音頻功率放大電路試驗報告

1、學(xué)生序號 6實驗報告課程名稱：電路與模擬電子技術(shù)實驗指導(dǎo)老師：張冶沁實驗名稱： 音頻功率放大電路實驗類型：電路實驗專業(yè)： 姓名： 學(xué)號： 日期： 地點：成績：同組學(xué)生姓名：一、實驗?zāi)康暮鸵螅ū靥睿┤⒅饕獌x器設(shè)備（必填） 五、實驗數(shù)據(jù)記錄和處理 七、討論、心得二、實驗內(nèi)容和原理（必填）四、操作方法和實驗步驟 六、實驗結(jié)果與分析（必填）、實驗?zāi)康暮鸵?、理解音頻功率放大電路的工作原理。2、學(xué)習(xí)手工焊接和電路布局組裝方法。3、提高電子電路的綜合調(diào)試能力。4、通過 myDAQ來分析理論數(shù)據(jù)和實際數(shù)據(jù)之間的關(guān)系。二、實驗內(nèi)容和原理 音頻功率放大電路，也即音響系統(tǒng)放大器，用于對音頻信號的處理和放大。

2、按其構(gòu)成可分為前置放大 級、音調(diào)控制級和功率放大級三部分。作為音響系統(tǒng)中的放大設(shè)備，它接受的信號源有多種形式，通常有話筒輸出、唱機輸出、錄音輸出和調(diào)諧器輸出。 它們的輸出信號差異很大， 因此， 音頻功放電路中設(shè)置前置放大級以適應(yīng)不同信號源的輸入。為了滿足聽眾對頻響的要求和彌補揚聲器系統(tǒng)的頻率響應(yīng)不足，設(shè)置了音調(diào)控制放大器，希望能對高 音、低音部分的頻率特性進行調(diào)節(jié)。為了充分地推動揚聲器，通常音響系統(tǒng)中的功率放大器能輸出數(shù)十瓦以上功率，而高級音響系統(tǒng)的功 放最大輸出功率可達幾百瓦以上。擴音機的整機電路如下圖所示，按其構(gòu)成，可分為前置放大級，音調(diào)控制級和功率放大級三部分。三、主要儀器設(shè)備1、示波器

3、、信號發(fā)生器、穩(wěn)壓電源。2、空電路板，電烙鐵等工具。3、 A741、電阻電容等元件。四、操作方法和實驗步驟1. 靜態(tài)調(diào)試2. 動態(tài)調(diào)試3. 空載測量整機指標(biāo)4. 加載測量整機指標(biāo)5. 聽音試驗（選做）6. 用 myDQA調(diào)試前置放大級、音調(diào)控制級，比較用Multisim 仿真和用 myDAQ得到的結(jié)果進行分析比較。五、實驗數(shù)據(jù)記錄和處理1. 靜態(tài)測試靜態(tài)電壓VO1VO2VO3實測值0002. 動態(tài)調(diào)試（電壓為有效值）節(jié)點電壓實測值放大倍數(shù)實測值Vi =Vi110.2mV前置放大級 Av16.10Vo1=Vi262.2mV音調(diào)控制級 Av21.00Vo2=Vi362.2mV功率放大級 Av332

4、.80Vo3=Vo2.04V整機 Av200.063. 空載測量整機指標(biāo)整機電壓增益 Av200.06最大不失真輸出電壓 Vomax12.94V 峰值輸入靈敏度 Vimax62.79mV 峰值噪聲電壓 VN8.90mV 峰峰值下限截止頻率 f L45Hz上限截止頻率 f H10.22kHz高低音控制特性當(dāng) f=100HzVOVOAVOB低音凈提升量低音凈衰減量2.36V6.10V563mV8.25dB-12.45dB當(dāng) f=10kHzVOVOAVOB高音凈提升量高音凈衰減量1.63V6.03V477mV11.36dB-10.67dB六、實驗結(jié)果與分析1. 前置放大電路如右采用了 LM741 運

