項目三音頻功率放大器制作與調試

1、項目三、音頻功率放大器制作 與調試任務一、音頻功率放大器制作與調試任務一、音頻功率放大器制作與調試學習重點:n1、反饋的定義、分類。n2、能夠識讀OTL、OCL功率放大器的電路圖。n3、典型功放集成電路的引腳功能。n4、使用低頻信號發(fā)生器。學習難點:n1、按工藝要求裝接典型電路。n2、使用示波器與低頻信號發(fā)生器。n3、安裝與調試音頻功放電路，并檢修音頻功放電路的簡單故障。任務一、音頻功率放大器制作與調試明確目標：n1、掌握反饋的定義及分類。n2、熟悉低頻功率放大電路的基本要求和分類。n3、掌握識讀OTL、OCL功率放大器電路圖的方法。n4、熟悉功放器件的安全使用知識。n5、熟悉典型功放集成電路

2、的引腳功能。操作示范：n1、目錄n（一）、反饋的識別n（二）、負反饋的類型識別n（三）、負反饋對放大電路性能的測試n（四）、功率放大電路的制作n（五）、集成功率放大電路的制作n（六）、音頻功率放大器的制作與調試（一）、反饋的識別1、反饋的分類n負反饋：反饋削弱凈輸入信號，使放大倍數(shù)降低。n正反饋：反饋增強凈輸入信號， 使放大倍數(shù)提高。n直流反饋：反饋只對直流分量起作用，反饋元件只能傳遞直流信號。n交流反饋：反饋只對交流分量起作用，反饋元件只能傳遞交流信號。 引入直流負反饋的目的是穩(wěn)定靜態(tài)工作點，引入交流負反饋的目的是改善放大電路的性能。（一）、反饋的識別2、判斷正負反饋的瞬時極性法（1）設接“

3、地”參考點的電位為零，在某點對“地”電壓（即電位）的正半周，該點交流電位的瞬時極性為正；在負半周則為負。（一）、反饋的識別n（2）設基極瞬時極性為正，根據(jù)集電極瞬時極性與基極相反、發(fā)射極(接有發(fā)射極電阻而無旁路電容時)瞬時極性與基極相同的原則，標出相關各點的瞬時極性。n（3）若反饋信號與輸入信號加在同一電極上，兩者極性相反為負反饋；極性相同為正反饋。n（4）若反饋信號與輸入信號加在兩個電極上，兩者極性相同為負反饋；極性相反為正反饋。（一）、反饋的識別3、判斷直流反饋和交流反饋 如果反饋量只有直流量，則為直流反饋；如果反饋量只有交流量，則為交流反饋。直流反饋可以穩(wěn)定靜態(tài)工作點，交流反饋可以改善放

4、大器的動態(tài)性能。（一）、反饋的識別4、判斷串、并聯(lián)反饋 輸入、反饋、凈輸入在同一節(jié)點上為并聯(lián)反饋；輸入、反饋、凈輸入在同一回路中為串聯(lián)反饋。（一）、反饋的識別5、判斷電壓反饋和電流反饋 反饋、輸出從晶體管同一極上引出為電壓反饋；反饋、輸出從晶體管不同極上引出為電流反饋。（一）、反饋的識別6、運算放大器電路反饋類型的判別方法n（1）反饋電路直接從輸出端引出的，是電壓反饋；從負載電阻RL的靠近“地”端引出的，是電流反饋；n（2）輸入信號和反饋信號分別加在兩個輸入端（同相和反相）上的，是串聯(lián)反饋；加在同一個輸入端（同相或反相）上的，是并聯(lián)反饋；n（3）對串聯(lián)反饋，輸入信號和反饋信號的極性相同時，是負

5、反饋；極性相反時，是正反饋；n（4）對并聯(lián)反饋，凈輸入電流等于輸入電流和反饋電流之差時，是負反饋；否則是正反饋。（二）、負反饋的類型識別1、負反饋的類型（二）、負反饋的類型識別2、負反饋類型的判別步驟n找出反饋網(wǎng)絡（一般是電阻、電容）；n判別是交流反饋還是直流反饋；n判別是否負反饋；n是負反饋，判斷是何種類型的負反饋。（三）、負反饋對放大電路性能的測試1、降低放大倍數(shù) |1+AF|稱為反饋深度，其值愈大，負反饋作用愈強，Af也就愈小。射極輸出器、不帶旁路電容的共射放大電路的電壓放大倍數(shù)較低就是因為電路中引入了負反饋。（三）、負反饋對放大電路性能的測試2、提高放大倍數(shù)的穩(wěn)定性（三）、負反饋對放大

