甲类功放调试报告.docx
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甲类功放调试报告
寒假功放实验报告
题目：
甲类功率放大器
Title:
DesignofPracticalOCLPowerAmplifier
学校：
西北师范大学
学院：
物理与电子工程学院
成员：
马云苏龙王阿雷王瀚渲
姓名：
马云
一、前言
二、总体方案设计
2.1总体方案论证
2.2单元模块方案论证与比较：
2.2.1自制稳压电源：
2.2.2输入级电路：
2.2.3电压放大级电路：
2.2.4功率放大级电路：
三、单元模块设计：
3.1各单元模块功能介绍及电路设计：
3.1.1自制稳压电源：
3.1.2输入级电路：
3.1.3电压放大级电路：
3.1.4功率放大级电路：
四、系统调试中的问题及解决方法：
五、系统功能、指标参数：
5.1实测指标对比，见表1：
5.2测试结果分析：
设计总结
前言
功率放大器在家电、数码产品中的应用越来越广泛，与我们日常生活有着密切关系。
随着生活水平的提高，人们越来越注重视觉，音质的享受。
在大多数情况下，增强系统性能，如更好的声音效果，是促使消费者购买产品的一个重要因素。
低频功率放大器作为音响等电子设备的后即放大电路，它的主要作用是将前级的音频信号进行功率放大以推动负载工作，获得良好的声音效果。
同时低频功率放大器又是音响等电声设备消耗电源能量的主要部分。
因此设计出实用、简洁、低价格的低频功率放大器是一个发展方向。
功率放大器随着科技的进步是不断发展的，从最初的电子管功率放大器到现在的集成功率放大器，功率放大器经历了几个不同的发展阶段：
电子管功放晶体管功放集成功放。
功放按不同的分类方法可分为不同的类型，按所用的放大器件分类，可分为电子管式放大器、晶体管式功率放大器（包括场效应管功率放大器）和集成电路功率放大器（包括厚膜集成功率放大器），目前以晶体管和集成电路式功率放大器为主，电子管功率放大器也占有一席之地。
电子管功率放大器俗称胆机，电子管功放的生产工艺相当成熟，产品的稳定性很高，而离散性极小，特别是它的工作机理决定了它的音色十分温柔，富有人情味，因而成为重要的音响电路形式。
电子管电路的设计、安装、调试都比较简单，期缺点是输出变压器、电源变压器的绕制工艺稍麻烦，耗电大、体积大、有一定的使用期限。
因此在实际使用中有一定的局限性。
现在大功率晶体管种类很多，优质功放电路也层出不穷，因此晶体管功率放大器是应用最广泛的形式。
人们研制出许多优质新型电路使功放的谐波失真，很容易减少到0.05%以下。
场效应管是一种很有潜力的功率放大器件，它具有噪声小、动态范围大、负温度特性等特点，音色和电子管相似，保护电路简单。
场效应管生产技术还在不断发展，场效应管放大器将有更为强大的生命力。
由于集成电路技术的迅速发展，集成电路功率放大器也大量涌现出来，其工艺和指标都达到了很高水平，它的突出特点是体积小、电路简单、性能优越、保护功能齐全等。
由于在很多情况下主机的额定输出功率不能胜任带动整个音响系统的任务，这时就要在主机和播放设备之间加装功率放大器来补充所需的功率缺口，而功率放大器在整个音响系统中起到了“组织、协调”的枢纽作用，在某种程度上主宰着整个系统能否提供良好的音质输出。
现今功率放大器不仅仅是消费产品（音响）中不可缺少的设备,还广泛应用于控制系统和测量系统中。
然而低频功率放大器已经是一个技术相当成熟的领域,几十年来,人们为之付出了不懈的努力,无论从线路技术还是元器件方面,乃至思想认识上都取得了长足的进步。
目前市场上的集成功放产品价格已经很低并且种类也很多,典型的有LM1875、TDA1521、TDA1514。
这些优质功放模块体积小、性能优越、保护功能齐全、外围电路简单、易制作易调试。
最近，一种应用砷化钾MESFET制成的功率放大器MMIC，在移动电话和个人数据终端领域中应用越来越广泛，一片尺寸为2.5×3.48平方毫米的MMIC输出功率可达1.1W，工作频率达950MHZ。
本文则提供了一幅20W单端纯甲类功放电路图，电路十分简单，所用元件很少。
符合“简洁至上”的原则,用料普通，易于仿制，看到好多的发烧友对单端纯甲类功放感兴趣，不敢独享，特撰写此文，与广大的音响发烧友交流。
第2章总体方案设计
2.1总体方案论证
此电路有4个基本电路：
1.输入级电路2.电压放大级电路3.输出级电路4.电源电路
该原理图出自于
该电路中的BC559实际电路中由A733代替，TIP32A实际电路中由B834代替
WWWWW
3、单元模块设计：
1:
电源电路：
