模电实验 音频功率放大电路

实验报告

姓名： 学号： 日期： 2011.3.28 地点：紫金港东三212 课程名称： 模拟电子技术基础实验 指导老师： 成绩：__________________

实验名称： 音频功率放大电路 实验类型：______________ 同组学生姓名：__________ 一、实验目的和要求（必填） 二、实验内容和原理（必填） 三、主要仪器设备（必填） 四、操作方法和实验步骤 五、实验数据记录和处理 六、实验结果与分析（必填） 七、讨论、心得

一. 实验目的和要求

1、理解音频功率放大电路的工作原理。 2、了解集成功率放大器的基本特点。

3、了解音调控制原理，学习电路频率特性的测试。 4、提高电子电路的综合调试能力。

二. 实验内容和原理

音频功率放大电路，也即音响系统放大器，用于对音频信号的处理和放大。按其构成可分为前置放大级、音调控制级和功率放大级三部分。

装 订 线

作为音响系统中的放大设备，它接受的信号源有多种形式，通常有话筒输出、唱机输出、录音输出和调谐器输出。它们的输出信号差异很大，因此，音频功放电路中设置前置放大级以适应不同信号源的输入。

为了满足听众对频响的要求和弥补扬声器系统的频率响应不足，设置了音调控制放大器，希望能对高音、低音部分的频率特性进行调节。

为了充分地推动扬声器，通常音响系统中的功率放大器能输出数十瓦以上功率，而高级音响系统的功放最大输出功率可达几百瓦以上。

具体的实验电路如下：

实验名称： 音频功率放大电路 姓名： 学号： P.2

前置放大电路

前置放大级的性能对整个音频功放电路的影响很大，为了减小噪声，前置级通常要选用低噪声的运放。

由A1组成的前置放大电路是一个同相输入比例放大器。 理想闭环电压放大倍数为

R

Avf13 R2输入电阻Rif=R1， 输出电阻Rof=0

C消除自激振荡

音调控制电路

音调控制放大器的作用是实现对低音和高音的提升和衰减，以弥补扬声器等因素造成的频率响应不足。

常用的音调控制电路有衰减式音调控制电路和反馈式音调控制电路两类。衰减式音调控制电路的调节范围宽，但容易产生失真；反馈式音调控制电路的调节范围小一些，但失真小，应用较广。实验电路采用由阻容网络组成的RC型负反馈音调控制电路。它是通过不同的负反馈网络和输入网络造成放大器闭环放大倍数随信号频率不同而改变，从而达到对音调的控制。

反馈型音调控制电路如图所示。图中，R1=R2=R3 =R；C1=C2>>C3；Rw1=Rw2≈9R。

通过理论计算（详见附录）可得其幅频特性曲线，如下图所示。

中频电压放大倍数Avm=1；当ffH2 (19kHz)时高音控制范围也为±18dB。

功率放大级：

对于功率放大级，除了输出功率应满足技术指标外，还要求电路的效率高、非线性失真小、输出与音箱负载相匹配，否则将会影响放音效果。

集成功率放大器通常有OTL和OCL两种电路结构形式。OTL功放的优点是只需单电源供电，缺

点是输出要通过大电容与负载耦合，因此低频响应较差；OCL功放的优点是输出与负载可直接耦合，

P.3

频响特性较好，但需要用双电源供电。

实验名称： 音频功率放大电路 姓名： 学号：

本次实验采用TDA2030A集成功放连成OCL电路输出形式。

TDA2030A采用5脚塑料封装结构，其中1脚为同相输入端；2脚为反相输入端；3脚为负电源；4脚为输出端；5脚为正电源。

功放级电路中，电容C15、C16用作电源滤波。D1和D2为保护二极管。R11、C10为输出端校正网络以补偿感性负载，避免自激和过电压。

图中通过R10、R9、C9引入了深度交直流电压串联负反馈。由于接入C9，直流反馈系数F´＝1。对于交流信号而言，因为C9足够大，在通频带内可视为短路，所以交流反馈系数由R10、R9 确定。因而该电路的电压增益为

R Av3110

R9音频放大电路的主要技术指标

(1) 额定输出功率Po

在满足规定的失真系数和整机频率特性指标以内，功率放大器所输出的最大功率。 V2Poo(2) 静态功耗PQ

指放大器处于静态情况下所消耗的电源功率。 (3) 效率η

放大器在达到额定输出功率时，输出功率Po对消耗电源功率PE的百分比，用η表示 Po100%oPE

(4) 频率响应（频带宽度）

在输入信号不变的情况下，输出幅度随频率的变化下降至中频时输出幅度的0.707倍时所对应的频率范围。 (5)音调控制范围

为了改善放大器的频率响应，常对高、低频增益进行控制，如提升或衰减若干分贝，而对中频增益不产生影响。若未控制的输出幅度为Vo，而控制后的输出幅度为Vo1，则音调控制范围为 20 lg o 1 （即 20 lg v1 ）。

