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项目三 音频功率放大器制作与调试_图文

项目三、音频功率放大器制作 与调试
任务一、音频功率放大器制作与调试

学习重点: ? 1、反馈的定义、分类。 ? 2、能够识读OTL、OCL功率放大器的电路图。 ? 3、典型功放集成电路的引脚功能。 ? 4、使用低频信号发生器。 学习难点: ? 1、按工艺要求装接典型电路。 ? 2、使用示波器与低频信号发生器。 ? 3、安装与调试音频功放电路,并检修音频功放电 路的简单故障。

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任务一、音频功率放大器制作与调试
明确目标: ? 1、掌握反馈的定义及分类。 ? 2、熟悉低频功率放大电路的基本要求和分类。 ? 3、掌握识读OTL、OCL功率放大器电路图的方法。 ? 4、熟悉功放器件的安全使用知识。 ? 5、熟悉典型功放集成电路的引脚功能。 操作示范: ? 1、反馈的定义及分类。 ? 2、识读OTL、OCL功率放大器的电路图的方法。 ? 3、4100系列功能集成电路及其功能框图。 ? 4、使用示波器,会使用低频信号发生器。 ? 5、识读功放集成电路的引脚功能。
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目录
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(一)、反馈的识别 (二)、负反馈的类型识别 (三)、负反馈对放大电路性能的测试 (四)、功率放大电路的制作 (五)、集成功率放大电路的制作 (六)、音频功率放大器的制作与调试

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(一)、反馈的识别
1、反馈的分类
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负反馈:反馈削弱净输入信号,使放大倍数降低。 正反馈:反馈增强净输入信号, 使放大倍数提高。 直流反馈:反馈只对直流分量起作用,反馈元件 只能传递直流信号。 交流反馈:反馈只对交流分量起作用,反馈元件 只能传递交流信号。 引入直流负反馈的目的是稳定静态工作点, 引入交流负反馈的目的是改善放大电路的性能。
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(一)、反馈的识别
2、判断正负反馈的瞬时极性法

(1)设接“地”参考点的电位为零,在某点 对“地”电压(即电位)的正半周,该点交 流电位的瞬时极性为正;在负半周则为负。
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(一)、反馈的识别
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(2)设基极瞬时极性为正,根据集电极瞬时 极性与基极相反、发射极(接有发射极电阻而 无旁路电容时)瞬时极性与基极相同的原则, 标出相关各点的瞬时极性。 (3)若反馈信号与输入信号加在同一电极上, 两者极性相反为负反馈;极性相同为正反馈。 (4)若反馈信号与输入信号加在两个电极上, 两者极性相同为负反馈;极性相反为正反馈。
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(一)、反馈的识别
3、判断直流反馈和交流反馈 如果反馈量只有直流量,则为直流反馈; 如果反馈量只有交流量,则为交流反馈。 直流反馈可以稳定静态工作点,交流反馈 可以改善放大器的动态性能。

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(一)、反馈的识别
4、判断串、并联反馈
输入、反馈、净输入在同一节点上为并联反 馈;输入、反馈、净输入在同一回路中为串联反 馈。

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(一)、反馈的识别
5、判断电压反馈和电流反馈
反馈、输出从晶体管同一极上引出为电压反馈;反 馈、输出从晶体管不同极上引出为电流反馈。

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(一)、反馈的识别
6、运算放大器电路反馈类型的判别方法
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(1)反馈电路直接从输出端引出的,是电压反馈;从负 载电阻RL的靠近“地”端引出的,是电流反馈; (2)输入信号和反馈信号分别加在两个输入端(同相和 反相)上的,是串联反馈;加在同一个输入端(同相或反 相)上的,是并联反馈; (3)对串联反馈,输入信号和反馈信号的极性相同时, 是负反馈;极性相反时,是正反馈; (4)对并联反馈,净输入电流等于输入电流和反馈电流 之差时,是负反馈;否则是正反馈。

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(二)、负反馈的类型识别
1、负反馈的类型

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(二)、负反馈的类型识别
2、负反馈类型的判别步骤 ? 找出反馈网络(一般是电阻、电容); ? 判别是交流反馈还是直流反馈; ? 判别是否负反馈; ? 是负反馈,判断是何种类型的负反馈。

