音频功率放大器开放实验课件

创新实验培训“迎接未来科学技术的挑战，最重要的是坚持创新，勇于创新。”如何培养创新能力：1）“兴趣是最好的老师”；2）加强基本知识的学习；3）独立地思考和探索；音频功率放大器开放实验培训内容培训内容 1、仪器仪表的使用（2）2、焊接培训（2）3、运算放大器典型应用（12）（1）线性运用 （2）非线性运用音频功率放大器开放实验培训内容单片机和外围电路的设计（16）（1）单片机的基本知识 （2）传感器 （3）常用总线 （4）电机控制方式 （5）AD、DA接口音频功率放大器开放实验培训计划 结合音频功率放大器和单片机应用开放实验进行培训。其中音频功率放大器主要涉及模拟电子技术基础的相关内容。单片机应用主要涉及数字电子技术基础相关内容。（MSP430）音频功率放大器开放实验音频功率放大器开放实验1、实验内容 本实验设计和制作一个具有麦克风、音频合成和功率放大功能的音频功率放大器。2、实验目的 通过本实验熟悉小信号电压放大器、放大器运算电路、功率放大器、直流稳压电源的工作原理和设计方法。同时通过同学们自己焊接实际电路，提高动手能力。音频功率放大器开放实验音频功率放大器开放实验3、实验原理 本实验设计一个具有如下功能的音频功率放大电路：将来自麦克风的音频信号线性放大，然后和来自其它音源的音乐信号混合，混合后的信号经过前置放大进行电压放大，然后经过功率放大推动扬声器工作。系统组成和原理框图如下图所示。音频功率放大器开放实验音频功率放大器开放实验扬声器音源功率放大麦克风前置放大线性放大器混合均衡音频功率放大器开放实验音频功率放大器开放实验1、线性放大电路音频功率放大器开放实验音频功率放大器开放实验2、音频混合电路音频功率放大器开放实验音频功率放大器开放实验3、均衡电路音频功率放大器开放实验音频功率放大器开放实验4、前置放大电路音频功率放大器开放实验音频功率放大器开放实验4、功率放大电路音频功率放大器开放实验音频功率放大器开放实验 系统工作需要的直流电源由电源模块提供。四、实验过程 12月12日：理论教学 9：3016：00 12月26日：实践教学 9：0016：00 1月9日：实践 9：0016：00 1月10日：实践 9：0016：00音频功率放大器开放实验音频功率放大器开放实验 贯穿本次实验主要内容是“放大”，和模拟电子技术基础内容相同。什么是放大？如何正确理解电子电路的放大？从电子学的概念看：放大的本质是能量的控制和转换。放大的基本特征是功率放大。能够控制能量的元件叫做有源器件。放大电路的基本要求是不失真。音频功率放大器开放实验其他概念 建立工程化的概念，多和实际相联系。如电阻的阻值，其实是在其标称值某个范围内变化的，并不等同于标称值。实验调试中会遇到很多问题，如外部干扰等等，具体问题具体分析。音频功率放大器开放实验音频功率放大器开放实验麦克风简介n麦克风，学名为传声器，由Microphone翻译而来。传声器是将声音信号转换为电信号的能量转换器件，也称话筒，麦克风，微音器。音频功率放大器开放实验麦克风简介 目前，市场上销售的麦克风主要分为两大类：一类是动圈式话筒。其主要特点是音质好，不需要电源供给，但价格相对较高。另一类话筒是驻极体话筒。其特点是耐用，灵敏度较高，需要1.53V的电源供给，音质比同价位的动圈式话筒要差一些。但其价格相对较低，适合作播音麦克风。音频功率放大器开放实验 动圈式话筒用的是电磁感应的原理：声音的震动带动在磁场中的线圈震动，这一震动将切割磁感线，产生感应电流，从而将声音信号转变为电流信号。优点是：音质好，不需要电源供给。