答:这个电路在设计上有很多问题,不能用。详细的等有时间再说。
今天是11月24日,先聊聊设计功率放大器的基本思路。
1.功放的输入信号最大幅度是1V,有人理解为2Vp-p,有人理解为2.8Vp-p,经由功放放大到你设定的数值,并且能够提供足够的电流。
2.根据电路的繁简或者个人喜好,确定通频带宽度,通带内的频率特性应该尽可能平直。
3.当性能指标,电路程式选定后,要合理地分配各级增益,合理地选择负反馈形式和反馈深度。
4.功放各级在开环状态下,应该尽可能做到静态工作点稳定或基本稳定,不能依赖于大环直流负反馈。
5.功放各级都应该具有适度的本级负反馈量,减小本级失真,展宽本级通带,同时有利于本级工作点的稳定。就是说开环失真要尽可能小,不能依赖于大环反馈。
6.根据一些书刊的介绍,大环负反馈量以二,三十分贝为宜。
接下来聊聊为什么说这个电路不能用。
表面上看这个电路面面俱到,几乎各种技巧都用上了,负反馈对,射随器,自举电路,带宽限制......等等,但是它依然是不能用。这里先从容易看到的说起。首先就是Q1A,它的发射极直接通地,而集电极负载大约90K, Ic只能在0.6mA以下,当基极处于负信号时,尽管有负反馈的作用,Q1A即使不被截止,也只能工作在截止区边缘。先说这些,等有时间再谈。
11月26日 当基极处于信号的正半周时,有一个幅度不大的工作区,然后因饱和而被削顶。这里做了一个仿真,图片如下。
虽然这是一个几十年前就普及了的老电路,但是学电子技术的人不能不去学习和实验!如果希望自己在直流电路和低频电路中使用晶体管能做到得心应手,这个电路实验和其它很多实验都是好机会。不要听外行人说什么晶体管电路过时了,他们是不负责任地瞎说。因为现实中会有很多必须使用晶体管解决问题的课题,而且任何IC的内部都是由很多单个的晶体管组成的,如果你的工作是设计专用的IC,没有晶体管电路的基础,就会无从下手!走自己的路!
TDA1037是单声道音频功率放大器,工作电源电压范围4V~28V,最大输出功率8W,最大输出电流2.5A,可匹配4~16Ω扬声器。TDA1037应用电路:
LM324是四运放集成电路,它采用14脚双列直插塑料封装1脚 输出端12脚 反相输入端13脚 同相输入端14脚 正电源+VCC5脚 同相输入端26脚 反相输入端27脚 输出端28脚 输出端39脚 反相输入端310脚 同相输入端311脚 负电源-VCC12脚 同相输入端413脚 反相输入端414脚 输出端4
2N3055音频功率放大器电路图:
该音频功率放大器电路简单,成本低。最佳的电源电压为50V左右,但这款电路能工作在从30到60V。最大音频输入电压大约是0.8 - 1V,输出功率为60W左右。末级晶体管2N3055可以是任何NPN型功率晶体管,但不要用达林顿类型
TDA2030A是这个功放电路的核心器件,它的内部是由几十个三极管组成的多级直流放大器。音频信号由2K电位器输入到TDA2030A的同相输入端1脚进入放大器,第五脚接电源正极,第三脚接电源负极,VCC是工作电压正极。第四脚是音频输出端,通过2200微法电解电容接喇叭。两个二极管4001是保护集成块防止电源电压反接时候损坏的功能,平时不起作用。输出端的0.1微法电容器与1欧姆电阻串联之后跨接在喇叭两侧是改善音频输出的音质作用,也可以称为高通滤波器,起到衰减高音提升低音的作用。 150K电阻是负反馈元件,与4.7K电阻、22微法电容共同组成负反馈回路,稳定工作工况改善音质作用。左边3个100K电阻是外接偏置电路,为集成块输入端提供合适的工作点电流。 最上面的2个电容是电源滤波作用,具有退偶作用。