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(三)、负反馈对放大电路性能的测试
1、降低放大倍数

|1+AF|称为反馈深度,其值愈大,负反馈作用 愈强,Af也就愈小。射极输出器、不带旁路电容的 共射放大电路的电压放大倍数较低就是因为电路中 引入了负反馈。

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(三)、负反馈对放大电路性能的测试
2、提高放大倍数的稳定性

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(三)、负反馈对放大电路性能的测试
3、改善波形失真
负反馈是利用失真的波形来改善波形的失真,因此只 能减小失真,而不能完全消除失真。

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(三)、负反馈对放大电路性能的测试
4、展宽通频带
引入负反馈使电路的通频带宽度增加。

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(三)、负反馈对放大电路性能的测试
5、对输入电阻的影响
(1)串联负反馈:使电路的输入电阻提高。

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(三)、负反馈对放大电路性能的测试
(2)并联负反馈:使电路的输入电阻降低

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(四)、功率放大电路的制作
1、功率放大电路概述
(1)性能指标:输出功率和效率。 功率放大电路的最大输出功率是在输入电压 为正弦波时,输出基本不失真情况下,负载上可能 获得的最大交流功率。若已知Uom,则可得Pom。 最大输出功率与电源损耗的平均功率之比为效率。

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(四)、功率放大电路的制作
(2)特点: ? ①要求输出功率尽可能大,是大信号工作 状态,应采用图解法; ? ②由于处于大信号工作状态,易产生非线 性失真; ? ③要考虑电路的功率转换效率,并使其尽 可能的高; ? ④需要解决功放管的散热问题。
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(四)、功率放大电路的制作
(3)分析方法:因大信号作用,故应采用图解法。
(4)晶体管的选用 ? 根据极限参数选择晶体管,在功放中,晶体管通 过的最大集电极或射极电流接近最大集电极电流, 承受的最大管压降接近c-e反向击穿电压,消耗 的最大功率接近集电极最大耗散功率。称为工作 在尽限状态。

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(四)、功率放大电路的制作
(5)对功率放大电路的要求
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①在电源电压一定的情况下,最大不失真输出 电压最大,即输出功率尽可能大。 ②效率尽可能高,因而电路损耗的直流功率尽 可能小,静态时功放管的集电极电流近似为0。

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(四)、功率放大电路的制作
(6)晶体管的工作方式
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①甲类方式:晶体管在信号的整个周期内均处 于导通状态。 ②乙类方式:晶体管仅在信号的半个周期处于 导通状态。 ③甲乙类方式:晶体管在信号的多半个周期处 于导通状态。

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(四)、功率放大电路的制作
2、变压器耦合功率放大电路
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单管甲类电路:

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(四)、功率放大电路的制作
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乙类推挽电路:

信号的正半周T1导通、T2截止;负半周T2导通、T1截止。 两只管子交替工作,称为“推挽”。设 β为常量,则负载 上可获得正弦波。输入信号越大,电源提供的功率也越大。
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(四)、功率放大电路的制作
3、OTL电路
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因变压器耦合功放笨重、自身损耗大,故选用OTL 电路。
输入电压的正半周:+VCC→T1→C→RL→ 地,C充电。 输入电压的负半周:C 的“+”→T2→地 →RL→C“-”,C放电。

C足够大,才能认为其对交流信号相当于短 路。OTL电路低频特性差。
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(四)、功率放大电路的制作
4、OCL电路

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(四)、功率放大电路的制作
5、BTL电路

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(五)、集成功率放大电路的制作
1、集成运算放大器组成及其特点
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集成运放具有体积小、重量轻、价格低、使用可靠、 灵活方便、通用性强等优点,它的种类型号众多, 但基本结构归纳起来通常由四部分组成。

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(五)、集成功率放大电路的制作
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(1)输入级:是提高运算放大器质量的关键部分, 采用具有恒流源的差动放大电路,也称差动输入级。 (2)中间级:主要作用是提供足够大的电压放大倍 数,故而也称电压放大级。 (3)输出级:主要作用是输出足够的电流以满足负 载的需要,同时还需要有较低的输出电阻和较高的 输入电阻,以起到将放大级和负载隔离的作用。 (4)偏置电路:偏置电路的作用是为各级提供合适 的工作电流,确定各级静态工作点。一般由各种恒流 源电路组成。
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(五)、集成功率放大电路的制作
2、集成运算放大器的图形符号和引脚功能 ? 集成运放的外形有双列直插式、扁平式和圆壳 式3种。

