甲类功放甲类功放实验报告

模拟功放组装调试 目 录 第一章、任务及主要技术要求 1.1设计任务 2.1基本要求 第二章、框图分析 第三章、电路原理分析 3.1电路部分 3.2电源部分 3.3 布线 第四章、安装与调试 4.1安装 4.2调试 第五章、问题分析及实验内容与结果 5.1问题及分析 5.2实验内容及结果 第六章、实验小结 第七章、附录 附录1 电路仿真原理图 附录2 遇见的名词解释 第八章、参考文献 一、设计任务及主要技术要求 1.1设计任务 1）.完成电路图的选择、安装和调试 2）.完成原理图的分析 3）.得出实验结果并对主要问题进行解决 1.2基本要求 1）.掌握焊接调试的一般方法 2）.尽可能的提高输出功率和效率 3）.尽可能的减小失真度 二、框图分析 三、电路原理分析 3.1 电路部分： 1）、输入级：核心电路是由两支BC559（由A733代替）组成差分放大电路，起到克服零吧点漂移的作用，22k接地电阻是三极管的偏置电路，它的大小决定了整个电路的输入电阻，相对于主电路而言，主要是为基极提供偏流，以保证发射结正偏，集电结反偏，并起到稳定静态工作点的作用。8.2k电阻是差分电阻的公共发射极电阻，决定了差分电路的共模抑制比和本级的静态工作电流，可以由下式进行估算(两管值）：VCC/8.2K=20/8.2=2.4MA。。经过输入级放大的电流在流经1k可调电阻时产生的电压信号直接输送到下一级。1uf电容是整个电路的输入电容，其容量的大小和制造材料对音质的影响很大。 2）、电压放大级：本机使用一只三极管BD139，采用共射放大电路，还采用了自举电路。自举电路也叫升压电路，利用自举升压二极管,自举升压电容等电子元件，使电容放电电压和电源电压叠加，从而使电压升高．有的电路升高的电压能达到数倍电源电压。由100UF电容和两个1.5K电阻的分压电路组成。100P的小电容是做频率补偿用的，容量要尽可能的小，如果没有高频自激，可以不用。本级的静态电流可以由下式进行估算：VCC/（1.5k+1.5k)=6.8MA。 3）、输出级：在原理图的上部的两只MJE2955（由B834代替）和周边的元件组成了单端纯甲类放大电路，下半部分以两只MJE2955为核心组成了大电流恒流源电路。其恒流电流值就是输出级的静态电流。可以根据下式估算：0.65/0.47*3=0.46A（把0.25Ω的电阻换成三只0.47Ω的电阻）。 4）、扬声器阻抗补偿电路： 因为扬声器是感性负载，为了使放大器的负载接近纯电阻，在功放的输出端对地一般都有电阻和电容串联的补偿电路，其电阻的阻值和扬声器的标称阻抗相当。 5）、正是由于电路简洁，所以音质几乎就是由原器件的特性所决定的。由于电路的发热量较高，要求元件的可靠性一定要高，电阻一律选用1/2W的金属膜电阻，所用电容由于用量较少，一定要选用精品。只要原器件的质量和焊接技术能够保证，整机的调试十分简单，通电前先把1K的可调电阻置于中间位置，在通电以后，调整该电阻使输出端对地电位尽量接近0V 即可，其余都由电路和原器件保证。 3.2 电源部分： 首先我们通过变压器把220v交流电转变成15v的交流电，然后通过整流把交流电压变成单方向的脉动电压，再用滤波电容尽可能的去除脉动电压的交流成分。 在设计电源的过程中，有几点值得参考： 1）整流时应该采用桥式整流。（桥式整流整流效率高，稳定性好。） 2）滤波采用大容量的电解电容是必要的,它能够储存足够的电能来满足在音乐短时尖峰信号出现时对电量的要求，使电路不致产生削波失真。 3）为防止大容量滤波电容存有一定感抗而妨碍某些高频成分的滤波，可在滤波电容旁边并联一些容量递减的电解电容，并在最后并联一个高频小电容，进一步改善滤波的效果。 3.3 布线： 在布线时，如果布线设计不合理或组合安装不当，即使采用了优质的元器件，同样会产生严重的噪声，使音质变劣。 