制作功放的方法及注意的事项

来源:未知  发布时间:2013-12-17 19:25  Tags:制作功放 
一、功率放大器概念、原理 1. 功率放大器概念 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...

一、功率放大器概念、原理

1. 功率放大器概念

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。功放,可以说是各类音响器材中最大的一个家族了,其作用主要是将音源器材输入的较微弱信号进行放大后,产生足够大的电流去推动扬声器进行声音的重放。

2. 功率放大器工作原理

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永远是基极电流的β倍,β是三极管的交流放大倍数,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。

图片说明:功率放大器

二、功率放大电流的特点

对功放电路的了解或评价,主要从输出功率、效率和失真这三方面考虑。

1、为得到需要的输出功率,电路须选集电极功耗足够大的三极管,功放管的工作电流和集电极电压也较高。电路设计使用中首先要考虑怎样充分地发挥三极管功能而又不损坏三极管。由于电路中功放管工作状态常接近极限值,所以功放电流调整和使用时要小心,不宜超限使用。

2、从能耗方面考虑,功放输出的功率最终是由电源提供的,例如收音机中功放耗电要占整机的2/3,因此要十分注意提高电路效率,即输出功率与耗电功率的比值。

3、功放电路的输入信号已经几级放大,有足够强度,这会使功放管工作点大幅度移动,所以要求功放电路有较大的动态范围。功放管的工作点选择不当,输出会有严重失真。

二、常用功率放大电路的原理

单只三极管输出的功放电路输出小、效率低,日用电器中已很少见。目前常采用的是推挽电路形式。

图1是用耦合变压器的推挽电路原理图。它的特点是三极管静态工作电流接近于零,放大器耗电及少。有信输入时,电路工作电流虽大,但大部分功率都输出到负载上,本身损耗却不大,所以电源利用率较高。这个电路中每只三极管只在信号的半个周期内导通工作,为避免失真,所以采用两只三极管协调工作的方式。图中输入变压器B1的次级有一个接地的中心抽头。在音频信号输入时,B1次级两个大小相等、极性相反的信号分别送到BG1和BG2的发射结。在输入信号的正半周时间里,BG1管因加的是反向偏压而截止,只有BG2能将信号放大,从集电极输出;而在信号负半周,BG1得到正高偏压,能将这半个周期的信号放大输出,而BG2却截止。电路中的两只三极管虽然各自放大了信号的半个同期,但它们的输出电流是分先后通过输出变压器B2的,所以在B2的次级得到的感应电流又能全成一个完整的输出信号。

这个功放电路中,为了解决阻抗匝配和信号相位等问题,输入与输出变压器是不可少的。但是,优质变压器的制作在材料和工艺上都比较困难,它本身总还要消耗一部分能量,降低电路的效率,而且变压器的频率特性不好,使电路对不同频率信号输出很不均匀,会造成失真,所以为了提高功放质量,人们更多地使用无变压器(OTL)功率放大电路。

三、元器件及功放电路的选择

制作功率放大器时选择元器件和功放电路无非是从以下几个方面入手:

1.电源变压器

电源变压器应根据机内各部电路的总功耗作合理的选择。为了使整机有足够的功率储备,电源变压器的功率至少应为机内各部电路总耗散功率的两倍以上,如果功放为甲类放大电路,那么电源变压器的功率应在此基础上再增加一倍。无论E型、C型以及R型和环型电源变压器,只要是质量上乘且功率足够者均可选择。如果有条件的话,可用开关电源一试,相信会得到意想不到的收获,因为笔者用开关电源制作的几台功率放大器也均取得了较好的效果。

2.电阻、电容、连接导线

1)电阻

电阻应尽量选择精密五色环金属膜电阻,误差应控制在1%以下,其设计功率余量应尽可能的大,一般功率应在1/4W以上,其中一些特殊部位(如功率管的射极电阻或电流负反馈电路的取样电阻)的电阻功率应在1/2W~5W之间,以提高整个电路工作时的稳定性。

2)电容

电容应尽量选择音响专用型的品种,其中以进口优质电容为首选。大容量(如电源滤波及退耦电容)应使用耐压高于电源电压且容量尽可能大的音响专用电解电容,以提高滤波效果。小容量的电容,如电源高频退耦、信号耦合、负反馈网络中的隔直电容等,应尽量使用高品质、介质损耗小的CBB电容或钽电容,此举可使音频信号高低端的衰减量降至最低,以使音乐的高低频段信息得到充分的延伸。

3)连接导线

在制作功放时连接导线的选择往往被人们所忽视。大电流(如电源线、功率输出线及地线)的连接导线应尽可能选择绝缘性能好、线径粗且芯线为多股细导线经绞合而成的铜质导线,以尽量克服电流通过导线时的趋肤效应。小电流的连接导线可以使用线径细一些的导线。各部连线应使用不同颜色的导线加以区分,一般情况下,正电源用红色导线,负电源用绿色或蓝色导线,地线为黑色导线。放大器中的信号通路应使用优质的双芯屏蔽线,绝对不允许用单股导线或排线代替,以杜绝外部干扰噪声的侵入。