电源电路采用15V，20W的变压器，使用的是2W10整流桥（峰峰值2A，平均值1.1A）。
滤波电路选用的是2200UF的大电容滤波，0.01UF的高频小电容滤过大电容无法滤过的高频谐波。
中间两对递减的电容是为了解决大电容的感抗作用而影响高频成分的滤波。
参数测量：
变压器变压过后的电压有效值为V2=15.7V，整流后有效电压值为V=15.0V（理论为15.7*0.9=14.13V）。
经过电容滤波后有效电压为正负22.3V（理论值根据电容滤波电路空载时特点，有VO=正负14.13V*
V=正负18.5V）此处理论与实际相差较大，相差有近4V之多，原因尚未清楚。
在用示波器测量中，得到输出纹波的峰峰值为0.94V，滤波效果还算可以。
接入负载后电源输出有效电压值约为正负14.6V
2：
输入级电路:
（1）原理分析：
1UF电容是整机的输入电容，其容量的大小和制造材料对音质的影响很大。
根据理论计算，1UF的电容C1与输入电阻R1组成了一个高通滤波电路（高通滤波电路的频率与增益如右图所示），
核心电路是由两只A733组成的差分放大电路，22K对地电阻为三极管的偏置电阻，在静态工作时C5断开故R6右边的电压近似等于R1下端电压约为0V，而点3与点7有一定的电压。
4.7K的R2用来限流。
8.2K电阻是差分对管的公共发射极电阻，决定了差分电路的共模抑制比和本级的静态工作电流。
经过输入级放大的电流在流经1K可调电阻时产生的电压信号，直接输送到下一级，通过改变1K的可调电阻可以改变下级的静态工作点。
（2）静态测量：
通过测量有以下结果：
低端转折频率可以用下式计算：
f=1/（2*3.14*22K*1UF）=7.2HZ。
R3两端电压VR3=13.4V电流IR3=13.4/8.2K=1.64mA
两个A733的管的电压：
VBE分别为0.68V与0.65V.VCE分别为-0.53V与-0.48V
点3与点7电压近似相等约为0.1V
滑组电压V滑=320mv
R6两端电压VR6=63mv
3：
电压放大级电路:
（1）原理分析：
此部分采用共射级接法，增益较大，跨接在三极管上的C3是为了消除高频自激。
1.5K电阻和5K滑阻及电容C4构成自举电路。
以保证进入正负最大幅度时输出幅值能够达到最大值而不会产生失真，同时1.5K与5K的滑组给两个BD139分别提供合适的IC与Ib
（2）静态测量：
通过测量有以下结果：
第一BD139的静态工作点，由上级电路的输出级数据可以得到
IB=320MV/657欧=0.49MA,IC=4.54MA，VBE=0.52V，VCE=-14.91V（由于自举电路的作用造成VCE变大）Vbe=0.5V。
1.5K电阻R4电压VR4=6.84V，电阻R5调整为1.55K电压为VR6=6.86V
4.功率放大级电路
1.原理分析：
此部分由两个部分组成，1.射级输出器
2.恒流源电路
右面是它的简化图。
上半部分是个射极输出器电压增益AV约为1，但是能提供一个较大的电流，故能够提高功率增益：
220欧的R8是个偏置电阻，给BD139提供一个合适的Ic，同时给B834（图中是TIP32A）的基极有了个初始电流，220毫欧的电阻可以去除，实际电路中点的电压接近0V，故BD139的基极电压约为0.7V，点14的电压应该为VEE+0.7V。
下半部分恒电流源电路：
此部分作为上部分的偏置。
BC549（实际中用C945代替）为R14提供一个电压,点20上的电压V20=VEE+0.7V。
再向上经过BD139得点21的电压V21=VEE+1.4V，故流过R15的电流I=V21/2.2K，此电流给BC549提供一个合适的Ic（约为60MA）,给BD139提供一个Ib。
220欧的R13是一个偏置电阻，给BD139提供IC，同时B834的基极也得到了一个较小电流。
工作时TIP32的集电极有较大电流，其电流大部分从R14流过,少部分流过BC549。
其电流约为I=0.7/1.41MA=500MA
静态测量：
通过测量有以下结果：
R9两端的电压VR9=103.2MV,故B834功放管IC=V/R=463MA
R8两端电压VR8=0.79V（即B834功放管EC级电压），射级输出器中的BD139的集电级电流Ic=5.6MA.由KCL可推算出B834基级电流为5.6-0.79/220=2MA.
R11两端电压VR11=108.3MV，故B834功放管IC=V/R=490MA
R13两端的电压VR13=0.78V（即B834功放管EC级电压）
下半部分的BD139的的集电级电流Ic=6.2MA。
故可故可推算出B834基级电流为6.2-0.78/220=2.7MA.
