實用音頻放大器(20140517)

1、實用音頻放大器實用音頻放大器 一、任務(wù)一、任務(wù)溫控風(fēng)扇功放電源：20V，輸出功率：8W功率放大器原理 功率放大器是將幅度或功率較小的輸入信號轉(zhuǎn)換為功率和幅度較大的輸出信號的電路。 功率放大器的實質(zhì)是電路在輸入信號的控制下，將電源的功率轉(zhuǎn)換為輸出信號的功率，從而得到較大輸出功率的信號。放大器的實質(zhì) 信號如何被放大的：信號源發(fā)熱4W 功放 負載（喇叭） 直流電源1mW輸出8W提供12W能量功放是一個受輸入信號控制的將直流電源的能量轉(zhuǎn)為交流功率信號的變換器電壓放大與電流放大 信號放大電路可分為電壓（幅度）放大和電流放大。 有些電路主要功能為電壓放大，能將幅度較小的輸入信號轉(zhuǎn)換為大幅度信號輸出，但輸出

2、電流較小，不能帶動阻值較小的負載；如：運算放大器構(gòu)成的同相、反相放大器等。 有些電路只有電流放大功能（如射隨器、緩沖放大器等）； 有些電路兼有電壓和電流放大功能，如三極管共射放大器、場效應(yīng)管共源放大器等。音頻功率放大器所用器件 通常使用可控器件實現(xiàn)電壓或電流的放大。 功放中常用的器件有： 電子管 三極管 場效應(yīng)管 線性放大集成電路等電子管功放 缺點：電子管體積大、功耗大、發(fā)熱厲害、壽命短、電源利用效率低、結(jié)構(gòu)脆弱而且需要高壓電源，它的絕大部分用途已經(jīng)被固體器件晶體管所取代。 優(yōu)點:1、電子管負載能力強2、線性性能優(yōu)于晶體管3、工作頻率高4、高頻大功率領(lǐng)域的工作特性要比晶體管更好 晶體管功放 現(xiàn)

3、代功放中，常用三極管電路實現(xiàn)音頻信號的功率放大。 全分立元件功放：信號放大部分不適用集成電路，全部由三極管完成； 混合功放：由三極管與運放等集成電路配合，實現(xiàn)信號放大。集成電路功放 使用專用集成電路制作的功放。優(yōu)點：電路簡單，音質(zhì)能滿足一般聽音要求。音頻功放的技術(shù)指標(biāo) 最大不失真輸出功率：在線性音頻功放中，信號幅度總是小于電源電壓范圍，音頻信號可看做多種頻率的正弦波的合成。當(dāng)信號接近電源軌時，就會產(chǎn)生限幅而失真。信號峰值與電源軌之間一般會有2V以上的“距離”這是器件的飽和壓降。思考：如果信號出現(xiàn)失真，對音樂的聽感有何影響呢？最大不失真輸出功率： 8負載時大不失真輸出功率POR8W；那需要電源電

4、壓多少呢？ 根據(jù)LRUoP2)(888信號電壓有效值VRPUoL)(32.118414. 12信號電壓峰值VUoUop電源電壓11.32V+2V=13.32V，取電源電壓15V 18V功放輸出峰值電流 11.3V8=1.42A電源輸出電流1.5A以上。正負電源接法 直流穩(wěn)壓電源正負電源接法TRANSF112V,30W以上插頭220V ACGND1234D1C12200uF/25VC22200uF/25VGNDC30.1uFC40.1uFP1+15VP2GNDP3-15V正負電源電路插頭220V AC1234D1C12200uF/25VC22200uF/25VGNDC30.1uFC40.1uFP

5、1+15VP2GNDP3-15VP412V,30W以上1234D2正負電源電路功放電壓放大倍數(shù) 輸入信號電壓幅度為（5700）mVpp； 在8 負載，輸出功率8W，輸出電壓為8V； 放大倍數(shù)（也稱增益）（倍）輸入電壓輸出電壓42.11V7 . 0V8Av考慮到音樂信號是電壓幅度動態(tài)變化的，其幅度大多數(shù)時間小于700mV，因此，功放增益應(yīng)取大于11.42倍，可取20倍左右題目分析 帶寬BW（4020000）Hz；（功放部分） 在POR下的效率50%；在前置放大級輸入端交流短接到地時，RL=8上的交流聲VPP400mV。 分析：電路帶寬較寬，應(yīng)考慮使用直流耦合的放大電路。功放效率：甲類25% (參

6、見模擬電子技術(shù)課本) 乙類78.5% 甲類甲乙類乙類功放部分應(yīng)使用甲乙類功放前置放大器的作用前置放大器主要起電壓放大作用，該系統(tǒng)中電壓增益為20倍左右功率放大器主要起電流放大作用，其電壓增益一般設(shè)為1溫控風(fēng)扇信號的放大 常用信號放大器件 三極管電路 場效應(yīng)管 集成運算放大器三極管及其放大電路ICECEBIB三極管處于放大區(qū)時，ICE=IBICECEBIBRc1KVCCGND+-VoVO=VCC-ICE*RC =VCC-IB*Rc如何讓三極管工作在放大區(qū)？三極管放大電路的截止區(qū)、放大區(qū)與飽和區(qū)ICECEBIBRc1KVCCGND+-Vo當(dāng)基極電流較小時，輸出電壓較高，接近VCC。此時為截止區(qū)當(dāng)基

