音頻功率放大電路實驗報告

..學(xué)生序號6專業(yè)：學(xué)生序號6專業(yè)：____日期：地點：課程名稱：電路與模擬電子技術(shù)實驗指導(dǎo)張冶沁成績：__________________實驗名稱：音頻功率放大電路實驗類型：電路實驗同組學(xué)生____________一、實驗?zāi)康暮鸵蟆脖靥? 二、實驗內(nèi)容和原理〔必填三、主要儀器設(shè)備〔必填 四、操作方法和實驗步驟五、實驗數(shù)據(jù)記錄和處理 六、實驗結(jié)果與分析〔必填七、討論、心得一、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。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、信號發(fā)生器、穩(wěn)壓電源。2、空電路板,電烙鐵等工具。3、μA741、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4.加載測量整機指標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000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Av332.80Vo3=Vo2.04V整機Av200.06空載測量整機指標整機電壓增益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fL45Hz上限截止頻率fH10.22kHz高低音控制特性當f=100HzVOVOAVOB低音凈提升量低音凈衰減量2.36V6.10V563mV8.25dB-12.45dB當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)果與分析前置放大電路如右采用了LM741運放組成電壓串聯(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=100kΩ,輸出電阻Ro=0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。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。整機指標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。空載最大不失真輸出電壓為12.94V,受到了外加工作電壓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45Hz~10.22kHz,人耳能感受到的頻率為20Hz~20kHz,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。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,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。現(xiàn)場圖片會打包和實驗報告上傳至ftp。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準,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ACSweep、DCSweep、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：ACSweep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；DCSweep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控制高音增益,RP3控制整機音量。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.C1、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)先輸入電壓用于平衡失調(diào)電壓,在此基礎(chǔ)上認為是"零輸入"?；蛘吒鼡Q更精密的運放。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)遵循哪些基本原則？答：先靜態(tài),后動態(tài)；先分級,后整機；插拔關(guān)閉電源。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?！仓攸c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,multisim的功能更容易上手。Pspice的功能其實比較復(fù)雜,也更嚴謹。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,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：pspice中找不到TDA2030,而multisim有現(xiàn)成的為了和myDAQ對接方便,索性直接用multisim仿真整機Pspice的使用我已經(jīng)很熟了,我認為兩者都能很好地完成這次的仿真