低频功率放大器

1、=学校毕业设计论文论文题目：论文题目：低频功率放大器系 部： 电气工程系 专 业： 电机与电器 班 级： 2007 级 03 班 学生姓名： = 学 号： = 指导教师： = 2011 年 05 月 08 日摘 要本报告介绍的是基于场管工作在开关状态下的低频功率放大原理。首先对低频功率放大器系统方案进行分析，然后作出选择这个方案的原因，随后对功率放大器各模块进行了理论的分析。同时，相应的介绍了低频功率放大器的各单元电路前置放大、带阻滤波、音频调制、功率放大和低通滤波部分的组成与工作原理，给出了用单片机、A/D、1602 液晶组成的显示电路和程序。功放电路为本次设计中最主要放大器,它的输出波形容

2、易受前置级的影响，本文在测试和分析部分对功率放大器出现的干扰、自激振荡现象等做了细致的分析。此外,本文对整个电路的工作原理分模块的进行了详细的描述。最后，本文具体叙述实用低频功率放大器的安装与调试，并对电路在工作中易出现的失真情况做了细致的分析并预留了调试口。关键词：低频功率放大器、功率显示、带阻滤波、音频调制、功率放大、低通滤波ABSTRACTThis report is introduced based on field tubes work of the low frequency in switch state power amplifier principle. First of l

3、ow-frequency power amplifier system solutions, then analyzes why choose this scheme of power amplifier, then each module has carried on the theory analysis. Meanwhile, corresponding introduces low-frequency power amplifier each unit circuit - the preamplifier, band-stop filtering, audio frequency mo

4、dulation, power amplifier and low pass filtering part of the composition and working principle, given the MCU, A/D, composed of 1602 LCD display circuit and procedures.Power amplifier circuit design for the most main amplifiers, its output waveform susceptible to lead levels of influence, this paper

5、 in testing and analysis of power amplifier part of interference, appear self-excited oscillation phenomena etc did meticulous analysis. In addition, this paper to the electric circuit principle of work points module are described.Finally, this paper describes the practical low-frequency power ampli

6、fier for installing and debugging, and in the work of the circuit to occur during the distortion of detailed analysis and obligate debugging mouth.Key Words：Low-frequency power amplifier, power display, band-stop filtering, audio frequency modulation, power amplifier, low pass filtering目 录摘 要.I绪 论.1

7、第一章 低频功率放大器.41.1 低频功率放大器的特点.42.2 设计主要指标.52.3 低频功率放大器的应用.5第二章 系统方案比较与分析.62.1 系统方案比较.62.2 系统方案分析.9第三章 理论分析与计算.113.1 电压放大电路设计.113.2 测量电路设计.13第四章 电路与程序设计.154.1 总电路的设计.154.2 程序的设计.15第五章 测试方案与测试结果.165.1 测试方法与仪器.165.2 测试结果及分析.23第 6 章 展望.25结 论.26致 谢.27参考文献.28附录 源程序.28附录 低频功放电路.34附录 显示电路.35绪论功率放大器简称功放，可以说是各类

8、音响器材中最大的一个家族了，其作用主要是将音源器材输入的较微弱信号进行放大后，产生足够大的电流去推动扬声器进行声音的重放。由于考虑功率、阻抗、失真、动态以及不同的使用范围和控制调节功能，不同的功放在内部的信号处理、线路设计和生产工艺上也各不相同。功率放大器以其主要用途来说，可以分做两大类别，即专业功放与家用功放。在体育馆场、影剧场、歌舞厅、会议厅或其它公共场所扩声，以及录音监听等场所使用的功放，一般说在其技术参数上往往会有一些独特的要求，这类功放通常称为专业功放。而用于家庭的 hifi 音乐欣赏，av 系统放音，以及卡拉 ok 娱乐的功放，通常称为家用功放。按功率放大器电路所用的器材分类，功放

9、可以分为电子管放大器、晶体放大器和集成电路放大器。电子管放大器(俗称“胆机”)采用电子管作为放大器，其主要优点是动态范围大、线性好、音色甜美悦耳。但电子管功放也存在两个问题，一是内阻大导致放大器阻尼系数小，影响瞬态特性，二是电子管需高压供电，离不开变压器，变压器不仅功耗大、体积大，还会导致失真。克服电子管功放的两个缺点，晶体管放大器阻尼系数可做得很高，有良好的瞬态特性，在声音的节奏感、力度上要比胆机明快、爽朗、有力；而且无需变压器，不仅节省成本，缩小体积，而且避免了由变压器所引起的失真。最后一种是集成电路放大器，它最突出的优点是可靠性高、外围电路简单、组装方便，不足之处是电声指标(功率、频响、

10、失真度、信噪比等)和音质皆不如前两类放大器。按照功能分类，功放可以分为前级功放、后级功放和合并式功放。前级功放，主要作用是对信号源传输过来的节目信号进行必要的处理和电压放大后，再输出到后级功放。它就像铁路岔道一样，控制切换哪一路音源信号接入功放，哪一路音源信号与功放断开。后级功放是进行单纯功率放大的部分，它的作用就是尽可能原原本本地放大来自于前级的信号，我们对后级的要求是，放大倍数尽可能高，而放大后信号的失真程度应尽可能低。除放大电路外，还设计有各种保护电路，如短路保护、过压保护、过热保护、过流保护等。这两类功放一般只在高档机采用。合并式放大器，将前级放大器和后级放大器合并为一台功放，兼有前二