RLVo亦称为输出额定电压。

(6) 非线性失真

在规定的频带内和额定输出功率状态下，输出信号中谐波电压有效值的总和与基波电压有效值之比：

AAvVVoV22V32...Vn2V1

式中：V1为输出电压基波分量有效值；V2、V3 、… 、Vn分别为2次、

P.4

3次、…、n次谐波分量有效值。

非线性失真可由失真度测量仪测得。

实验名称： 音频功率放大电路 姓名： 学号： (7) 噪声电压VN

扩音机输入信号为零时，在输出端负载上测得的电压有效值为噪声电压VN，噪声电压是扩音机机内各种噪声经放大后的总和。 (8) 输入灵敏度Vimax

保证扩音机在额定的输出功率时所需的输入信号。

实验内容：

1. 电路调试和静态测试

2. 测试各级电压增益和整机增益 3. 测量其它各项指标 4. 测量频率特性

5. 加负载测量各项整机指标 6. 听音试验

三、主要仪器设备

 示波器、信号发生器、晶体管毫伏表  空电路板，电烙铁等工具

 μA741、TDA2030、电阻电容等元件

四、操作方法与实验步骤 实验准备

 理解音频功率放大电路(扩音机)的工作原理，明确各个电位器的作用；  了解扩音机电路的各项指标及测试方法；

 估算前置级（A1）和音调控制级（A2）的电压放大倍数、音调控制范围。  根据焊接布置图焊好实验电路，并将所焊好的电路与原理图进行对照检查。

1. 电路调试和静态测试

电子电路调试的一般过程：  先调试，后测量  先分级，后整机  先静态，后动态  先空载，后加载

调试步骤：

(1) 目测，初步排除明显的错误（不要虚焊） 。 (2) 对照原理图，检查电路的正确性（通断测试） 。 (3) 加电源，注意观察（电源电流大小，有无冒烟）。 (4) 测试各级电路的静态工作点。

(5) 加上信号源，用示波器检查各级输出正确否。

2. 测试各级电压增益和整机增益

在下列条件下测试前置级、音调控制级、功率放大级的电压增益和整机增益，并将结果记入表中。

装 订 线

P.5

 音量电位器RP3置于最大位置。  音调控制电位器置中心位置。

实验名称： 音频功率放大电路 姓名： 学号：

 扩音机的输出在额定输出功率以内，并保证输出波形不产生失真。  输入信号频率为1kHz的正弦波。

3. 测量其它各项指标（空载）

(1) 测量最大不失真输出电压Vomax(或Vopp)； (2) 测量输入灵敏度Vimax；

空载时加入适当的输入信号，用示波器同时观察输入、输出信号。逐渐增大输入信号，当输出波形刚好不出现失真时，用毫伏表测出最大输入灵敏度Vimax（输入电压，Vimax< 100mV）和Vomax。

(3) 测量噪声电压VN

除去输入信号并且将扩音机电路输入端对地短路，此时测得的输出电压有效值即为VN。

4. 测量频率特性

(1) 测量整机电路的频率响应

在高低音不提升、不衰减时(即将音调电位器RP1和RP2放在中心位置)，保持输入信号幅度不变，并且改变输入信号Vi的频率。随着频率的改变，测出当输出电压下降到中频（f = 1kHz）输出电压Vo的0.707倍时，所对应的频率fL和fH。一般要求频带不小于50 Hz～20 kHz。 (2) 测量整机高低音控制特性

先将RP1、RP2电位器旋至中间位置，减小输入信号幅度（f=1kHz），使输出电压为最大输出电压的10％左右。并保持Vi不变，测出Vo(0.5V左右)，算出中频（f=1kHz）时的Av。 (a) f=100 Hz时的音调控制特性