5、放組成電壓串聯(lián)負反饋同相輸入比例放大器。電路中C2用于消除自激振蕩，視為開路，理論閉環(huán)電壓放大倍數(shù)為試驗測得 6.10 倍，非常吻合。前置級輸入電阻為Ri =R1=100k，輸出電阻 Ro=02. 音調(diào)控制級如右其中 RP1 和 RP2是分別調(diào)節(jié)低音和高音的兩個電位器，調(diào)節(jié)RP1 和 RP2兩個電位器以改變反饋系數(shù)，從而改變放大器的幅頻 特性，以達到音調(diào)控制作用。理論電壓放大倍數(shù)為當(dāng) RP1 和 RP2均打到中間位置時，由于反饋網(wǎng)絡(luò)參數(shù)對稱，易知 Zf=Zi ，即 Avf2 =-1 ，實驗測得值為 -1.00 ，非常吻合。3. 功率放大級如右本實驗電路的功率放大級由集成功率器件TDA2030A

6、連成 OCL電路輸出形式。功放級電路中，電容C15、C16 用作電源濾波。 D2和D2 為防止輸出端的瞬時過電壓損壞芯片的保護二極管。R11、 C10為輸出端校正網(wǎng)絡(luò)以補償感性負載，其作用是把揚聲器的電感性負 載補償接近純電阻性，避免自激和過電壓。理論電壓放大倍數(shù)為實測值為 32.80 倍，已非常接近理論值。而 RP3的作用是調(diào)節(jié)電位 器分壓值作為功放級輸入，起到音量調(diào)節(jié)作用。4. 整機指標(biāo)實測整機電壓增益為 200.06 倍，理論值為 203.44 倍，非常接近。噪聲電壓很小，表明電路抗干擾能 力強，這也是由于使用了低噪聲前置級?？蛰d最大不失真輸出電壓為 12.94V ，受到了外加工作電壓

7、15V 的限制，實際上測量最大不失真輸出功率可以驗證元件參數(shù)，但出于安全考慮沒有帶載測量。通頻帶寬測 得為 45Hz10.22kHz ，人耳能感受到的頻率為 20Hz20kHz，因此截止頻率上限偏低，頻率響應(yīng)缺乏充足的 高音部分。低音、高音的凈提升量和凈衰減量均接近實驗參考值10dB。5. 聽音試驗 整機測試完成后，將功放級輸出端連在實驗室的音箱上，用音樂播放器通過音頻線連接前置放大級作 為輸入，在音箱上成功播放了龐麥郎的新歌阻止你哭泣 ，調(diào)節(jié) RP1 對低音有明顯的控制作用，調(diào)節(jié)RP2對高音有明顯的控制作用，而調(diào)節(jié) RP3對整體音量起決定性作用。七、討論、心得 本次實驗做了兩周，而且親自動手

8、焊電路板，感受頗多。首先第一次焊電路板感到十分新奇，一開始 也有點緊張，還好在細心操作下未曾傷到手或引起跳閘之類的事故。第一次焊好的電路板有一處電容接線 錯誤的地方，能在上電之前及時發(fā)現(xiàn)，實在是萬幸，究其原因是沒有把電路原理圖和電路板上的位置正確 對應(yīng)，這一點應(yīng)該積累經(jīng)驗。電路焊接本身的一個問題在于我過分追求美觀，把焊錫面做得比較圓滑，后 來了解到，其實應(yīng)該用更少量的焊錫，防止虛焊，也方便改接，畢竟實用性最重要。第二次課的功放電路測試基本還算順利，聽音實驗也很成功，尤其是通過自己焊接的電路板在音箱上 放出了歌曲，感到很有成就感，同時還理解到了音頻設(shè)備之間阻抗匹配的重要性，以及低音、高音增益的

9、原理，明白了調(diào)節(jié)均衡的意義所在，我自己是個吉他手，演出的時候也接觸過不少音頻設(shè)備，現(xiàn)在多少能 夠理解各種音頻器件的工作原理和重要參數(shù)了，相信對我的演藝副業(yè)也有一定幫助。另外我們小組組織了一次 myDAQ使用學(xué)習(xí)，特意借用了圖書館三樓的研究空間，花了一個小時左右完 成了入門并成功調(diào)試出了真實波形和仿真波形同時顯示?，F(xiàn)場圖片會打包和實驗報告上傳至 ftp 。1. 整理本次實驗數(shù)據(jù)，將實測值與理論估算值相比較并加以分析。 答：見實驗報告正文2. 分析實驗中出現(xiàn)的異?，F(xiàn)象。 答：沒有特別異常的現(xiàn)象，唯一一點不尋常的現(xiàn)象的某些功放級電路板通電后發(fā)現(xiàn)無法放大信號，或者直 流穩(wěn)壓源電壓被降下來了，這是由于功