音频功率放大器电路设计 一、题目 音频功率放大器 二、电路特点 本电路由于采用了集成四运算放大器μPC324C和高传真功率集成块TDA2030,使该电路在调试中显得比较简单,不存在令初学者感到头疼的调试问题;与此同时它还具有优良的电气性能:① 输出功率大:在±16V的电源电压下,该电路能在4Ω负载上输出每路不少于15W的不失真功率,或在8Ω负载上输出每路不少于10W的不失真功率,其相对应的音乐功率分别为30W和20W。② 失真小:放大器在输出上述功率时,最大非线性失真系数小于1%,而频宽却能达到14kHz以上,音域范围内的频率失真很小,具备高传真重放的基本条件。③ 噪音低:若把输入端短路,在扬声器1米外基本上听不到噪音,放送高传真节目时有一种宁静、舒适的感觉;另外由于使用性能优异的功率集成块,放大器的开机冲击声也很小。该电路所采用的高传真功率集成块TDA2030是意大利SGS公司的产品,是目前音质较好的一种集成块,其电气性能稳定、可靠,能适应常时间连续工作,集成块内具有过载保护和热切断保护电路。电气性能参数如下:电源电压Vcc ±6V~±18V 输出峰值电流 3.5A 功率带宽(-3dB)BW 10Hz~140KHz 静态电流Icco(电源电流) <60μA 谐波失真度 <0.5%三、电路图(另附) 四、电路原理 该电路是由前置输入级、中间级和输出级三部分组成的。前置输入级是由集成运放1/4μPC324C组成的源级输出器,它具有输入阻抗较高而输出阻抗较低的特点。 中间级是由集成运放1/4μPC324C以及由R4、R5、R6;C4、C5、C6;Rw2、Rw3、组成的选频网络一起构成的电压并联负反馈式音调控制放大电路。它具有高低音提升或衰减功能。其工作原理如下:输入信号通过C4耦合,分两路输入运放,一路由R4、C4、Rw3输入到5反相端。集成运放B输出端经过R6、C5反馈到反相端,形成电压并联反馈;另一路由Rw2、C6、 R5、输入到反相端。在此电路中,选频网络中电容量较大的C4、C5对高频信号(高音)可看作短路,电容量叫小的C6对低频信号(低音)可看作开路,所有这些电容对中频信号(中音)可认为开路。根据反相比例运算关系可知,当Rw2、Rw3滑臂在中点时,放大倍数为-1。当Rw3滑点在A端,C4被短路,C5、Rw3并联与R6串联后阻抗增加,对低频信号来说负反馈增强,增益下降,其低音衰减过程,当Rw2滑至C处,R5、R6和R3并联后的阻抗减小,对高频信号负反馈削弱,增益提高,对高音起提升作用;在D点,R5、C6与R6并联后的阻抗减小,并联后阻抗减小,对高频信号负反馈增强,对高音起衰减作用。 输出级是功率放大器,它由集成运放TDA2030和桥式整流电路组成,其中组件C8、R9为电源退耦电路。 由于该电路为双声道功率放大器,所以下部分电路与上部分电路完全对称,故电路原理同上。 五、印刷电路板设计图(另附) 六、元器件清单及使用仪表工具 电阻:R1 1K R2 1K R3 10 R4 100K R5 100K R6 3.3K R7 100K R8 3.3K R9 10 R10 100K R11 100K R12 100K R13 10K R14 10K R15 10K R16 10K R17 1K R18 1K R19 1.5K R20 1.5K R21 10K R22 10K R23 20K R24 20K R25 100K R26 10K R27 100K R28 10K电容:C1 2200μ/16V C2 2200μ/16V C3 33μ/16V C4 33μ/16V C6 0.1 C7 220μ/16V C8 220μ/16V C9 10μ/16V C11 10μ/16V C12 10μ/16V C13 33μ/16V C14 33μ/16V C16 10μ/16V C17 0.033 C18 0.033 C19 3300 C21 10μ/6V C22 10μ/16V C23 0.047 C23 0.047 C25 300 C26 300 C20 3300 C15 10μ/16V C5 0.1 C10 10μ/16V其它组件:TDA2030(两块)、QSZ2A50V、μPC324C(四块)、滑动变阻器Rw1、Rw2、Rw3、Rw4,散热片。