音频功率放大器开放实验

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1、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 ； 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 培 训 内 容单 片 机 和 外 围 电 路 的 设 计 （ 16） （ 1）

2、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 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1、 实 验 内 容 本 实 验 设 计 和 制 作 一 个 具 有 麦 克 风 、 音频

3、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

4、 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 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1、 线 性 放 大 电 路 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3、 均 衡 电 路 音 频

5、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4、 功 率 放 大 电 路 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： 30 16： 00 12月 26日 ： 实 践 教 学 9： 00 16： 00 1月 9日 ： 实 践 9： 00 16： 00 1月 10日 ： 实 践 9： 00 16： 00 音 频 功 率 放 大 器 开 放 实 验 贯 穿 本 次 实 验 主 要 内 容 是 “ 放 大

6、 ” ， 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 。 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

7、 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 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 。 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

8、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 1.5 3V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 。 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

9、是 ： 音 质 好 ， 不 需 要 电 源 供 给 。 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

10、 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 。 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

11、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 。 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 。 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

12、 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 。 VCC 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 ： 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

13、。 iouuu UUAA /： 输 出 电 压 与 输 入 电 压 之 比 。 输 出 电 压 与 信 号 源 电 压 之 比sous UUA / 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 。iii IUR Ri 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

14、 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 。 利 用 Ri和 Rs可 以 求 出 与 的 关系 式 。 usi isi iiosiiosous ARR RRR RUUUUUUUUA 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

15、 化 时 ， UO变 化 小 ) Ri 、 Ro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 。 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 。|A| fL fH0.707|Am| f|Am| 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

16、 态 。 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 。 （ 1） 输 出 功 率 尽 可 能 大 ；（ 2） 转 换 效 率 要 高（ 3） 非 线 性 失 真 要 小 ； MoMoMo IUP )()()( %100 VCCoPP（ 4） 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 ） 功 率 放 大 电 路 概 述 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

17、之 比 ） 。 213212 )A()A( AAD ) 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 。Po交 流 输 出 功 率Pv电 源 提 供 的 平 均 功 率 VoPP 通 用 型集 成 运 放 F007(A741)、F324(LM324)C14573 晶 体 管 构 成场 效 应 管 构 成 集 成 运 放 的 符 号 及 电 压 传 输 特 性非 线 性 区符 号 电 压 传 输 特 性 1、 是 双 端 输 入 、 单 端 输 出 的 放 大 电 路 。 2、 差 模 放 大 倍 数

18、 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： 大 小 相 等 、 极 性 相 同 的 信 号icU ： 大 小 相 等 、 极 性 相 反 的 信 号 。 idU 1.正 确 辨 认 管 脚 (目 前 未 完 全 标 准 化 )NE5532 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

19、 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 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 。 2、 非 线 性 应 用 集 成 运 放 的 输 出 量 与 净输 入

20、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 。 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 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

21、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 ” 和 “ 虚 断 ” 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

22、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 。 反 相 比 例 运 算 电 路R Fi OFi iU U U UR R （ 虚 断 ） （ 虚 地 ）整 理 得 ： iFO URRU fRRR / 输入电阻：RRi 输出电阻：0oR 加 法 运 算 电 路0 UU 332211321 RURURUIIII iiiiiif FiiiFfo RRURURURIU )( 332211 F321 /R/R/RRR （ 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

23、 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 。 （ 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 。 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

24、电 路 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2、 音 频 混 合 电 路C 1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

25、 器 开 放 实 验3、 前 置 放 大 电 路 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 。 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 功 率 放 大 电 路 简 化 电 路 求 电 路 的 电压 放 大 倍 数 ？