11、者的功能，通常所说的放大器都是合并式的，应用的范围较广。一般来看，合并式功放的功率较前、后级功放小，重放的效果也比前、后级功放差，但合并式功放价钱较便宜，且使用方便，完全能够满足一般的家庭需要。就功放的用途来区分，家用功放分为 hifi 功放和 av 功放。hifi 是英语 highfidelity 的缩写，意指高度保真，即纯音乐功放，是音乐发烧友的最爱。hifi 功放的输出功率大都在2150 瓦以下。hifi 在设计上强调最低的信号失真，忠实地表现出音乐的场面、细节和演奏、录制的技巧等来满足人们对音乐的最佳欣赏要求。一般用于 hifi的功放都是胆机。hifi 功放就扩声形式而言，只适用于两声

12、道立体声的回放。AV 是英文 AODIOVIDIO 即音频，视频的打头字母缩写。 “AV 功放”从诞生到现在，经历了杜比环绕，杜比定向逻辑，AC-3，DTS 的进程，AV 功放的与普通功放的区别，在于 AV 功放有 AV 选择杜比定向逻辑解码器，AC-3，DTS 解码器，和五声道功率放大器。以及画龙点睛的数字声场DSP电路，为各种节目播放提供不同的声场效果。但是由于 AV 功放在电路的信号流通环节上，经过了太多而且复杂的处理电路，使声音的“纯净度”受到了过多的“染色”，所以用 AV 功放兼容 HI-FI 重放时效果不理想。下面对功率放大电路做一下简单介绍如下：功率放大电路通常作为多级放大电路的

13、输出级。在很多电子设备中，要求放大电路的输出级能够带动某种负载，例如驱动仪表，使指针偏转；驱动扬声器，使之发声；或驱动自动控制系统中的执行机构等。总之，要求放大电路有足够大的输出功率。这样的放大电路统称为功率放大电路。 输出功率大要求输出功率尽可能大为了获得大的功率输出，要求功放管的电压和电流都有足够大的输出幅度，因此管子往往在接近极限运用状态下工作。 效率要高效率要高由于输出功率大，因此直流电源消耗的功率也大，这就存在一个效率问题。所谓效率就是负载得到的有用信号功率和电源供给的直流功率的比值。这个比值越大，意味着效率越高。 非线性失真要小非线性失真要小功率放大电路是在大信号下工作，所以不可避

14、免地会产生非线性失真，而且同一功放管输出功率越大，非线性失真往往越严重，这就使输出功率和非线性失真成为一对主要矛盾。但是，在不同场合下，对非线性失真的要求不同，例如，在测量系统和电声设备中，这个问题显得重要，而在工业控制系统等场合中，则以输出功率为主要目的，对非线性失真的要求就降为次要问题了。 散热少BJT 的散热问题在功率放大电路中，有相当大的功率消耗在管子的集电结上，使结温和管壳温度升高。为了充分利用允许的管耗而使管子输出足够大的功率，放大器件的散热就成为一个重要问题。 参数选择在功率放大电路中，为了输出较大的信号功率，管子承受的电压要高，通过的电流要大，功率管损坏的可能性也就比较大，所以

15、功率管的参数选择与保护问题也不容忽视。 分析任务功率放大电路的分析任务是：最大输出功率、最高效率及功率三极管的安全工作参数。在分析方法上，由于管子处于大信号下工作，故通常采用图解法。 甲类放大在输入正弦信号的一个周期内，都有电流流过三极管，这种工作方式通常称为甲类放大。甲类放大的典型工作状态如图 XX_01 所示，此时整个周期都有 iC 0 ，称功率管的导电角 q = 2p 。 甲乙类放大在输入正弦信号的一个周期内，有半个周期以上，三极管的 iC 0 ，称为甲乙类放大。其典型工作状态如图 XX_02 所示，此时功率管的导电角 q 满足： p q 0 ，称为乙类放大。其典型工作状态如图 XX_0

16、3 所示，此时功率管的导电角 q = p 。 第一章 低频功率放大器1.1 低频功率放大器的特点低频功率放大器是将微弱的低频信号保证不失真的情况下进行功率放大的放大器。其特点：对低频信号具有良好的放大作用，对高频信号不具有放大作用，由于其电路本身的因素，它必须排除自身电路的影响，所以它必须对其高频信号进行抑制。 1.1.1 输出功率要足够大 如输入信号是某一频率的正弦信号, 则输出功率表达式为（2-1）oooUIP 式中, Io、Uo 均为有效值。如用振幅值表示, Io= /1.414omI (2-2)=/1.414oUomU代入公式(2-1), 则omomoUIP211.1.2 效率要高 放

17、大器实质上是一个能量转换器, 它是将电源供给的直流能量转换成交流信号的能量输送给负载, 因此, 要求转换效率高。为定量反映放大电路效率的高低, 引入参数 , 它的定义为%100EoPP式中, Po 为信号输出功率, PE 是直流电源向电路提供的功率。在直流电源提供相同直流功率的条件下, 输出信号功率愈大, 电路的效率愈高。 1.1.3 非线性失真要小 为使输出功率大, 由式(2-2)可知 Iom、Uom 也应大, 故功率放大器采用的三极管均应工作在大信号状态下。由于三极管是非线性器件, 在大信号工作状态下, 器件本身的非线性问题十分突出, 因此, 输出信号不可避免地会产生一定的非线性失真。当输

18、入是单一频率的正弦信号时, 输出将会存在一定数量的谐波。谐波成分愈大,表明非线性失真愈大, 通常用非线性失真系数 表示, 它等于谐波总量和基波成分之比 通常情况下, 输出功率愈大, 非线性失真就愈严重。 2.2 设计主要指标（1）当输入正弦信号电压有效值为 5mV 时，在 8 电阻负载（一端接地）上，输出功率5W，输出波形无明显失真。（2）通频带为 20Hz20kHz。（3）输入电阻为 600。（4）输出噪声电压有效值 V0N5mV。（5）尽可能提高功率放大器的整机效率。（6）具有测量并显示低频功率放大器输出功率(正弦信号输入时)、直流电源的供给功率和整机效率的功能，测量精度优于 5%。2.3