音频功率放大器开放实验麦克风简介 驻极体传声器有两块金属极板，其中一块表面涂有驻极体薄膜（多数为聚全氟乙丙烯）并将其接地，另一极板接在场效应晶体管的栅极上，栅极与源极之间接有一个二极管。当驻极体膜片本身带有电荷，表面电荷地电量为Q，板极间地电容量为C，则在极头上产生地电压U=Q/C，当受到振动或受到气流地摩擦时，由于振动使两极板间的距离改变，即电容C改变，而电量Q不变，就会引起电压的变化。音频功率放大器开放实验麦克风简介电压变化的大小，反映了外界声压的强弱，这种电压变化频率反映了外界声音的频率，这就是驻极体传声器的工作原理。电容式麦克风的膜片多采用聚全氟乙丙烯，其湿度性能好，产生的表面电荷多，受湿度影响小。由于这种传声器也是电容式结构，信号内阻很大，为了将声音产生的电压信号引出来并加以放大，其输出端也必须使用场效应晶体管。有点：保真度好。音频功率放大器开放实验放大的概念和放大电路的主要性能指标1.1.放大的概念放大的概念 用小的变化量去控制一个较大的量的变化。要求不失真的“线性放大”。放大电路利用晶体管实现能量的控制与转换。放大作用的实质就是有源器件的电流、电压放大作用的实质就是有源器件的电流、电压或功率的控制作用。输出的较大能量来自于或功率的控制作用。输出的较大能量来自于直直流电源流电源VccVcc，而不是有源器件。，而不是有源器件。音频功率放大器开放实验对象：变化量对象：变化量实质：能量的控制和转换实质：能量的控制和转换基本特征：功率放大基本特征：功率放大前提条件：不失真前提条件：不失真测试信号：正弦波测试信号：正弦波能量控制器件：有源元件能量控制器件：有源元件 放大电路中能够控制能量转换的元件称为放大电路中能够控制能量转换的元件称为有源有源元件（如晶体管、场效应管、集成运算放大电路）元件（如晶体管、场效应管、集成运算放大电路）。音频功率放大器开放实验放大电路的组成 一般包含电压放大电路和功率放大电路。电压放大电路将微弱电压加以放大从而推动功率放大电路，通常工作在小信号状态。功率放大电路输出较大的功率，推动执行元件，工作在大信号状态。扩音机扩音机示意图：示意图：VCC音频功率放大器开放实验放大电路的性能指标输入为小信号时（测试信号为正弦波）（1 1）放大倍数（或增益）放大倍数（或增益）衡量放大电路的放大能力，定义为输出变化量与输入变化量之比。电压放大电路；电流放大电路；互导放大电路；互阻放大电路。根据输入量与输出量的不同，将放大电路分为四种类型：音频功率放大器开放实验放大电路的性能指标n电压放大电路基本示意图 输入量与输出量都是电压。音频功率放大器开放实验1）电压放大电路 电压增益电压增益电压增益电压增益：输出电压与输入电压之比。：输出电压与输入电压之比。源电压增益：源电压增益：源电压增益：源电压增益：输出电压与信号源电压之比输出电压与信号源电压之比音频功率放大器开放实验（2）输入电阻Ri从放大电路输入端看进去的等效电阻。定义为输入电压有效值Ui和输入电流有效值Ii之比。Ri音频功率放大器开放实验（2）输入电阻Ri R Ri i表明放大电路从信号源索取电流或电压的能力。Ri越大，电流越小，Ui越接近 Us，信号电压Us损失越小。输入信号源是内阻很小的电压源时，要求输入电阻尽量大，以保证信号源电压损失尽可能小。输入信号源是内阻很大的电流源时，要求输入电阻尽量小，以保证信号源电流尽可能多流进放大电路。音频功率放大器开放实验 利用Ri和Rs可以求出电压增益电压增益与源电压增益源电压增益的关系式。（2）输入电阻Ri音频功率放大器开放实验 RO表明放大电路的带负载能力(指负载变化时输出电压的变化情况）。