实验报告

一.      实验目的

1. 通过动手操作来学习和掌握功率放大器的工作原理.调试及主要性能指标的测试方法；

2. 在功率放大器的制作过程中学习其中渗透的模拟电路的思想和方法，从而掌握和熟练模拟电路学；

3.      在本次实验过程中学会遇到问题分析和解决问题的方法，在解决问题的过程中牢固吸收和掌握知识；

4.      培养独立动手能力和团队合作精神。

二、实验器材：

30W的烙铁1个、焊锡（若干）、软线（若干）、电源线30cm（d=0.7mm）、两孔插头1只、25W的220V(50HZ)—24V变压器1个、3W整流桥1只、2只2200uf的电解电容、2只470000uf的电解电容、3只100nf的电容、1个双音频插头、1个8欧10W的喇叭、1只10uf的电解电容、1只100uf的电解电容、3个50K的电位器、2个500欧的电位器、3个4.7K的电阻、1个220欧的电阻、2个15pf的电容、3个3904晶体管、2个3906晶体管、2个T1P41晶体管、2块散热片、2个1N4148开关二极管、10欧、220欧、470欧、33欧的电阻各1个。

三．实验原理

实验原理图如上所示↑

1.  我们选择的是一个甲乙类互补对称功率放大器，即上面所示电路为甲乙类互补对称放大电路。甲乙类的静态工作点比乙类高点，在截止区上方，可以有效防止交越失真。

2.  该功率放大电路从输入端看先接入一个电解电容C1，起到通交流隔直流的作用，滤除电路中的直流量，流入差分放大电路。也就是在功率放大器在静态工作下阻止直流通过，在动态工作时输入交流信号。R2是一个偏置电阻，在电路工作时为BJTQ1的基极提供一个偏置电压。它的一端接地，在放大电路在静态工作状态下形成一个闭合回路。

3.  该电路接入了一个射极藕合差分式放大电路。电路选用了两只特性形同的BJT Q1 和Q2，将两管的射极连接在一起，直接传递信号。输入信号经过电解电容C1和电阻R1,流入差分放大电路，电压放大后由Q1集电极输出，送至激励三极管Q3的基极进行激励放大，放大后的信号再从Q3集电极输出，分两路输送；一路经二极管D1，D2接互补推挽放大电路的PNP管Q4的基极，另一路接NPN管Q8的基极，当输入信号为正时，Q7导通，Q4截止，电流经音响到地，当信号负半轴输入时，Q7截止，Q4导通，输出电流经地，音响到Q8的负电源；放大后的音频信号由输出级互补电路发射级输出，使扬声器正常工作。

4.  功率放大器的效率是一个突出的问题，其效率的高低与放大器的工作状态有直接的关系。该电路主要有差动放大电路，交越失真消除电路，复合互补功率放大电路，负反馈放大电路和扬声器补偿电路组成。该电路中的晶体管工作延伸到非线性区域，在这些工作状态下，功率放大器的输出电流与输出电压间存在严重的非线性失真。功率放大器因其信号的频率覆盖系数大，所以该电路不能采用谐振回路作负载，该甲乙类功放用PNP管Q4.Q6和NPN管Q7.Q8组成一个推挽放大电路。Q4和Q6组成PNP的复合管，Q7和Q8组成NPN的复合管，这两组复合管对电路中电流的放大倍数是两管放大倍数的乘积，所以放大电路的输出端会产生很大的电流。

5.  直流稳压电源﹕

(1)                         该功率放大器需要电压稳定的直流电源供电。电路所需电源组成如上图所示↑。它是由电源变压器.整流电路，滤波电路和稳压电路等四部分组成。电源变压器是将交流电网220V的电压变为所需要的电压值，该电路需要的电压值为18V。然后通过整流电路将交流电压转变成脉动的直流电压。由于此脉动的直流电压还含有较大的纹波，所以必须通过滤波电路加以滤除，从而获得平稳的直流电压。但这样的电压还随电网电压波动，负载和温度的变化而变化。因而在整流和滤波电路之后，还需接稳压电路。稳压电路的作用是当电网电压波动，负载和温度变化时，维持输出电流电压稳定。

(2)       滤波电路：滤波电路是将整流所得的脉动直流电中的交流成分滤除，一般采用的是电容滤波、电感滤波及阻容滤波电路。

(3)       稳压电路：滤波电路将滤波电路输出的直流电压稳定不变，使输出直流不随负载等的变化，一般是由稳压二极管稳压电路、串联式稳压电路、开关式稳压电路等组成的。