仪表工具:万用表。 七、电路制作及调试过程首先在拿到电路图纸后,看清、弄懂逻辑电路图和印刷电路图。在熟知电路的原理和特性后,将印有印刷电路图的贴纸贴在所分发的金属板上,接着用小刀对其进行雕刻,将多余的贴纸刮去,并用盐酸和双氧水比例为1:3的溶液进行腐蚀。然后用清水把腐蚀后的电路板洗净,并在其上对照印刷电路板进行描点、打点,过后用砂纸将其打磨光滑,再用松香水均匀地涂抹在电路板上。收集齐所需的元件,并对元器件的质量进行判定。(注意:预留的集成块管脚的空间要准确,不能有太大的误差;同时二极管、电解电容的极性一定不能接反。)最后进行元器件的焊接,必须在集成块焊好的情况下才能接着对二极管、RC元件及导线等进行焊接。(因为集成块不能受热,所以动作一定要干净利落。)在确认电路焊接无误后,开始进行电路的调试。先把电源接在③、④线上,⑥、①线接地,②、⑤线接入扬声器,用万用表对集成运放TDA2030和μPC324C的各引出管脚测出它们之间的电压与电流,并与其典型值进行对比,看看是否有明显的差距,判断集成电路工作是否正常。
这是一个理想的功放电路
建议用TDA2822M较好,该功放IC供电电压范围宽,外围电路简单,音质也不错。但不建议用USB口供电。因为电脑主板设计的USB口供电有一个范围,大概是100mA~500mA,根据不同的主板有不同的电流供给,基本上不会超过500mA,USB3.0规定为900mA。如用USB口供电,一旦外设有故障会影响USB口的正常工作,这样就得不偿失了。
U1为前置放大,R6、R1为负反馈电阻,U2为功率放大,R3、R2、C6为负反馈网络,D 1、D2为反电势保护二极管,R5、R3为消振网络,C1、C2、C4、C5为电源滤波电容,R4为负载(一般为扬声器)。当音量高到最大时,理论输出功率为Po=(Vcc/√2)^2/R4=(18/√2)^2/8=20.25W,实际输出功率受U2内部晶体管饱和压降、散热、IC内部过流过热保护等影响要比这小,约11W。
功率放大器(英文名称:power amplifier),简称“功放”,是指在给定失真率条件下,能产生最大功率输出以驱动某一负载(例如扬声器)的放大器。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。
利用三极管的电流控制作用或场效应管的电压控制作用将电源的功率转换为按照输入信号变化的电流。因为声音是不同振幅和不同频率的波,即交流信号电流,三极管的集电极电流在放大区中恒为基极电流的β倍,β是三极管的电流放大系数,应用这一点,若将小信号注入基极,则集电极流过的电流会等于基极电流的β倍,然后将这个信号用隔直电容隔离出来,就得到了电流(或电压)是原先的β倍的大信号,这现象成为三极管的放大作用。经过不断的电流放大,就完成了功率放大。
传统的数字语音回放系统包含两个主要过程:
1、数字语音数据到模拟语音信号的变换(利用高精度数模转换器DAC)实现;
2、利用模拟功率放大器进行模拟信号放大,如A类、B类和AB类放大器。从1980年代早期,许多研究者致力于开发不同类型的数字放大器,这种放大器直接从数字语音数据实现功率放大而不需要进行模拟转换,这样的放大器通常称作数字功率放大器或者D类放大器。
A类放大器:
A类放大器的主要特点是:放大器的工作点Q设定在负载线的中点附近,晶体管在输入信号的整个周期内均导通。放大器可单管工作,也可以推挽工作。由于放大器工作在特性曲线的线性范围内,所以瞬态失真和交替失真较小。电路简单,调试方便。但效率较低,晶体管功耗大,效率的理论最大值仅有25%,且有较大的非线性失真。因此效率比较低。