功放电路的噪声可以分为两大类：一是放大电路自身的内部噪声,通常只能选择低噪声的元器件加以克服；二是与放大电路本身无关，从外部混入的噪声，这种噪声与布线有密切的关系。 在布线时，以下几点原则可供参考： ①布线时，输入端与输出端的元器件应该尽量远离。 ②输入端与输出端的信号线不能靠近，更不可平行，否则可能会引起电路工作不稳定甚至自激。 ③多级电路应该按信号流程逐级排列，不能相互交叉，以免引起有害耦合和相互干扰。 ④电感元件注意它们之间的互感作用。 ⑤地线不能形成闭合回路，以免因地线环流产生噪声干扰。 ⑥在高频电路中，要采用大面积包围式地线方式，这样能有效防止电路自激，提高高频电路的稳定性。 ⑦在布线时线宽度和线间距应该尽量大些，以保证电气要求和足够的机械强度。一般的电子制作里，可使线宽和线间距分别大于1mm。 ⑧外壳不绝缘的元件之间应该有适当的距离，不可靠的太近，以免相碰造成短路。 ⑨开关、电位器、可变电容和插座等器件应当放在外围，以方便调节。 ⑩在布线时，可以说接地方式的正确与否对噪声的影响最大。与电力供应系统不同，这里的接地并非指安全接地，这里的“地”也非真正意义上的地，而是音响电路中的公共零电势参考点。这里的接地即是将与公共参考点等电位的点或面用导线连接起来，这称作工作接地。接地是抑制噪声和干扰的重要手段，不合理的接地会引起严重的交流噪声或使放大器出现自激震荡。 常用的接地方式有两种：逐级串联一点接地法与并联一点接地法。两者都有各自的优缺点。 下图1所示为逐级串联一点接地法。各放大电路按先后次序把接地点汇集在一条地线干路上，然后一端接地。这种方式特别适合于印刷电路板，此时每块线板上均应有输入和输出的地线点。由于铜模也存在电阻，当有“地电流”流过时就会产生电压降，很容易干扰邻近的电路级。这个电阻越大，干扰越严重。因此我们在设计印刷电路板时，应该把地线的铜模尽量设计宽阔，已尽可能的降低地线电阻。同时，整个线路的最终接地以输出端接地为好，有利于抑制放大器的自激。 下图2所示为并联一点接地法。各电路的地电位只与本电路的地电流和地线电阻有关。这对避免地电流耦合、减少干扰是有利的。但这种接地方式会造成接地线过多，并且由于地线引线长，使分布电感大，对高端的瞬态响应会有所影响。 四、安装与调试 4.1安装 音响放大器是一个小型电路系统，安装前要对整机线路进行合理布局，一般按照电路的顺序一级一级的布线，功放级应远离输入级，每一级的地线应尽量接在一起，连接尽可能短，否则很容易产生自激。 1).准备好元器件 2).安装时尽量把各个部分的元器件，插在同一区域。 3).把原件插上去（按由低到高的顺序，一般先焊接电阻，因为电阻是较低的元件，然后在焊接其它比电阻高一点的元件，以此类推。） 4).焊接时注意三极管的极性及时PNP管还是NPN管。 5).焊接时动作干净利索，以免烧毁元件。 4.1调试 1).检查电路是否焊接正确。 2).确认电路正确后，先接上电源。 3).调节1K变位器，是中点电压接近零。 4).测量各重要节点的静态工作点参数。 5).通过示波器观察电路的输出波形， 五、问题分析及实验内容与结果 5.1问题及分析 A、问题详述 1、变压器发热问题：焊接完成后，插电调试过程中，变压器迅速发烫，且扬声器只有滴滴的响声。 2、接负载后电源输出电压变低的问题：没接负载时，电源输出电压约为44.8v，接上负载后输出电压降到约为37.5v 3、接通电源，输入信号后，扬声器有噪声。 4、 B、问题分析及解决方法及结果 1、在调试的过程中，发现对管的静态发射极电流较大，许多元件发热，扬声器只有滴滴的响声，后来偶然在对管的公共发射极电阻旁边并联了一个220Ω的电阻，扬声器意外发声。但是静态工作点电流更大，变压器发热更厉害，过了一会儿大约五分钟就烧坏了，在对电路和元器件进行检查的过程中，发现上部功放管的第一只已经损坏，be间没有电阻，被击穿了，换上一直好的三极管后，电路正常，发出扬声器发出声音。