6、電路性能的測試3、改善波形失真 負反饋是利用失真的波形來改善波形的失真，因此只能減小失真，而不能完全消除失真。（三）、負反饋對放大電路性能的測試4、展寬通頻帶引入負反饋使電路的通頻帶寬度增加。5、對輸入電阻的影響（1）串聯(lián)負反饋:使電路的輸入電阻提高。（三）、負反饋對放大電路性能的測試（三）、負反饋對放大電路性能的測試（2）并聯(lián)負反饋:使電路的輸入電阻降低（四）、功率放大電路的制作1、功率放大電路概述（1）性能指標：輸出功率和效率。 功率放大電路的最大輸出功率是在輸入電壓為正弦波時，輸出基本不失真情況下，負載上可能獲得的最大交流功率。若已知Uom，則可得Pom。最大輸出功率與電源損耗的平均功率

7、之比為效率。（四）、功率放大電路的制作（2）特點:n要求輸出功率盡可能大，是大信號工作狀態(tài)，應采用圖解法；n由于處于大信號工作狀態(tài)，易產(chǎn)生非線性失真；n要考慮電路的功率轉換效率，并使其盡可能的高；n需要解決功放管的散熱問題。（四）、功率放大電路的制作（3）分析方法:因大信號作用，故應采用圖解法。（4）晶體管的選用n根據(jù)極限參數(shù)選擇晶體管，在功放中，晶體管通過的最大集電極或射極電流接近最大集電極電流，承受的最大管壓降接近c-e反向擊穿電壓，消耗的最大功率接近集電極最大耗散功率。稱為工作在盡限狀態(tài)。（四）、功率放大電路的制作（5）對功率放大電路的要求n在電源電壓一定的情況下，最大不失真輸出電壓最大

8、，即輸出功率盡可能大。n效率盡可能高，因而電路損耗的直流功率盡可能小，靜態(tài)時功放管的集電極電流近似為0。（四）、功率放大電路的制作（6）晶體管的工作方式n甲類方式：晶體管在信號的整個周期內均處于導通狀態(tài)。n乙類方式：晶體管僅在信號的半個周期處于導通狀態(tài)。n甲乙類方式：晶體管在信號的多半個周期處于導通狀態(tài)。（四）、功率放大電路的制作2、變壓器耦合功率放大電路 n單管甲類電路:（四）、功率放大電路的制作n乙類推挽電路：信號的正半周T1導通、T2截止；負半周T2導通、T1截止。兩只管子交替工作，稱為“推挽”。設 為常量，則負載上可獲得正弦波。輸入信號越大，電源提供的功率也越大。（四）、功率放大電路的

9、制作3、OTL電路n因變壓器耦合功放笨重、自身損耗大，故選用OTL電路。輸入電壓的正半周：VCCT1CRL地,C充電。輸入電壓的負半周：C 的“”T2地RLC“”,C放電。C足夠大，才能認為其對交流信號相當于短路。OTL電路低頻特性差。（四）、功率放大電路的制作4、OCL電路（四）、功率放大電路的制作5、BTL電路（五）、集成功率放大電路的制作1、集成運算放大器組成及其特點n集成運放具有體積小、重量輕、價格低、使用可靠、靈活方便、通用性強等優(yōu)點，它的種類型號眾多，但基本結構歸納起來通常由四部分組成。（五）、集成功率放大電路的制作n（1）輸入級：是提高運算放大器質量的關鍵部分, 采用具有恒流源的