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(五)、集成功率放大电路的制作
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集成运放其第一级都是采用差动放大电路。所以, 集成运放有两个输入端。分别由两个输入端加入 信号,在电路的输出端得到的信号相位是不同的, 一个为反相关系,一个为同相关系,所以把这两 个输入端分别称为同相输入端(用+表示)和反相输 入端(用-表示),其符号如图所示。

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(五)、集成功率放大电路的制作
3、集成运算放大电器的主要参数
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集成运算放大器的性能可用一些参数来表示,为了合 理地选用和正确地使用运放,必须了解各主要参数的意义。 (1)开环差模电压放大倍数Aod:Aod指集成运放在无外加 反馈的情况下的差模电压放大倍数,即对于集成运放而言, 希望Aod大且稳定。 (2)最大输出电压UOPP:UOPP是指在额定电源电压下, 集成运放最大不失真输出电压的峰-峰值。 (3)差模输入电阻rid:rid的大小反映了集成运放的输入 端向信号源索取电流的大小。一般要求rid愈大愈好,普通 型集成运放的rid为几百千欧至几兆欧。
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(五)、集成功率放大电路的制作
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(4)输出电阻ro: ro的大小反映了集成运放在输 出信号时带负载能力。ro愈小愈好,理想运放ro为 零。 (5)共模抑制比KCMRR:共模抑制比反映了集 成运放对共模输入信号的抑制能力,KCMRR愈大 愈好,理想集成运放KCMRR为无穷大。

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(五)、集成功率放大电路的制作
4、集成运放工作的两个区域
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在分析运放时,为了使问题分析简化,通常把实 际运放看成是一个理想元件。所谓理想运放就是 将集成运放的各项技术指标理想化,即: ①开环电压放大倍数Aod=∞; ②开环输入电阻Rid=∞; ③开环输出电阻Rod=0; ④共模抑制比KCMRR=∞; ⑤有无限宽的频带。
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(五)、集成功率放大电路的制作
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在各种应用电路中,集成运算放大器的工作范围 可能有由两种情况:工作在线性区或非线性区, 集成运放电压传输特性如图所示。

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(五)、集成功率放大电路的制作
(1)理想运放工作在线性区的特点 ? 集成运放工作在线性区域时,其输出电压与 两个输出端的电压之间存在着线性放大关系, 即: ? 理想运放Aud=∞,而输出uo是一个有限值, 所以有 u+=u-。这种现象称为“虚短”。 ? 由于理想运放Rid=∞,因此在其两个输入端 均可以认为没有电流输入,即:i+=i-=0, 这种现象称为“虚断”。
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(五)、集成功率放大电路的制作
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理想运放工作在线性区的特点: ①u+=u-,存在“虚短”现象; ②i+=i-=0,存在“虚断”现象。

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(五)、集成功率放大电路的制作
(2)理想运放工作在非线性区的特点
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理想运放工作在非线性区输出电压uo具有两值性: 或等于运放的正向最大输出电压+UOPP,或等于 运放的负向最大输出电压-UOPP 。 当u+>u-时:uo=+UOPP ;当u+<u-时:uo= -UOPP 在非线性区内,运放的差模输入电压可能很大, 即u+≠u-,此时,电路的“虚短”现象将不复存在。 在非线性区内,虽然集成运放两个输入端的电位 不等,但因为理想运放的输入电阻rid=∞,故“虚 断”现象仍存在。
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(五)、集成功率放大电路的制作
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理想运放工作在非线性区的特点: ①输出电压uo具有两值性,不存在 “虚短”现象; ②i+=i-=0,存在“虚断”现象。