10、放級存在質(zhì)量問題，內(nèi)部被燒壞或者一開始就不符合出廠標(biāo)準(zhǔn)，但 這也是可以解釋的，所以實際上還是沒出現(xiàn)不能解釋的異常。3. 引起噪聲、自激、失真現(xiàn)象的原因是什么？ 答：引起噪聲的原因有電源干擾噪聲、接地回路噪聲、設(shè)備內(nèi)部噪聲等，而放大電路較為靈敏，在很高的 放大倍數(shù)下，很小的干擾也可能被放大得很明顯；自激現(xiàn)象是由于環(huán)路增益大于1，反饋前后信號的相位差在 360以上，也就是形成了正反饋，較小的噪聲信號不斷自我加強，從而引起自激振蕩；4. 在音頻功率放大電路實驗中，擴音機的整機電路按其構(gòu)成可分為前置放大級、音調(diào)控制級和功率輸出級 三部分。5. 在 Pspice 軟件中仿真中，常用 AC Sweep、

11、DC Sweep、 Transient 對電路掃描分析，簡述三種掃描方式 用于分析什么參數(shù)？請以擴音機放大電路為例說明。答： AC Sweep用于分析電路的頻率特性，在擴音機電路中可以分析其通頻帶寬；DC Sweep用于分析直流通路中的電壓傳輸特性，在擴音機電路中沒用，因為各級之間都是以電容耦合，直流信號加不進去； Transient 瞬態(tài)分析用于分析特定頻率和輸入下，輸出電壓隨時間變化的關(guān)系，可以觀察輸出波形是否失 真，因此在擴音機電路中可以找到最大不失真輸出電壓，也可以用于觀察負載上的電流、電壓或功率。6. 音頻功放電路中各個電位器的作用分別是什么？答： RP1控制低音增益， RP2控制高

12、音增益， RP3控制整機音量。7. 各級電路放大倍數(shù)的理論值分別是多少？答：前置放大級為 6.1 倍，音調(diào)控制級為 1 倍（反相），功率輸出級為 33.35 倍， 整機為 203.44 倍（反相）8. C 1、 C2作用？分別是什么電容？使用時注意事項。答： C1是電解電容，起到耦合作用，容量較大，在接入電路的時候必須接對極性，在通頻帶內(nèi)看做短路， 對直流視作開路； C2 是瓷片電容，起到消除自激振蕩的作用，容量較小，通頻帶內(nèi)視作開路。9. 靜態(tài)時輸出端有電壓什么原因，怎樣處理？ 答：一般是由于元件內(nèi)部參數(shù)不對稱造成的失調(diào)電壓，一般較小，在輸入信號大的情況下可以忽略，但若 要處理，可以預(yù)先輸入

13、電壓用于平衡失調(diào)電壓，在此基礎(chǔ)上認(rèn)為是“零輸入” ?；蛘吒鼡Q更精密的運放。10. 放大倍數(shù)出現(xiàn)異常，應(yīng)該怎樣檢查？如何改正？ 答：首先分級排查是哪一級或哪幾級的放大倍數(shù)出了問題，在示波器上觀察是不適因為電壓已經(jīng)失真，若 并非失真， 當(dāng)確定某一級的放大倍數(shù)有誤， 應(yīng)檢查信號輸入端電阻和負反饋回路電阻的阻值之比是否正確， 電阻元件是否損壞，根據(jù)情況更換正確阻值的完好元件。11. 如何測量音頻功放電路的輸入靈敏度和噪聲電壓？（測量方法？什么儀器測？電位器位置？）答： RP1和 RP2打到中間位置， RP3打到最右端，將示波器的 CH1和 CH2分別接到功放電路的輸入和輸出端，用信號發(fā)生器產(chǎn)生正弦波到

14、輸入端，從零開始增大輸入信號，在示波器上觀察輸出電壓是否失真，當(dāng)達到失真邊界時，記錄輸入電壓，即為功放電路的輸入靈敏度；維持電位器狀態(tài)，將輸入端對地短路，測量輸 出信號，在示波器上觀察峰峰值（不可用平均值） ，此時的電壓即為噪聲電壓。12. 如何測量音頻功放電路的高音的凈提升量？（測量方法？計算表達式）答：先將 RP1、RP2電位器調(diào)至中間位置，調(diào)節(jié)輸入信號（ f=1kHz ），使輸出電壓為最大輸出電壓的 10左 右（ 0.5V 左右），測出 VO。將低音電位器 RP1調(diào)到中間位置，使高音電位器RP2調(diào)至 C端，測出 VOC。則高音凈提升量為（單位為分貝） ：13. 電子電路調(diào)試應(yīng)遵循哪些基本

