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功率放大器分类及电路故障分析超详细《资讯》

发布时间:2020-08-17 13:54:23 阅读: 来源:板鞋厂家

2018-12-18 21:03:44来源:贤集网 赵媛

功率放大器,很多人都不太清楚它是什么,其实功率放大器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的放大器。功率放大器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,三极管的集电集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,则集电集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。对于功率放大器,大家是否想要了解更多呢?下面贤集网小编来为大家介绍功率放大器分类、电路故障分析、两种实现方法的比较、与音箱匹配要点。一起来看看吧!

功率放大器分类

A类放大器

1、工作点设定在负载线的中点附近,从电源取出的电流是恒定不变的。

2、实际效率最大仅有25% ,可由单管或推挽工作。

3、电路简单,调试方便,但效率较低,晶体管功效大。

4、放大器工作特性曲线的线性范围内,所以瞬态失真和交替失真较小。

B类放大器

1、没有输出信号输入时,输出端几乎不消耗功率。

2、效率较高,放大器有一段工作在非线性区域,“交越失真”较大。

3、当信号在-0.6V~0.6V之间时,Q1、Q2都无法导通而引起。

AB类放大器

1、输出功率大,耗电量中等。

2、晶体管导通时间大于半周期,必须用两管推挽工作。

3、交替失真较大,可以抵消谐波失真。

D类放大器

1、具有很高的效率,通常能达到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。

T类放大器

1、功率输出电路和脉宽调制D类功率放大器相同。

2、功率晶体管的切换频率不是固定的。

3、动态范围更宽,频率响应平坦。

功率放大器电路故障分析

一、如图所示,是分立元器件构成的OTL功率放大器电路

关于这一OTL功率放大器电路的故障分析主要说明以下几点:

1、当RP1的动片未调整在正常位置上时,放大器输出端的直流电压不等于+v的一半,可能高也可能低,这要看RP1动片的具体位置,此时这一放大器电路不能正常工作。各种OTL功率放大器的正常工作条件之一是输出端的直流工作电压等于电源直流工作电压的一半。

2、电路中,除R11之外的电阻器发生故障时,放大器电路的直流正常状态将改变,此时放大器的输出端直流电压不等于+V的一半。

3、电路中,除C6之外的电容器发生击穿或漏电故障时,放大器电路的直流正常状态将也改变,此时放大器的输出端直流电压不等于+V的一半。

4、当VT1发射极旁路电容C4开路之后,R4具有了交流负反馈作用,这会使整个放大器的输出功率有所减小。

5、当自举电容C2开路之后,放大器对大信号的输出功率不足。

6、当输出端耦合电容C5开路之后,BL1没有任何响声。当C5击穿后,放大器输出端的直流电压为零,将烧坏功放输出管,也会烧坏扬声器。

7、当VT1~VT5各管中有一只三极管性能不好时,放大器输出端的直流电压不等于+V的一般。

8、当R11或C6开路时,对放大器的正常工作基本没有影响,但是C6击穿或漏电时,扬声器声音轻,并有烧坏功放输出管的可能。

二、分立元器件构成的OCL功率放大器电路故障分析

如图所示,是由分立元器件构成的OCL功率放大器电路。

电路中,VT1和VT2两管构成差分输入级放大器,作为电压放大级。VT3构成推动级放大器,VT4和VT5两管构成互补推挽式输出级。

关于这一OCL功率放大器电路的故障分析主要说明以下几点:

1、这是一个直接耦合的多级放大器电路,所以电路中的任意一个电阻、三极管出现故障时,均将影响其他各级放大器直流电路的正常工作,导致电路输出端的直流电压不为零,而扬声器的直流电阻是很小的,这样会有很大的直流电流流过扬声器,将烧坏扬声器。

2、在检查OCL功率放大器电路时,首先是测量放大器的输出端直流电压是否等于零,不等于零说明OCL功率放大器的直流电路存在故障,修理应从恢复输出端直流电压等于零开始。

3、在检查OCL功率放大器过程中,如果操作不当会使放大器的输出端直流电压不为零,这就会损坏扬声器。为了保护扬声器可以先断开扬声器,或换上一只低价格的扬声器,待修理完毕放大器电路工作稳定后再接入原配的扬声器,这样可防止原配扬声器的意外损坏。