19、 低频功率放大器的应用功率放大器，对输入信号的电流，电压进行放大的设备，外在表现是放大了信号的功率。广义上的功率放大器包括低频功率放大器，音频功率放大器， 高频功率放大器。而音响放大器就属于音频功率放大器。前面三者的主要区别在于输入信号的频率，不同频率的信号具有的电学特性是有着很大区别的。高频功率放大器主要用于射频应用，比如电视台的信号发射，卫星通信，当然随着科学技术的发展，相信功率不放大电路的使用一定会越来越广泛，功能越来越全面！第二章第二章 系统方案比较与分析系统方案比较与分析2.1 系统方案比较2.1.1 A 类放大器 A 类放大器的定义 :A 类放大器在整个周期内 ,输出信号与输入信号

20、成正比 ,也就是说 A 类放大器是线性放大器 . A 类放大器在结构上，还有两类不同的工作方式。其中一类是将两个射极跟随器相联工作，其偏置电流要增加到在正常负载下有足够的电流流过，而不使任一器件截止。这一措施的最大优点是它不会突然地耗尽输出电流，如果负载阻抗低于标定值，放大器会短期出现截止现象，在失真上可能略有增加，但不致出现直感上的严重缺陷。另一类可称作为控制电流源型(VCIS)，它本质上是一个单独的射极跟随器，并带有一个有源发射极负载，以达到合适的电流泄放。这一类作为输出级时，需要在开始设计之前就把所要驱动的阻抗是多低搞清楚。A 类放大器的主要特点是：放大器的工作点 Q 设定在负载线的中点

21、附近,晶体管在输入信号的整个周期内均导通。放大器可单管工作，也可以推挽工作。由于放大器工作在特性曲线的线性范围内，所以瞬态失真和交替失真较小。电路简单，调试方便。但效率较低，晶体管功耗大，功率的理论最大值仅有 25，且有较大的非线性失真。这类放大器广泛的用作音频放大器.但是,由于这类放大器的效率较低(在理想条件下,接近 50%),所以较大功率的音频放大器也不再采用 A 类放大器.由于音频信号有很高的峰值和平均值之比,所以,在实际的音频设备中,A 类放大器的效率更低.尽管 A 类放大器的效率较低,但是,由于它具有很好的线性放大特性,所以在很长时期内,它还是得到了较广泛的应用。A 类放大器常常用作

22、功率放大器,如音频设备的驱动级 .A 类放大器也常在工业设备中应用 ,在这些设备中,效率不是最重要的因素 ,并且元件的间隔较大 ,很容易安装散热装置。2.1.2 B 类放大器 B 类放大器的定义 : B 类(乙类)放大器 在正半周（或者负半周）内器件导通时间为50的一种工作类别，处于放大状态的为B 类. B 类放大器的工作原理的解释可以是 :输出级中两个输出功率管 ,其输出电压的控制存在一个相当显著的转换 ,来源于两个功率管在相音的开通和关闭。B 类放大器的主要特点是：放大器的静态点在 (VCC，0)处，当没有信号输入时，输出端几乎不消耗功率。在Vi 的正半周期内， Q1 导通 Q2 截止，输

23、出端正半周正弦波；同理，当 Vi 为负半波正弦波，所以必须用两管推挽工作。其特点是效率较高 (78%)，但是因放大器有一段工作在非线性区域内，故其缺点是交越失真较大。即当信号在 -0.6V 0.6V 之间时。 Q1 ，Q2 都无法导通而引起的。 B 类放大器是最为流行的一种工作类别 ,特别是晶体三级管放大器 ,它不仅获得了成功 ,而且也很灵活 .因为,设计师们总是试图把 B 类效率高的优点与 A 类线性好的特点结合起来 ,采用许多办法进一步地改进,于是出现了一些改进型的 B 类放大器,更进一步的促进了 B 类放大器的发展.一些成功的改进类设计有如下 : (1) 误差修正放大器 (2) 非开关放

24、大器 (3) 电流驱动放大器 (4) 布罗姆莱放大器 (5) 几何平均 AB 类放大器。2.1.3 AB 类放大器 AB 类放大器定义AB 类放大器，实际上是 A 类(甲类)和 B 类(乙类)的结合，每个器件的导通时间在 50100之间，依赖于偏置电流的大小和输出电平。该类放大器的偏置按 B 类(乙类)设计，然后增加偏置电流，使放大器进入AB 类(甲乙类)。 AB 类工作状态通常是两只晶体管配合进行，在没有信号的时候，两只晶体管都是导通的，但其中的电流很小，当有信号输入时，晶体管中的电流才会变大由于信号的作用使其中的一只晶体管截止的时候，另一只晶体管则一定是导通的，两只管子始终是轮流截止和导通

25、，并且其中流过的电流几乎是全部送入扬声器，因此，甲乙类功放产生的热量较小，并且效率高了很多，在70以上。 AB 类(甲乙类)放大器在输出低于某一电平时，两个输出器件皆导通，其状态工作于 A 类(甲类)；当电平增高时，两个器件将完全截止，而另一个器件将供 给更多的电流。这样在 AB 类(甲乙类)状态开始时，失真将会突然上升，其线性劣于 A 类(甲类)或 B 类(乙类)。它的正当使用在于它对 A 类(甲类)的补充，且当面向低负载阻抗时可继续较好地工作。AB 类放大器的主要特点是：晶体管的导通时间稍大于半周期，必须用两管推挽工作。可以避免交越失真。交替失真较大，可以抵消偶次谐波失真。有效率较高，晶体

