模拟电子技术项目七

《模拟电子技术》

项目七综合训练

学习目标掌握音频功率放大器的基本组成。理解单声道音频功放、双声道音频功放的工作原理。学会分析单声道音频功放的工作流程，学会设计的基本方法。了解音频功放的组装流程，工艺要求。模拟电子技术》工作任务进行单声道音频功放的设计与制作。进行双声道音频功放的设计与制作。进行集成音频功放的设计与制作。撰写设计报告。模拟电子技术》(一)音频功率放大器的组成图7.1功率放大器组成框图(1) 激励级：激励级又可分为输入激励级和推动激励级，前者主要提供足够的电压增益，后者还需提供足够的功率增益，以便能激励功放的输出级。(2) 输出级：输出级的作用是产生足够的不失真输出功率。为了获得满意的频率特性、谐波失真和信噪比等性能指标，可在输出级与激励级之间引入负反馈。(3) 保护电路：保护电路用来保护输出级功放管和扬声器，以防过载损坏。模拟电子技术》(二)功率放大器的基本要求1.输出功率要大2.效率要高3.非线性失真THD要小模拟电子技术》(三)功率放大器的主要性能指标1.过载音源电动势2.有效频率范围3.总谐波失真(THD)4.功放输出功率5.功放频率响应6.失真度7.信噪比8.输出阻抗模拟电子技术》任务7-1单声道音频放大器的设计与制作任务目标理解单声道音频放大器的设计原理及工作流程。了解单声道音频放大器的制作流程。掌握单声道音频放大器的测试方法。任务内容进行单声道音频放大器的设计。进行单声道音频放大器的制作。进行单声道音频放大器的测试。模拟电子技术》(一)音频放大器的主要性能指标音频放大器的主要性能指标如下:额定输出功率：≥2W/8。最大输出功率：≥4W/8。谐波失真系数：≤0.5%。输入灵敏度：优于50mV。信噪比：≥100dB。模拟电子技术》图7.2单声道音频放大器电路组成框图(1) 单声道音频放大器的设计。(2) 单声道音频放大器的制作。(3) 单声道音频放大器的测试。模拟电子技术》模拟电子技术》(2) 测试电路性能指标。① 测试额定输出功率② 测试信噪比③ 测试最大输出功率④ 测试输入灵敏度模拟电子技术》测试结果主要性能指标测试结果相关参数额定输出功率W额定输出电压=V谐波失真系数

%信噪比

dB噪声输出电压=V最大输出功率

W最大输出电压=V输入灵敏度

mV模拟电子技术》(一)基本工作原理(1)输入级：电压跟随器作为输入级，具有输入阻抗高、输出阻抗低的特点，可达到比较好的阻抗匹配。(2)衰减-反馈式音调控制电路：它通过RC电路对特定频率段信号的衰减量和反馈量大小的调整，实现按实际需要突出或减弱低音区或高音区的功能，从而改善听音效果。(3)等响度音量控制电路：其目的是为了克服人耳对较低频率声音听觉灵敏度较差的特点，在音量较小时通过C3和R9将中、高音频信号衰减，使高、中、低音输出信号电平基本接近，满足听音感觉。RP3是音量控制电位器。(4)前置放大器：由U1A集成运放组成，电压放大倍数为6倍。(5)电压激励放大器：由UID组成，作为功率放大级的输入前置级兼推动级，主要用于电压放大。(6)功率放大器：为OCL电路。由于采用了TIP122和TIP127复合管，使电路大大简化，既便于三极管的配对，又使调试变得容易；V1、V2、V3和V4在电路中主要是为功率放大管提供直流偏置，以克服交越失真，同时还能起到温度补偿作用。(7)正、负电源：采用集成稳压器、大容量滤波电容器，以保证电源稳定供电。模拟电子技术》单声道音频放大器元件装配图模拟电子技术》单声道音频放大器电路布线图模拟电子技术》(三)装配工艺和方法装配工艺流程为：准备→熟悉工艺要求→核对元器件数量、规格、型号→元件检测及印制线路板检查→元器件预加工→印制线路板装配、焊接→总装加工→自检。装配工艺具体如下。(1) 电阻器、二极管均采用水平安装方式，并贴紧印制电路板，色标法电阻的色环标志顺序方向一致。(2) 电容器采用垂直安装方式，高度要求为：电解电容器的底部离印制电路板的距离小于4mm，其他电容器的底部离印制电路板的距离为6±2mm。(3) 三极管和集成电路IC2、IC3采用垂直安装方式，高度要求为：元件底部离印制电路板的距离为8±2mm。模拟电子技术》(三)装配工艺和方法(4) 集成电路U1、电位器均应贴紧印制电路板安装。(5) 所有焊点均采用直脚焊，焊接完成后剪去多余引脚，留头在焊面以上0.5～1mm，且不能损伤焊接面。(6) 总装加工：电源变压器用螺钉紧固在印制电路板的元件面，一次侧绕组的引出线向外，二次侧绕组的引出线向内，印制电路板的另外两个角上也固定两个螺钉，紧固件的螺母均安装在焊接面。电源线从印制电路板的焊接面穿过孔后，在元件面打结，再与变压器一次侧绕组引出线焊接并完成绝缘恢复，变压器二次侧绕组引出线插入安装孔后焊接。(7) 自检：对已完成装配、焊接的工件仔细检查质量，重点是装配的准确性。包括元件位置、有极性元件的极性、电位器的滑动臂、电源变压器的一、二次侧等；焊点质量应无虚焊、假焊、漏焊、搭焊及空隙、毛刺等，应无影响安全性指标的缺陷；元件整形。模拟电子技术》(四)简单故障排除模拟电子技术》任务7-2立体声功率放大电路的设计与制作任务目标掌握立体声功率放大电路的结构组成。理解立体声功率放大电路的工作原理。学会分立元件立体声功率放大电路的设计与制作。学会分立元件立体声功率放大电路的测试及简易故障的排除。模拟电子技术》任务内容进行立体声功率放大电路的设计。进行立体声功率放大电路的制作。进行立体声功率放大电路的测试。知识点立体声功率放大电路的组成、工作原理及电路特点。立体声功率放大电路制作的工艺要求。立体声功率放大电路的测试方法。模拟电子技术》(一)立体声功率放大电路的主要性能指标电压增益：Au≥26dB。最大输出功率(单通道)：Pom≥10W。音频信号源幅度：Ui(有效值)≤100mV；频率：f