(4)       整流电路﹕将交流电压变成脉动的直流电压。但负载上的直流电压是脉动的，它们的大小每时每刻却是在变换的，不能满足电路对电源的要求，因此要尽量降低输出电压中的交流成分，并尽量保留其中的直流成分，所以要在整流部分增加滤波电路。

桥式整流波形图﹕

(5)       滤波分为电容滤波和电感滤波两种。该功率放大器电路的电源部分采用的是电容滤波，目的是将直流电压取出，滤去交流成分，由于电容c对直流电相当于开路，所以整流电路输出的直流电压不能经过c到达地端，只能进入到负载网络中。对于整流单路输出的交流成分，由于电容c的容量较大，其容抗较小，交流成分通过c流到地端，而不能进入到负载网络，这样通过电容c的滤波，使其从单向脉动直流电中取出了所需的直流电压，滤波电容c的容量越大，对交流成分的影响就越小，使流入负载的交流成分很小，从而得到了很好的滤波效果。

                    仿真输出波形

功率放大器焊接实物图

四．实验过程中遇到的问题和解决方法

1.三极管Q6发热明显；

分析﹕三极管发热说明通过Q6的电流过大，有相当大的功率消耗在三极管的集电极上，使结温和管壳温度升高；或通过三极管的电流过大，三极管已经损坏，集电结和发射结导通，即B和E之间导通；或三极管Q6的引脚接反了。

(1)   把PNP管Q4.Q6和NPN管Q7.Q8组成的推挽放大电路中的电阻换成可变电阻，调节电阻阻值，控制通过三极管Q6的电流；

(2)   给三极管Q6加散热装置，充分利用管耗而使管子输出足够大的功率。

2.非线性失真明显；

分析﹕功率放大器的同一个功放管输出功率越大，非线性失真越严重。功率放大器的效率是一个突出的问题，其效率的高低与放大器的工作状态有直接的关系。为了提高放大器的工作效率，要将晶体管工作延伸到非线性区域。但这些工作状态下的放大器的输出电流与输出电压间存在很严重的非线性失真。低频功率放大器因其信号的频率覆盖系数大，不能采用谐振回路作负载，因此一般工作在甲类状态；甲乙类功放的静态工作点比乙类高点，在截止区上方，可以有效的防止交越失真。

(1).通过负反馈电路减小放大器的非线性失真。由于放大器本身存在非线性失真，即对正半周信号的放大量大于对负半周信号的放大量，这样净输入信号的正半周小，得到的放大量大；而净输入信号的负半周大，得到的放大量小，放大器输出信号的正.负半周幅度相差的量减小了。所以适当调节负反馈电路，可以降低放大器的非线性失真。

3.功率放大器产生的自激；

分析﹕当负反馈放大电路同时满足下列两个条件时，放大器将产生自激。①负反馈放大电路通过负反馈后，负反馈信号与输入信号之间相位相反，即它们之间相差180。，所以这两个信号混合后相减。若负反馈信号在负反馈放大电路中产生了180。的附加相移，这样负反馈信号从放大器输出端反馈到放大器输入端时，已经相移360。，结果与输入信号是同相位的关系，导致两个相加，这是正反馈过程。正反馈的结果使信号越反馈，放大后越大，便产生自激。

②放大器对产生正反馈的信号具有放大能力，只要放大倍数大于1即可。

⑴电容校正﹕在负反馈电路上接入一个电容。接入电容相当于并联在前一级的负载上，在中，低频时，由于容抗很大，所以这个电容基本不起作用。高频时，由于容抗减小，使前一级的放大倍数降低，从而破坏自激振荡条件，使电路稳定工作。

⑵除了利用电容消除自激外，还可以利用电阻.电容元件串联组成的RC校正网络来消除自激振荡。

五．实验心得

①通过对该功率放大器的设计和制作，我对模拟电路课程有了新的认识和学习；

②在整个实验过程中我逐渐学会了分析问题和解决问题的方法，对功率放大电路的工作状态和原理有了进一步的认识和了解；

③通过该实验锻炼了我的动手能力，提高了我的焊接技能。

 

第二篇：音频功率放大器设计报告

《分立元件功放制作》

——实验报告 功放类型：甲乙类互补对称功放电路

1 引言

OCL功率放大器的主要任务是不失真地向负载提供足够大的功率，这里所说的输出功

率是指低频交变电压和交变电流的乘积，即交流功率，直流成分产生的不是这里的输出功率，他具体有如下特点：

（1）

（2）

（3） 输出信号的幅值大，容易产生失真。 输出功率大，消耗在电路的功率也大，电源提供的能量效率对整机的影响很大。 为了得到尽可能大的输出功率，晶体管常常工作在极限应用状态：UCE最大