26、管功耗较小的特点。2.1.4 D 类放大器 D 类放大器的定义：D 类(数字音频功率 )放大器是一种将输入模拟音频信号或PCM 数字信息变换成 PWM(脉冲宽度调制 )或 PDM(脉冲密度调制 )的脉冲信号 ,然后用 PWM 或PDM 的脉冲信号去控制大功率开关器件通 /断音频功率放大器，也称为开关放大器。具有效率高的突出优点 .数字音频功率放大器也看上去成是一个一比特的功率数模变换器 .放大器由输入信号处理电路、开关信号形成电路、大功率开关电路(半桥式和全桥式 )和低通滤波器 (LC)等四部分组成 .D 类放大或数位式放大器。系利用极高频率的转换开关电路来放大音频信号的。其具有特点：1. 具

27、有很高的效率，通常能够达到 85%以上。 2. 体积小，可以比模拟的放大电路节省很大的空间。 3. 无裂噪声接通 4. 低失真，频率响应曲线好。外围元器件少，便于设计调试。 A 类、B 类和 AB 类放大器是模拟放大器， D 类放大器是数字放大器。B 类和 AB 类推挽放大器比 A 类放大器效率高、失真较小，功放晶体管功耗较小，散热好，但 B 类放大器在晶体管导通与截止状态的转换过程中会因其开关特性不佳或因电路参数选择不当而产生交替失真。而D 类放大器具有效率高低失真，频率响应曲线好。外围元器件少优点。AB 类放大器和 D 类放大器是目前音频功率放大器的基本电路形式。2.1.5 T 类放大器

28、目前在音响中所用的放大器，常用的是 A 类或者 AB 类功率放大器，这属传统放大器。近年来，有一种新技术，它利用功率晶体管工作在开关状态，在音响领域的应用就是数字功率放大器，也称 D 类功率放大器。与传统模拟功率放大器相比，数字功率放大器有着非常鲜明的特点： 1、采用最先进数字处理技术 20bit 的字长，可精确还原音频信号，使得无论声音细节还是轮廓都得以完美再现。 2、具有极高的效率，功率转换效率高达 90，具有传统模拟功率放大器无法比拟的高效节能性，从此改变在人们心目中音频功率放大器笨重、耗电、体积大的印象。 3、寿命长，在高效、低功耗、数字化电路的共同作用下，使功率放大器可靠性、安全性大

29、幅度提高。 4、瞬态响应好，它不需传统功率放大器的静态电流消耗，能量几乎都是为音频输出而储备，加之无模拟放大、无负反馈的牵制，故具有更好的“瞬态响应”特性，令声音细节重放更丰富。 5、整个频段内无相移，声场定位准确，采用数字滤波器等技术，将输出滤波器的截止频率设计得较高，从而保证在 20Hz20kHz 内得到平坦的幅频特性和很好的相频特性。 6、抗干扰能力强，数字功率放大器是工作在开关，具有更好的抗干扰能力，使音质更纯净透彻。T 类功率放大器的功率输出电路和脉宽调制D 类功率放大器相同，功率晶体管也是工作在开关状态，效率和D 类功率放大器相当。但它和普通 D类功率放大器不同的是：1、它不是使用

30、脉冲调宽的方法， Tripath 公司发明了一种称作数码功率放大器处理器 “Digital Power Processing （DPP） ”的数字功率技术，它是 T 类功率放大器的核心。它把通信技术中处理小信号的适应算法及预测算法用到这里。输入的音频信号和进入扬声器的电流经过DPP 数字处理后，用于控制功率晶体管的导通关闭，从而使音质达到高保真线性放大。2、它的功率晶体管的切换频率不是固定的，无用分量的功率谱并不是集中在载频两侧狭窄的频带内，而是散布在很宽的频带上。使声音的细节在整个频带上都清晰可 “闻”。3、此外，T 类功率放大器的动态范围更宽，频率响应平坦。 DDP 的出现，把数字时代的功

31、率放大器推到一个新的高度。在高保真方面，线性度与传统 AB 类功放相比有过之而无不及。2.2 系统方案分析通过综上方案分析比较得出：本系统主要由电压放大、功率放大、显示、电源电路等模块组成。采取这样的方案是为了提高功放的效率,功率消耗最多的是功率放大部分，使功率放大部分的放大器工作在开关状态，从而减少了在功率放大环节的损耗。电压放大电路只将微弱的输入信号进行电压放大；功率放大电路则是将前级信号进行功率放大，也就是说既要放大电压也要放大电流，为了提高电路工作效率，采用由场效应管组成的 D 类放大器；显示电路完成电源输入功率和输出功率和本机效率 的显示。显示部分我们可以用 AD 转换器将采集的模拟

32、信号转换成数字信号，在通过单片机经一系列的计算最后用液晶显示屏把显示出来；电源电路则采用常规的5V 和12V 电压。系统总体框图如图 2-1 所示。前级放大带阻滤波音频调制功率放大低通滤波低频输入放大输出前级驱动电压放大功率放大电源电压A/DCPU显示图 2-1 系统总体框图第三章 理论分析与计算3.1 电压放大电路设计3.1.1 输入级电压放大电路电压放大采用两个运算放大器 TL082 来实现前级信号的放大作用，第一级的放大倍数为 5，为使放大信号不至于失真，后一级放大倍数则采用电位器进行调整。运放 TL082 工作在反相比例运算放大状态，经过两级放大以后也就得到信号的正比例放大，且放大倍数

