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制作音频功率放大器_图文

制作音频功率放大器
实 验 报 告
学 院:物理与电子工程学院 指导老师: 学生姓名: 学 号:
2012 年 3 月 1 日

目录
一、实验要求 ......................................................................................1 二、实验目的 ......................................................................................1 三、实验器材 ......................................................................................1 四、实验原理 ......................................................................................1
1.总体假设 ...................................................................................1 2.电源部分 ...................................................................................3 3.放大电路部分 ...........................................................................4 五、焊接与调试 ..................................................................................5 1.焊接实物图 ...............................................................................5 2.焊接过程中出现的问题 ...........................................................6 3.接地的问题 ...............................................................................6 4.电源部分稳压管烧坏 ...............................................................6 5.调节电位器不能改变声音大小 ...............................................6 六、实验数据 ......................................................................................6 1.静态工作点 ...............................................................................6 3.最大输出功率 ...........................................................................7 4.电源供给功率 ...........................................................................7 5.工作效率 ...................................................................................7 6.输入输出阻抗 ...........................................................................7 7.放大增益 ...................................................................................7 8.频率响应 ...................................................................................7 七、实验总结 ......................................................................................8

用分立元件制作音频功率放大器
一、实验要求
本次课程设计需要采用全部或部分分立元件设计一个音频功率放大器。并设 计出此功率放大器所需的直流稳压电源。 参数要求:
(1)输出功率大于 10W。 (2)工作效率大于 50%。 (3)频响 100Hz~8kHz。
二、实验目的
1.了解一些阻容元件、部分模拟元件的的封装特性及相关参数,并熟悉仿真 软件(Multisim)操作应用。
2.通过本次实验,进一步学习模电知识。 3.锻炼自己分析问题解决问题的能力。
三、实验器材
电容:103、104、30pf、330pf 电解电容:1uf、10uf、220uf 两个、4.7uf 两个 电阻:100Ω两个、1k、10k、15k、100k、4.7k 两个、2.2k 两个、100Ω/1W 晶体管:9013 两个、9012、8050、8550、TIP41C、TIP42C 12V 变压器、5A 的桥式振荡器、8Ω扬声器。
四、实验原理
1.总体假设
OCL 功率放大器的主要任务是不失真地向负载提供足够大的功率,这里所说 的输出功率是指低频交变电压和交变电流的乘积,即交流功率,直流成分产生的 不是这里的输出功率,他具体有如下特点:
(1)输出信号的幅值大,容易产生失真。 (2)输出功率大,消耗在电路的功率也大,电源提供的能量效率对整机的影 响很大。 (3)为了得到尽可能大的输出功率,晶体管常常工作在极限应用状态:UCE
1

最大时会接近 UCEO,IC 最大时可以达 ICM,晶体管的最大管耗可能接近 PCM。 该功率放大器由直流稳压源,前置放大电路功率放大电路组成。电源供给
220v,50Hz 交流电,经过稳压源输出±12v 直流电压提供给放大电路,使功放 正常工作。
本功放采用典型的 OCL 电路,它具有稳定性高、频响范围宽、保真度好等优 点,电路原理图如下:
图一
图二
2

图一中的部分三极管如 9013,9012 等在仿真软件中没有,仿真时用参数相同 的其它管代替,图一和图二是同一个功放电路。
图一中,VT2、VT3 组成差分输入电路,输入的音频信号经放大后,从 VT3 的集电极输出,R9、VD1-VD3 上的压降为 VT4 和 VT7 提供直流偏置电压,用于克 服两管的截止失真,音频信号经 VT4、VT7 预推放大后,具有足够的电流强度, 然后送入 VT5、VT6 完成功率放大,信号正半周时,电流从正电流经 VT5 流向负 载后到地,负半周时电流从地经负载、VT6 流向电源负极,整个功程中,VT5、 VT6 始终处于微导通状态,因此这种功率放大器也叫作甲乙类互补对称功放电 路,这种电路由于采用了直接耦合的方式,因此频率特性非常好,制作完成后的 样机经输入不同频段正弦波信号后,从输出端的波形看,具有极高的保真度。
2.电源部分
直流稳压电源是一种将 220V 工频交流电转换成稳压输出的直流电压的装 置,它需要变压、整流、滤波、稳压四个环节才能完成。
在电子电路及设备中一般都需要稳定的直流电源供电。这次设计的直流电源 为小功率电源,它将频率为 50Hz、有效值为 220V 的单向交流电压转换为幅值稳 压、输出电流为几十安以下的直流电压。
交流电经过电源变压器、整流电路、滤波电路和稳压电路转换成稳定的直流 电压。其基本设计思路如下:
(1)电网供电电压交流 220V(有效值)50Hz,要获得低压直流输出,首先必 须采用电源变压器将 220V 电压降低获得所需要交流电压。
(2)降压后的交流电压,通过整流电路变成单向直流电,但其幅度变化大 (即脉动大)。
(3)脉动大的直流电压须经过滤波电路变成平滑,脉动小的直流电,即将 交流成份滤掉,保留其直流成份。
(4)滤波后的直流电压,再通过稳压电路稳压,便可得到基本不受外界影 响的稳定直流电压输出,供给负载 RL。
电源电路图如下:
3