R15两端的电压VR15=12.4V，流过R15的电流为V/R=5.6MA，
BC549的集电极电流为Ic=5.2MA，由KCL可推算出BD139的基极电流为0.2MA
流过1.41欧电阻的电流IC=474MA
四、系统调试中的问题及解决方法：
1：
焊接布线时注意输入与输出不要平行。
2：
电压源接入负载后电压减小：
解决过程与方法：
通过老师指导及重新翻阅课本，发现这是电容滤波电路的特性。
甲类负载电流较高，输出电压会减小。
3：
第一次焊接成功后不能正常工作：
解决过程与方法：
通过测量及触摸元件温度发现恒流源的参考电阻温度过高，变压器及三极管散热片温度也过高。
通过分析及查阅课本发现功率严重不匹配，流过参考电阻电流过大，计算的上面的热功耗为2W多，而此电阻功率只有1W。
理论计算输出功率为20W，而负载是一个2W的喇叭，电源是额定功率是20W。
为了匹配功率，又加了两个参考电阻，使理论上功率变成原来的1/8约3W。
功放正常出声了。
3：
恒流源有时无法通过改变参考电阻而改变电流大小
解决方法：
1：
我的测量电流方法有误（当时是将电流表的红表笔一端接恒流源，黑表笔接变压器的地线。
。
。
。
。
此错误太过愚蠢）（不过为什么按照此测量方法测量电流过大，一直不明白），此测量出来的电流达到了2.6A并且基本不随参考电阻的改变而改变,我们小组成员基本如此，结果造成了分析的错误及万用表的损坏。
在老师的帮助下更换了万用表保险，用正确的方法测量电路，发现与理论计算虽然还有差距但也算正常，恒流源电流约为474MA。
2：
通过几次调试观察发现在经过几次错误的测量后，及稍长时间的工作后，功法音质变差，甚至不能工作。
我发现了BC549（实际是用C945替代）损坏（根据现象推测是软击穿）我更换后功放又工作了，可是时间长了又出现问题，测量时发现恒流源流过参考电阻的电流仅为18.2MA，推测及测量发现BC549再次击穿。
我目前的想法是更换一个最大电流及功率更高质量好点的三级管。
由于此问题发现较晚（以前一直以为是电路问题）我没有来的及尝试，在换了3、4个三极管后，发现目前的三极管还凑合，一直没坏。
4：
静态工作点过高：
解决过程与方法：
焊接完成后不要接喇叭，通电后测量各个三极管的Ic,VBE,VCE与参数对照。
先调节R5调节至1.0K时、R8与R12使几个BD139集电极电流Ic较为合适。
再调节1K的滑组使中点电压尽量接近0V，再调节R5，R8与R12.使几个BD139集电极电流Ic较为合适,如此反复几次，最终中点电压为0.2V。
不失真下输入电压达到最大（峰峰值约为0.60V），可与理论上仍有较大差距。
5：
三极管发热严重：
解决过程与方法：
1：
我在主功放管的集电极上串联滑组，通过减小IC来降低静态工作点。
结果开始时出现了滑组过热，原因滑组最大功率低，通过调节找到了较为平衡的点，静态工作时散热变小，滑组温热。
结果音质变差，静态工作点调的过低了，出现了失真。
此方法失败。
2：
通过老师的指导，及查阅B834手册知，B834的热阻较高（0.24W/0C），知道问题大部分原因是散热片面积不过，换了个带风扇的散热片后问题解决，并且得到输入幅度得到提高。
6：
在示波器上测量时发现电压放大级出现了饱和失真，及过流现象。
如下图一所示：
解决过程与方法：
1：
调节R5至1.5K时使输入幅度得到最大值。
（解决了饱和失真的问题）:
2：
过流问题未彻底解决，尝试方法:
1通过以前几次的功放不正常工作的原因，试图通过提高恒流源的稳定性来解决，具体过程是更换为参考电阻提供稳定电压的三极管BC549结果基本没有改变。
此问题没有解决，遗憾的是由此问题出现没有及时测量当时的工作点的参数，事后功放由于恒流源及的调整及功放管静态点的调整，造成此波形图没有出现。
倒是在调试过程中出现了图2的情况，准备测量参数是由于当时的鲁莽造成一个A733三极管短路烧毁，在更改后又出现了电压源输出电压减小一半的情况。
调整恒流源及电路，调好后此情况没有出现。
图一
图二
还有我们小组成员出现的一些问题，有些问题的解决也让我受益匪浅。
在这里我就不写了。
5、交流参数及功放指标
测量指标
输入电压：
+14.7V-14.3V
输入电流：
0.43A0.46A
最大不失真输入电压：
0.60（峰峰值）
最大不失真输出电压：
13.8V（峰峰值）
电压增益AV=23
通频带约为20HZ~1.5MHZ
总功率P=13.01W
输出功率P0=I2*R=2W
效率n=15.1%
6、心得体会
通过此次实验，我认为我最大的收获不仅在于知识上收益；更是在于我态度上的端正，知道了基础的重要性，现阶段最重要的是学好基础，掌握正确学习的方法，更好的解决问题，而不是过度依赖QQ群与网络。
另外实验室的签到制度实行及老师细节要求让我知道了自己的习性太差，这方面更需要努力改正。
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