7、極電流適中時，輸出電壓處于0VCC的中段。此時為放大區(qū)當(dāng)基極電流較大時，輸出電壓較低，接近0V。此時為飽和0IBt0VOtVCC0IBt0VOtVCC0IBt0VOtVCC三極管放大電路的截止區(qū)、放大區(qū)與飽和區(qū)ICECEBIBRc1KVCCGND+-Vo可見，需要給基極施加一個合適的直流電流IBQ，才能使輸出電壓在電源軌的中段，輸出電壓才不會失真，放大區(qū)處于放大區(qū)0IBt0VOtVCCIBQICECEBIBRc1KVCCGND+-VoRb1KC1100uFIBQC2100uF0Vint0VCtVCCVinGND中點電壓：增加Rb，以施加IBQ三極管放大電路靜態(tài)偏置電路VCC-IBQ*Rc中點電

8、壓，即為靜態(tài)時（交流信號輸入為0時）的集電極輸出電壓，該電壓在1/2VCC附近最好。，將靜態(tài)時的VCE稱為靜態(tài)工作點。運算放大器信號放大電路一般使用運放制作前置放大器可以使用同相放大器，也可以使用反相放大器W110KJ1蓮花插座GNDGND32184U1ALM358+15V-15VR11kR220kGNDVinVO1VO1=(1+ )Vin=21Vin20k1k音源輸入音量調(diào)整電壓放大音量電位器運放前置放大器W110KJ1蓮花插座GNDGND32184U1ALM358+15V-15VR11kR220kVinVO1VO1=-( )Vin=-20Vin20k1k音源輸入音量調(diào)整電壓放大GND運放反

9、相比例放大器，增益中的符號表示輸出信號相位與輸入信號反相功率放大級 采用甲乙類互補推挽結(jié)構(gòu)T1TIP122T2TIP127D1IN4007D2IN4007R110KR210K+18V-18VRLSPEAKERGNDVinV0D1、D2用于減小或消除交越失真 T3、T4用于減小或消除交越失真 T1TIP122T2TIP127R110KR210K+18V-18VRLSPEAKERGNDVinV0T3TIP122T4TIP127推薦電路TIP122的hFE值：1000，所需驅(qū)動電流：1.5A1000=1.5mA，NE5532能滿足驅(qū)動要求。W110KJ1蓮花插座GNDGND32184U1ANE553

10、2+15V-15VR11kR220kGNDVinVO1音源輸入音量調(diào)整電壓放大21倍T1TIP122T2TIP127D1IN4007D2IN4007R110KR210K+15V-15VRLSPEAKERGNDV0567U1BNE5532C1104P1測試點電壓放大倍數(shù)：1推薦電路W110KJ1蓮花插座GNDGND32184U1ANE5532+15V-15VR11kR220kGNDVinVO1音源輸入音量調(diào)整電壓放大21倍T1TIP122T2TIP127D1IN4007D2IN4007R110KR210K+15V-15VRLSPEAKERGNDV0567U1BNE5532C1104P1測試點電壓

11、放大倍數(shù)：1圖中C1起到相位補償作用，減小運放輸出端到運放反相輸入端的信號延時，有利于減小電路自激。全分立元件功放VT20NPN1VT21NPN1R212.2kR2010KGNDR23620B1E3C2VT22R331kGNDVD202CP10VD212CP10R2410KRF156KR25150VT24PNP1C22120pFR265KR273KVT23NPN1R28150C23120pFVT25NPN1VT26NPN1C24120pFVT28PNP1R30220R29220B1E3C2VT27NPN1R310.5B1E3C2VT29NPN1R320.5R3410GNDC21100uFC25

12、0.033uFC2010uF+VCC-VCCR220R110KR347KR210KR41KGNDRF256kJ1TP2D1DIODED2DIODE1J22+VCC1J23-VCC1J24OUTJ4TP1J1BNC-4P全分立元件功放溫控風(fēng)扇 該音頻功放電路的效率最高只有60%70%；意味著有30%以上的電源功率消耗在電路中，主要被功率三極管用來發(fā)熱而消耗，。 功率三極管應(yīng)該有一定面積的散熱片來耗散這些熱量。 可使用鋁質(zhì)散熱片或散熱片加風(fēng)扇的方式給功率管降溫。溫控風(fēng)扇 風(fēng)扇的運行帶來噪音，希望在風(fēng)扇功率管溫度較低時，停止運行，溫度升高時才開啟運行。 風(fēng)扇轉(zhuǎn)速調(diào)整可通過調(diào)壓方式或調(diào)流方式實現(xiàn) 通常

13、使用一個熱敏元件來檢測功率管或散熱片溫度熱敏元件 可使用的熱敏元件有幾種形式： 正溫度系數(shù)熱敏元件：PTC；隨著溫度升高，元件阻值增大； 負溫度系數(shù)熱敏元件：NTC；隨著溫度升高，元件阻值減?。?溫度開關(guān)：溫度達到某一值時候，開關(guān)導(dǎo)通（或關(guān)閉）；有常閉型跟常開型兩種；使用溫控開關(guān)的簡單風(fēng)扇控制電路S溫控開關(guān)（常開型）FAN V+V-50使用熱敏電阻的風(fēng)扇控制電路溫度升高，NTC阻值減小，三極管基極電流增大，集電極電流增大，風(fēng)扇轉(zhuǎn)速變快需要仔細選擇R1阻值和熱敏電阻型號，以及三極管放大倍數(shù)。TIP122FAN +12VGNDR1?TNTC1NTC使用熱敏電阻的風(fēng)扇控制電路 使用熱敏電阻型號：NTH5G20P42B104J07TE 25時阻值為100k 40時阻值為50k 60時阻值為22kQ1STP15N05FAN +12VR1?TNTC1NTH5G20P42B104J07TER2?G