时会接近UCEO，IC最大时可以达ICM，晶体管的最大管耗可能接近PCM。

由于这些特点，要让它以最大效率工作并满足需求，所以要不断地调试与改进。 随着半导体工艺的发展，稳压电路也制成了集成器件。由于稳压芯片具有体积小，外接线路简单，使用方便，工作可靠性和通用性等优点，因此，在各种电子设备中应用十分普遍。集成稳压芯片的种类很多，从原理上可分为线性集成稳压芯片和开关型集成稳压芯片两种。鉴于此次设计主要以OCL功率放大电路为主，所以电源部分采用线性集成稳压芯片构成，制作简单，使用方便。

1背景

学习模电一学期以来，从未设计过电路，只了解了一些理论上的概念及分析方法，加上模电部分的不确定性，所以通过此次OCL功率放大电路的设计，去应用理论加深理解，学会分析问题，解决问题，并从中学些解决问题的经验。我们此次实验室以小组进行的，所以通过各组员的相互配合，相互指出不足，相互学习，培养我的交际能力和团队合作精神。

2 设计名称

甲乙类互补对称功放电路

3 参考资料

《电子技术基础》模拟部分 康华光主编 高等教育出版社20xx年第五版 《电子技术实验》 杨志名 马胜前主编 兰州大学出版社20xx年第一版 《模拟电子技术教程与实验》 赵桂钦编著 清华大学出版社20xx年第一版

《音频功率放大器设计手册》【英】Douglas Self 著 人民邮电出版社09年10月第一

版

《模拟电子技术基础》 康治德主编 科学出版社20xx年第一版 2实验原理

1 电源结构框图

2 电源结构原理图

图1

电源结构原理分析

图1中T1为输出交流正负12v的双输出变压器，D1为整流桥，型号为2W10，参数为2A/100V,C1,C2为两个4.7mf的电解电容（最高耐压值50V）,c3,c4为两个100nf的小电容。220V的交流电经变压器变压后，幅度变小，但仍为交流电，经整流桥整流后，变为不稳定的直流电，经4.7mf的电解电容滤波后，变为浮动范围较小的直流电，再经100nf的电容消除小纹波后，直流电源不稳定波动基本上稳定在0.5V之内。

接好电路后，测得输出电压： U0=±17.02V (基本上满足电路所需要的电压)

注意事项：在接入电解电容时，一定要注意电解电容的正负，不能接反，接反后的反应是电容剧烈发热，如不及时断掉电源，会有爆裂的危险。整流桥输出端有正负之分，须谨慎接入电路，不然会烧坏整流桥。

3.OCL功率放大电路分析

OCL功率放大电路在功放机中应用比较广泛，下面以此次电路进行分析。

电路组成：该电路主要由差动输入放大电路、电压放大电路、自举电路、交越失真消除电路、复合互补电路、负反馈电路、扬声器补偿电路等组成。

OCL功率个放大电路由于采用了全电路直接耦合方式，温度漂移对电路影响比较大，采用差动输入放大电路，抑制温度升高导致的零点漂移较为理想。图中Q1、Q8、R3、R2、R4 组成单端输入、单端输出的差动放大电路。该电路由于采用两个特性相同的三极管组成对称放大电路，并且发射极上共用电阻R4共同作用，达到抑制温度漂移的效果。一方面，共用发射极电阻，使两放大电路由于零点漂移产生的参数变化同时进行，零点漂移被抵消，具体过程如下：

IC1↑→IB1↑ UBE1↓→IB1↓→IC1↓ T↑→↑→IC8↑→IB8↓→IB8↓→IC8↓

另一方面，共用电阻R4也作为负反馈电阻，通过电流负反馈作用，进一步减少工作点的零点漂移。当信号经过差动电路输出后到后一级三极管Q3，Q3为共发射级电路，共射级电路具有电压放大作用，所以信号经Q3电压放大后，输入到下一级，下一级Q4，Q9 组成对称互补放大电路，两个三极管都为共集电极电路，共集电极电路没有电压放大作用，电压放大倍数近似为1，但它有电流放大作用，经Q4，Q9两个互补对称三级管组成的电路放大后，信号电压和电流同时被放大，也就是功率（Ｐ＝ＵI）被放大，最后经功率放大三极管Q6,Q7输出，驱动扬声器发声。调节电位器R６可以改变Ｑ１的基集的电流，