在这个调试过程中，首先没在公共发射极电阻旁边并联了一个220Ω的电阻之前，变压器和部分元件发热，有可能一开始功放管就已经损坏，be间击穿，导致发射极电流增大，整个电路的电流也随之增大，超出变压器供电容量，形成过载，造成变压器发热。当并联上220Ω的电阻的电阻后，电流会更大，负载会更加大，变压器也就烧坏了。 2、在电容滤波电路中，负载直流电压随电流增加(RL减小)而减小。VL随IL的变化关系称 为输出特性或外特性，如右图所示。 当RL=∞时，即空载时C值一定，τd=∞ 有VLO= V2≈1.4V2 当C=0，即无电容时VL0=0.9V2 在整流电路的内阻不太大和放电时间常数 满足关系式：τd=RLC≥（3~5）T／2时，电容 滤波电路的负载电压VL与V2的关系约为 VL=（1.1~1.2）V2 所以通过以上分析，不难得出，在没有接入负载时直流输出电压保持在一个稳定的状态，接入负载后，滤波电容处在反复充放电过程中。负载便得到了一个锯齿波的电压VL=VC，由于充放电的时间过短，所以负载电压近似于不变。 3、首先应该是功率管中点电压偏离过大产生的噪音，在调试时把中点电压调成接近0，噪声明显减小，但还是有，应该是电路主板中的元器件，由于温度升高而性能变差。 C、实验内容及及结果： 1、在理论计算中，输入级的静态工作电流IC= VCC/8.2K=20/8.2=2.4mA，在实际测量中IC≈2.7mA。在电压放大级中静态工作点电流IC= VCC/（1.5k+1.5k)=6.8mA。在实际测量中IC≈7.0mA。在输出级中的恒流源中的电流值，即输出级静态工作点电流0.65/0.47*3=0.46A （把0.25Ω的电阻换成三只0.47Ω的电阻），在实际测量中IC≈530mA。 2、输入信号电压为0.07V时，输出电压约为1.43V，所以放大增益AV=1.23／0.07=20.42 在仿真过程中电压增益约为AV=24. 3、在测量过程中，接负载后直流电源输出电压约为VO=37.5v（正负两端），电流约为0.54A，所以电路的功率P1=37.5*0.54=20.25W，在输出端，在示波器上显示出最大不失真输出电压的峰峰值VP-P≈8.4V，所以，输出的最大功率POM=(8.4/)2/10=3.5W，所以该电路的最大输出效率约为η=3.5/20.25×100％=17.4％ 4、静态工作点的测量 ①、对管 VT1： VC=-20.0V VB=0.66V VE=1.34V VT2: VC=-20.6V VB=0.68V VE=1.34V ②、B139 VT1： VC=-20.8V VB=-8.31V VE=0V VT1： VC=-6.75V VB=-20V VE=-20.7V VT1： VC=-0.1V VB=-18.30V VE=-20.6V ③、BC549(C945代替): VC=-20.6V VB=20.5V VE=-20.6V ④、功放管：VC=0V VB=19.7V VE=20.5V VC=0V VB=19.7V VE=20.5V VC=-20.5V VB=-0.8V VE=0V VC=-20.5V VB=-0.8V VE=0V 5、输入波形 输出波形 饱和失真波形 合影 六、实验小结 通过这次制作与调试，我对以前所学的电路和模电知识有了更深层次的理解与巩固。设计一个很完整的电路，需要不断的尝试摸索，这在很大程度上提高了我考虑问题的全面性。设计完整的电路，还要考虑到它什么功能需要什么电路来实现。另外，还要考虑它的可行性，实用性等等。这样，也提高了我分析问题的能力。通过这次设计，我的理论知识上升到了一个实践的过程，我们需要多训练实际动手操作，增强我们的动手能力。 因为对仿真软件不能熟悉运用，而且此仿真软件有所限制，所以仿真的过程中遇到了很多困难，许多元件在元件库找不到，于是只能找资料用其他元件代替，不过有困难才能让我们学到更多。 