普通整流二极管的普通整流二极管1N40011N4001。电阻电阻R3和电容和电容C3串接在电路的输出端，和扬声器一起可以串接在电路的输出端，和扬声器一起可以看成功率放大器的负载，其作用是对扬声器的频响特性进行补看成功率放大器的负载，其作用是对扬声器的频响特性进行补偿，使功率放大器输出端的总负载趋近于纯阻性。偿，使功率放大器输出端的总负载趋

9、近于纯阻性。 电子技术综合设计电子技术综合设计2 实验中的功率放大器性能测试实验中的功率放大器性能测试 式中，式中，RL为额定负载阻抗；为额定负载阻抗；Uo( (有效值有效值) )为为RL两端的最大不失两端的最大不失真电压。真电压。Uo常用来选定电源电压常用来选定电源电压VCC 音频放大器输出失真度小于某一数值音频放大器输出失真度小于某一数值(如如5%)时的最大功时的最大功率称为额定功率。其表达式为率称为额定功率。其表达式为测量测量Po的条件如下：的条件如下：音频放大器的输入信号的频率音频放大器的输入信号的频率fi=1kHz，电压，电压Vi=100mV起起，音调控制器的两个电位器音调控制器的两

10、个电位器RP1、RP2置于中间位置，音量控制置于中间位置，音量控制电位器置于最大值，用双踪示波器观测电位器置于最大值，用双踪示波器观测Ui及及Uo的波形，波形失的波形，波形失真尽量小。用毫伏表侧输出真尽量小。用毫伏表侧输出Uo 注意：在最大输出电压测量完成后应迅速减小注意：在最大输出电压测量完成后应迅速减小Ui i，或减小音量，或减小音量，否则会因测量时间太久而损坏功率放大器。否则会因测量时间太久而损坏功率放大器。 2.1 额定功率额定功率2ooLUPRcco2 2VU电子技术综合设计电子技术综合设计2.2 频率响应频率响应 放大器的电压增益相对于中音频放大器的电压增益相对于中音频fo(1kH

11、z)的电压增益下降的电压增益下降3dB时对应低音频截止频率时对应低音频截止频率fL和高音频截止频率和高音频截止频率fH，称，称fL fH为放大器的频率响应。为放大器的频率响应。 测量条件同上，调节音量控制测量条件同上，调节音量控制RP3使输出电压约为最大输出使输出电压约为最大输出电压的电压的50%。 测量步骤是：测量步骤是： 音响放大器的输入端接音响放大器的输入端接v vi i ( (等于等于100mV100mV) )，RP1和和RP2置于中间，置于中间，使信号发生器的输出频率使信号发生器的输出频率fi从从20Hz至至50kHz变化变化( (保持保持vi=100mV不变不变) )，测出负载电阻

12、，测出负载电阻RL上对应的输出电压上对应的输出电压Vo，用半对数坐标，用半对数坐标纸绘出频率响应曲线，并在曲线上标注纸绘出频率响应曲线，并在曲线上标注fL与与fH值。值。 电子技术综合设计电子技术综合设计2.3 输入阻抗输入阻抗 将从音频放大器输入端将从音频放大器输入端( (前置放大器输入端前置放大器输入端) )看进去的阻抗看进去的阻抗称为输入阻抗称为输入阻抗Ri。（测法同前）。（测法同前）2.4 输入灵敏度输入灵敏度 使音频放大器输出额定功率时所需的输入电压使音频放大器输出额定功率时所需的输入电压( (有效值有效值) )称称为输入灵敏度为输入灵敏度V Vs s。 测量条件与额定功率的测量相同

13、，测量方法是，使测量条件与额定功率的测量相同，测量方法是，使V Vi i从零从零开始逐渐增大，直到开始逐渐增大，直到V Vo o达到额定功率（达到额定功率（最大输出、不是真最大输出、不是真）值）值时所对应的电压值，此时对应的时所对应的电压值，此时对应的V Vi i值即为输入灵敏度。值即为输入灵敏度。 2.5 噪声电压噪声电压 音频放大器的输入为零时，输出负载音频放大器的输入为零时，输出负载RL上的电压称为噪声上的电压称为噪声电压电压VN。 测量方法是，使输入端对地短路，音量电位器为最大值，用测量方法是，使输入端对地短路，音量电位器为最大值，用示波器观测输出负载示波器观测输出负载RL两端的电压波

14、形，用交流毫伏表测量其两端的电压波形，用交流毫伏表测量其有效值。有效值。 电子技术综合设计电子技术综合设计2.6 整机效率整机效率oC/100%PP 式中，式中，P Po o为输出的额定功率；为输出的额定功率；P PC C为输出额定功率时所消为输出额定功率时所消耗的电源功率。耗的电源功率。 电源电源VCC及及VEE提提供的电流供的电流: :CsinOLUitR 电源在负载获得最大交流功率时所消耗的电源在负载获得最大交流功率时所消耗的平均功率等于其平均功率等于其平均电流与电源电压之积。平均电流与电源电压之积。01sin();OCCCEELUPt VVd tR2()OCCCEELUPVVR另外：电

15、源另外：电源VCC及及VEE提供的电流通过测量得到。提供的电流通过测量得到。电子技术综合设计电子技术综合设计电子技术综合设计电子技术综合设计电子技术综合设计电子技术综合设计电子技术综合设计电子技术综合设计电子技术综合设计电子技术综合设计电子技术综合设计电子技术综合设计电子技术综合设计电子技术综合设计电子技术综合设计电子技术综合设计电子技术综合设计电子技术综合设计电子技术综合设计电子技术综合设计电子技术综合设计电子技术综合设计电子技术综合设计电子技术综合设计电子技术综合设计电子技术综合设计电子技术综合设计电子技术综合设计电子技术综合设计电子技术综合设计电子技术综合设计电子技术综合设计电子技术综合设计电子技术综合设计电子技术综合设计电子技术综合设计电子技术综合设计电子技术综合设计电子技术综合设计电子技术综合设计电子技术综合设计电子技术综合设计电子技术综合设计电子技术综合设计电子技术综合设计电子技术综合设计电子技术综合设计电子技术综