音频功率放大电路实验报告分析

实验报告课程名称：电路与模拟电子技术实验指导老师：成绩：__________________实验名称：音频功率放大电路实验类型：研究探索型实验同组学生姓名：__________一、实验目的和要求1、理解音频功率放大电路的工作原理。2、学习手工焊接和电路布局组装方法。3、提高电子电路的综合调试能力。4、通过myDAQ来分析理论数据和实际数据之间的关系。二、实验内容和原理（必填）音频功率放大电路，也即音响系统放大器，用于对音频信号的处理和放大。按其构成可分为前置放大级、音调控制级和功率放大级三部分。作为音响系统中的放大设备，它接受的信号源有多种形式，通常有话筒输出、唱机输出、录音输出和调谐器输出。它们的输出信号差异很大，因此，音频功放电路中设置前置放大级以适应不同信号源的输入。为了满足听众对频响的要求和弥补设置了音调控制放大器，希望能对高音、低音部分的频率特性进行调节扬声器系统的频率响应不足，。为了充分地推动扬声器，通常音响系统中的功率放大器能输出数十瓦以上功率，而高级音响系统的功放最大输出功率可达几百瓦以上。扩音机的整机电路如下图所示，按其构成，可分为前置放大级，音调控制级和功率放大级三部分。专业：姓名：学号：日期：地点：桌号装订线点名册上的序号前置放大级音调控制放大级功率放大级vivo前置放大电路：前置放大级输入阻抗较高，输出阻抗较低。前置放大级的性能对整个音频功放电路的影响很大，为了减小噪声，前置级通常要选用低噪声的运放。由A1组成的前置放大电路是一个电压串联负反馈同相输入比例放大器。理想闭环电压放大倍数为：231RRAvf输入电阻：1RRif输出电阻：0ofR功率放大级：对于功率放大级，除了输出功率应满足技术指标外，还要求电路的效率高、非线性失真小、输出与音箱负载相匹配，否则将会影响放音效果。集成功率放大器通常有OTL和OCL两种电路结构形式。OTL功放的优点是只需单电源供电，缺点是输出要通过大电容与负载耦合，因此低频响应较差；OCL功放的优点是输出与负载可直接耦合，频响特性较好，但需要用双电源供电。（实验室提供本功能模块）本实验电路的功率放大级由集成功率器件TDA2030A连成OCL电路输出形式。TDA2030A功率集成电路具有转换速率高，失真小，输出功率大，外围电路简单等特点，采用5脚塑料封装结构。其中1脚为同相输入端；2脚为反相输入端；3脚为负电源；4脚为输出端；5脚为正电源。功放级电路中，电容C15、C16用作电源滤波。D1和D2为防止输出端的瞬时过电压损坏芯片的保护二极管。R11、C10为输出端校正网络以补偿感性负载，其作用是把扬声器的电感性负载补偿接近纯电阻性，避免自激和过电压。图中通过R10、R9、C9引入了深度交直流电压串联负反馈。由于接入C9，直流反馈系数F´＝1。对于交流信号而言，因为C9足够大，在通频带内可视为短路，所以交流反馈系数由R10、R9确定。因而该电路的电压增益为91031RRAv音频控制电路：音调控制放大器的作用是实现对低音和高音的提升和衰减，以弥补扬声器等因素造成的频率响应不足。常用的音调控制电路有衰减式音调控制电路和反馈式音调控制电路两类。衰减式音调控制电路的调节范围宽，但容易产生失真；反馈式音调控制电路的调节范围小一些，但失真小，应用较广。实验电路采用由阻容网络组成的RC型负反馈音调控制电路。它是通过不同的负反馈网络和输入网络造成放大器闭环放大倍数随信号频率不同而改变，从而达到对音调的控制。反馈型音调控制电路如图所示。C4、C5在高频区视为短路；C6、R7支路在低频区视为开路图中，R4=R5=R6=R=20K；C4=C5C6；RP1=RP2≈9R。通过理论计算可得其幅频特性曲线，如下图所示。由图可见，音调控制级的中频电压放大倍数Aum=1；当ffL1(48Hz)时低音控制范围为±18dB，当ffH2(19KHz)时高音控制范围也为±18dB。三、主要仪器设备1、示波器、信号发生器、稳压电源。2、空电路板，电烙铁等工具。3、μA741、电阻电容等元件。四、实验步骤及数据记录1.静态调试(1)对照原理图，检查电路的正确性。(2)加电源，注意观察（电源电流大小，有无冒烟）。(3)静态测试：将输入接地，测试各级电路的静态工作点。要求零输入时零输出。实验时需注意：(1)需特别注意：电解电容极性有没有接反；正电源、负电源、地之间有无短路。观察一下散热片与集成功放是否紧密接触（必须用螺丝固定）。(2)电源线必须卡在卡座上，不能搭在插孔中。(3)打开电源后，注意观察电流大小（约0.04A）。(4)测量集成运放各引脚电压时，避免引脚短路，以免造成运放损坏。(5)测量集成功放TDA2030的输出电压时，不要直接在TDA2030的引脚上测量（选相连的电阻电容引脚）（TDA2030引脚短路时必定烧毁）。(6)集成运放μA741的电源电压值约为±14V。(7)集成功放TDA2030的电源电压值约为±14.3V。实验测得数据如下：静态电压VO1VO2VO3实测值28.9mV27.4mV31.0mV注：实验发现：在不接入任何信号时，示波器就有示数，与测得的静态电压十分接近，说明以上三个静态电压示波器度数并不准确，实际近似为0.2.动态调试（1）输入信号频率为1kHz的正弦波（有效值设为VRMS=40mV）。