4、一些OCL功率放大器输出回路中接有多种形式的扬声器保护电路,在检查电路故障时这一保护电路切不可随意断开,否则会有损坏扬声器的可能。

5、当扬声器开路时,电路输出端的直流电压仍然为零,但是扬声器中无任何响声。

6、当电阻R1开路后,VT1没有直流偏置电流,处于截止状态,功放电路输出端的直流电压不等于零。

7、当直流工作电压+V或-V中有一个没有时,功放电路输出端的直流电压偏离零很多,将烧坏扬声器。

三、分立元器件BTL功率放大器电路故障分析

如图所示,是BTL功率放大器原理电路。

关于这一BTL功率放大器电路的故障分析主要说明以下几点:

1、检查BTL功率放大器电路时,首先是测量扬声器两端的直流电压是否相等。对于单电源供电的电路,其输出端直流电压应等于直流工作电压的一半;对于采用正、负对称电源供电的电路,其输出端的直流电压应等于零。

2、由于BTL功率放大器同OCL功率放大器电路一样,其扬声器回路中没有隔直元件,在修理中要设法保护扬声器的安全,具体方法与OCL电路中提到的相同。

3、当输入端耦合电容C1开路时,扬声器中没有信号电流流过。当C1击穿或漏电时,两组功率放大器输出端的直流电压大小将改变,便有直流电流流过扬声器,会烧坏扬声器。

4、当VT1直流电路发生故障时,功率放大器输出端的直流电压改变,有烧坏扬声器的危险。

5、当4只功放输出管中有一只发生故障时,也将烧坏扬声器。

四、二分频扬声器电路故障分析

提示:所谓二分频扬声器电路就是在一只音箱中设有高音扬声器和中、低音扬声器。高音扬声器的高频特性好、低频特性差,即它重放高音的效果好,重放中音和低音的效果差,让功率放大器输出的高音信号通过高音扬声器重放出高音,让低音扬声器重放中音和低音,采用这种分频重放方式还原高、中、低音,效果比单独使用一直扬声器好。

1、 二分频扬声器电路之一示意图

说明:当某一只扬声器开路时,这只扬声器没有任何响声。在二分频扬声器电路中,由于有两只扬声器,加上两只扬声器同时开路的可能性很小,这样某只扬声器开路时另一只扬声器会发声工作,所以此时只是没有低音或没有高音,只要通过试听便能分清。

2、 二分频扬声器电路之二示意图

说明:当分频电容C1开路时,BL2无声,但BL1发声正常。当C1漏电时,高音效果变差。

3、 二分频扬声器电路之三示意图

说明:当L1开路时,低音扬声器无声,高音扬声器发声正常。

4、 二分频扬声器电路之四示意图

说明:当L2开路时,对高音扬声器的影响不太大,只是高音效果变差,但高音仍然存在。

5、 二分频扬声器电路之五示意图

说明:当C2开路时,对低音扬声器的影响不太大,只是低音效果变差,但中音和低音仍然存在;当C2漏电时,低音声音变小。

功率放大器两种实现方法的比较

1、分立元件组成功率放大器

图1为一个由分立元件构成的直流化的互补对称OCL电路。电路由差分放大级、电压推动级和复合输出级构成。本电路引入了直流负反馈电路,一般功放中由于存在反馈电容,限制了低频响应,为了消除这种不利影响,只有增大反馈电容,但电容较大,会使电路不稳定。该电路取消了反馈电容,彻底解决了这一矛盾。同时,通过射级电阻引入本级负反馈,明显改善了本级性能并简化了电路。输出级工作在甲乙类状态,既顾及了效率,也保证元件的线形工作状态。差分管放大倍数等于200,两管相差要非常小。电压推动管放大倍数等于80。

在此条件下,加以性能优良的稳压电源提供能量和偏置,最后对整个电路加以调试。可测得:当前置输入20mV时,输出功率>12W。该电路应注意非线形失真及噪声的减小,最终调试较复杂。但电路只有基本放大电路,因此功能扩展余地很大。

2、集成功率放大器电路

现在市场上有许多性能优良的集成功放芯片,如双运放NE5532,TDA2040,LM1875,TDA1514等。其中TDA2040功率裕量不大,TDA1514外围电路复杂,所以在集成功放设计中采用LM1875。图2为用LM1875构成的集成功率放大器,其开环增益为26dB,即放大倍数A=20。其中20kΩ、1kΩ电阻组成负反馈网络,2个二极管为保护二极管,输出端电阻与电容组成防高频自激电路,正负电源两端电容为电源退耦电容。若输出电阻负载上功率>10W,加上功率管上压降2V,则可计算得输出效率为662%,最大不失真电压峰-峰值为253V,输入信号电压峰-峰值为253V。该电路仍需对前置放大电路、波形变换电路、稳压电源和保护电路加以改进,前置放大电路可以采用2级NE5532典型应用电路;波形变换用高精度运放OP07完成;稳压电源由LM317和LM337组成;保护电路由继电器加三极管电路构成。该电路以模拟放大为主,各电路板之间要采用双芯屏蔽线连接,防止自激干扰。该电路实现功放参数合理,较为简单。

