浙大模电扩音机实验报告.docx

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浙大模电扩音机实验报告

专业：

电气工程及其自动化

姓名：

学号：

日期：

地点：

东三211

实验报告

课程名称：

模电实验指导老师：

成绩：

实验名称：

扩音机电路的综合测试实验类型：

模电实验座位号_____

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

1.熟悉集成功放的基本特点；

2.了解放大电路的频率特性及音调控制原理；

3.学习扩音机电路的测试方法，测试各项指标及电路的音调控制特性。

二．实验器材

1.电烙铁

2.扩音机整机电路

3.示波器

4.信号发生器

5.交流毫伏表

6.万用表

7.工作电源

三．实验原理

扩音机的整机电路如下图所示，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。

1.功率放大级

本实验电路的功率放大级由集成功率器件TDA2030A连成OCL电路输出形式。

TDA2030A功率集成电路具有转换速率高，失真小，输出功率大，外围电路简单等特点，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。

TDA2030A功率集成电路的内部电路包含由恒流源差动放大电路构成的输入级、中间电压放大级，复合互补对称式OCL电路构成的输出级；启动和偏置电路以及短路、过热保护电路等。

其结构框图如图所示。

TDA2030A的电源电压为±6V—±22V，静态电流为50mA（典型值）；1脚的输入阻抗为5MΩ（典型值），当电压增益为26dB、RL=4Ω时，输出功率Po=15W。

频带宽为100kHz。

电源为±14V、负载电阻为4Ω时，输出功率达18W。

为了提高电路稳定性，减小输出波形失真，功放级通过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，因而该电路的电压增益由电阻R9、R10决定。

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电感性负载，避免自激和过电压。

2.音调控制电路（A2）

常用的音调控制电路有三种形式，一是衰减式RC音调控制电路，其调节范围宽，但容易产生失真；另一种是反馈型音调控制电路，其调节范围小一些，但失真小；第三种是混合式音调控制电路，其电路复杂，多用于高级收录机。

为使电路简单而失真又小，本音调控制电路中采用了由阻容网络组成的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，从而达到音调控制的目的。

下图是这种音调控制电路的方框图，它实际上是一种电压并联型负反馈电路，图中Zf代表反馈回路总阻抗；Zi代表输入回路的总阻抗。

音调控制电路方框图

电路的电压增益:

只要合适选择并调节输入回路和反馈回路的阻容网络，就能使放大器的闭环增益随信号频率改变，从而达到音调控制的目的。

组成Zi和Zf的RC网络通常有下图所示四种形式。

（a）低音提升

图（a）中若C1取值较大，只有在频率很低时才起作用，则当信号频率在低频区，随频率降低，增大，所以提高，从而得到低音提升。

图（a）

（b）高音提升

图（b）中，若C3取值较小只有高频区起作用，则当信号在高频区且随频率升高

减小，所以

提高，从而可得到高音提升。

图（b）

（c）高音衰减

图（c）

（d）低音衰减

同理可以分析图（c）、（d），分别可用作高、低音衰减。

如果将这四种电路形式组合起来，即可得到下图所示的反馈型音调控制电路。

先假设R1=R2=R3=R；C1=C2>>C3；RP1=RP2≈9R

a）信号在低频区

在低频区，因为C3很小，所以C3、R4支路可视为开路，反馈网络主要由上半部分电路起作用。

又因运放的开环增益很高，UE≈0（虚地），故R3的影响可忽略，当电位器RP2的活动端移至A点时，C1被短路。

可以得到低音最大提升量:

按实际电路参数R1=R2=R3=20kΩ，RP1=RP2=150kΩ，C1=C2=0.022uF，可得

（约18.6dB）

转折频率：

以同样方式可以说明在RP2滑动到B点时，低音最大衰减量：

按实际电路参数可得

（约－18.6dB）

转折频率：

b）信号在高频区

在高频区，因为C1和C2较大，对高频可视为短路，而C3较小，故C3、R4支路已起作用，其等效电路可画成如下图所示（a）形式。

为了便于说明，将电路中接成Y形地R1、R2、R3电路变换成图（b）所示的△形电路，这里Ra=Rb=Rc=3R（当R1=R2=R3=R时）。

设前级输出电阻很小（如小于500Ω），输出电压Uo通过Rc反馈到输入端的信号被前级输出电阻所旁路，故Rc的影响可忽略（视为开路）。

因此当RP1滑动到C点或D点时，可分别画出如下图（a）和（b）所示的等效电路（因RP1的数值很大，为简单起见，可视为开路）。

上图（a）显然具有高音提升作用，其最大提升量:

