音頻功率放大電路實(shí)驗(yàn)報(bào)告

..學(xué)生序號(hào)6專業(yè)：學(xué)生序號(hào)6專業(yè)：____日期：地點(diǎn)：課程名稱：電路與模擬電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)張冶沁成績(jī)：__________________實(shí)驗(yàn)名稱：音頻功率放大電路實(shí)驗(yàn)類型：電路實(shí)驗(yàn)同組學(xué)生____________一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康暮鸵蟆脖靥? 二、實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)步驟五、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄和處理 六、實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析〔必填七、討論、心得一、實(shí)驗(yàn)?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(guò)myDAQ來(lái)分析理論數(shù)據(jù)和實(shí)際數(shù)據(jù)之間的關(guān)系。二、實(shí)驗(yàn)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(duì)音頻信號(hào)的處理和放大。按其構(gòu)成可分為前置放大級(jí)、音調(diào)控制級(jí)和功率放大級(jí)三部分。作為音響系統(tǒng)中的放大設(shè)備,它接受的信號(hào)源有多種形式,通常有話筒輸出、唱機(jī)輸出、錄音輸出和調(diào)諧器輸出。它們的輸出信號(hào)差異很大,因此,音頻功放電路中設(shè)置前置放大級(jí)以適應(yīng)不同信號(hào)源的輸入。為了滿足聽(tīng)眾對(duì)頻響的要求和彌補(bǔ)揚(yáng)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(duì)高音、低音部分的頻率特性進(jìn)行調(diào)節(jié)。為了充分地推動(dòng)揚(yáng)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(jí)音響系統(tǒng)的功放最大輸出功率可達(dá)幾百瓦以上。擴(kuò)音機(jī)的整機(jī)電路如下圖所示,按其構(gòu)成,可分為前置放大級(jí),音調(diào)控制級(jí)和功率放大級(jí)三部分。三、主要儀器設(shè)備1、示波器、信號(hào)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(shí)驗(yàn)步驟1.靜態(tài)調(diào)試2.動(dòng)態(tài)調(diào)試3.空載測(cè)量整機(jī)指標(biāo)4.加載測(cè)量整機(jī)指標(biāo)5.聽(tīng)音試驗(yàn)〔選做6.用myDQA調(diào)試前置放大級(jí)、音調(diào)控制級(jí),比較用Multisim仿真和用myDAQ得到的結(jié)果進(jìn)行分析比較。五、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄和處理1.靜態(tài)測(cè)試靜態(tài)電壓VO1VO2VO3實(shí)測(cè)值000動(dòng)態(tài)調(diào)試〔電壓為有效值節(jié)點(diǎn)電壓實(shí)測(cè)值放大倍數(shù)實(shí)測(cè)值Vi=Vi110.2mV前置放大級(jí)Av16.10Vo1=Vi262.2mV音調(diào)控制級(jí)Av21.00Vo2=Vi362.2mV功率放大級(jí)Av332.80Vo3=Vo2.04V整機(jī)Av200.06空載測(cè)量整機(jī)指標(biāo)整機(jī)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(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(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析前置放大電路如右采用了LM741運(yùn)放組成電壓串聯(lián)負(fù)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(kāi)路,理論閉環(huán)電壓放大倍數(shù)為試驗(yàn)測(cè)得6.10倍,非常吻合。前置級(jí)輸入電阻為Ri=R1=100kΩ,輸出電阻Ro=0音調(diào)控制級(jí)如右其中RP1和RP2是分別調(diào)節(jié)低音和高音的兩個(gè)電位器,調(diào)節(jié)RP1和RP2兩個(gè)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(dá)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(shí),由于反饋網(wǎng)絡(luò)參數(shù)對(duì)稱,易知Zf=Zi,即Avf2=-1,實(shí)驗(yàn)測(cè)得值為-1.00,非常吻合。功率放大級(jí)如右本實(shí)驗(yàn)電路的功率放大級(jí)由集成功率器件TDA2030A連成OCL電路輸出形式。功放級(jí)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(shí)過(guò)電壓損壞芯片的保護(hù)二極管。R11、C10為輸出端校正網(wǎng)絡(luò)以補(bǔ)償感性負(fù)載,其作用是把揚(yáng)聲器的電感性負(fù)載補(bǔ)償接近純電阻性,避免自激和過(guò)電壓。理論電壓放大倍數(shù)為實(shí)測(cè)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(jí)輸入,起到音量調(diào)節(jié)作用。