使低音电位器RP1(即RW2)旋至两个极端位置A和B，依次测出AVA和AVB（即测出VOA和

20lgVOB），并由此计算出净提升量和净衰减量，用分贝表示，即 和 。 20lg(b) f=10 kHz时的音调控制特性

使高音电位器RP2(即RW1)旋至两个极端位置C和D，一次测出AVC和AVD，由此计算出净提升量和净衰减量，用分贝表示，即 和20lg 。 20lg

5. 加负载测量各项整机指标

在输出端加接额定负载（8Ω功率电阻），测量以下各指标，并与空载时测量值比较。测量方法同前。

(1) 整机增益

(2) 最大不失真输出电压Vomax(或Vopp) (3) 由Vomax计算出最大输出功率Po (4) 输入灵敏度Vimax (5) 噪声电压VN

6. 听音试验

(1) 试听前将音调电位器RP1和RP2置于中间位置，音量电位器置于最小位置。 (2) 接上电源，将信号送入扩音机电路（收音机、磁带，手机，最好是音乐） 。 (3) 增大音量至适当大小，感觉喇叭发音情况。

(4) 分别调节音量至最小和最大，感觉喇叭发音情况。

AVAAVAVBAVAVCAVAVDAV

P.6

(5) 音量至适中，逐一改变音调电位器RP1和RP2，感觉高低音效果。

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五、实验数据记录和处理

1. 测试各级电压增益和整机增益

输入信号频率为1kHz，有效值为5mV。 前置级 音调控制级 5mV 28mV 5.6 功率放大级 整机 Vi1 Vo1 AV1 Vi2 Vo2 AV2 28mV 29mV 1.03 Vi3 Vo3 AV3 22mV 0.75V 34.09 Vi Vo AV 5mV 0.75V 150 注: 前置级与音量控制级是除去功率放大级时单独测量的，因此Vi3与Vo2不相等，AV也不是AV1、AV2、AV3的乘积。

2. 测量其它各项指标（空载）

（1）当Vo=8.8V时波形刚好不出现失真，此时Vi=58mV。即Vomax=8.8V，Vimax=58mV。 （2）VN=12mV

3. 测量频率特性

(1) 测量整机电路的频率响应

fL=9Hz

fH=20.96Hz

(2) 测量整机高低音控制特性

Vo=Vomax*10%=0.88V，Vi=5.9mV, 即中频（f=1kHz）时AV=149.15

(a) f=100 Hz时的音调控制特性 VOA=3.1V VOB=215mV AVA=525.4 AVB=36.4

20lg净提升量= =10.9dB 净衰减量= =-12.3dB 20lg (b) f=10 kHz时的音调控制特性

VOC=3.5V VOB=0.29V AVC=593.2 AVD=49.1

AVAAVAVBAV20lg净提升量= =11.9dB 净衰减量= =-9.6dB 20lg

4. 加负载测量各项整机指标

在输出端加接8Ω功率电阻，测量以下各指标，并与空载时测量值比较。 (1) 整机增益

Vi=5mV, Vo=0.81V, AV=162

(2) 最大不失真输出电压Vomax=7.8V

(3) 由Vomax计算出最大输出功率Po=7.605W (4) 输入灵敏度Vimax=50mV (5) 噪声电压VN =13mV

AVCAVAVDAVP.7

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六、实验结果与分析

1、理论上：AV1=6.1 AV2=1 AV3=33 实测值与理论值在误差范围内近似相等。而整机增益理论值约为190，实际测量时只有150，放大倍数较低。而AV不等于AV1、AV2、AV3的乘积，其原因可能在于接入功率放大级后，对前两级电路产生了一定的影响。以上两者的产生原因可能在于：①焊接过程中焊点产生多余阻抗；②元件标称值与实际值不符，尤其电容在这方面误差较大；③电容、二极管等元件中含有多余电阻；④第一次测试失败导致部分元件与导线功能受到影响；⑤焊接时电阻等元件离电路板太近，散热效果不佳，导致电阻增大；⑥调节RP1、RP2、RP3至水平位置时，由于视差等原因不能完全保证在水平位置。

2、接入功率电阻后，由测量结果可知，整机增益提高，最大不失真输出电压与输入灵敏度略有减小，噪声电压略增大。

3、听音试验时，音质效果不错，音量不过大时无噪声。可以通过RP3调节音量，也可通过RP1与RP2调节高低音，证实电路板有效。

七、讨论、心得

第一次测试电路板时，虽检测过元件和导线连接，但前置级放大有几百上千倍，并导致功率放大级的集成功率放大器与二极管烧坏。后来重新检测时发现一根导线虚焊。因此测试电路板时，若发现问题，要切断输入重新检测，不然会导致后面的元件损坏。而在测试过程中，要与理论相结合，才不会导致器件因电流过大而烧坏，且发现问题也能够及时得到解决。