20W音频功率放大器制作与调试.doc

1120W音频功率放大器与制作调试一、概述二、功放电路追根溯源三、20W音频功放电路原理图四、电路板制作调试五、问题讨论六、收缴电路板及实验报告七、批改实验报告及电路板一、什么叫功率放大器图1是2007年设计的助听器，供电子专业（2年）实习教学使用；图2是专业成品助听器。 图1 助听器 图2 专业助听器图3是2009年设计的20W分立+集成功率放大器，供电子专业（3年）实习教学使用；图4是专业Hi-Fi音响。 图3 20W单声道功放 图4 Hi-Fi音响无论其外形结构如何变化，内部电路如何多种多样，从电路的工作原理上描述，它们都可以归类于音频功率放大器，简称功放。这些电路主要由电压放大和电流放大两部分电路组成，如图5所示。图5二、功放电路追根溯源1基本放大电路提问1（1）根据电路结构不同和信号输入、输出的特点，三极管可以组成3种不同的放大电路，你知道它们分别是哪3种放大电路吗？你能说出它们各自的工作特点吗？（2）你能说出图6，7分别是什么电路吗？它们各自有怎么样的工作特点？图6 图7 2功率放大电路的演变把图6中负载电阻去掉，接图7电路的输入端。同时，为了使VT1、VT2基极有直流偏置电压，耦合电容也需要去掉；再把两个放大器的电源与地线合并，就得到最原始的功率放大器，如图8。图8虽能放大信号，但由于VT1、VT2基极连在一起，必然存在交越失真，如实测的交越失真波形，如图9所示。提示；交越失真是非线性失真，在音响系统中尽力避免出现。图8 原始的功率放大器图9 交越失真为了解决交越失真，可以在VT1、VT2基极插入2个二极管，抵消VT1、VT2发射结死区电压，并把VT1与电阻断开，把VT1集电极改接到VT2基极，如图10所示。图10 能消除交越失真的功率放大器当环境温度变化时，图10的VT1的集电极电会有一定的变化，从而影响输出级的静态工作电压。若输入级的供电改接到输出端，如图11所示，电路可有如下的直流负反馈自动调整：另一方面，图11也引入了交流负反馈，降低了电压放大倍数，改善了动态性能。图11 改接输入级的供电方式，稳定静态工作点，改变稳定性图11所示电路已经是一个比较不错的电路了。然而，理论分析和实际测试发现，当电路空载工作时正负半波对称，但当电路负载时，输出信号的正半波提前削波失真，如图12所示。图12 输入信号对称、输出正半波提前失真为了解决正半波提前削波失真，需要在电路中引入局部正反馈，即正半波的自举电路：和。当输出电压接近于时，因为的自举，抬高B点电压到，从而驱动VT2输出足够的电流，保证正负半波对称。另外，为了方便调整输出级的静态电流，把其中一个消除交越失真的二极管，改为可调电阻；为了方便调整输出级的静态电压，输入级上偏置电阻改为可调，这样就得到音频功放的完整电路，如图13所示。自举电容旁路电容正半波隔直通交负半波充当电源消除交越失真调节静态电压图13 单电源OTL电路图14 实物图三、什么是20W音频功放？如图14输出功率只有1瓦，声音听起来不咋响，因此需要设计更大功率的功放电路。如图15所示为20W音频功放电路原理图。两个颜色框内为复合三极管：上面的两只管等效为NPN管，下面的两只管等效PNP管。等效NPN管等效PNP管图15 20W音频功放电路原理图提问21 两个三极管组成的复合管有几种电路形式？2 为什么功放电路中要采用复合管？图16 复合三极管4种组合四、电路板制作调试1电路焊接（1）按原理图“从左到右”设计电路板，参考图17。（2）电阻、二极管要贴着板焊接，不得翘曲；（3）三极管要3-5mm长的管脚。（4）输入、输出信号和电源正负极要用硬质导线引出。电源正极电源负极信号输出输入地输出地信号输入 图17 电路板布局这部分内容会被板画在实验室黑板上2注意事项小功率三极管9012、9013脚位分布，如图18所示，中功率三极管TIP41脚位分布，如图19所示。 图18 小功率三极管 图19 中功率三极管这部分内容会被板画在实验室黑板上3电路调试直流调试流程见实验报告（1）直流调试（2）交流调试信号发生器入电源正极电源负极信号输出信号发生器地输出地示波器A）线路连接，如图20所示。 图20 标准信号测试连接图交流调试流程见实验报告B）空载测试4实际音乐听测把示波器换成音频信号源，带上负载（4或8扬声器），通电调节音量，听音效果。五、问题讨论：20W音频功放的“20W”是怎么来的？1正弦电压的最大值和有效值 图21 正弦电压信号 图22 正弦电压信号2OTL功放的功率OTL功放是单电源工作，若电源电压是，则输出端静态电压是。那么，理想情况，输出信号上下半区摆动的“空间”对称，均为，即输出信号的最大值是。已知交流电的功率计算公式为因此，OTL功放的输出功率公式为3OTL功放的功率与电源电压和负载的关系（1）本项目设定=20V，负载（扬声器）分别为R=4和R=8，可得 （2）若设置电源电压=25V，分别为R=4和R=8，可得 结论：1OTL功放的输出功率与电源电压的平方成正比电压增高，输出功率显著增大；2OTL功放的输出功率与负载的成反比负载越小，输出功率越大提问3为了获得更大的输出功率，我们是否可以不顾一切地通过减小负载来达到目的？六、收缴电路板