Ro越小，放大电路带电压负载的能力越强。（Ro小，RL变化时，UO变化小)（3）输出电阻Ro音频功率放大器开放实验 放大电路的输出量为电压，要求输出电压尽量不放大电路的输出量为电压，要求输出电压尽量不受负载变化影响，电路的输出电阻应尽量小。受负载变化影响，电路的输出电阻应尽量小。放大电路的输出量为电流，要求输出电流尽量不放大电路的输出量为电流，要求输出电流尽量不受负载变化影响，电路的输出电阻应尽量大。受负载变化影响，电路的输出电阻应尽量大。（3）输出电阻Ro音频功率放大器开放实验 R Ri i、R Ro o是为描述电路在相互连接时彼此是为描述电路在相互连接时彼此之间产生影响而引入的参数。之间产生影响而引入的参数。音频功率放大器开放实验（4）通频带fbw 是用于衡量放大电路对不同频率信号的放大是用于衡量放大电路对不同频率信号的放大能力的技术指标能力的技术指标。下限截止频率下限截止频率下限截止频率下限截止频率上限截止频率上限截止频率上限截止频率上限截止频率通频带通频带通频带通频带f fbwbw=f=fHH-f-fL L中频中频放大倍数放大倍数|A|fLfH0.707|Am|f|Am|音频功率放大器开放实验功率放大电路概述功率放大电路的特点和要求 功放电路不仅要有足够大的输出电压,而且还应有足够大的输出电流，才能提供足够大的输出功率。放大管工作在极限应用状态。功放电路从组成、元器件的选择到分析方法，功放电路从组成、元器件的选择到分析方法，都与小信号放大电路不同。都与小信号放大电路不同。音频功率放大器开放实验（1）输出功率尽可能大；输出功率尽可能大；（2）转换效率转换效率要高要高；（3）非线性失真要小；非线性失真要小；（4）考虑功放电路中晶体管的选择和散热问题；）考虑功放电路中晶体管的选择和散热问题；（接近极限运用状态）（接近极限运用状态）功率放大电路概述音频功率放大器开放实验（1 1）非线性失真系数）非线性失真系数D D 指输出波形中的谐波成分总量与基波成分之比(各次谐波有效值与基波有效值之比）。2.输入信号幅值较大时音频功率放大器开放实验（2）最大不失真输出电压 当输入电压再增大时就会使输出波形产生非线性当输入电压再增大时就会使输出波形产生非线性失真时的输出电压（非线性失真系数不超过规定的失真时的输出电压（非线性失真系数不超过规定的最大输出电压）。最大输出电压）。可表示为：可表示为：最大输出幅值最大输出幅值(U Uomom)MM 最大输出有效值最大输出有效值(U(Uo o)MM音频功率放大器开放实验 最大输出功率指在输出波形基本不失真的情况下，负载上能够获得的最大交流功率。效率效率指直流电源能量的利用率。指直流电源能量的利用率。Po交流输出功率Pv电源提供的平均功率（3）最大输出功率(Po)M和效率音频功率放大器开放实验集成运放电路通用型集成运放F007(A741)、F324(LM324)C14573 晶体管构成场效应管构成音频功率放大器开放实验集成运放的符号及电压传输特性线性区线性区非线性区非线性区非线性区符号电压传输特性音频功率放大器开放实验 1、是双端输入、单端输出的放大电路。2、差模放大倍数高。3、输入阻抗高，输出阻抗低。4、共模抑制比高，能较好的抑制温漂。集成运放的特点共模信号共模信号 ：大小相等、极性相同的信号 差模信号差模信号 ：大小相等、极性相反的信号。音频功率放大器开放实验1.1.正确辨认管脚正确辨认管脚(目前未完全标准化目前未完全标准化)集成运放的使用集成运放的使用NE5532音频功率放大器开放实验2.