10、差動放大電路,也稱差動輸入級。n（2）中間級：主要作用是提供足夠大的電壓放大倍數(shù),故而也稱電壓放大級。n（3）輸出級：主要作用是輸出足夠的電流以滿足負載的需要，同時還需要有較低的輸出電阻和較高的輸入電阻，以起到將放大級和負載隔離的作用。n（4）偏置電路：偏置電路的作用是為各級提供合適的工作電流,確定各級靜態(tài)工作點。一般由各種恒流源電路組成。（五）、集成功率放大電路的制作2、集成運算放大器的圖形符號和引腳功能n集成運放的外形有雙列直插式、扁平式和圓殼式3種。（五）、集成功率放大電路的制作n集成運放其第一級都是采用差動放大電路。所以，集成運放有兩個輸入端。分別由兩個輸入端加入信號，在電路的輸出端得

11、到的信號相位是不同的，一個為反相關系，一個為同相關系，所以把這兩個輸入端分別稱為同相輸入端(用+表示)和反相輸入端(用表示)，其符號如圖所示。（五）、集成功率放大電路的制作3、集成運算放大電器的主要參數(shù) 集成運算放大器的性能可用一些參數(shù)來表示，為了合理地選用和正確地使用運放，必須了解各主要參數(shù)的意義。 n（1）開環(huán)差模電壓放大倍數(shù)Aod：Aod指集成運放在無外加反饋的情況下的差模電壓放大倍數(shù)，即對于集成運放而言，希望Aod大且穩(wěn)定。n（2）最大輸出電壓UOPP：UOPP是指在額定電源電壓下，集成運放最大不失真輸出電壓的峰峰值。n（3）差模輸入電阻rid：rid的大小反映了集成運放的輸入端向信號

12、源索取電流的大小。一般要求rid愈大愈好，普通型集成運放的rid為幾百千歐至幾兆歐。（五）、集成功率放大電路的制作n（4）輸出電阻ro： ro的大小反映了集成運放在輸出信號時帶負載能力。ro愈小愈好，理想運放ro為零。n（5）共模抑制比KCMRR：共模抑制比反映了集成運放對共模輸入信號的抑制能力，KCMRR愈大愈好，理想集成運放KCMRR為無窮大。（五）、集成功率放大電路的制作4、集成運放工作的兩個區(qū)域n在分析運放時，為了使問題分析簡化，通常把實際運放看成是一個理想元件。所謂理想運放就是將集成運放的各項技術指標理想化，即：n開環(huán)電壓放大倍數(shù)Aod=；n開環(huán)輸入電阻Rid=；n開環(huán)輸出電阻Rod

13、=0；n共模抑制比KCMRR=；n有無限寬的頻帶。（五）、集成功率放大電路的制作n在各種應用電路中，集成運算放大器的工作范圍可能有由兩種情況：工作在線性區(qū)或非線性區(qū)，集成運放電壓傳輸特性如圖所示。（五）、集成功率放大電路的制作（1）理想運放工作在線性區(qū)的特點n集成運放工作在線性區(qū)域時，其輸出電壓與兩個輸出端的電壓之間存在著線性放大關系，即：n理想運放Aud=，而輸出uo是一個有限值，所以有 u+u-。這種現(xiàn)象稱為“虛短”。n由于理想運放Rid=，因此在其兩個輸入端均可以認為沒有電流輸入，即：i+=i=0，這種現(xiàn)象稱為“虛斷”。（五）、集成功率放大電路的制作n理想運放工作在線性區(qū)的特點： u+u

14、，存在“虛短”現(xiàn)象； i+=i=0，存在“虛斷”現(xiàn)象。 （五）、集成功率放大電路的制作（2）理想運放工作在非線性區(qū)的特點n理想運放工作在非線性區(qū)輸出電壓uo具有兩值性：或等于運放的正向最大輸出電壓+UOPP，或等于運放的負向最大輸出電壓UOPP 。 n當u+u-時：uo=+UOPP ；當u+u-時：uo= -UOPPn在非線性區(qū)內，運放的差模輸入電壓可能很大，即u+u-，此時，電路的“虛短”現(xiàn)象將不復存在。n在非線性區(qū)內，雖然集成運放兩個輸入端的電位不等，但因為理想運放的輸入電阻rid=，故“虛斷”現(xiàn)象仍存在。（五）、集成功率放大電路的制作n理想運放工作在非線性區(qū)的特點： 輸出電壓uo具有兩值