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(五)、集成功率放大电路的制作
5、集成运放的静态调试
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通常,在使用集成运放前要粗测集成运放的好坏。 可以用万用表的电阻中档(“×100Ω”或“×1kΩ” 档,避免电压或电流过大)对照管脚图测试有无短路 和断路现象,然后将其接入电路。 对于单电源供电的集成运放,应加偏置电路,设置 合适的静态输出电压。通常,在集成运放两个输入 端静态电位为二分之一电源电压时,输出电压等于 二分之一电源电压,以便能放大正、负两个方向的 变化信号,且使两个方向的最大输出电压基本相同。
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(五)、集成功率放大电路的制作
6、集成运放的保护电路
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集成运放在使用中常因输入信号过大、电源电压 极性接反或过高、输出端直接接“地”或接电源 等原因而损坏。为使运放安全工作,可从三个方 面进行保护。 (1)输入保护: 一般情况下,运放工作在开环(即未引反馈)状态 时,易因差模输入电压过大而损坏:在闭环(即引 入反馈)状态时,易因共模输入电压过大而损坏。

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(五)、集成功率放大电路的制作

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图(a)所示是防止差模电压过大的保护电路,由 于二极管的作用,集成运放的最大差模输入电 压幅值被限制在二极管的导通电压±UD。图(b) 所示是防止共模电压过大的保护电路,通过±V 和二极管的作用,集成运放的最大共模输入电 压被限制在±(V+UD)。
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(2)输出保护
当集成运放输出端对地 或对电源短路时,如果没有 保护措施,集成运放内部输 出级的管子将会因电流过大 而损坏。 图所示为输出端保护电路,限流电阻R与稳压管 DZ构成的限幅电路一方面将负载与集成运放输出端 隔离开来,限制了运放的输出电流;另一方面也限制 了输出电压的幅值,稳压管为双向稳压管,故输出电 压最大幅值等于稳压管的稳定电压±Uz。
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(五)、集成功率放大电路的制作
(3)电源端保护 ? 为了防止因电源极性 接反而损坏集成运放, 可利用二极管单向导 电性,将其串联在电 源端实现保护。

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(五)、集成功率放大电路的制作
7、集成功率放大电路方制作的一般步骤 ? (1)确定所制作功放功率的大小; ? (2)确定对音质的要求; ? (3)确定制作时所选用的集成电路功放电源 是单电源还是双电源; ? (4)确定所制作的功放是单声道还是立体声; ? (5)最后再确定所选择集成电路功放的型号。

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(六)、音频功率放大器的制作与调试
1、总电路的设计 根据图中所示, V1组成激励级,它的基极偏压 取自于中点电位 1/2VCC。Rp引入交直流电压并 总电路主要由前置放大电路和功率放 联负反馈。 V2、V4复合成 大电路两部分组成 。 NPN管,V3、V5复合 成PNP管,V6给两只复合管提供偏压,以消除 交越失真。V6还具有温度补偿作用。R3为V1集 电极负载电阻。R7用于减小复合管穿透电流。 R9、R10为负反馈电阻,用于稳定工作点和减 小失真。C7为输出耦合电容,充当另一组电源。

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(六)、音频功率放大器的制作与调试
2、系统调试 ? 在音频功率放大器中主要是通过调节滑动变 阻器的阻值,输出不同频率的正弦波来满足 设计要求。前级电路的调试较为简单,只要 测量一下输出电压是否符合驱动要求;功率 放大电路的测量较为复杂,含有较多的三极 管,对整个电路的影响较大,需要多次测量 来获得较为正确的数据。
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(六)、音频功率放大器的制作与调试
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电路板焊接完成后,先进行全面的检查。检查无误后,开始 进行电路板的有源调试。调试步骤如下: (1)输出波形的调试:先利用函数信号发生器,将信号设 置成电压有效值为5mv正弦波信号,然后连接到μi,将信号 送入音频功率放大器。在喇叭的两端通过测试线连接到数字 双踪示波器,接通电源后,观察示波器的波形,并记录输出 功率的大小,画出波形图。 完成数据的记录后,与设计中要求的数据进行比较,确 定硬件电路是否符合设计要求。 (2)通频带的调试:测量放大器通频带,测的是放大器增 益随频率变化的情况。在改变输入信号频率时,保持输入信 号幅值不变,输出信号幅值的变化正比于增益的变化。
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任务小结

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思考与提高
(1)反馈的分类:( )。 ? (2)在深度负反馈的情况下,闭环放大倍数仅与 ( )有关。 ? (3)功率放大器的性能指标包括:( )。 ? (4)集成运算放大器的基本结构为:( ); 列举集成运算放大器的主要参数( )。 ? (5)简述负反馈的类型。 ? (6)简述功率放大电路中晶体管的工作方式。
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