我也深刻体会到了自己知识的匮乏。意识到自己所学的知识的肤浅，只是一个表面性的，理论性的，根本不能够解决在现实中还存在的很多问题。因此，学习中应多与实际应用相联系。总之，通过这次设计，不仅使我对所学过的知识有了一个新的认识。而且提高了我分析问题及动手操作的能力。使我的综合能力有了一个很大的提高。 第七章、附录 附录1 电路仿真原理图 附录2 遇见的名词解释 1、幅频特性：幅频特性是描绘输入信号幅度固定，输出信号的幅度随频率变化而变化的规律。 2、相频特性：是描绘输出信号与输入信号之间相位差随信号频率变化而变化的规律。幅频特性和相频特性统称放大电路的频率响应。 3、零点漂移 ： 　　零点漂移可描述为：输入电压为零，输出电压偏离零值的变化。它又被简称为零漂。 　　零点漂移是怎样形成的：运算放大器均是采用直接耦合的方式，我们知道直接耦合式放大电路的各级的Q点是相互影响的，由于各级的放大作用，第一级的微弱变化，会使输出级产生很大的变化。当输入短路时（由于一些原因使输入级的Q点发生微弱变化 象：温度），输出将随时间缓慢变化，这样就形成了零点漂移。 产生零漂的原因是：晶体三极管的参数受温度的影响。解决零漂最有效的措施是：采用差分放大器。 4、分布电容和分布电感：指电子元件之间或电子元件和线路之间的电容和电感叫分布电容和电感，一般很小的不影响电路，如果精密仪器得考虑。用电器断电后存在的电容和电感叫寄生电容和电感。 5、旁路电容和去耦电容：可将混有高频电流和低频电流的交流电中的高频成分旁路掉的电容，称做“旁路电容”。 对于同一个电路来说，旁路电容是把输入信号中的高频噪声作为滤除对象，把前级携带的高频杂波滤除，而去耦（也称退耦）电容是把输出信号的干扰作为滤除对象。我认为去耦电容和旁路电容没有本质的区别,电源系统的电容本来就有多种用途,从为去除电源的耦合噪声干扰的角度看,我们可以把电容称为去耦电容,如果从为高频信号提供交流回路的角度考虑,我们可以称为旁路电容.而滤波电容则更多的出现在滤波器的电路设计里.电源管脚附近的电容主要是为了提供瞬间电流,保证电源/地的稳定,当然,对于高速信号来说,也有可能把它作为低阻抗回路,比如对于CMOS电路结构,在0->1的跳变信号传播时,回流主要从电源管脚流回,如果信号是以地平面作为参考层的话,在电源管脚的附近需要经过这个电容流入电源管脚.所以对于PDS(电源分布系统)的电容来说,称为去耦和旁路都没有关系,只要我们心中了解它们的真正作用就行了。 6、自举电路：自举电路也叫升压电路，利用自举升压二极管,自举升压电容等电子元件，使电容放电电压和电源电压叠加，从而使电压升高．有的电路升高的电压能达到数倍电源电压。 7、自激：如果在放大器的输入端不加输入信号，输出端仍有一定的幅值和频率的输出信号，这种现象叫做自激振荡。 　　产生自激振荡必须同时满足两个条件： 　　1、幅度平衡条件|AF|=1 　　2、相位平衡条件φA+φF=±2nπ（n=0,1,2,3···） 　　同时起振必须满足|AF|略大于1的起振条件 　　基本放大电路必须由多级放大电路构成，以实现很高的开环放大倍数，然而在多级放大电路的级间加负反馈，信号的相位移动可能使负反馈放大电路工作不稳定，产生自激振荡。负反馈放大电路产生自激振荡的根本原因是AF（环路放大倍数）附加相移. 　　单级和两级放大电路是稳定的，而三级或三级以上的负反馈放大电路，只要有一定的反馈深度，就可能产生自激振荡，因为在低频段和高频段可以分别找出一个满足相移为180度的频率（满足相位条件），此时如果满足幅值条件|AF|=1，则将产生自激振荡。因此对三级及三级以上的负反馈放大电路，必须采用校正措施来破坏自激振荡，达到电路稳定工作目的。 　　可以采用频率补偿（又称相位补偿）的方法，消除自激振荡。 　　常用补偿方法有：一、滞后补偿（电容滞后补偿、RC滞后补偿和密勒效应补偿）； 　　二、超前补偿。