=0.3～15kHz。最大效率：≥60%。负载(扬声器)阻抗：RL=8。输出信号失真度：THD≤5.0%。可实现音量、音调调节及双声道与单声道之间的转换。高音(15kHz)与低音(0.3kHz)相对增益最大可控变化比：≥12dB。模拟电子技术》立体声功率放大电路组成框图

模拟电子技术》模拟电子技术》(四)任务实施步骤(1) 按图7.8所示设计电路。(2) 测试电路性能指标。① 电源的纹波系数

；各级电压增益Au1=

；Au2=

；Au3=

。② 最大输出功率(单通道)Pom

=

。③ 最大效率

=

。④ 高音(15kHz)与低音(0.3kHz)相对增益最大可控变化比为

。模拟电子技术》(3) 电路测试举例。① 电源部分测试。经过变压器，输出带有交流成分的20V电压，波形如图7.9所示。理论上说，整流滤波后得到的电压。实际测量中测得整流滤波后的电压为18V左右，其中所含的交流成分为32mV。则纹波系数为经过稳压后，直流电压中的交流成分为0.03mV。则纹波系数为很明显，经过稳压管稳压后，纹波系数大大减小，直流电流中所含的交流成分很小。模拟电子技术》② 各级放大部分测试。a.低音调节部分：当输入低频信号f

=30Hz，Vp-p=0.79V时，测得其峰-峰值为Vp-p=784mV，波形如图7.10所示。低音控制电路的输出端在IC2的1脚为第一级放大(低音放大)电路的输出，测得输出电压Vp-p=6.4V，其波形如图7.11所示。调节电位器Rw1可改变放大倍数，放大倍数范围为1～8倍，与理论计算相符。调节Rw1，对高音来说，则无明显变化。模拟电子技术》1.低音调节电路如图所示，高频信号不经过500k电位器，直接经过C2、C3，因为C2、C3对高频相当于短路，电压放大倍数为1，不能调节高频信号增益。C5、C20和C17、C19是电源的滤波电容，大小电容配合使用，可滤除高、低频信号。低频信号(20～1000Hz)经过Rw1调节，由运放输出端IC1A的1脚输出。模拟电子技术》2.高音调节电路

如图所示，高频信号能通过电容C21进入运放，低频信号进入放大比例为1的反相比例运算放大器。高频信号(10～20kHz)经过Rw2调节，由运放输出端IC2A的7脚输出。模拟电子技术》混音电路