按电路实际参数R=20kΩ，R4=8.2kΩ，C3=1000P，所以

AUC≈8.3（约18dB）

上图（b）为高音衰减电路，其衰减量:

按电路实际参数

AUD≈0.12（约-18dB）

高频转折频率

若将音调控制电路高低音提升和衰减曲线画在一起，可得到如下图所示幅频特性曲线。

由图可见，音调控制级的中频电压放大倍数Aum=1；当ffH2（19KHz）时高音控制范围也为±18dB。

3.前置放大电路（A1）

由A1组成的前置放大电路是一个同相输入比例放大器，电路的闭环特性如下：

理想闭环电压增益

输入电阻Rif=R1

输出电阻Rof=0

扩音机电路的增益是很高的，而扩音机的噪声主要取决于前置放大器的性能。

为了减小前置级放大器的噪声，第一级要选用低噪声的运放。

另外，如输入线的屏蔽情况，地线的安装等等都对噪声有很大影响。

4.扩音机电路的一些主要技术指标

a）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:

Uo亦称输出额定电压

b）静态功耗PQ

指放大器处于静态情况下所消耗的电源功率。

c）效率

放大器在达到额定输出功率时，输出功率Po对电源功率PE的百分比，用η表示:

d）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。

如下图所示。

图中fL称为下限频率，fH称为上限频率。

e）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Uo，而控制后的输出幅度为Uo1，则音调控制范围为

（即

）

f）非线性失真γ

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：

式中：

U1为输出电压基波分量有效值；U2、U3…Un分别为二次、三次…n次谐波分量有效值。

γ可由失真度测量仪测得。

g）噪声电压UN

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UN，噪声电压是扩音机机内各种噪声经放大后的总和。

h）输入灵敏度Uimax

保证扩音机在额定的输出功率时所需的输入信号。

四．操作方法与实验步骤

1.安装前置放大级A1、音调控制级A2及集成功放电路，如上页电路原理图所示。

并仔细复查整机电路的接线是否正确无误；

2.测量各级电路的静态工作点；

注意：

测量集成运放各脚的电压，注意在测试时，一般将万用表测试棒搭接在与运放引脚直接相连的其他连结点上，以免万用表测试棒将运放的引脚互相短路，造成运放损坏。

uA741各管脚静态电压（近似值）：

7脚：

＋14.0V，4脚：

－14.0V，2、3、6脚：

0V

TDA2030各脚静态电压（近似值）：

5脚：

＋14.3V，3脚：

－14.3V，2、1、4脚：

0V

3.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。

a）音量电位器RP3置于最大位置。

前置级

音调控制级

功率放大级

整机

Vi1

Vi2

Vi3

Vi

Vo1

Vo2

Vo3

Vo

AV1

AV2

AV3

AV

b）音调控制电位器置中心位置。

c）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。

d）输入信号频率为1kHz的正弦波。

4.测量各项指标。

a）最大不失真输出电压Vomax（或Vopp）

b）输入灵敏度Vimax

c）最大输出功率Po

在测这三项内容时，可一次测得相关数据，经计算后得出各指标。

具体做法是在输出端加接额定负载（8Ω功率电阻），逐渐增大输入信号，用示波器同时观察输入、输出信号，当输出波形刚好不出现失真时，用交流毫伏表测出输入和输出电压。

此时的输入电压就是最大输入灵敏度Vimax（Vimax<100mV）；输出电压就是最大不失真输出电压Vomax。

同时可得最大输出功率

d）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。

e）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，而改变输入信号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50Hz～20kHz。

f）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，算出中频（f=1kHz）时的AV。

（1）f=100Hz时的音调控制特性

使电位器RP1旋至二个极端位置A和B，依次测出AVA和AVB（即测出VOA和VOB）,并由此计算出净提升量和净衰减量，用分贝表示。

即:

和

.