（2）用示波器检查各级电路的输出，验证电路功能。（3）分别调节音调控制电位器RP1和RP2，检查输出幅度如何变化。（4）调节音量电位器RP3，检查输出幅度是否变化。（5）电路功能正常后，将音量电位器RP3置于最大位置、音调控制电位器置于中心位置，用示波器测量主要节点的电压幅度，记录到表格中。实验时需注意：（1）为保证测量精度，所有指标都需要用示波器来测量。（2）噪声电压不一定是正弦波，但通常用等效的正弦波有效值来表征。（3）指标（1～6）都应在音量电位器RP3置于最大位置、音调控制电位器置于中心位置时进行测量。（4）最大不失真输出电压Vomax和输入灵敏度Vimax可以一起测。带载时还可以进一步计算出最大输出功率Pomax。（5）音频功放电路要求通频带不小于50Hz～20kHz。测量时输出电压幅度应不超过最大输出幅度的70～80％左右，如取1V或5V有效值。（6）高低音提升衰减量的实测值约为±10dB左右实验数据记录如下：当输入电压Vi=40mV时节点电压实测值放大倍数实测值Vi＝Vi140mV前置放大级Av16.4Vo1＝Vi2256mV音调控制级Av2-0.965Vo2＝Vi3247mV功率放大级Av334.6Vo3＝Vo8.54V整机Av213.5当输入电压Vi=10mV时节点电压实测值放大倍数实测值Vi＝Vi110mV前置放大级Av16.34Vo1＝Vi263.4mV音调控制级Av2-1.03Vo2＝Vi365.4mV功率放大级Av332.57Vo3＝Vo2.13V整机Av2133.空载测量整机指标整机电压增益Av213.5最大不失真输出电压Vomax9.28V输入灵敏度Vimax43.7mV噪声电压VN130mV频率响应特性fL和fHfL=7HzfH=20.5kHz高音控制特性(f=10kHz)高音净提升量高音净衰减量10.02dB-13.5dB低音控制特性(f=100Hz)低音净提升量低音净衰减量13.25dB-11.7dB五、分析1、静态调试Vo1、Vo2、Vo3的静态电压均很小，可以近似为零。在实验中发现，其实这三个电压用示波器测量并不准确，因为示波器在没有连任何信号时，其就有一定的示数，与测量得到的三个静态电压值近似，所以，这三个电压值其实应该更小，近似为零，符合要求。2、动态：前置放大电路增益理论值为1.611.51231AvkkRR，实测值为6.34，误差较小，产生误差的原因可能是器件本身的影响。3、动态：音频控制电路在中频段工作时，电路是一个电压跟随器，理论上Av=-1。实际测得Av在-1左右，非常接近。4、动态：功放电路理论计算增益为35.32680k221R9R101Av，实际测得数值为34.6和32.57，与理论值很接近。产生微小误差的原因可能是和电路中的电容以及期间本身有关。5、最大不失真输出电压理论上，最大不失真输出电压应该比15V稍小，大概在12V左右，实际测得为9.28V，有一定差距。但最大不失真输出电压是不断调整才测出来的，准确测量不易，所以9.28V是可以接受的。六、思考题解答1.引起噪声、自激、失真现象的原因是什么？噪声：电源干扰噪声、接地回路噪声、设备内部电路产生噪声等自激：一种可能是将负反馈连接成正反馈了；还有可能是在频率较大时，其输出相移超过180°同时，AF＞1.失真：输入信号过大，静态时输出不是0等2.在音频功率放大电路实验中，扩音机的整机电路按其构成可分为前置放大级、音频控制级和功率放大级三部分。3.音频功放电路中各个电位器的作用分别是什么？Rp1、Rp2：音调调节Rp3：音量调节4.各级电路放大倍数的理论值分别是多少？前已有计算5.C1、C2作用？分别是什么电容？使用时注意事项。C1是耦合电容，较大，隔直流通交流；C2有消除自激振荡的作用，较小。由于C1是电解电容，使用时应该注意极性。6.静态时输出端有电压什么原因，怎样处理？我在进行这一实验时，静态时输出仍有电压是示波器不准确导致的；布线、焊接等因素都会使电路内部产生噪声电压。7.放大倍数出现异常，应该怎样检查？如何改正？逐级检查，找到问题所在级。根据异常放大倍数，判断问题可能所在：是否存在断路等情况，可在断开电源时用万用表检查。8.如何测量音频功放电路的输入灵敏度和噪声电压？没有输入信号（即将输入端对地短路）时，测得的输出电压有效值即为噪声电压，用示波器测量。最大不失真输出电压时所对应的输入电压，即为输入灵敏度Vimax。用示波器测量。测量以上两个量时，音量电位器Rp3均处于最大位置，音调电位器Rp1、Rp2均处于中间位置。9.如何测量音频功放电路的高音的净提升量？将低音电位器RP1调到中间位置，并使电位器RP2旋至二个极端位置C和D，一次测出AVC和AVD，（即测出VOC和VOD）由此计算出VOC/VOD。，oovvVVAACClg20lg20，oovvVVAADDlg20lg20这两个数值，正值为高音净提升量，负值为高音净衰减量。八、讨论、心得本次实验非常有趣，是对理论知识的一次实践，也促进了理论的学习。实验中，焊电路板这项工作耗费了较长时间，是对于动手能力的锻炼。其实在焊板子的时候，自己对于理论还是一知半解，在比葫芦画瓢焊、一次又一次的错误中，我对电路的每一部分的功能都有了清楚认识，实践确实出真知。