V1
220 Vrms T2 50 Hz 0°
TS_PQ4_12

2 D4

4

1

3 1B4B42

C6 220?F

C10 4.7?F

C7 330nF

D5 1N4746A

C8

C11

220?F

4.7?F

C9 330nF

D6 1N4746A

3.放大电路部分

直流稳压源

(1)差分输入

本电路采用单输入单输出的差分放大电路。器

件主要为两个 9013 管(仿真时用 BC337 代替)。

主要起到抑制零点漂移的作用,对于 NPN 三极管而

言的,当 Ic 增加,Rc 上的压降 URc 增加,那么

Uc=Vc-URc 当然也就随之下降。一般在两个放大管

与 VEE 之间接的有一个恒流源。由于晶体管电流源

具有直流电阻小,交流电阻大的特点,在模拟集成

电路中广泛地把它作有源负载使用。1uf 电解电容

为消振,避免自激振荡。 (2)激励放大

R1 100kΩ

R2 2.2kΩ
Q1 BC337

R3 2.2kΩ

R6 100Ω

Q3

C3 2SA1015

Q2

100pF

BC337

在差分放大电路输出后,输入 9012 管,主要

进行激励放大,给输后级电路提供较大的功率信号,以推动功率输出级放大输出R5。

103

电容防止产生自激。在集电极下串联一个

1G0N0DΩ

和三个

IN4148

1kΩ
二极管,给后

面的互补对称电路提供极间电压,防止产生交越失真。

GND

(3)互补对称电路

R4

15kΩ

采用 8050 与 8550 三极管,当信号处于正半周期时,T1 导通,T2 截止,T1 承

担放大任务,有电流流过输出级,而当信号处于负半周期时 T1 截止,T2 导通,放大

任务由 T2 承担。大大提高了效率,降低了功耗。同时为了防止交越失真,在两

管基极间串联三个 IN4148 二极管。用以驱动输出级的两个功率管。

调节末级偏流电阻,可防止产生交越失真。最后输出级电流和电压都比较大, 互补对称放大电路的对称性好,可以有效地减小波形的失真。

(4)输出级电路

输出级由 TIP41C 和 TIP42C 功率管组成,并分别与前级 NPN 管复合,提高了 放大倍数。提高了电路带负载的能力。

(5)反馈电路

4

本电路反馈电路由输出级,通过滑动变阻器,定值电阻和电容,输入差分电 路。本电路为电压并联负反馈。当由于某种原因使工作点 Q 点发生变化时,负反 馈会通过电路反馈到输入端来减弱使这个使工作点 Q 点发生变化的原因,从而达 到稳定的作用。但同时又降低了增益。
五、焊接与调试 1.焊接实物图
5

