项目三音频功率放大器制作与调试课件.ppt

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。,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。,目录,（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,（一）、反馈的识别,1、反馈的分类负反馈：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。,（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。,（一）、反馈的识别,（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。,（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。,（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。,（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。,（一）、反馈的识别,6、运算放大器电路反馈类型的判别方法（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。,（二）、负反馈的类型识别,1、负反馈的类型,（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。,（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。,（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,（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。,（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。,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。,（三）、负反馈对放大电路性能的测试,（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,（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。,（四）、功率放大电路的制作,（2）特点:要求输出功率尽可能大，是大信号工作状态，应采用图解法；由于处于大信号工作状态，易产生非线性失真；要考虑电路的功率转换效率，并使其尽可能的高；需要解决功放管的散热问题。,（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。,（四）、功率放大电路的制作,（5）对功率放大电路的要求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。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。,（四）、功率放大电路的制作,（6）晶体管的工作方式甲类方式：晶体管在信号的整个周期内均处于导通状态。乙类方式：晶体管仅在信号的半个周期处于导通状态。甲乙类方式：晶体管在信号的多半个周期处于导通状态。,（四）、功率放大电路的制作,2、变压器耦合功率放大电路 单管甲类电路:,（四）、功率放大电路的制作,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 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。,（四）、功率放大电路的制作,3、OTL电路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：VCCT1CRL地,C充电。输入电压的负半周：C 的“”T2地RLC“”,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。,（四）、功率放大电路的制作,4、OCL电路,（四）、功率放大电路的制作,5、BTL电路,（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。,（五）、集成功率放大电路的制作,（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。,（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。,（五）、集成功率放大电路的制作,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。,（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 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。,（五）、集成功率放大电路的制作,（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。,（五）、集成功率放大电路的制作,4、集成运放工作的两个区域在分析运放时，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：开环电压放大倍数Aod=；开环输入电阻Rid=；开环输出电阻Rod=0；共模抑制比KCMRR=；有无限宽的频带。,（五）、集成功率放大电路的制作,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。,（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”。,（五）、集成功率放大电路的制作,理想运放工作在线性区的特点： u+u，存在“虚短”现象； i+=i=0，存在“虚断”现象。,（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。,（五）、集成功率放大电路的制作,理想运放工作在非线性区的特点： 输出电压uo具有两值性，不存在“虚短”现象； i+=i=0，存在“虚断”现象。,（五）、集成功率放大电路的制作,5、集成运放的静态调试通常，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(“100”或“1k”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。,（五）、集成功率放大电路的制作,6、集成运放的保护电路 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。,（五）、集成功率放大电路的制作,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)。,（五）、集成功率放大电路的制作,（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。,（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。,（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。,（六）、音频功率放大器的制作与调试,1、总电路的设计 总电路主要由前置放大电路和功率放大电路两部分组成。,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引入交直流电压并联负反馈。V2、V4复合成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。,（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。,（六）、音频功率放大器的制作与调试,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i，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。,任务小结,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。,谢谢,