混音电路如图所示，混音开关接通后，左声道音频信号经过R17，右声道音频信号经过R18，R17、R18上的电压同时经过运算放大器叠加后，由输出端将混合音频信号送至下一级输出，达到左右声道混音的效果。模拟电子技术》(三)前置放大电路前置放大电路用于将各种音源送出的较微弱的电信号进行电压放大，并对重放声音的音量、音调和立体声状态等进行监控。前置放大器的功能有两个：一是要选择所需要的音源信号，并放大到额定电平；二是要进行各种音质控制，以美化声音。(四)功率放大电路功率放大电路如图7.21所示，两功放管Q1、Q2组成OCL电路，使输入信号的正、负半周得到了均等的放大，功放的输出端与扬声器直接耦合，实现了高保真全频带放大。模拟电子技术》(五)功率放大器的保护电路功率放大器工作在高电压、大电流、重负荷的条件下，当强信号输入或负载短路时，功放管会因流过很大的电流而被烧坏。另外，在强信号输入或开机、关机时，扬声器也会禁不起大电流的冲击而损坏，因此必须对大功率音响设备的功率放大器设置保护电路。电阻R41、R42为保护电阻，在电流过大时，首先烧毁电阻，从而保护了功放管。模拟电子技术》任务7-3集成音频功率放大器的设计与制作(一)2.1声道的低音炮功率放大器性能指标2.1声道的低音炮功率放大器的性能指标如下。电压增益Au≥40。左右声道的最大输出功率：Pom≥5W；低音部分功率：≥10W。音频信号源频率：f

=

0.3～15kHz。低音(0.3kHz)相对增益：≥40dB。负载(扬声器)阻抗：RL=8。可实现音量、音调调节及双声道与单声道之间的转换。模拟电子技术》(二)电路组成

模拟电子技术》左右声道电路图模拟电子技术》低音部分电路图模拟电子技术》任务实施步骤

(1)按上图所示设计电路。(2)测试电路性能指标，结果填入表中输入波形参数Ui(Vp-p)200mV1kHz300mV1kHz250mV1kHz输出波形参数Uo(Vp-p)放大倍数Au=Uo/Ui输出功率P=Uo2/8RL模拟电子技术》左右声道的测试左右声道的测试主要是针对最大不失真功率和电压放大倍数，为了方便示波器测试观察波形，电路中的输入信号是利用函数信号发生器产生的波形。由此测得的数据如表所示。输入波形参数Ui(Vp-p)200mV1kHz300mV1kHz250mV1kHz输出波形参数Uo(Vp-p)9.8V13.3V16.0V放大倍数Au=Uo/Ui4944.345.7输出功率P=Uo2/8RL1.5W2.65W4W模拟电子技术》(一)低音炮功率放大器介绍

音响有两个主声道和一个重低音声道，因为重低音声道只有

10%的工作效率，所以称它为2.1声道。低音炮是大家的一个俗称或者简称，严格讲应该是超重低音音箱。目前低音炮大体上可以分为有源低音炮和无源低音炮两类。有源低音炮是指自身内置有功放的低音炮，使用时不用再另加功放，通常外形为筒式。这种低音炮的不足之处在于散热不够理想、功率不会很大，而筒式造型通常会产生不必要的共振现象，使低音炮的可控性下降。相比之下，无源低音炮工作时就需要外接功放了。这种低音炮的造型和功率选择可以更加灵活，效果自然也就更加理想。另外有源音箱可以再划分为密封箱和打孔箱，前者更加适合深沉的交响乐，后者更加适合流行音乐。2.1声道低音炮功率放大器的设计主要是以TDA2009芯片为核心，辅以必要的电源电路、左右声道电路、低音电路构成。电路结构采用OTL和BTL两种方式，在电路中左右声道采用OTL接法，低音部分采用BTL接法，实现对音频信号不失真的放大，最后送到扬声器输出。模拟电子技术》左右声道电路

左右声道部分使用一块TDA2009芯片，语音信号从两个5.6k的电阻输入，R201，C201和100k的电位器组成调频电路，对语音信号进行调频，使语音信号更加清晰。然后经过R202、C203、R203、C205组成的滤波电路，对语音信号杂波的干扰进行处理。接下来信号经过一个100k的电位器调节音量，C207是滤波电容，在左右声道之间有一个起平衡作用的可调电阻，使左右声道的音量保持一致。芯片TDA2009是对语音信号进行功率放大的，芯片的供电电压是24V，从9脚进入，3脚接一个电容，其作用是抑制纹波，其中R207和R208决定它的放大倍数，C211是一个反馈的耦合电容，C213和R209组成一个扬声器的补偿网络。最后信号经过扬声器输出。模拟电子技术》音调控制电路音调控制电路用来对音频信号各频段内的信号进行提升或衰减，调节输入信号的低频、中频、高频成分的比例，改变前置放大器的频率特性，以补偿音响系统各环节的频率失真，或满足听音者对音色的爱好和需要。音调控制是指调节反馈网络和衰减网络的频率特性，使它对音频信号的高、低频率成分产生不同程度的反馈和衰减，从而达到改变电路频率响应特性的目的。音调控制电路如图所示。模拟电子技