《電子電路分析與實踐》課件學(xué)習(xí)情境五

學(xué)習(xí)情境五數(shù)控功率放大器的制作與測試貫穿項目綜合實訓(xùn)數(shù)控功率放大器的制作與測試貫穿項目綜合實訓(xùn)

數(shù)控功率放大器的制作與測試

一、實訓(xùn)目的

(1)熟悉電子整機電路的安裝工藝和方法。

(2)掌握電子整機電路的靜態(tài)和動態(tài)指標(biāo)的測試方法。

(3)掌握電子整機電路故障的查找和分析方法。

二、實訓(xùn)儀器與材料

萬用表:DE960TR示波器:UR2102CE

函數(shù)信號發(fā)生器:SPF20A高保真音箱:—對

CD唱機、CD唱碟:常規(guī)電阻:見圖5.1.1

電容:見圖5.1.1二極管:見圖5.1.1

三極管:見圖5.1.1集成電路:見圖5.1.1

散熱器片:12V電位器:100kΩ

萬能板:7cm×9cm按鈕開關(guān)撥動開關(guān):常規(guī)

數(shù)碼管:JSC520ARD三、實訓(xùn)步驟與內(nèi)容

(1)認(rèn)真閱讀分析圖5.1.1所示電路原理圖,畫出在萬能電路板上布局搭接的接線草圖。

(2)檢測各元器件的好壞,在檢測對管的對稱性時,可以利用數(shù)字萬用表測量對管的放大倍數(shù)。

(3)元器件布局,電路的組裝和焊接。

(4)電路的檢查：判斷是否有短路、開路性故障。

(5)整機電路的靜態(tài)檢測與調(diào)試:

①測電源±18V、+5V輸出是否正常。如果不正常,斷開負(fù)載,判斷是電源故障還是負(fù)載有短路性故障,查找故障點并排除。圖5.1.1數(shù)字音頻功率放大器原理圖②整機靜態(tài)(單聲道)電流測試。功放單聲道30mA左右為正常,如果太小,應(yīng)檢查是否存在開路性故障；如果太大則應(yīng)檢查功放電路各級的偏置是否正常。

③功放電路中點電位的檢查。功放級上、下兩半電路對稱的情況下接上電源,中點靜態(tài)電位為0V,如果不為0,則應(yīng)檢查反饋回路是否正常。由于采用跨級反饋,運放A5(或A6)的輸入端在失去反饋時將變成比較器,輸出端為正或者負(fù)電源電壓。

④交越失真的消除。調(diào)節(jié)RPa(RPb)使Va1(Vb1)集電極、發(fā)射極之間的電壓為2.4V左右時剛好能消除交越失真。⑤音量控制及顯示功能的檢查(參考學(xué)習(xí)情境三項目實施步驟)。

(6)指標(biāo)測試：

①最大純音不失真功率Pmax的測試。

按圖5.1.2所示連接測試電路,調(diào)節(jié)函數(shù)信號發(fā)生器

為1kHz的正弦波接在放大器輸入端,同時在輸出端用示波器與負(fù)載(音箱)并聯(lián),接通電源,調(diào)節(jié)音量控制和正弦波信號的幅度,在示波器中觀察恰好有失真出現(xiàn)時讀出輸出電壓的最大值,代入Pomax=則可以算出最大純音不失真功率Pomax。圖5.1.2功放電路特性測試接線圖②電路效率η的測試。

在最大不失真輸出的動態(tài)情況下,供電線路串入萬用表測出交流電流的值,代入PV=UI,則為電源所提供的輸入功率。根據(jù)η=Po/PV算出效率。

③幅頻特性測試。

放大器的幅頻特性可通過測量不同頻率時的放大倍數(shù)Auf來獲得。通常采用“逐點法”測量放大器的幅頻特性曲線。測量時,每改變一次信號源的頻率(注意保持輸入信號ui的幅值不變且輸出波形不失真),在示波器上讀取一個輸出電壓值,分別計算其增益,然后將測試結(jié)果畫于半對數(shù)坐標(biāo)紙上,將所測得的結(jié)果連接成曲線,這樣就可以得到幅頻特性曲線。測量放大器的通頻帶BW,首先測出放大器中頻區(qū)(如