15、原則？ 答：先靜態(tài)，后動態(tài)；先分級，后整機；插拔關(guān)閉電源。14. 比較 Multisim 、myDAQ、pspice 之間的聯(lián)系和區(qū)別， 用仿真軟件對實際電路設(shè)計的促進作用， 通過 myDQA 比較理論數(shù)據(jù)和實際數(shù)據(jù)之間的區(qū)別和聯(lián)系。 （重點分析 ） 答：本學(xué)期在仿真中主要使用 multisim 和 pspice ，由于課程要求，多數(shù)情況下使用了 pspice ，但我個人 認(rèn)為兩者都有其優(yōu)缺點。最大的感受之一是 Multisim 的元件庫比 pspice 更全，市場上的芯片有時在 pspice 中找不到，而 multisim 有，而且 pspice 中即使找得到器件， 也要分為有仿真模型和無仿

16、真模型的， 很令人困擾， multisim 中這些元件的仿真模型還非常精確；在對電路的仿真分析中，它們都具有直流工作點分析、交流分析、瞬 態(tài)分析、傅里葉分析、噪聲分析、直流掃描分析、溫度分析、參數(shù)分析、最壞情況分析、蒙特卡羅分析的 功能，然而 Multisim 還可以對電路進行失真分析、直流 / 交流靈敏度分析、零點 / 極點分析、交流傳遞函 數(shù)分析、 RF （ 射頻 ）電路仿真、自定義類型仿真， 雖然我暫時還不會用； multisim 還有一個亮點是出色的 虛擬儀表，這些儀表和現(xiàn)實中的儀表幾乎一樣，可以實時觀察電路運行狀態(tài)，在一些有電位器或函數(shù)發(fā)生 器的電路中尤為方便；總的來說， multi

17、sim 的功能更容易上手。Pspice 的功能其實比較復(fù)雜，也更嚴(yán)謹(jǐn)。比如在電路中如果有接線錯誤， multisim 可以繼續(xù)仿真， 但得出的是錯誤的結(jié)果， pspice 則會禁止仿真，并在圖中提示錯誤的位置以便更改； pspice 最方便的功 能之一在于靜態(tài)工作點可以直接在電路中顯示，而無需像 multisim 一樣逐點查看； multisim 最大的一個 問題在于，當(dāng)在放大電路中使用參數(shù)掃描增大輸入信號的時候，輸出信號會無限制地線性增大，這雖然是 理想的情況， 但卻不符合現(xiàn)實， pspice 給出的圖線則是比較符合現(xiàn)實的情況，也正是利用這一點， pspice 可以無需通過肉眼判斷波形失真，

18、僅憑對輸出電壓和輸入電壓比值作圖即可判定拐點。myDAQ是個奇妙的儀器，它的出現(xiàn)甚至可以讓我們在風(fēng)景優(yōu)美的野外做電路實驗。 myDAQ通常需要和 multisim 配套使用，在 multisim 中把 ELVISmx 中的虛擬儀表同電路相連，只要電腦驅(qū)動識別了myDAQ，就可以在儀表中同時顯示仿真得到的波形和myDAQ連接真實電路得到的波形，并進行對比。有一點區(qū)別在于真實數(shù)據(jù)的曲線通過采樣獲取，如果信號頻率繼續(xù)增大，若采樣頻率跟不上，到一定程度就無法很好地 刻畫真實數(shù)據(jù)，而采樣頻率和 USB性能有關(guān)，也因此，真實數(shù)據(jù)的點比仿真數(shù)據(jù)更加“離散”。對于功放電路的前兩級，我們用 myDAQ測定的數(shù)據(jù)往往不是特別穩(wěn)定，但其均值基本和理論值接近，從后面的圖片 可以看到比仿真值略大了一點，這是因為手動調(diào)節(jié)電位器的時候難以保證放大倍數(shù)恰好符合理論值要求， 和真實實驗是一樣的道理。Multisim 仿真本次我選用 multisim 的原因有三：1. pspice 中找不到 TDA2030，而 multisim 有現(xiàn)成的2. 為了和 myDAQ對接方便，索性直接用 multisim 仿真整機3. Pspice 的使用我已經(jīng)很熟了，我認(rèn)為兩者都能很好地完成這次的仿真 整機電