2010-2011(2)学期低频(模拟)电子技术实习(功率放大器)教案稿

1 模拟 低频电子技术实习 安装功率放大器 课时 30 学时 一 实习内容 1 画扩音机整机框图 2 分析各部分电路的工作原理 3 学习元件参数的选取方法 4 认识线路板基本知识 5 测试直流工作点 关键点的波形 6 进行简易故障的判定及排除 二 目的要求 1 学习整机的安装技术与工艺 2 了解扩音机的主要参数及掌握其测试方法 3 提高读整机电路图 电路板图的能力 4 提高手工焊接水平与装配工艺水平 5 学习使用运算放大器 了解运算放大器的主要参数 6 认识元件的封装 会测试元件的好坏 7 安装并调试扩音机 会排除可能出现的故障 8 能测试扩音机的主要参数 9 列举改进本扩音机的音质几个措施 三 功率放大器的组成 功率放大器的组成由前级放大 音调电路 低频放大级 功率放大级及电源 前级放大音调电路 低频 放大 激励 级 级 功率 放大 喇 叭 信 号 源 电 源 2 四 电路结构 1 前置放大 分立元件 集成运放 2 音调电路 衰减式 反馈式 3 功放电路 OTL OCL BTL 4 电源电路 常见的整流电路 开关电源电路 五 各部分作用 1 前置放大 将微弱的信号进行放大 给后级提供一定的信号电压 增益的大小由电路设计参数决定 2 音调电路 进行高 低音的调节 以达到高 低音补偿 频响的好坏由电路设计参数决定 3 功放电路 将前置放大器送来的信号进行放大 并且具有一定的功率 电压增益 功率 的大小由电路设 计参数决定 输出 来推动扬声器发声 4 电源电路 给电路提供电能 即给电路提供工作电压 六 电路分析 一 TDA2030A 功率放大器电路原理分析 如图 C BTL 功放 A 双电源应用电路 B 单电源应用电路 3 C BTL 功率放电路 1 BTL 功率放大器 称桥式推挽电路 功率放大器的输出级与扬声器间采用电桥式的联接方 式 主要解决 OCL OTL 功放效率虽高 但电源利用率不高的问题 与 ocL 和 oTL 功放相比 在相 同的工作电压和相同的负载条件下 BTL 是它们输出功率的 3 至 4 倍 在单电源的情况下 BTL 可 以不用输出电容 电源的利用率为一般单端推挽电路的两倍 适用于电源电压低而需要获得较大输 出功率的场合 2 BTL 电路是由两个完全独立的功放模块搭建组成 IC1 放大输出的信号一部分通过 IC2 反相 输入端 经 IC2 反相放大输出 负载 扬声器 则接在两放大器输出之间 这样扬声器就获得由 IC1 和 IC2 放大相位相差 180 度 3 TDA2030A 是目前性价比最高的功放集成块之一 内部有完善的过载及过热保护 是初学者 功放制作的绝佳选择 TDA2030A 的工作电压范围较广 从 6 22V 都可以正常工作 4 BTL 电路的特点 在相同的供电电压下 可以得到较普通功放两倍以上的输出功率 上图 为 TDA2030A BTL 功放的电路图 在 16V 供电的时候可输出 34W 的功率 想获得更大的输出功率 可提高供电电压 最高不可超过 22V 5 R2 R3 R9 R7 是决定电路的放大倍数 其中 R3 R9 22K R2 R7 680 此电路的交流增 益为 Au 2 R3 R2 1 66 单级为 33 倍 6 D1 D2 D3 D4 是保护二极管 C2 C6 22uF 47uF 是隔直流电容器 确保电路直流增益 为1 不产生零点漂移 有的电路在 C2 C6 两端 4 分别并一只 0 1uF 的电容 两者并联可以使之在整个交流频段内都呈现较低的阻抗 从而保证放大 器有平坦的频响 C5 C11 0 1 0 47uF R8 R11 1 10 是补偿网络 防止放大器产生高频振荡 7 TDA2030 集成电路好坏的判断 将 500 型 MF47 型 万用表打在欧姆档 集成电路未接上电路时 分别测量各脚之间的电阻值 TDA2030 集成电路各引脚之间的电阻值 500 型 R 10K 引脚 引脚表笔 1脚2脚3脚4脚5脚 正极 黑表笔 0无穷大无穷大无穷大无穷大1脚 负极 红表笔 0无穷大4K18k12k 正极 黑表笔 无穷大0无穷大无穷大无穷大2脚 负极 红表笔 无穷大04K12k6k 正极 黑表笔 4K4K03k3k3脚 负极 红表笔 无穷大无穷大012k6k 正极 黑表笔 18K18K12K03 8k4脚 负极 红表笔 无穷大无穷大2 2k06 2k 正极 黑表笔 12K6K6k6 2k05脚 负极 红表笔 无穷大无穷大2 2k3 