1kHz的信號)時的輸出電壓Uo,然后升高頻率直到輸出電壓降到0.707Uo為止(輸入電壓ui保持不變),此時所對應(yīng)的信號源的頻率就是上限頻率fH；同理,維持ui不變,降低頻率直到輸出電壓降到0.707Uo為止,此時所對應(yīng)的頻率為下限頻率

fL。則放大器的通頻帶為BW=fH－fL。

④音樂試聽:播放頻帶較寬的樂曲節(jié)目,在不損壞設(shè)備的前提下,調(diào)節(jié)聲音的大小,仔細(xì)聆聽有無失真現(xiàn)象,并判斷是否是因放大器性能不良而產(chǎn)生,并提出改進方案。

(7)撰寫實訓(xùn)報告。四、分析與思考

(1)分析本項目電路中為何要采用7812與7815串聯(lián)來獲得+5V電壓？

(2)本項目中,測試的“最大純音不失真功率”與播放頻帶較寬的樂曲節(jié)目時的最大不失真功率有什么區(qū)別？

五、實訓(xùn)評價

按附錄一中的“電路制作實訓(xùn)評分表”操作執(zhí)行。知識鏈接元器件的選用與產(chǎn)品制作工藝流程

一、電子設(shè)計制作過程中元器件的選用

選擇元器件,就要清楚“需要什么”和“有什么”,這樣問題就好辦了?！靶枰笔歉鶕?jù)電路的具體要求,確定每個元件應(yīng)具有哪些功能和怎樣的性能指標(biāo)；“有什么”是指市場上有哪些元器件,性能如何,價格如何,體積多大等。把要求轉(zhuǎn)化為指標(biāo)便是前面所說的“需要”,然后在市場上已有的元器件產(chǎn)品中選取盡可能滿足這些需要的元器件。要做到這一點,就需要我們?nèi)チ私庠骷袌?關(guān)心市場的信息和新的動向,多查閱相關(guān)資料。

1.電源變壓器的選擇

電源是電子電路正常工作時的動力,常通過變壓器從市電網(wǎng)中獲得所需功率和合適的電壓,因而由副邊電壓U2的值和電路的功率來選擇變壓器。例如我們制作的數(shù)控功放電壓變壓器,根據(jù)電路電壓和功率要求可確定變壓器副邊電壓和輸出功率。

(1)確定變壓器副邊輸出電壓。根據(jù)功放±18V的電壓要求可知,穩(wěn)壓電路輸入電壓Ui的最小值Uimin=18+3=21V。由U2與Ui的關(guān)系：可以得到:考慮電網(wǎng)電壓有10%的波動,取U2=20V。

(2)確定變壓器輸出功率。依據(jù)一般家庭室內(nèi)聽音的“黃金功率”為30W,可以得到變壓器副邊電流I2≥1.5A,變壓器副邊在電網(wǎng)電壓10%波動的下限輸出功率為

P2≥U2I2=2×18V×1.5A=54W

考慮變壓器和整流電路的效率,并保留一定的裕量,故應(yīng)選輸出功率為60W的變壓器。

2.電阻器的選擇

電阻器除阻值和功耗等參數(shù)以外,還應(yīng)從以下幾個方面進行考慮:

(1)掌握電路對電阻器頻率特性、過載能力、精度、溫度系數(shù)等方面的特殊要求。RX型線繞電阻器的分布電容、電感較大,僅用于工作頻率低于50kHz的電路中；RH型合成膜電阻器和RS型有機實心電阻器的工作頻率在數(shù)十兆赫；RT型碳膜電阻器的工作頻率可達(dá)100MHz；RJ型金屬膜電阻器和RY型氧化膜電阻器的工作頻率可高達(dá)數(shù)百兆赫。在實際的電路中,有時需要選用正(或負(fù))溫度系數(shù)的電阻器作為溫度補償元件。這時必須按照電路對溫度穩(wěn)定性的要求,選擇溫度系數(shù)適應(yīng)電路要求的電阻器。所選電阻器的額定功率必須大于實際承受功率的兩倍。