2.焊接过程中出现的问题
在焊接前没有整体布局,导致元件放置杂乱,给检查电路带来很大麻烦。而 且焊点太大,外观上不好看,影响输出音质。以后在焊接时,一定要认真布局好 电路,将元件排布整齐,这样检查电路和更换元件时会比较容易。焊接技术还有 待提高。
3.接地的问题
刚开始不知道地线怎么接,按电路图焊接完成后,检查电路,接通电源,没 有出声。觉得应该是接地出了问题,后来发现变压器输出有三个接头,于是把地 线接到了变压器输出端中间的那个接线柱上,通电后,输入音频数据就有声音输 出。但效果不是很好,杂音比较大。
4.电源部分稳压管烧坏
功放当输入声音过大时,不能正常工作了。与小组讨论后得知其他成员也有 这样的问题出现,后来发现是电源部分的稳压管烧了,研究电路图后我们猜想: 可能此处电压超过了 1N4647A 这两个稳压管的电压值,又发现这两个稳压管不 是此电路中的必要原件,可以去掉,于是剪掉了这两个稳压管。事实证明,我们 的猜想是正确的,去掉稳压管后电路仍可以正常工作,而且不存在因输入声音过 大而稍缓稳压管致使功放不能工作的问题了。
下图是改进后的电源:

V1
220 Vrms T2 50 Hz 0°
TS_PQ4_12

2 D4

4

1

3 1B4B42

C6 220?F

C10 4.7?F

C7 330nF

C8

C11

220?F

4.7?F

C9 330nF

5.调节电位器不能改变声音大小
起初我的功放上的电位器只能当开关用,不能调节声音大小,认为电位器是 坏的,后来重新换了一个电位器,可以调声音,但调节电位器阻值,声音只有微 弱变化,效果不明显。又测量先前的电位器,转动旋钮,其阻值发生变化,但不 知问什么不能调节声音大小。这个问题目前我们小组还没有解决。
六、实验数据
1.静态工作点:(单位:V)
6

Q1,9013 Q2,9013 Q3,9012 Q4,8050 Q5,8550 Q6,TIP41C Q7,TIP42C

Vb -0.25 -0.25 15.87 0.52 -1.36 -0.12 -0.82

Vc 16.04 15.60 0.52 16.7 -14.20 16.68 -14.16

Ve -0.88 -0.89 16.51 -0.10 -0.82 -0.23 -0.23

2.噪声电压:(输入信号为 0,输入短接,输出负载时的电压)

U=0.221V

3.最大输出功率:

调整输入电压,观察输出波形之最大不是真,测量此时的输出电压及最大输

出电压。

UO=13.8V

P om =U02/R l =23.8W

4.电源供给功率:

V cc =16.03V I1=1.35A V=14.17V I2=0.96A PV=16.03×1.35+14.17×0.96=35.2W
5.工作效率:

η =P om / PV×100%=67.62%
6.输入输出阻抗:
输入阻抗:Ri=2.1/(10-2.1)×470=124.9 欧 输出阻抗:Ro=

7.放大增益:

U0=50mv UI=360mv
8.频率响应:

Av=U0/UI=7.2

1HZ

5HZ

10HZ 50HZ 100HZ 200HZ 500HZ 800HZ

0.02V 0.05V 0.07V 0.22V 0.25V 0.26V 0.26V 0.26V

7

1KHZ

5KHZ 10KHZ 20KHZ 30KHZ 50KHZ 80KHZ 70KHZ

0.275V 0.26V 0.27V 0.36V 0.34V 0.27V 0.16V 0.17V

100KZ 150KZ 200KZ 400KZ 600KZ 700KZ 800KZ

\

0.14V 0.11V 0.1V 0.08V 0.06V 0.06V 0.06V

\

根据测试数据可得频带为 50HZ——50KHZ。

七、实验总结

对于做功放本身,就是一次学习模电的机会,对以前没学会的模电又重新学 习了一下。因为本次焊接前没有布局好,导致元件排列杂乱,给后期调试带来了 很大麻烦,所以以后在焊接电路前一定要认真布局。通过本次实践,对模电有了 新的认识,模拟电路真的很奇怪,变幻莫测,同一样的电路图,不同人做出来效 果就不一样,甚至同一个东西,放两天不动它,就会出现奇奇怪怪问题,不能正 常工作。
以前学过的直流稳压源由变压,整流,滤波,稳压四部分组成,所以在设计 电路时,理所当然地加上了稳压管,结果出现了烧坏稳压管的情况,后来通过小 组讨论、研究才知道,本电路的电源部分不应该加稳压管。这一点对我的启发就 是:学过的东西在用的时候不能完全平移过去,要按实际情况有所改变,所谓具 体问题具体分析。

8


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