3.功放电路

相对来说,在制作功率放大器时,功放电路的选择应该说是比较重要的。首先应根据自己的听音环境和对重放音色偏好(冷艳、温暖或冷暖兼顾)来决定所选功放电路的结构(甲类、甲乙类或其他类型)和电路中各器件或元件(电容、电阻、放大管等)的型号。

再根据自己对功率放大器的结构和原理等知识的掌握情况来决定是自制功放电路还是购买成品电路板。如果你对功放电路的结构有深刻的了解并有一定的摩机功底,那么你应该选择自己信任或适合口味的优质元器件自制或购买成品的功放电路。如果你对音乐的音色要求不太苛刻,有一定的动手能力且不太知道功放电路的结构和原理,那么我劝你还是购买电路结构成熟、由分立元件组装的功放板或以集成电路为核心构成的功放电路板为好。现在以集成电路如LM3886、LM4766和TDA7294等为核心构成的功放电路不论在输出功率、还音质量以及工作稳定性方面均能令人满意,与由分立元件组装的功放板相比,具有电路简单、调试容易和造价低廉的特点。

四。制作功率放大器的基本要求

在制作功率放大器时,基于功率放大器的一些特点,也有一些基本的要求:

(1)有足够大的输出功率:

a.3 dB通频带为300~3400Hz,输出正弦信号无明显失真;

b.最大不失真输出功率≥1W;

c.输入阻抗>10kΩ,电压放大倍数1~20连续可调;

d.低频噪声电压(20kHz以下)≤10mV,在电压放大倍数为10、输入端对地交流短路时测量;

e.在输出功率500mW时测量的功率放大器效率(输出功率/放大器总功耗)≥50%.

(2)效率要高:

设计并制作一个放大倍数为1的信号变换电路,将功率放大器双端输出的信号转换为单端输出,经RC滤波供外接测试仪表用。

(3)非线性失真小:

设计并制作一个测量放大器输出功率的装置,要求具有3位数字显示,精度优于5%.最大不失真输出功率≥1W.

五、电路设计

在设计功放电路时,电路应设计得简洁一些。如追求音乐的原汁原味,则尽量减少或摒弃信号输入电路与功放电路之间的环节,如音调、平衡或其他功能电路。如喜欢对音乐进行修饰,那么除加入上述电路外,还可以再加入如BBE、3D以及SRS等能对音乐信号进行大幅度修饰的电路。在安排电路板上各元器件的位置及布线方面,请遵循以下几个原则:

1.按照信号传输路径以由小到大的顺序在电路板上合理地布置各元器件的位置,尽量缩短各元器件之间的距离(距离过大或遇到障碍时可使用跳线),以减少外部干扰的引入。

2.在供电线路中,不可以将大电流的印刷电路或导线交*布置在小电流通路的中间或附近,以免造成对小电流线路的干扰。

3.电路板上大电流通过的路径(印刷线路或导线)应设计得宽(粗)一些,以使电流能顺利通过。

六、制作工艺

制作功率放大器,不仅要求电路合理,制作工艺也应讲究,否则扬声器会出现较大的干扰噪声或由自激振荡引起的啸叫声。本人在指导学生制作较大功率的分立元件和集成功率放大器时,针对上述两个问题进行了分析和总结,从电路结构、布局方面着手改进,取得了良好的效果。 一般说来,制作功率放大器时应注意以下几方面:

1.选择一台沉稳而又扎实的机箱且最好为金属结构的,以避免因机箱变形造成内部电路短路或外部干扰噪声的侵入。

2.合理布置各单元在机箱内的位置并注意整机重心。电源部分应远离小信号放大电路,最好把电源部分与放大电路隔离,做法是把电源部分放在一个由金属构成的独立小室内,以此降低电源对放大电路的影响。

3.各元器件在上板之前应用工具将引线上的氧化层刮除,并用数字表测量其实际数值是否与标称值相符,误差是否在允许范围内。元件上板之后,应仔细检查有无错焊、漏焊或搭锡之处,若有则应及时排除之。

4.在焊接时,应根据元器件的大小而选择功率合适的电烙铁并使用优质的焊锡和腐蚀性小的助焊剂,以保证焊点大小合适、光滑明亮且无假焊、虚焊现象。

5.机内各板块(包括信号输入、输出插座在内)不可以单独接地,而是应采取整机一点接地的方式,即在机壳上找到接地点后,用粗壮的黑色导线从各板地线上引出并汇集于此点。当此接地点与机壳脱离后,以万用表测量电路板上任意一点与机壳间的阻值均应呈无限大状态。

6.各单元在机箱内固定好后,应用尼龙扣把各连接线束扣紧并做相应固定。

整机制作完毕后,应用万用表测量各关键点与地之间的阻值,各声道的对应点与地之间的阻值应相同或非常接近,如发现有异常之处,一般是电路中有错焊、漏焊或所用元件数值不对所致,经仔细检查或测量,一般不难发现问题所在。如上述检查没发现任何问题,则可给整机通电(此时不可接入音箱)并观察有无异常情况(如元器件过热、冒烟、保护继电器能否正常吸合等)。