(2)優(yōu)先選用通用型的電阻器,因為此類電阻器價格低、貨源足。

(3)在高增益前置放大電路中,應(yīng)選用噪聲小的電阻器。RJ型、RY型以及RT型電阻器均具有較小的噪聲。

3.電容器的選擇

選擇電容器除容量和耐壓等主要參數(shù)外,還應(yīng)從以下幾個方面進行考慮:

(1)掌握電路對電容器精度的要求。如音調(diào)控制電路中,對某些電容器的精度要求較高,應(yīng)選用高精度的電容器來滿足電路的要求。

(2)注意電路對電容器絕緣電阻和損耗角正切值tanδ的要求。絕緣電阻小的電容器,漏電流則較大,漏電流產(chǎn)生的功率損耗將使電容器發(fā)熱升溫,從而導(dǎo)致漏電流進一步上升,輕則是電路性能惡化,重則是電容器失效甚至爆炸。

(3)注意對電容器高頻特性的要求。某些電容器用于高頻時存在不可忽視的自身電感、引線電感和高頻損耗,會使電容器的自身性能下降,導(dǎo)致電路不能正常工作。為了解決電容器自身分布電感的影響,常在自身等效電感較大的電容器的兩端并接一個自身等效電感很小的小容量電容器。

4.電位器的選擇

電位器的主要參數(shù)有標(biāo)稱阻值、精度、額定功率、電阻溫度系數(shù)、阻值變化規(guī)律、噪聲、分辨率、絕緣電阻、耐磨壽命、平滑性、零位電阻、起動力矩、耐潮性等。其制作材料、結(jié)構(gòu)形式和調(diào)節(jié)方式繁多,選用時應(yīng)根據(jù)設(shè)計電路的要求確定。

(1)選擇電位器的結(jié)構(gòu)形式和調(diào)節(jié)方式。如在立體音響設(shè)備電路中,需要同時調(diào)節(jié)兩個電位器值,這時可選用雙聯(lián)電位器。

(2)選擇電位器的阻值變化規(guī)律。電位器的阻值變化規(guī)律通常有三種,即直線式、對數(shù)式和反對數(shù)式(亦稱指數(shù)式)。在穩(wěn)壓電源的取樣電路中,可選用直線式電位器。音量電位器一般選用對數(shù)式阻值變化規(guī)律,因為人耳對聲音響度的聽覺特性是符合對數(shù)規(guī)律的,恰可與人耳的聽覺特性相互補償,使音量電位器轉(zhuǎn)角從零開始逐漸增大時,人對音量的增加有均勻的感覺。

5.非線性元器件的選擇

非線性元器件是指二極管、三極管、場效應(yīng)管和晶閘管等,選擇器件的種類不同,注意事項也不同。

例如在制作功放電路時,對整流二極管VD1～VD4的選擇,其參數(shù)應(yīng)滿足:

最大整流電流:

If>1.5Iomax=1.5×1.5A=2.25A(暫定)

最大反向電壓:

UR>2

U2a≈34V,取UR=50V考慮到電容濾波電路在被接通的一瞬間有浪涌電流,整流管的實際電流遠(yuǎn)大于Iomax,如果If較小,很可能在電路被接通時就已經(jīng)損壞,因此取

If>3Iomax≈5A

查手冊可選定整流二極管VD1～VD4,可能有多種選擇,不過應(yīng)充分考慮市場的供貨情況。在本項目電路中,我們選用的RS2006M整流橋堆能較好地滿足電路的要求。

在選用三極管時應(yīng)考慮是NPN管還是PNP管,是大功率管還是小功率管,是高頻管還是低頻管,并注意管子的電流放大倍數(shù)、擊穿電壓、特征頻率、靜態(tài)功耗等是否滿足電路設(shè)計的要求。