33、和放大后的电压值符合后面调制的要求。信号调制主要作用是将前级的放大信号进行调制， ，让它变成易于放大处理的数字信号，在调制中采用运放 TL082 作比较作用，让一个 197kHZ 的三角波作载波，完成主要调制工作。而 197kHZ 的三角波是由 RC 振荡和 TL494 脉宽调制芯片产生的。082IN10K50K0820820824941M图 3-1 电压放大电路3.1.2 输出级电路设计输出级先采用场效应管 N 沟道和 P 沟道一起工作在开关状态下对由运放过来的信号再次进行推挽式驱动。最后再由 N 沟道和 P 沟道进行输出。部分电路如图 3-2 所示。由于在本电路的设计中三角波调制信号为 2

34、00KHz，在对电压放大的信号进行的调制后来，输出级会受到相调频信号的干扰。所以输出级又采用了低通滤波电路对 50KHz 以上的信号进行了抑制，滤波电路如图 3-3 所示,其幅频响应曲线如图 3-4 所示。从图中很容易看出在 050kHz 的低频信号具有良好的导通能力，但是在 50kHz 以上的高频信号就具有良好的阻断作用。这是理想的情况下，但是由于实际中很难办到，在 50kHz 的前一段导通能力就开始逐渐降低，且在 50kHz 附近越接近 50kHz 的变化幅度越大。 输入输出+V-V+V 图 3-2 输出级电路放大电路输出负载8100uH50.28uH470nF470nF470nF信号输入

35、图 3-3 低通滤波电路 3.1.3 带阻滤波器设计带阻滤波器是指能通过大多数频率分量、但将某些范围的频率分量衰减到极低水平的滤波器，与带通滤波器的概念相对。受抑制的频带中心大约在50Hz0的位置上，带宽为 B20Hz。与通带滤波器相同，定义质量因子 Q/B。这样，0通带阻带理想AHz50KHzA/2o图 3-4 低通滤波幅频响应曲线082160K1.3K50K33K08215K30K输入输出图 3-5 带阻滤波器电路Q 值大就表示被抵制的频带窄，而 Q 值小则表示被抑制的频带宽。接近理想的二阶滤波器，其传递函数可表示为：20220212)()()()(BsssKsVsVsH式中是以弧度/秒为

36、单位的中心频率，B/Q 是表示被抑制的频带宽度。00增益被定义为在 s 为零或为无穷大时的值，也就是 K。)(sH本系统的带阻滤波器电路如图 3-5 所示，是通过一对开关同开同关来实现它的接入，它的阻止频率为 40Hz60Hz（防止工频对功放产生影响） ，在 50Hz 频率点输出功率衰减6dB。在此带阻滤波器电路中考虑到成本和电路的复杂度等原因只用用两个运放进行实现，这个电路的阻尼带宽已经满足这次设计要求。在设计这个电路中的通过下面的计算公式进行计算电阻电容等参数。 3.2 测量电路设计本系统需要显示电源供给功率、功放输出功率和整机的效率，而这需要对电路进行相关电参数的测量。电源供给功率通过测

37、量电源的电压和电流而得。其中，测量输入电流时，先串入一小电阻（0.22）到电源电路中通过测取这个电阻上的电压，用I=U/R 来进行计算电路中的电流。电压的测量直接对电源电压进行测量即可。测电压时由于电压是两端电位差，所以用经差分放大电路将其变为对地电压，再送入比例运放，最后到 AD，通过 AD 进行数模转换，转换成单片机能处理的数字信号。其电路如图 3-6 所示, 而输出电流由四个整流管组成桥式整流电路，在用两个电容将其滤平 。由于半桥是单端拓扑结构，就不存在差分全桥拓扑结构中的共模抑制。在一个全桥放大器中，由于放大器的差分输出是从同一个电压源供电的，公共电压源上的噪声将在输出端抵消。在半桥拓

38、扑结构中，放大器供电电源上的任何交流纹波噪声都将直接耦合到输出端。由于半桥拓扑结构对电源供电噪声的敏感，常常需要提供供电抑制反馈（PSR）电路来进行降噪。用稳压管CW7812 进行稳压，得到平直的直流后送 AD，电路如图 3-7 所示。 输入CW7812+-整流输出2200uF0.33uF0.1uF图 3-6 差分放大电路 图 3-7 整流滤波电路第四章 电路与程序设计4.1 总电路的设计本设计要实现阻带的效果，效率要得到提高，输入阻抗要大于 600,且要显示输入功率和输出功率，所以我们设置了阻带网络，电压放大，功率放大，低通滤波，单片机和 A/D 显示等模块组成的低频功放电路和显示电路如后附

39、录和附录，同时，差分放大电路已在测量电路中给出，显示程序见附录。4.24.2 程序的设计程序的设计1、主程序流程图 2、显示程序流程图 3、AD 子程序流程图 主程序开始调AD采样调用显示IO口初始化AD初始化液晶初始化写入显示地址显示子程序开始写数据显示依次采集各个通道的电压值，并储存AD子程序开始将采集各个通道的电压值通过并口发送显示图 4-1 程序流程第五章 测试方案与测试结果5.15.1 测试方法与仪器测试方法与仪器1、测试方法在基本要求(1)中，测试可用双踪示波器观测其输出波型无明显失真。同时在 8 的负载上测其电流可得功率；基本要求(2)中，用函数信号发生器手动调节其频率从 20H