（2）f=10kHz时的音调控制特性

使电位器RP2旋至二个极端位置C和D，依次测出AVC和AVD，由此计算出净提升量和净衰减量，用分贝表示。

即:

和

.

g）听音实验

将信号送入扩音机电路，逐一改变音调电位器RP1和RP2，试听喇叭发音情况。

五．实验数据记录和处理

1.检查电路的静态工作点

7脚：

＋14.0V，4脚：

－14.0V，2、3、6脚：

0V

TDA2030各脚静态电压（近似值）：

5脚：

＋14.3V，3脚：

－14.3V，2、1、4脚：

0V

2.前置级、音调控制级、功率放大级的电压增益和整机增益

前置级

音调控制级

功率放大级

整机

Vi1

42.1mv

Vi2

0.231v

Vi3

0．232

Vi

42.1mv

Vo1

0.231v

Vo2

0.232v

Vo3

7.89v

Vo

7.89v

AV1

5.49

AV2

1

AV3

34

AV

187.41

3.测量各项指标

（1）最大不失真输出电压Vomax：

7.89v

（2）输入灵敏度Vimax：

:

42.1mv

（3）最大输出功率Po（）:

7.78w

（4）噪声电压：

2.1mv

（5）整机电路的频率响应：

fL=40Hz

fH=27.6kHz

（6）整机高低音控制特性：

低音最大提升量、最大衰减量Vmax=6.88v，Vmin=0.760v

20log（6.88/0.76）=19.14

高音最大提升量、最大衰减量Vmax=8.91v，Vmin=1.32v

20log（8.91/1.32）=16.59

六．实验结果与分析

1.静态工作点与理论值基本一致

2.前置级、音调控制级、功率放大级的电压增益和整机增益分别为：

5.49，1，34，187.41

与理论值6，1，30，180相比基本保持一致，符合实验要求。

3.最大不失真输出电压Vomax：

7.89v

输入灵敏度Vimax：

:

4.1mv

最大输出功率Po（）:

7.78w

与理论值8w的功率基本相符

4.频带为40Hz-27.6kHz，理论值一般要求频带不小于50Hz～20kHz。

符合要求。

5.整机高低音控制特性：

低音最大提升量、最大衰减量Vmax=6.88v，Vmin=0.760v

20log（6.88/0.76）=19.14

高音最大提升量、最大衰减量Vmax=8.91v，Vmin=1.32v

20log（8.91/1.32）=16.59

符合要求。

6.听音实验

将信号送入扩音机电路，逐一改变音调电位器RP1和RP2，试听喇叭发音情况。

声音状况正常。

七．实验心得体会以及思考

思考题：

引起噪声、自激、失真现象的原因是什么？

答：

1．噪声的产生原因主要有：

电源干扰噪声；电磁辐射干扰噪声；接地回路噪声；设备内部的电路噪声。

2自激产生的原因：

低频自激噪声是指噪声的频率较低，通常是由于滤波电容失效或电源整流器性能不好造成电源内阻增大引起的。

高频自激噪声是指频率较高的自激噪声，如高频啸叫声等。

高频自激多为某一液晶体管不稳定或是输入输出线太靠近，也有可能是补偿电容失效或变质引起的。

3失真主要有以下几种：

谐波失真——音响系统重放后的声音比原有信号源多出许多额外的谐波成分。

瞬态失真——瞬态失真又称瞬态响应，它的产生主要是当较大的瞬态信号突然加到放大器时由于放大器的反映较慢。

心得体会：

本次在实验之前，要做好准备工作——焊接电路板。

焊接电路板需要细致认真的准备，将各种元件测量完毕，才能焊接，此外焊接过程中要很小心，防止错焊、漏焊、虚焊，对于孔间距小的地方，更要倍加小心。

电路板的焊接对于我来说是一项全新的体验，让我感到收获很大。

在调试的过程中，也是对电路的各项指标的学习，通过一系列试验方法的测量、调试，将电路的性能指标展现出来，既检验了理论知识又锻炼了动手能力。