整機(jī)指標(biāo)實(shí)測(cè)整機(jī)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(qiáng),這也是由于使用了低噪聲前置級(jí)?？蛰d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(shí)際上測(cè)量最大不失真輸出功率可以驗(yàn)證元件參數(shù),但出于安全考慮沒(méi)有帶載測(cè)量。通頻帶寬測(cè)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(shí)驗(yàn)參考值±10dB。聽(tīng)音試驗(yàn)整機(jī)測(cè)試完成后,將功放級(jí)輸出端連在實(shí)驗(yàn)室的音箱上,用音樂(lè)播放器通過(guò)音頻線連接前置放大級(jí)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(duì)低音有明顯的控制作用,調(diào)節(jié)RP2對(duì)高音有明顯的控制作用,而調(diào)節(jié)RP3對(duì)整體音量起決定性作用。七、討論、心得本次實(shí)驗(yàn)做了兩周,而且親自動(dòng)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(kāi)始也有點(diǎn)緊張,還好在細(xì)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(cuò)誤的地方,能在上電之前及時(shí)發(fā)現(xiàn),實(shí)在是萬(wàn)幸,究其原因是沒(méi)有把電路原理圖和電路板上的位置正確對(duì)應(yīng),這一點(diǎn)應(yīng)該積累經(jīng)驗(yàn)。電路焊接本身的一個(gè)問(wèn)題在于我過(guò)分追求美觀,把焊錫面做得比較圓滑,后來(lái)了解到,其實(shí)應(yīng)該用更少量的焊錫,防止虛焊,也方便改接,畢竟實(shí)用性最重要。第二次課的功放電路測(cè)試基本還算順利,聽(tīng)音實(shí)驗(yàn)也很成功,尤其是通過(guò)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(shí)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(gè)吉他手,演出的時(shí)候也接觸過(guò)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(duì)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(shū)館三樓的研究空間,花了一個(gè)小時(shí)左右完成了入門(mén)并成功調(diào)試出了真實(shí)波形和仿真波形同時(shí)顯示?，F(xiàn)場(chǎng)圖片會(huì)打包和實(shí)驗(yàn)報(bào)告上傳至ftp。整理本次實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù),將實(shí)測(cè)值與理論估算值相比較并加以分析。答：見(jiàn)實(shí)驗(yàn)報(bào)告正文2.分析實(shí)驗(yàn)中出現(xiàn)的異常現(xiàn)象。答：沒(méi)有特別異常的現(xiàn)象,唯一一點(diǎn)不尋常的現(xiàn)象的某些功放級(jí)電路板通電后發(fā)現(xiàn)無(wú)法放大信號(hào),或者直流穩(wěn)壓源電壓被降下來(lái)了,這是由于功放級(jí)存在質(zhì)量問(wèn)題,內(nèi)部被燒壞或者一開(kāi)始就不符合出廠標(biāo)準(zhǔn),但這也是可以解釋的,所以實(shí)際上還是沒(méi)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(hào)的相位差在360°以上,也就是形成了正反饋,較小的噪聲信號(hào)不斷自我加強(qiáng),從而引起自激振蕩；4.在音頻功率放大電路實(shí)驗(yàn)中,擴(kuò)音機(jī)的整機(jī)電路按其構(gòu)成可分為前置放大級(jí)、音調(diào)控制級(jí)和功率輸出級(jí)三部分。5.在Pspice軟件中仿真中,常用ACSweep、DCSweep、Transient對(duì)電路掃描分析,簡(jiǎn)述三種掃描方式用于分析什么參數(shù)？請(qǐng)以擴(kuò)音機(jī)放大電路為例說(shuō)明。答：ACSweep用于分析電路的頻率特性,在擴(kuò)音機(jī)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(kuò)音機(jī)電路中沒(méi)用,因?yàn)楦骷?jí)之間都是以電容耦合,直流信號(hào)加不進(jìn)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(shí)間變化的關(guān)系,可以觀察輸出波形是否失真,因此在擴(kuò)音機(jī)電路中可以找到最大不失真輸出電壓,也可以用于觀察負(fù)載上的電流、電壓或功率。6.音頻功放電路中各個(gè)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(jī)音量。各級(jí)電路放大倍數(shù)的理論值分別是多少？答：前置放大級(jí)為6.1倍,音調(diào)控制級(jí)為1倍〔反相,功率輸出級(jí)為33.35倍,整機(jī)為203.44倍〔反相8.C1、C2作用？分別是什么電容？使用時(shí)注意事項(xiàng)。答：C1是電解電容,起到耦合作用,容量較大,在接入電路的時(shí)候必須接對(duì)極性,在通頻帶內(nèi)看做短路,對(duì)直流視作開(kāi)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(kāi)路。9.靜態(tài)時(shí)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(duì)稱造成的失調(diào)電壓,一般較小,在輸入信號(hào)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(rèn)為是"零輸入"?