40、z20KHz,直接用示波器观测本功放的输出； 图 5-1 基本要求(3)中，由于本电路中运用了各种有源器件，不能直接用万用表在输入端进行电阻值的测量。所以应输入一个已知频率和有效值的正弦波,如图5-1所示，在 R 两端再测其电压，则 ；基本要求(4)中，让输入短接，用IUUrRi20MHz 毫伏表测量其输出电压即得噪声电压；基本要求(5)中，其效率的提高，就必须让场效应管尽量工作在开关状态上。2、测试仪器高精度的数字毫伏表、函数信号发生器、数字示波器、数字万用表、指针式万用表、扫频仪 TP3。下面介绍几种仪表的使用方法以及使用时的注意事项高精度的数字毫伏表的使用方法：（1）开机前的准备工作：

41、将通道输入端测试探头上的红、黑色鳄鱼夹短接； 将量程开关选最高量程（300V） 。 （2）操作步骤： 接通 220V 电源，按下电源开关，电源指示灯亮，仪器立刻工作。为了保证仪器稳定性，需预热 10 秒钟后使用，开机后 10 秒钟内指针无规则摆动属正常； 将输入测试探头上的红、黑鳄鱼夹断开后与被测电路并联（红鳄鱼夹接被有源网络rR输入电压U测电路的正端，黑鳄鱼夹接地端） ，观察表头指针在刻度盘上所指的位置，若指针在起始点位置基本没动，说明被测电路中的电压甚小，且毫伏表量程选得过高，此时用递减法由高量程向低量程变换，直到表头指针指到满刻度的 2/3 左右即可； 准确读数。表头刻度盘上共刻有四条刻

42、度。第一条刻度和第二条刻度为测量交流电压有效值的专用刻度，第三条和第四条为测量分贝值的刻度。当量程开关分别选 1mV、10mV、100mV、1V、10V、100V 档时，就从第一条刻度读数；当量程开关分别选 3mV、30mV、300mV、3V、30V、300V 时，应从第二条刻度读数（逢 1 就从第一条刻度读数，逢 3 从第二刻度读数） 。例如：将量程开关置“1V”档，就从第一条刻度读数。若指针指的数字是在第一条刻度的 0.7”处，其实际测量值为 0.7V；若量程开关置“3V”档，就从第二条刻度读数。若指针指在第二条刻度的“2”处，其实际测量值为 2V。以上举例说明，当量程开关选在哪个档位，比

43、如，1V 档位，此时毫伏表可以测量外电路中电压的范围是01V，满刻度的最大值也就是 1V。 当用该仪表去测量外电路中的电平值时，就从第三、四条刻度读数，读数方法是，量程数加上指针指示值，等于实际测量值。注意事项; （1）仪器在通电之前，一定要将输入电缆的红黑鳄鱼夹相互短接。防止仪器在通电时因外界干扰信号通过输入电缆进入电路放大后，再进入表头将表针打弯。（2）当不知被测电路中电压值大小时，必须首先将毫伏表的量程开关置最高量程，然后根据表针所指的范围，采用递减法合理选档。 （3）若要测量高电压，输入端黑色鳄鱼夹必须接在“地”端。（4）测量前应短路调零。打开电源开关，将测试线（也称开路电缆）的红黑夹

44、子夹在一起，将量程旋钮旋到 1mv 量程，指针应指在零位（有的毫伏表可通过面板上的调零电位器进行调零，凡面板无调零电位器的，内部设置的调零电位器已调好） 。若指针不指在零位，应检查测试线是否断路或接触不良，应更换测试线。 （5）交流毫伏表灵敏度较高，打开电源后，在较低量程时由于干扰信号（感应信号）的作用，指针会发生偏转，称为自起现象。所以在不测试信号时应将量程旋钮旋到较高量程档，以防打弯指针。 （6）交流毫伏表接入被测电路时，其地端（黑夹子）应始终接在电路的地上（成为公共接地） ，以防干扰。 （7）交流毫伏表表盘刻度分为 01 和 03 两种刻度，量程旋钮切换量程分为逢一量程（1mv、10mv

45、、0.1v）和逢三量程（3mv、30mv、0.3v） ，凡逢一的量程直接在 01 刻度线上读取数据，凡逢三的量程直接在 03 刻度线上读取数据，单位为该量程的单位，无需换算。 （8）使用前应先检查量程旋钮与量程标记是否一致，若错位会产生读数错误。 （9）交流毫伏表只能用来测量正弦交流信号的有效值，若测量非正弦交流信号要经过换算 （10）注意：不可用万用表的交流电压档代替交流毫伏表测量交流电压（万用表内阻较低，用于测量 50Hz 左右的工频电压） 。函数信号发生器：又称波形发生器。它能产生某些特定的周期性时间函数波形（主要是正弦波、方波、三角波、锯齿波和脉冲波等）信号。频率范围可从几毫赫甚至几微

46、赫的超低频直到几十兆赫。除供通信、仪表和自动控制系统测试用外，还广泛用于其他非电测量领域。数字示波器的使用方法：用示波器能观察各种不同电信号幅度随时间变化的波形曲线，在这个基础上示波器可以应用于测量电压、时间、频率、相位差和调幅度等电参数。下面介绍用示波器观察电信号波形的使用步骤。 1选择 Y 轴耦合方式 根据被测信号频率的高低，将 Y 轴输入耦合方式选择“AC-地-DC”开关置于 AC 或 DC。 2选择 Y 轴灵敏度 根据被测信号的大约峰-峰值（如果采用衰减探头，应除以衰减倍数；在耦合方式取 DC 档时，还要考虑叠加的直流电压值） ，将 Y 轴灵敏度选择 V/div 开关（或 Y 轴衰减开