调零或调偏置电压 对于内部无自稳零措施的运放,在外部要加调零电路；若为单电源供电,有时还需设置合适的静态输出电压,以便能放大双极性信号.3.消除自激振荡 在电源端加去耦电容，有的需外接频率补偿电容.集成运放的使用集成运放的使用音频功率放大器开放实验集成运放应用分类 根据在不同电路中集成运放所处的工作状态，可以把集成运放的应用分为两大类：线性应用和非线性应用 音频功率放大器开放实验1、线性应用 集成运放输出量与净输入量成线性关系。但是，整个应用电路的输出与输入之间仍可能是非线性的关系。音频功率放大器开放实验2、非线性应用 集成运放的输出量与净输入量成非线性关系，输出量不是处于正饱和值就是负饱和值。本实验的各种电路，集成运放均是线性应用。音频功率放大器开放实验 设集成运放同相输人端和反相输入端的电位分别为 U+、U-，电流分别为I+、I-。当理想集成运放工作在线性区时，应满足：“虚短”和“虚断”线性应用电路的分析方法音频功率放大器开放实验虚短路：U+U-，是指集成运放的两个输入端电位无穷接近，但不是真正短路。虚地：当集成运放的一个输入端电位为地时，则另一端为“虚地”点（由虚短推出）。虚断路：I+=I-0，指集成运放两个输入端的电流趋于零，但不是真正断路。“虚短虚短”和和“虚断虚断”音频功率放大器开放实验基本运算电路基本运算电路 集成运放构成负反馈（深度负反馈）时，工作在线性区，完成运算功能比例、加减、积分、微分、对数、指数、乘法和除法等运算电路。如何判断工作在负反馈工作状态？对于单运放构成电路，只要反馈在反相输入端，就工作在负反馈状态。音频功率放大器开放实验反相比例运算电路（虚断）（虚地）整理得：输入电阻：输出电阻：音频功率放大器开放实验加法运算电路音频功率放大器开放实验直流稳压电源原理框图及波形图直流稳压电源原理框图及波形图将交流电压将交流电压将交流电压将交流电压变成直流电压变成直流电压变成直流电压变成直流电压音频功率放大器开放实验（1）电源变压器 将市电交流电压转换为符合整流需要的幅值较低的交流电压。（2）整流电路 利用整流元件，将正弦交流电压变为单向脉动电压。（3）滤波电路 利用电容、电感元件将直流脉动电压中的谐波成分滤除掉，使之变为比较平滑的脉动直流电压。直流稳压电源原理框图及波形图直流稳压电源原理框图及波形图音频功率放大器开放实验（4）稳压电路 稳压电路的作用是使直流输出电压基本不受电网电压波动或负载变动的影响。直流稳压电源原理框图及波形图直流稳压电源原理框图及波形图音频功率放大器开放实验音频功率放大器开放实验音频功率放大器开放实验音频功率放大器开放实验音频功率放大器开放实验音频功率放大器开放实验1、线性放大电路音频功率放大器开放实验电路说明：电路中C1的作用是滤除高次谐波干扰；C2是耦合电容，阻直通交，对于交流信号相当于短路；C3的作用是防止放大器自激设置的电容；所以电路可以简化为如下图所示。音频功率放大器开放实验音频功率放大器开放实验音频功率放大器开放实验音频功率放大器开放实验音频功率放大器开放实验2、音频混合电路C1和C2也是耦合电容，阻直通交，对于交流信号相当于短路；音频功率放大器开放实验音频功率放大器开放实验3、前置放大电路音频功率放大器开放实验音频功率放大器开放实验4、功率放大电路 8和22nF是校正网络，用于改善音响效果。音频功率放大器开放实验n 集成功率放大电路TDA1521是一种内部具有短路保护和过热保护功能的双路输出的大功率音频集成功率放大电路，电路结构紧凑，外围元件少，补偿电容全部在内部，使用方便，因而得到了广泛使用。TDA1521音频功率放大器开放实验功率放大电路简化电路 求电路的电压放大倍数？音频功率放大器开放实验