1、實(shí)驗(yàn)十三 集成功率放大器（特別提醒：實(shí)驗(yàn)電路圖中可能存在有的元器件數(shù)值與實(shí)驗(yàn)電路板中的不相同，實(shí)驗(yàn)時(shí)應(yīng)以實(shí)驗(yàn)電路板中的為準(zhǔn)。另外，由于元器件老化、濕度變化、溫度變化等諸多因素的影響所致，實(shí)驗(yàn)電路板中所標(biāo)的元器件數(shù)值也可能與元器件的實(shí)際數(shù)值不一致。有的元器件雖然已經(jīng)壞了，但僅憑肉眼看不出來。因此，在每次實(shí)驗(yàn)前，應(yīng)該先對(duì)元器件（尤其是電阻、電容、三極管）進(jìn)行單個(gè)元件的測(cè)量（注意避免與其它元器件或人體串聯(lián)或并聯(lián)在一塊測(cè)量）。并記下元器件的實(shí)際數(shù)值。否則，實(shí)驗(yàn)測(cè)得的數(shù)值與計(jì)算出的數(shù)值可能無法進(jìn)行科學(xué)分析。）一實(shí)驗(yàn)?zāi)康?了解OTL互補(bǔ)對(duì)稱功率放大器的調(diào)試方法。2熟悉集成功率放大器TDA2030的主要性能

2、和使用。3熟悉功率放大器的設(shè)計(jì)，及其性能指標(biāo)的測(cè)量和它的調(diào)整方法。二功率放大器的原理 （一）功率放大器的特點(diǎn)和分類功率放大器的作用是給某些電子設(shè)備中換能器提供一定的輸出功率，如：收音機(jī)中的揚(yáng)聲器、繼電器中的電感線圈等。當(dāng)負(fù)載一定時(shí)，希望輸出的功率盡可能大，輸出信號(hào)的非線性矢量盡可能小，效量盡可能高。功率放大器根據(jù)三極管的靜態(tài)工作電流的不同，可分為甲類、乙類、甲乙類三種。甲類功率放大器的電流ic>0，三極管在信號(hào)一周內(nèi)導(dǎo)通，電源始終不斷地輸送功率，在沒有信號(hào)輸入時(shí)（即靜態(tài)），這些功率全部消耗在管子和電阻上；當(dāng)有信號(hào)輸入時(shí)（即動(dòng)態(tài)），其中一部份轉(zhuǎn)化為有用的輸出功率，所以，輸出功率較小，輸出效

3、率較低。（二）互補(bǔ)推挽功率放大器 乙類、甲乙類功率放大器雖然效率高，但它的輸出波形嚴(yán)重失真，為了妥善解決失真和效率的矛盾，采用了互補(bǔ)推挽式電路，如圖13-1所示。圖13-1 基本互補(bǔ)推挽電路圖13-1中，當(dāng)Ui=0，T1、T2截止，Uo=0，當(dāng)Ui為正半周，T2截止，T1放大，負(fù)載上有電流流過，負(fù)半周時(shí)，T1截止，T2放大，兩只管子在無信號(hào)時(shí)均不工作。而有信號(hào)時(shí)，輪流導(dǎo)通，故稱互補(bǔ)推挽式電路。若ui=Uimsint,輸出信號(hào)的電壓幅值為Uom，輸出信號(hào)的電流幅值分別為Iom，三極管T1、T2的交流電壓幅值和電流幅值分別為Ucem、Icm。1輸出功率Po=IoU=(由圖13-1，可知Ucem(m

4、ax)Vcc所以 Po(max) 2直流電源供給功率Pv電路中，正、負(fù)在一周期內(nèi)輪流供電，電路的對(duì)稱性使正負(fù)電源供給功率相等，所以電源總供給功率為單個(gè)電源供給功率的兩倍。 所以Pv(max) 3效率 當(dāng)Ucem最大，Po最大，效率最大。 max 上式忽略了UCE(sat)而得到的，因此實(shí)際最大效率要比它小。4管耗由T1.T2在一個(gè)周期內(nèi)輪流導(dǎo)通可知：兩管是管耗相等，即PT1=PT2;總管耗PT=PT1-PT2=2PT1=2PT2 PT1= PT=2PT1= 甲類放大器時(shí)，靜態(tài)管耗最大，乙類工作時(shí)，靜態(tài)卻為零；當(dāng)Uom由小增大時(shí)，由于PT是Uom的二次函數(shù)，令PT對(duì)Uom的導(dǎo)數(shù)為零，即 由此可知