47、关）置于适当档级。实际使用中如不需读测电压值，则可适当调节 Y 轴灵敏度微调（或 Y 轴增益）旋钮，使屏幕上显现所需要高度的波形。 3选择触发（或同步）信号来源与极性 通常将触发（或同步）信号极性开关置于“+”或“-”档。 4选择扫描速度 根据被测信号周期（或频率）的大约值，将 X 轴扫描速度 t/div（或扫描范围）开关置于适当档级。实际使用中如不需读测时间值，则可适当调节扫速 t/div微调（或扫描微调）旋钮，使屏幕上显示测试所需周期数的波形。如果需要观察的是信号的边沿部分，则扫速 t/div 开关应置于最快扫速档。 5输入被测信号 被测信号由探头衰减后（或由同轴电缆不衰减直接输入，但此时

48、的输入阻抗降低、输入电容增大） ，通过 Y 轴输入端输入示波器。注意事项：1. 为了仪器操作人员的安全和仪器安全，仪器在安全范围内正常工作，保证测量波形准确、数据可靠、降低外界噪声干扰；通用示波器通过调节亮度和聚焦旋钮使光点直径最小以使波形清晰，减小测试误差;不要使光点停留在一点不动，否则电子束轰击一点宜在荧光屏上形成暗斑，损坏荧光屏。 2. 测量系统- 例如示波器、信号源；打印机、计算机等设备等。被测电子设备- 例如仪器、电子部件、电路板、被测设备供电电源等设备接地线必须与公共地(大地)相连。 3. TDS200/TDS1000/TDS2000 系列数字示波器配合探头使用时，只能测量（被测信

49、号- 信号地就是大地，信号端输出幅度小于 300V CAT II）信号的波形。绝对不能测量市电 AC220V 或与市电 AC220V 不能隔离的电子设备的浮地信号。（浮地是不能接大地的，否则造成仪器损坏，如测试电磁炉。 ） 4. 通用示波器的外壳，信号输入端 BNC 插座金属外圈，探头接地线，AC220V 电源插座接地线端都是相通的。如仪器使用时不接大地线，直接用 探头对浮地信号测量，则仪器相对大地会产生电位差；电压值等于探头接地线接触被测设备点与大地之间的电位差。这将对仪器操作人员、示波器、被测电子设备带来严重安全危险。 5. 用户如须要测量开关电源(开关电源初级,控制电路) 、UPS(不间

50、断电源)、电子整流器、节能灯、变频器等类型产品或其它与市电 AC220V 不能隔离的电子设备进行浮地信号测试时， 必使用 DP100 高压隔离差分探头。 示波器使用中的其他注意事项 （1） 热电子仪器一般要避免频繁开机、关机，示波器也是这样。 （2） 如果发现波形受外界干扰，可将示波器外壳接地。（3） “Y 输入”的电压不可太高，以免损坏仪器，在最大衰减时也不能超过400 V.“Y 输入”导线悬空时，受外界电磁干扰出现干扰波形，应避免出现这种现象。（4） 关机前先将辉度调节旋钮沿逆时针方向转到底，使亮度减到最小，然后再断开电源开关。（5） 在观察荧屏上的亮斑并进行调节时，亮斑的亮度要适中，不能

51、过亮。万用表的使用： （一）表头 万用表的表头是灵敏电流计。表头上的表盘印有多种符号，刻度线和数值（如图 3-4（B） ） 。符号 A 一 V 一 表示这只电表是可以测量电流、电压和电阻的多用表。表盘上印有多条刻度线，其中右端标有“”的是电阻刻度线，其右端为零，左端为，刻度值分布是不均匀的。符号“”或“DC”表示直流， “”或“AC”表示交流， “”表示交流和直流共用的刻度线。刻度线下的几行数字是与选择开关的不同档位相对应的刻度值。 表头上还设有机械零位调整旋钮，用以校正指针在左端指零位。 （1）选择开关 万用表的选择开关是一个多档位的旋转开关。用来选择测量项目和量程。（如图 3 一 4（B）

52、 ） 。一般的万用表测量项目包括：“mA”；直流电流、 “V”：直流电压、 “V”：交流电压、 “”：电阻。每个测量项目又划分为几个不同的量程以供选择。 （2）表笔和表笔插孔 表笔分为红、黑二只。使用时应将红色表笔插入标有“”号的插孔，黑色表笔插入标有“”号的插孔。 二、万用表的使用方法 （1）万用表使用前，应做到：1万用表水平放置。2应检查表针是否停在表盘左端的零位。如有偏离，可用小螺丝刀轻轻转动表头上的机械零位调整旋钮，使表针指零。 3将表笔按上面要求插入表笔插孔。 4将选择开关旋到相应的项目和量程上。就可以使用了。 （2）万用表使用后，应做到： 1拔出表笔。 2将选择开关旋至“OFF”档

53、，若无此档，应旋至交流电压最大量程档，如“又 1000V”档。 3若长期不用，应将表内电池取出，以防电池电解液渗漏而腐蚀内部电路。使用万用表时注意事项(1) 在使用万用表之前，应先进行“机械调零” ，即在没有被测电量时 ，使万用表指针指在零电压或零电流的位置上。(2) 在使用万用表过程中，不能用手去接触表笔的金属部分 ，这样一方面可以保证测量的准确，另一方面也可以保证人身安全。 (3) 在测量某一电量时，不能在测量的同时换档，尤其是在测量高电压或大电流时 ，更应注意。否则，会使万用表毁坏。如需换挡，应先断开表笔，换挡后再去测量。 （4） 万用表在使用时，必须水平放置，以免造成误差。同时， 还要