；蛘吒鼡Q更精密的運(yùn)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(jí)排查是哪一級(jí)或哪幾級(jí)的放大倍數(shù)出了問(wèn)題,在示波器上觀察是不適因?yàn)殡妷阂呀?jīng)失真,若并非失真,當(dāng)確定某一級(jí)的放大倍數(shù)有誤,應(yīng)檢查信號(hào)輸入端電阻和負(fù)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(cè)量音頻功放電路的輸入靈敏度和噪聲電壓？〔測(cè)量方法？什么儀器測(cè)？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(hào)發(fā)生器產(chǎn)生正弦波到輸入端,從零開(kāi)始增大輸入信號(hào),在示波器上觀察輸出電壓是否失真,當(dāng)達(dá)到失真邊界時(shí),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(duì)地短路,測(cè)量輸出信號(hào),在示波器上觀察峰峰值〔不可用平均值,此時(shí)的電壓即為噪聲電壓。12.如何測(cè)量音頻功放電路的高音的凈提升量？〔測(cè)量方法？計(jì)算表達(dá)式答：先將RP1、RP2電位器調(diào)至中間位置,調(diào)節(jié)輸入信號(hào)〔f=1kHz,使輸出電壓為最大輸出電壓的10％左右〔0.5V左右,測(cè)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(cè)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(dòng)態(tài)；先分級(jí),后整機(jī)；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(duì)實(shí)際電路設(shè)計(jì)的促進(jìn)作用,通過(guò)myDQA比較理論數(shù)據(jù)和實(shí)際數(shù)據(jù)之間的區(qū)別和聯(lián)系?！仓攸c(diǎn)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(gè)人認(rèn)為兩者都有其優(yōu)缺點(diǎn)。最大的感受之一是Multisim的元件庫(kù)比pspice更全,市場(chǎng)上的芯片有時(shí)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(wú)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(duì)電路的仿真分析中,它們都具有直流工作點(diǎn)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(duì)電路進(jìn)行失真分析、直流/交流靈敏度分析、零點(diǎn)/極點(diǎn)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(shí)還不會(huì)用；multisim還有一個(gè)亮點(diǎn)是出色的虛擬儀表,這些儀表和現(xiàn)實(shí)中的儀表幾乎一樣,可以實(shí)時(shí)觀察電路運(yùn)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(lái)說(shuō),multisim的功能更容易上手。Pspice的功能其實(shí)比較復(fù)雜,也更嚴(yán)謹(jǐn)。比如在電路中如果有接線錯(cuò)誤,multisim可以繼續(xù)仿真,但得出的是錯(cuò)誤的結(jié)果,pspice則會(huì)禁止仿真,并在圖中提示錯(cuò)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(diǎn)可以直接在電路中顯示,而無(wú)需像multisim一樣逐點(diǎn)查看；multisim最大的一個(gè)問(wèn)題在于,當(dāng)在放大電路中使用參數(shù)掃描增大輸入信號(hào)的時(shí)候,輸出信號(hào)會(huì)無(wú)限制地線性增大,這雖然是理想的情況,但卻不符合現(xiàn)實(shí),pspice給出的圖線則是比較符合現(xiàn)實(shí)的情況,也正是利用這一點(diǎn),pspice可以無(wú)需通過(guò)肉眼判斷波形失真,僅憑對(duì)輸出電壓和輸入電壓比值作圖即可判定拐點(diǎn)。myDAQ是個(gè)奇妙的儀器,它的出現(xiàn)甚至可以讓我們?cè)陲L(fēng)景優(yōu)美的野外做電路實(shí)驗(yàn)。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(dòng)識(shí)別了myDAQ,就可以在儀表中同時(shí)顯示仿真得到的波形和myDAQ連接真實(shí)電路得到的波形,并進(jìn)行對(duì)比。有一點(diǎn)區(qū)別在于真實(shí)數(shù)據(jù)的曲線通過(guò)采樣獲取,如果信號(hào)頻率繼續(xù)增大,若采樣頻率跟不上,到一定程度就無(wú)法很好地刻畫(huà)真實(shí)數(shù)據(jù),而采樣頻率和USB性能有關(guān),也因此,真實(shí)數(shù)據(jù)的點(diǎn)比仿真數(shù)據(jù)更加"離散"。對(duì)于功放電路的前兩級(jí),我們用myDAQ測(cè)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(diǎn),這是因?yàn)槭謩?dòng)調(diào)節(jié)電位器的時(shí)候難以保證放大倍數(shù)恰好符合理論值要求,和真實(shí)實(shí)驗(yàn)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(duì)接方便,索性直接用multisim仿真整機(jī)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