8k0 TDA2030 集成电路各引脚之间的电阻值 MF47 型 R 10K 引脚 引脚表笔 1脚2脚3脚4脚5脚 正极 黑表笔 0无穷大无穷大无穷大无穷大1脚 负极 红表笔 0无穷大10K 左右31k 左右22k 左右 正极 黑表笔 无穷大0无穷大无穷大无穷大2脚 负极 红表笔 无穷大010K 左右31k 左右22k 左右 正极 黑表笔 9 5K 左右9 5K 左右07 5k 左右7k 左右3脚 负极 红表笔 无穷大无穷大022k 左右12k 左右 正极 黑表笔 20K 31K20K 31K15K 20K07k 10K4脚 负极 红表笔 无穷大无穷大8k 左右015k 正极 黑表笔 20K 30K20K 30K10K 15K10K 15K05脚 负极 红表笔 无穷大无穷大6k 左右8k 左右0 5 二 晶体管复合互补对称功放电路原理分析 复合互补对称功放电路原理如图所示 T2 T4 和 T3 T5 四管组成复合互补对称电路 OTL 功放电路实例 工作原理 当输入信号ui 为负半周时 T2 导通 T3 截止 信号经 T2 T4 放大后 通过CL 加 到负载RL 上 并对CL 进行充电 当输入信号ui 为正半周时 T2 截止 T3 导通 信号经过 T3 T5 放大后 通过CL 加到负载RL 上 CL 放电 结果在负载RL 上就得到被放大了的全波信号 图中R Re4e4 R Re5e5 为发射极稳定电阻 为发射极稳定电阻 R Re2e2 R Re3e3 是穿透电流的分流电阻 也是是穿透电流的分流电阻 也是 T4T4 T5T5 的偏置电的偏置电 阻 阻 R R2 2 是是 T2T2 T3T3 的偏置元件 的偏置元件 C C2 2 对交流短路 推动管对交流短路 推动管 T1T1 的静态电流的静态电流I IC14C14 流过电阻流过电阻R R2 2 在其两 在其两 端产生直流压降 供给端产生直流压降 供给 T2T2 T3T3 基极与发射极之间合适的正向偏压 以消除输出波形的交越失真 基极与发射极之间合适的正向偏压 以消除输出波形的交越失真 Rc1 既是推动管T1 的集电极负载电阻 也是复合管 T2 的偏置电阻 Rb1 是 T1 的偏置电阻 又是 直流负反馈电阻 用以稳定工作点 同时对输出信号形成电压并联负反馈 使放大电路稳定 改善 输出波形 C3 R1 组成自举电路 使UD Ec 保证有足够的基极电流来推动 T2 T4 使其充分 导电 以便得到最大峰值输出电压 Uom Ec 2 静态时 UD Ec Ic1R1 而UA Ec 2 子 因此 电容C3 充电到两端电压 UC3 UD Ec 2 Ec 2 UR3 Ec 2 当时间常数 C3R1 足够大时 UC3 基本上保持常量 不随Ui 而变化 输入电压为负时 T2 T4 导通 UA 将由Ec 2 向更正的方向变化 由于UD UC3 UA 显然 随着UA 的升高 D 点电位 也自动提高 当UA 变到Ec 时 UD 可达到Ec 2 Ec 3 Ec 2 这时 相当于 D 点用了一个 3Ec 2 的电源供电 这种利用C3 R1 将 D 点电位自动提高的电路称为自举电路 电阻R1 的作用 是把 D 点和电源Ec 隔开 为 D 点电位的升高创造条件 互补对称电路具有结构简单 效率高 频率响应好 易于集成化 小型化等优点 因而获得了广 泛的应用 但是在这种电路中 负载电阻的阻值需限制在一定的范围内 当负载电阻较大或较小时 6 管子定额很难满足要求 为妥善地解决上述矛盾 可利用变压器进行阻抗变换 从而构成变压器耦合功率放大电路 功率放大电路补充知识 一 功率放大器分类 用观察工作状态的波形图来加深对功率放大器分类的理解 四种功率放大电路的工作状态 变压器耦合 推挽功率放大电路工作状态 乙类互补电路的交越失真 二 二 复复合互补对称电路合互补对称电路 在大功率输出级中 工作电流较大 而一般大功率管的电流放大系数都较小 因此要求有较大 的基极电流 此外 大功率异型管配对较为困难 解决上述矛盾的方法通常是采用复合管 1 1 复合管 复合管 复合管复合管是由两只或两只以上的三极管组成一 7 只等效的三极管 具体接法如下图所示 从中我们可以看到如下规律 基极电流ib 向管内流的等效为 NPN 管 如上图中 a 和 d ib 向管外流的等效为 PNP 管 如上图中 b 和 c ib 的流向由T1 管的基极电流决定 即导电极性取决于第一只管子 即导电极性取决于第一只管子 若把两只管 或多只管 正确联结成复合管 必须保证每只管各电极的电流 