15、性，不存在“虛短”現(xiàn)象； i+=i=0，存在“虛斷”現(xiàn)象。（五）、集成功率放大電路的制作5、集成運放的靜態(tài)調試n通常，在使用集成運放前要粗測集成運放的好壞?？梢杂萌f用表的電阻中檔(“100”或“1k”檔，避免電壓或電流過大)對照管腳圖測試有無短路和斷路現(xiàn)象，然后將其接入電路。n對于單電源供電的集成運放，應加偏置電路，設置合適的靜態(tài)輸出電壓。通常，在集成運放兩個輸入端靜態(tài)電位為二分之一電源電壓時，輸出電壓等于二分之一電源電壓，以便能放大正、負兩個方向的變化信號，且使兩個方向的最大輸出電壓基本相同。（五）、集成功率放大電路的制作6、集成運放的保護電路 n集成運放在使用中常因輸入信號過大、電源電壓極

16、性接反或過高、輸出端直接接“地”或接電源等原因而損壞。為使運放安全工作，可從三個方面進行保護。n（1）輸入保護：n一般情況下，運放工作在開環(huán)(即未引反饋)狀態(tài)時，易因差模輸入電壓過大而損壞：在閉環(huán)(即引入反饋)狀態(tài)時，易因共模輸入電壓過大而損壞。（五）、集成功率放大電路的制作n圖(a)所示是防止差模電壓過大的保護電路，由于二極管的作用，集成運放的最大差模輸入電壓幅值被限制在二極管的導通電壓UD。圖(b)所示是防止共模電壓過大的保護電路，通過V和二極管的作用，集成運放的最大共模輸入電壓被限制在(V+UD)。 （五）、集成功率放大電路的制作（2）輸出保護 當集成運放輸出端對地或對電源短路時，如果沒

17、有保護措施，集成運放內部輸出級的管子將會因電流過大而損壞。 圖所示為輸出端保護電路，限流電阻R與穩(wěn)壓管DZ構成的限幅電路一方面將負載與集成運放輸出端隔離開來，限制了運放的輸出電流；另一方面也限制了輸出電壓的幅值，穩(wěn)壓管為雙向穩(wěn)壓管，故輸出電壓最大幅值等于穩(wěn)壓管的穩(wěn)定電壓Uz。（五）、集成功率放大電路的制作（3）電源端保護n為了防止因電源極性接反而損壞集成運放，可利用二極管單向導電性，將其串聯(lián)在電源端實現(xiàn)保護。（五）、集成功率放大電路的制作7、集成功率放大電路方制作的一般步驟n（1）確定所制作功放功率的大小；n（2）確定對音質的要求；n（3）確定制作時所選用的集成電路功放電源是單電源還是雙電源；

18、n（4）確定所制作的功放是單聲道還是立體聲；n（5）最后再確定所選擇集成電路功放的型號。（六）、音頻功率放大器的制作與調試1、總電路的設計 總電路主要由前置放大電路和功率放大電路兩部分組成。根據(jù)圖中所示，V1組成激勵級，它的基極偏壓取自于中點電位1/2VCC。Rp引入交直流電壓并聯(lián)負反饋。V2、V4復合成NPN管，V3、V5復合成PNP管，V6給兩只復合管提供偏壓，以消除交越失真。V6還具有溫度補償作用。R3為V1集電極負載電阻。R7用于減小復合管穿透電流。R9、R10為負反饋電阻，用于穩(wěn)定工作點和減小失真。C7為輸出耦合電容，充當另一組電源。（六）、音頻功率放大器的制作與調試2、系統(tǒng)調試n在音頻功率放大器中主要是通過調節(jié)滑動變阻器的阻值，輸出不同頻率的正弦波來滿足設計要求。前級電路的調試較為簡單，只要測量一下輸出電壓是否符合驅動要求；功率放大電路的測量較為復雜，含有較多的三極管，對整個電路的影響較大，需要多次測量來獲得較為正確的數(shù)據(jù)。（六）、音頻功率放大器的制作與調試n電路板焊接完成后，先進行全面的檢查。檢查無誤后，開始進行電路板的有源調試。調試步驟如下：n（1）輸出波形的調試：先利用函數(shù)信號發(fā)生器，將信號設置成電壓有效值為5mv正弦波信號，然后連接到i，將信號送入音頻功率放大器。在喇叭的兩端通過測試線連接到數(shù)字雙蹤示波器，