5、Uom=時(shí)。PT達(dá)到最大；而當(dāng)Uom由此繼續(xù)增大時(shí)，PT反而減小。總之PT的最大值不出現(xiàn)在靜態(tài)時(shí)，也不出現(xiàn)在最大輸出功率時(shí)， PTmax = 最大管耗與最大輸出功率關(guān)系為PTmax0.4Pomax PT1max=PT2max0.2Pomax 這是在功率放大器設(shè)計(jì)中，選擇功放管的重要依據(jù)。5功率三極管其余參數(shù)的選擇（1）U(BR)CEO選擇在圖13-1中，T1導(dǎo)通時(shí)T2截止，T2所承受的最大電壓為（-Vcc-Uom(max)）-2Vcc，同樣T2導(dǎo)通時(shí)，T1截止，T1所承受的最大反壓為(Vcc+Uo(max)2Vcc,因此兩管必須滿足： |U(BR)CEO|>2Vcc (2) ICM的選擇

6、由ICM=Ucem/RL可知：ICM最大值為Vcc/RL，因此兩管必須滿足： ICM>Vcc/RL (3)PCM的選擇 兩管的PCM 必須滿足： PCM>0.2Pomax 實(shí)際設(shè)計(jì)選管時(shí)，各參數(shù)應(yīng)留有一定裕量。（三）典型功率放大器的介紹功率放大器有雙電源供電的OCL電路（無輸出電容），也有單電源供電的OTL電路（無輸出變壓器）。圖13-2 帶自舉的單電源互補(bǔ)推挽電路如圖11-2單電源供電的OTL電路，圖中T1級(jí)組成前置放大器。它工作在甲類，R1,R2,Re為它的偏置電路，T2和T3組成互補(bǔ)推挽電路輸出級(jí)。通常Ui=0時(shí)，只要適當(dāng)調(diào)節(jié)R2,就可以使Ic1,UB2和UB3達(dá)到所需的值，

7、給T2,T3提供一個(gè)合適的偏置，并使k點(diǎn)電位Uk=Uc=Vcc/2。 當(dāng)有信號(hào)Ui時(shí)，由于T1的倒相作用，在信號(hào)的負(fù)半周，T2導(dǎo)通,有電流流過負(fù)載RL,同時(shí)向C充電；在信號(hào)的正半周，T3導(dǎo)電，電容C通過負(fù)載RL放電。設(shè)下限頻率為fL,電容C的大小滿足C>(510)/2fLRl,則可近似認(rèn)為電容C對(duì)信號(hào)短路，其兩端的直電壓近似為：Uk=Vcc/2。因此，T2,T3管的供電電壓均為Vcc/2，兩管交替工作，負(fù)載RL上可得到完整的正弦波。理想情況下，UomaxVcc/2.實(shí)際在Ui負(fù)半周期時(shí)，由于Rc1的存在，造成本級(jí)推動(dòng)電壓UB2始終小于Vcc,因此實(shí)際Uomax=Vcc/2-iBm2Rc1

8、-UBE2。為提高輸出電壓幅度使其接近Vcc/2,可采用帶自舉的互補(bǔ)推挽電路。圖13-2中R3,C為自舉電路，C為自舉電容，有時(shí)功放輸出也可用復(fù)合管。圖13-3為TD203的典型應(yīng)用電路。圖13-3 集成功率放大電路1放大倍數(shù)的確定該電為單電源供電，根據(jù)已知條件中給定的Po,RL即可確定Vo,設(shè)計(jì)適當(dāng)留有裕量。 2電源電壓Vcc的確定根據(jù)放大器的工作原理，Vcc應(yīng)滿足：Vcc2 Uo 負(fù)載電流最大值ILM= Uo/RL 因?yàn)門D2030內(nèi)的末級(jí)工作狀態(tài)接近乙類，所以電源平均電流為： Icc=0.319ILM 3直流偏置電路TD2030可用正負(fù)電源供電，也可用單電源供電。當(dāng)其單電源供電時(shí)，其輸出