54、注意到避免外界磁场对万用表的影响。（5）万用表使用完毕，应将转换开关置于交流电压的最大挡。如果长期不使用 ，还应将万用表内部的电池取出来，以免电池腐蚀表内其它器件。 （6）选择合适的倍率。在欧姆表测量电阻时，应选适当的倍率，使指针指示在中值附近。最好不使用刻度左边三分之一的部分，这部分刻度密集很差。 （7）使用前要调零。 （8）不能带电测量。 （9）被测电阻不能有并联支路。 （10）测量晶体管、电解电容等有极性元件的等效电阻时，必须注意两支笔的极性。 （11）用万用表不同倍率的欧姆挡测量非线性元件的等效电阻时，测出电阻值是不相同的。这是由于各挡位的中值电阻和满度电流各不相同所造成的，机械表中，

55、一般倍率越小，测出的阻值越小。 万用表测直流时 （1）进行机械调零。 （2）选择合适的量程档位。 （3）使肜万用表电流挡测量电流时，应将成用表串联在被子测电路中，因为只有串连接才奶使流过电流 表的电流与被测支路电流相同。测量时，应断开被测支路，将万用表红、黑表笔串接在被子断开的两点之间。特别应注意电流抄录能并联接在被子测电路中，这样做是很危险的，极易使万表烧毁。 （4）注意被测电量极性。 （5）正确使用刻度和读。 （6）当选取用直流电流的 2.5A 挡时，万用表红表笔应插在 2.5A 测量插孔内，量程开关可以置于直流电流挡的任意量程上。 （7）如果被子测的直流电流大于 2.5A，则可将 2.5

56、A 挡扩展为 5A 挡 。方法很简单，使用者可以在“2.5A”插孔和黑表笔插孔之间接入一支 0.24 欧姆的电阻 ，这样该挡位就变成了 5A 电流挡了。接入的 0.24A 电阻应选取用 2W 以上的线绕电阻 ，如果功率太小会使之烧毁。 用万用表判断扬声器的正负极时 首先，把指针式万用表拨到直流 05mA 挡，然后将两表笔分别接在待测扬声器的两个焊则红表笔接的是扬声器负极，黑表笔接的是扬声器正极。反之，红表笔接的是正极，黑片上。用手轻按扬声器的纸盆，观察万用表指针的摆动方向，若指针正向偏转，表笔接的是负极。 用万用表判断压电陶瓷的好坏 压电陶瓷是一种人工合成的压电材料。当受到外界压力时，两面会产

57、生电荷，电荷量与压力成正比，这种现象称为压电效应。压电陶瓷具有压电效应，即在外电场作用下，会产生形变，所以压电陶瓷片可用作发声元件。 利用压电陶瓷片的压电效应，可用万用表判断其好坏。 将压电陶瓷片的两极引出两根导线，然后把陶瓷片平放到桌子上，将两根引线分别接至万用表两表笔上，把万用表拨至最小电流挡，然后用铅笔橡皮头轻按陶瓷片，若万用表指针明显摆动，说明陶瓷片完好，否则，说明已损坏。 万用表的使用方法 1、36V 以下的电压为安全电压，在测高于 36V 直流，25V 交流电时，要检查表笔是否可靠接触，是否正确连接，是否绝缘良好等，以免电击。 2、换功能和量程时，表笔应离开测试点，测试时选择正确的

58、功能和量程，谨防误操作。 3、直流电压测量，先将量程开关转至相应的 DCV 量程上，然后将测试表笔跨接在被测电路上，红表笔所接的该点电压与极性显示在屏幕上。 4、交流电压测量，先将量程开关转至相应的 ACV 量程上，然后将测试表笔跨接在被测电路上。 5、直流电流测量，先将量程开关转至相应的 DCA 档位上，然后将仪表串入被测电路上。 6、交流电流测量，先将量程开关转至相应的 ACA 档位上，然后将仪表串入被测电路上。 7、电阻测量，将量程开关转到相应的电阻量程上，将两表笔跨接在被测电阻上。 8、电容测量，将量程开关转到相应的电容量程上，将测试表笔跨接在被测电容、两端进行测量，必要时注意极性。

59、9、极管及通断测试，将量程开关置 档。将红表接二极管正极，黑表笔接二极管负极。如测线路的通断时，将表笔连接在待测线路的两端，如蜂鸣器响则电路通，反之电路断开。 10、管放大倍数测量，将量程开关置于 hFE 档，决定所测晶体管为 NPN 型或 PNP 型，将发射极，基极，集电极分别插入相应的孔里扫频仪 TP3扫频仪的作用：扫频仪一般由扫描锯齿波发生器、扫频信号发生器、宽带放大器、频标信号发生器、X 轴放大、Y 轴放大、显示设备、面板键盘以及多路输出电源等部分组成。其基本工作过程是通过电源变压器将 50Hz 市电降压后送入扫描锯齿波发生器，就形成了锯齿波，这个锯齿波一方面控制扫频信号发生器，对扫频

60、信号进行调频，另一方面该锯齿波送到 X 轴偏转放大器放大后，去控制示波器 X 轴偏转板，使电子束产生水平扫描。由于这个锯齿波同时控制电子束水平扫描和扫频振荡器，因此电子束在示波管荧光屏上的每一水平位置对应于某一瞬时频率。从左向右频率逐渐增高，并且是线性变化的。扫频信号发生器产生的扫频信号送到宽带放大器放大后，送入衰减器，然后输出扫频信号到被测电路。为了消除扫频信号的寄生调幅，宽带放大器增设了自动增益控制器（AGC） 。宽带放大器输出的扫频信号送到频标混频器，在频标混频器中与 1MHz 和 10MHz 或50MHz 晶振信号或外频标信号进行混频。产生的频标信号送入 Y 轴偏转放大器放大后输出给示