从而改变前级差动放大电路的信号输出大小，影响后面的每一级放大电路，使功率放大级输出信号的功率增大或者减小，也就是使我们所听到的声音增大或者减小。

Q3和Q4基级和集电极都并联一个15pf的小电容，这个是为了防止自激而损坏电路而附加上去的。 扬声器补偿电路由R10、C4组成，由于扬声器为感性负载，在瞬间大动态信号作用下，容易损坏扬声器内的线圈。接入R10、C4组成容性负载，补偿由于感性负载产生的移相，保护扬声器。

3.系统调试与总结

1． 直流稳压电源的主要性能测

电压调节范围输出：

正电源： Uo = 17.02 V

负电源： Uo = -17.02 V

2. 电源部分的调试

电源部分的调试可以说是异常曲折，下面是我们前后几次所改进的电源电路。

第一次电源电路：

这个电路是我们团队的一名队员设计出来的，当时仿真时没有出现一点儿毛病，输出电压Uo稳定在20.4—20.5之间，与我们组需用的电源电压相差无几。但是当我按图焊接出来后，在测量电源电压的一刹那，变压器发烫，3.3uf的电容发烫并且鼓了起来，在立即断电后，才避免了电容爆掉的危险。

第一次实验失败了，肯定是电路出了毛病，最后更改了电路图，去掉了串联在电路中的3.3uf的电容。

改进了电路之后，又进行了第二次仿真，电路图如下：

我们所需用的电源电压为18v左右，但我们多用的变压器为输出交流±24v的双电压输出，按理论计算：24*2=33.936，故实际测得输出Uo=33.936

Uo＞＞18v，故这个输出电压不能满足我们的需求。需进一步改进电路。既然电压大，那么我们可以采取分压的方式，来达到我们所要求的电压。故改进后的电路如下：

这次在100nf电容的两端并联一个50K的电位器，电压可从4.953uf——33.936任意变化。 把电源输出电压调到±17v时，在把电源接入电路后，出现了很大的问题，在接入电路后，输出电压测量后变为0.706V，但当电源和电路断开后，测量输出电压，又变为±17v，这个

浪费了我很长时间去解决它，最后经我分析，我发现外电路相当于一个大电阻，电源电路中所串联的50K的电阻和外电路电阻产生了分压，导致电源输出电压达不到预先所设想的数值。

最后决定用18v稳压管，由于电源电路中的电流比较大，接入电流后稳压管发烫不止。这个设想又失败了。

最后决定用变压器的另一组输出为交流±12V的输出，如下为理论计算：12*=16.968v，比较接近我们所需要的电压。最终仿真图如下：

接入电路后，果然一切正常，电压值也没有大的变动，电压源部分完成。

电路部分焊接完成后一切正常，很幸运的是当电压源接入电路后，在输入端输入音频信号时，电路基本上就可以工作了，甲乙类的理论上发热会很小，但我的这个电路工作一小会儿功率三极管就会发烫，而且是Q6发烫，Q7基本上热量很小，我最后断开电路，测量了下差分对的两组电压，发现他们不是很对称，调节R3，最后使它们的电压接近理论仿真值，它们的发热程度最终达到了平衡。可能是由于电路图本身简单且比较不容易出问题的原因，到这时候用它放音乐，音质已经很好了。而且当我调节电位器R6时，声音还可以调节。但这只是第一步，为了让我的功放工作更稳定，音质更加完美，我逐一测试每个三极管的静态参数值，让它们更加接近理论仿真值。下面是仿真情况下，各静态工作点的的电压值。

4． 仿真部分

1. 静态工作点

由于电源部分在焊接完成后工作正常，所以没有仿真部分。下面是电路正常工作时电路仿真

的静态数据。通过仿真，最终的原理图如下：

下面是实际电路工作正常时测得三极管的数据，便于和上面仿真数据进行比较： Q8： Ube=0.62v Uce=-17.02v Q1: Ube=0.65v Uce=14.90v Q9: Ube=0.63v Uce=16.98v Q7: Ube=0.046v Uce=17.04v Q6: Ube=0.048v Uce=17.05v Q3： Ube=-0.67v Uce=-16.34v Q4： Ube=-0.61v Uce=-16.98v