B类放大器:
B类放大器的主要特点是:放大器的静态点在(VCC,0)处,当没有信号输入时,输出端几乎不消耗功率。在Vi的正半周期内,Q1导通Q2截止,输出端正半周正弦波;同理,当Vi为负半波正弦波,所以必须用两管推挽工作。其特点是效率较高(78%),但是因放大器有一段工作在非线性区域内,故其缺点是“交越失真”较大。即当信号在-0.6V~ 0.6V之间时,Q1、Q2都无法导通而引起的。所以这类放大器也逐渐被设计师摒弃。
AB类放大器:
AB类放大器的主要特点是:晶体管的导通时间稍大于半周期,必须用两管推挽工作。可以避免交越失真。交替失真较大,可以抵消偶次谐波失真。有效率较高,晶体管功耗较小的特点。
C类放大器:
C类放大器主要特点是:晶体管仅在输入信号每个周期的很短时间内工作。电路工作时通常会给放大管提供一个负偏压,以确保晶体管不会工作在乙类状态。它的集电极负载不是电阻而是一个LC并联谐振回路,所以C类放大器也叫谐振放大电路。通过调节电容器的容值或电感器的感值从而达到选频功能。C类放大器的转换效率极高,可以达到98%。但是因为负载是谐振电路,电路经常工作在高频状态所以失真很大,因此C类放大器并不适合作为音频功率放大器,反而因为它的可选频率特性而被无线电界广泛采用,所以通常作为射频放大器、调谐放大器和倍频器。
D类放大器:
D类(数字音频功率)放大器是一种将输入模拟音频信号或PCM数字信息变换成PWM(脉冲宽度调制)或PDM(脉冲密度调制)的脉冲信号,然后用PWM或PDM的脉冲信号去控制大功率开关器件通/断音频功率放大器,也称为开关放大器。具有效率高的突出优点。数字音频功率放大器也看上去成是一个一比特的功率数模变换器.放大器由输入信号处理电路、开关信号形成电路、大功率开关电路(半桥式和全桥式)和低通滤波器(LC)等四部分组成。D类放大或数字式放大器。系利用极高频率的转换开关电路来放大音频信号的。
优点:
1)具有很高的效率,通常能够达到85%以上;
2)体积小,可以比模拟的放大电路节省很大的空间;
3)无裂噪声接通;
4)低失真,频率响应曲线好。外围元器件少,便于设计调试。
A类、B类和AB类放大器是模拟放大器,D类放大器是数字放大器。B类和AB类推挽放大器比A类放大器效率高、失真较小,功放晶体管功耗较小,散热好,但B类放大器在晶体管导通与截止状态的转换过程中会因其开关特性不佳或因电路参数选择不当而产生交替失真。而D类放大器具有效率高低失真,频率响应曲线好。外围元器件少优点。AB类放大器和D类放大器是音频功率放大器的基本电路形式。
T类放大器:
功率放大器(图2)
T类功率放大器的功率输出电路和脉宽调制D类功率放大器相同,功率晶体管也是工作在开关状态,效率和D类功率放大器相当。但它和普通D类功率放大器不同的是:
首先,它不是使用脉冲调宽的方法,Tripath公司发明了一种称作数码功率放大器处理器“Digital Power Processing (DPP)”的数字功率技术,它是T类功率放大器的核心。它把通信技术中处理小信号的适应算法及预测算法用到这里。输入的音频信号和进入扬声器的电流经过DPP数字处理后,用于控制功率晶体管的导通关闭。从而使音质达到高保真线性放大。
其次,它的功率晶体管的切换频率不是固定的,无用分量的功率谱并不是集中在载频两侧狭窄的频带内,而是散布在很宽的频带上。使声音的细节在整个频带上都可“闻”。
此外,T类功率放大器的动态范围更宽,频率响应平坦。DDP的出现,把数字时代的功率放大器推到一个新的高度。在高保真方面,线性度与传统AB类功放相比有过之而无不及。引用
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