9、端的直流電壓為Vcc/2，通過反饋電阻R5使反相端的電壓亦為Vcc/2。為使同相端與反相端的直流電壓對(duì)稱，用R1和R2對(duì)Vcc分壓取得Vcc/2, 經(jīng)R3加到同相端。偏置電阻一般為12k幾百k， 阻值太小，電源損耗大；阻值太大，集成塊的失調(diào)電流將不可忽略。 C2為旁路電容，應(yīng)保證在電源頻率上C2的容抗遠(yuǎn)小于R2的值。4交流工作狀態(tài)及元件參數(shù)確定該電路采用同相輸入，故輸入阻抗高，對(duì)信號(hào)源電壓衰減小。R1,R2,R4,R5,C3組成交流負(fù)反饋，反相端與同相端直流等效電阻應(yīng)相等。故有：R5=R3+R1/R2 Av=1+R5/R4 根據(jù)11-20, 11-21兩式可確定R4,R5阻值。 C41/2fL

10、CL C1>>1/2fLR3 R6,C6均用于消除自激。 參考電阻值:R1=100K,R2=100K,R3=100K,R4=4.7K,R5=150K,R6=1。參考電容值:C1=1F,C2=22F,C3=22F,C4=2200F,C5=0.1F,C6=0.1F。三實(shí)驗(yàn)儀器與器件1信號(hào)源； 2示波器；3直流電壓表；4數(shù)字電流毫安表；5交流毫伏表； 6集成功率放大器TDA2030。四實(shí)驗(yàn)內(nèi)容1靜態(tài)測(cè)試（1）接通電源前先將輸入端短路接地，以免感應(yīng)信號(hào)使靜態(tài)電流過大。（2）接通電源后，電流表的指示應(yīng)很小。測(cè)量TDA2030的同相端、反相端和輸出端直流電壓。 為使電路安全起見，也可以先降低電

11、源電壓測(cè)試，待電路正常后再將Vcc調(diào)到規(guī)定值。2動(dòng)態(tài)測(cè)試（1）電壓增益用示波器觀察輸入和輸出信號(hào)波形，調(diào)節(jié)ui使uo波形處于最大不失真狀態(tài)，測(cè)出此時(shí)的ui, uo大小。 Av=uo/ui 若Av偏小，可適當(dāng)減小R4。(2) 輸出功率輸入端接f=1KHZ的正弦信號(hào)ui，輸出端用示波器觀察輸出電壓uo波形。逐漸增大ui，使輸出電壓達(dá)到最大不失真輸出，用交流毫伏表測(cè)出負(fù)載RL上的電壓UOm，則(3)效率當(dāng)輸出電壓為最大不失真輸出時(shí)，讀出數(shù)字直流毫安表中的電流值，此電流即為直流電源供給的平均電流Idc(有一定誤差)，由此可近似求得PE=VCC·Idc，再根據(jù)上面測(cè)得的POm，則可求出(4)測(cè)量幅頻特性 放大器的頻率特性是指放大器的電壓放大倍數(shù)AV與輸入信號(hào)頻率f之間的關(guān)系曲線。通常規(guī)定電壓放大倍數(shù)隨頻率變化下降到中頻放大倍數(shù)的1/倍，即0.707Aum所對(duì)應(yīng)的頻率分別稱為下限頻率fL和上限頻率fH，則通頻帶 fBW=fHfL放大器的幅率特性就是測(cè)量不同頻率信號(hào)時(shí)的電壓放大倍數(shù)AV。為此，可采用前述測(cè)AV的方法，每改變一個(gè)信號(hào)頻率，測(cè)量其相應(yīng)的電壓放大倍數(shù)，測(cè)量時(shí)應(yīng)注意取點(diǎn)要恰當(dāng)，在低頻段與高頻段應(yīng)多測(cè)幾點(diǎn)，在中頻段可以少測(cè)幾點(diǎn)。此外，在改變頻率時(shí)，要保持輸入信號(hào)的幅度不變。五實(shí)驗(yàn)報(bào)告1認(rèn)真閱讀功率放大器的原理，參閱本課題的設(shè)