2.下图为仿真的功放放大电路的信号及放大后的信号幅度：

3. 放大倍数、输入输出电阻的测试

用示波器测得：不失真最大输入电压Ui=0.86V

此时的输出U0=17V

β=17／0.86≈19.767

功放放大电路功率η

测得电压源输出电流I0=0.29A，输出电压为U02=35V

电压源提供的功率p0=U02×I0=0.29×35=10.15W

测得负载最大输出U0=17V，扬声器电阻R0=8Ω

最大输出功率为P1=U02R0=4.508W

算得: η=P14.508=×100％≈45％ P010.15

问题分析：在电路完工后，一切调试完毕后，我发现了一个问题，在我接通电源，但不输入信号时，把放大倍数开到最大时，扬声器补偿电路的电阻R10 出现严重发热现象，但在输入信号时这个问题又会不攻自破，这个令我很费解，我想这个应该就是自激了，查

了下资料，发现自激是由于电路中存在多级RC回路，当1+AF=0, Af =∞时，即使无信号输入，也有输出波形，便产生了自激振荡。

常用的消除自激振荡的方法有：通常采用的措施是在放大电路中加入由RC原件组成的校正电路。我的这个问题是由于地线内线引起的自激，地线也是有内阻存在的，各级电流流经地线时会通过地线内阻造成不利耦合，在数字电路中和高频电路中，由于任何导线都有电感，其阻抗远大于直流电阻。其阻抗产生的影响也较大，对于地线内阻引起的自激的排除方法是，减小的地线的内阻，就是把地线加粗，地线铜箔面积留大一些，对于数字电路中和高频电子电路中底线的电感作用，减小的方法是用扁平导线做地线，用多跟导线并联，但导线之间的距离不能过近，，另外，还要注意适当的接地方式及接地点的选择，一般要避免强电电路和弱电电路公用地线，数字电路和模拟电路公用地线。

5.实验心得与体会

通过假期准备到现在的完工调试，功放终于做成了， 通过功放电路的设计，我受益匪浅，感受颇深。

首先第一阶段仿真的过程，使我学会并且掌握了用Mutilsim这一款软件来模拟仿真电路的实验方法。用它来对电路的每一项参数进行改进，使我的进程加快了不少，也少走了许多弯路。如电源的制作过程可以算是十分曲折了，但这也使我认识到仿真与实际的差别，仿真的原件都是理想化的原件，它是没有最大电流，最大电压限制的，所以当一个电路在软件上仿真好了之后，也许在实际电路中就会出现发热，烧坏电路原件的可能。这种情况在我的电源制作过程中得到了充分的验证，我接入的18V的稳压管，在仿真时没有出现一点问题，可是在实际电路中稳压二极管却发烫不止，被迫只能改换其他电路。

第二阶段的买原件过程，让我知道了同样一个原件，却有如此多的封装，在买原件的过程中，也让我学会了如何去看一元件的质量好坏，并学会了从参数等各方面去考虑一个元件是否可以用到此处。从买原件中又认识了更多的元件，有待下一步去应用它。

下一步就是焊接的过程，以前做的各种焊接，一般不考虑它的布局与元件的合理性，焊接上就行，只要焊接没问题，电路一般情况下都能运行，但这次功放制作过程中，让我知道了要是电路布局不合理时，就会产生一些相当难以解决的问题，比如自激，这样的毛病一般情况下查原因时却是比较难的。另外，在焊接时还要考虑到在后面调试及改进的更换问题，

所以元件的分布不要太密，减少直接用引脚带来的更换元件时的困难。还有，别小看一根导线，它也要根据一条通路中电流大小而选择导线的粗细。

虽然模电中的好多参数是具体不确定的，但分析过程还是以理论为基础的，再分析过程中，让我感觉到了理论基础的不足，工具运用不熟练等问题，但我学会了把理论和实际结合起来。调试起来真的太费事，电路板上的元件反复更换，由固定的电阻换为滑动变阻器，改变电位器，则电路中各点电压都跟着改变，分析后应该是合理的，但测量中却不合适。更换中反而带来了更多的问题，有时会烧坏别的元件。调试过程中我们经常用手摸的方法，去防止三极管饱和导通，温度连续上升而烧坏，所以有时感觉到的不只是热，还有电击，由于三极管tip41c是金属外壳封装，功率较大，发热也高，所以在调试时应该密切关注它的发热状况，只要温度高到不正常的地步，要及时断开电源，再一次检查电路。

看似很简单的电路，但原理分析起来却是十分难的，因为需要考虑许多的东西，考虑各电路之间的相互影响。加之模电的不确定性，有时真的使人难以把握。还好，电路图没有问题，在我焊接好之后，基本上就能出来音质比较好的声音。在以后的调试之后，基本上就已经完工了。