都能顺着各个若把两只管 或多只管 正确联结成复合管 必须保证每只管各电极的电流 都能顺着各个 管的正常工作电流方向流动 否则将是错误的 管的正常工作电流方向流动 否则将是错误的 2 2 复合管的电流放大系数和输入电阻 由上图 a 所示 复合管的总电流为 IC Ic1 Ic2 1Ib1 2Ib2 1Ib1 2Ie1 2Ib1 2 1 1 Ib1 1 2 1 2 Ib1 1 2Ib1 1 2Ib 所以 可见复合管的电流放大系数近似等于每管电流放大系数的乘积 此结论也适合于其它形式的复 合管 在上图 a c 两种接法中 T2 管的输入电阻 rbe2 接于 T1 管射极上 因此复合管的等效 输入电阻为 对于 b d 两种接法 复合管的输入电阻 就是T1 管的输入电阻即 rbe rbe1 七 装配 按照 电子产品的装配工艺 焊接工艺 的有关要求分别进行产品机芯 电路板 装配和机 8 壳面板及调节控制件等装配 装配原则 先检查元器件的好坏 再进行安装 安装步骤 先安装低矮及耐热的元件 如电阻 电容 然后再装大一点的元件 如变压器 最后装怕热元件 如晶体管 集成块 八 调试 调试的内容 外观检查 静态调试 各级静态工作点 动态调试 最大输出功率 额 定功率 失真度的调试 九 故障查找 无声的情况 无声 电源 保险丝 电源电路 喇叭 连接导 线 喇叭保护延 时电路 功放电路 重 点查电路的关键 点 关键部位 放大电路关键点的特征 9 常见的功放电路 OTL OCL BTL 变压器耦合 不常用 略 用万用表电压档测量 OTL 电路 中点对地电 压为电源电压的一半 用万用表电压档测量 OCT 电路 中点对地电 压为 O 伏 用万用表电压档测量 BTL 电路 用两组同样 OCL 电路组成 中点对地电 压为 O 伏 用两组同样 OTL 电路组成 中点对地电 压为电 源电压的一半 用仪器仪表查找故障的方法 信号寻迹法 将信号加入被测设备输入端 用示波器从被测设备的前端或后端逐一检查 便于发现问题 十 功率放大器的指标测试 一 输出额定功率时的失真度测试 测试时先计算出额定输出电压 U0 U0 等于根号 PO RL 假设 UO 0 98V 则失真度的测试方 10 法是 信号发生器输出频率为 1KHZ 调节其信号幅度使功率放大器输出端的输出电压UO为 0 98V 保持UO不变 用失真度测试仪测出输出端的失真度 即为额定功率时的失真度 二 最大输出功率的测试 将音频信号发生器输出端接到功率放大器输入端 音量调节到最大 调节音频信号发生器的输 出频率为 1KHZ 信号幅度逐渐由小到大 同时观察接在输出端的音频毫伏表和示波器 当示 波器显示的电压波形即将出现饱和失真时 这时 将对应的音频毫伏表指示的电压值 UO 换算成功 率 即为最大输出功率 如 音频毫伏表指示的电压值UOmax为 1 2V RL 为 8 欧姆 则最大输出功率为 POmax Uomax 2 RL 1 2 2 8 0 18W 180mw 三 额定输出功率情况下电压增益的测试 先测出额定输出电压 U0 U0 等于根号 PO RL 设 UO 0 98V 测试方法是 信号发生器输 出频率为 1KHZ 调节其信号幅度使功率放大器输出端的输出电压 UO 为 0 98V 保持 UO 不变 用毫伏表测出此时被测电路输入端输入的信号电压 Ui 则电压增益 Avo Uo Ui Y1 功 率 放 大 器 毫 伏 表 失 真 仪 音频 信号 发生 器 示 波 器 双通道 示 波 器 11 Y2 CH1 CH2 四 频率特性 幅频特性 测试 方法 用点频法测试 点频法 用一般的信号源 正弦波 向被测电路提供所需的输入电压信号 用毫伏表监测被测电 路的输入电压和输出电压 测试方法说明 测试时 保持输入信号幅度不变 用毫伏表监测输入电压的 大小 按一定的频率间隔 将信号源的频率由低到高逐点调节 同时通过毫伏表将每一点的输出电压 值记录下来 并在频率 横坐标 电压 纵坐标 上逐点标出测量值 最后用一条光滑的曲线连接各点 这条曲线就是被测电路的频率特性 幅频特性 曲线 仪器使用示意图 音频信号 发生器 功率 放大器 毫 伏 表 双通道 12 扫频测试法接线图 方波响应测试接线图 信号源 电压表测试法 13 直接电流测量法 间接电流测量法 电压测量法 注 IcQ IeQ Ue Re UceQ Uc Ue 14 思考题 1 电子线路中测量信号电压为什么要用毫伏表而不能用万用表 为什么用毫伏表 测量电压时必须先调零 如何进行调零 2 用示波器观察波形时