6.集成電路的選擇

集成電路的種類繁多,選用方法一般是“先粗后細(xì)”,即先考慮選用集成電路的功能,再進一步考慮它的具體性能,然后再根據(jù)價格等因素決定選用什么型號。集成電路常見的封裝方式有雙列直插式、扁平式和直立式三種(其他封裝形式還有引線載體式、無引線載體式、鋸齒雙列式等十余種),一般盡可能選用雙列直插式。在我們制作的電路中所用的集成電路均選擇了這種封裝,因為這種封裝易于安裝和更換。同時,還應(yīng)盡量選擇全國集成電路標(biāo)準(zhǔn)化委員會提出的優(yōu)選集成電路系列中的產(chǎn)品。二、電子產(chǎn)品整機制作的工藝流程

1.電子產(chǎn)品生產(chǎn)的基本過程

電子產(chǎn)品廣泛應(yīng)用于工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和人民生活等各個領(lǐng)域,特別是使用在地下、高空、海洋、沙漠、航空航天、衛(wèi)星通信等復(fù)雜環(huán)境或惡劣氣候中時,對其可靠性和精度的要求更高。因此,一般都要經(jīng)過產(chǎn)品設(shè)計研發(fā)階段,經(jīng)鑒定、試制、定型后,才能最后投入大批量生產(chǎn)。

1)新產(chǎn)品的設(shè)計

由于電子技術(shù)發(fā)展迅速,產(chǎn)品競爭激烈,電子工業(yè)企業(yè)必須主動適應(yīng)市場需求,不斷地開發(fā)新產(chǎn)品才能立于不敗之地。設(shè)計開發(fā)新產(chǎn)品一般包括電子電路設(shè)計、電氣設(shè)計、印制電路板(PCB)設(shè)計、結(jié)構(gòu)設(shè)計、外形設(shè)計等方面。而其中電子電路設(shè)計是電子產(chǎn)品設(shè)計的核心內(nèi)容。電子電路設(shè)計的基本過程如圖5.1.3所示。當(dāng)然,對于初學(xué)者不可能完全照搬這個程序,然而,它可以作為初學(xué)者進行設(shè)計的參考依據(jù)。圖5.1.3新產(chǎn)品研制的基本過程

2)電子產(chǎn)品整機生產(chǎn)的基本工藝過程

正式批量生產(chǎn)的電子整機產(chǎn)品的基本工藝過程主要由準(zhǔn)備、裝配、調(diào)試、檢驗等階段組成,如圖5.1.4所示。一般電子產(chǎn)品都有各種專用組件,這些組件具有完整的獨立功能,通過專門裝配和調(diào)試來完成。圖5.1.4電子產(chǎn)品整機生產(chǎn)的基本工藝過程三、電子產(chǎn)品整機安裝工藝

整機安裝工藝包括整機布局、散熱、接地等方面的要求。

1)整機布局與散熱

如果整機布局不合理,將會影響產(chǎn)品質(zhì)量,甚至造成故障。如果散熱不良,則會造成溫度上升,導(dǎo)致半導(dǎo)體器件很快損壞。通常布局與散熱要同時考慮,把發(fā)熱器件(如電源變壓器和大功率管)安裝在通風(fēng)的地方,如圖5.1.5所示。大功率二極管和三極管都需要散熱,通常情況下功率輸出管要加裝刨坑散熱器,散熱器的刨坑要垂直安裝,以便通風(fēng)。圖5.1.5器件的合理分布圖

2)接地

電子電路中的接地一般是指接到電路的公共參考點,即把電路中的某些點與一個等電位或等電位連線連接起來,構(gòu)成電路或系統(tǒng)的參考電位。接地是抑制再生和干擾的重要手段,音頻功率放大器如果接地不合理,常出現(xiàn)交流聲、自激振蕩等問題。

圖5.1.6所示是串聯(lián)接地,各放大電路按先后把接地點匯集在一條“通地線”,然后在一端接地(機殼)。這種方式特別適用于印制電路板,此時電路板上應(yīng)分別給出輸出和輸出的地線點。由于任何接地線都會有電阻存在,當(dāng)放大器的地電流流過時會產(chǎn)生電壓降,很容易產(chǎn)生干擾,故接地