功率放大电路还有其他很多形式,如多级直接耦合式OCL放大电路,无论功率放大电路为哪一种类型,都要注意前置电压放大级、电源电路的设计。最后,还要注意由于工作升温引起的工作点飘移现象,对其做以适当补偿以减小电路的非线形失真和稳定度的提高。

功率放大器与音箱匹配要点

关于功放和音响之间的匹配问题,除了音色软搭配以外(音色的搭配经常会提到软硬之分,这主要是根据设计者对音色的走向设计以及用料,而具有的特征和特性)也有一些技术指标上面的硬搭配,软搭配主要是以积累的经验和个人爱好,以实际的感受为主,而硬搭配一般是硬件方面的数据和技术常识来决定的。

一、阻抗匹配

1、电子管功放(胆机)和音箱进行匹配的时候,放大器的数组阻抗应该是和音箱的阻抗相同的,不然就会导致降低输出功率以及增大失真等情况发生。好在大部分的胆机都是有可变输出阻抗匹配接口,和音箱阻抗匹配越来越简单。

2、对于晶体管功放(石机)和音箱阻抗的匹配

①音箱的阻抗如果比功放的输出阻抗高的时候,除了输出的功率会有不同程度的降低之外,是不会有其他的影响的。

②音箱阻抗如果比功放输出的阻抗低,输出的功率也会有相应的增加,失真度一般是不会有所变化的,如果增加一点点也可以忽略。但是匹配的时候音箱的阻抗是不能太低的,如低至2欧(指2只4欧音箱并联时),这时候只有功放功率的赋予量大,而且使用性能良好的大功率管以及多管并联推挽,一般这种情况对功放没有影响。相反的,一般的普通功放的富裕量不大,而功放管的Pcm、Lcm不大,当音量比较大的时候这时候失真的程度也会非常明显的增大,严重的时候甚至会导致毁机。

二、功率匹配

1、从原则上来说,音箱的额定功率和功放的额定功率不同时,对功放来说,其功率大小只是和音箱的阻抗有关,是不会跟音箱额定功率有关系的,不论音箱的功率和功放的功率是否一致,对于功放的工作并没有影响,只是会对音箱本身的安全有影响。

2、如果音箱的阻抗是符合匹配的要求的,那么承受的功率比功放小,推动的功率比较充足,声音听起来也就会非常舒服。这也就是我们经常提到的储备功率应该要大,这样才能充分的表现出音乐带来的内涵,尤其是音乐中的低频部分,表现也更加的生动有利,这是比较好的一种匹配。

3、如果音箱的额定功率要比功放的额定功率要大,虽然双方都能够安全的进行工作,不过在这时候功率放大器的推动功率就会显得不足,也就会导致响度不足,往往出现饱和的状态,失真加剧,这也是比较差劲的匹配。

三、按照阻尼系数匹配

1、对于选择一对HI-FI音箱来说,应该是有最佳特定的电阻尼要求的,一般来说,功放的阻尼系数还是高点比较好,抵挡的功放阻尼系数少于10的时候,音箱的低频特征,输出特征,高次谐波特征都会变得很差。(家用功放的阻尼数一般在几十至几百之间。)

四、线材的匹配

进口的发烧线、神经线种类繁多,贵的甚至上万,差一些的也要几百几千甚至是数千元,使用效果也是仁者见仁智者见智,好的线材在一般的情况下都能够改善音响器材中的某些不足,线材的传输理论比较复杂,只是能够简述。传输线材的材料和结构也决定了三个比较重要的参数,电阻、电容、电感(还有电磁效应、集肤效应、近接效应、电抗等),虽然这些参数的差距不是很大,那也是会直接影响音响系统频率特征,阻尼特征,信号速率,相位精度以及音色去向和声场定位的,他们最为主要的作用就是高速传输、抗震、防止杂讯、抗干扰。

上述是贤集网小编为大家讲解的功率放大器分类、电路故障分析、两种实现方法的比较、与音箱匹配要点。希望这些知识能够帮助到大家!当然,功率放大器在使用的时候,有一些注意事项要注意,首先功放IC通电正常后的初始阶段,其稳定性相对分立元件功放是较差的,因此,至少要“煲机”或小音量放送10分钟以上,方能稳定且高效率地发挥其优异性能。其次,在制作功放中要严格一点接地,地线用多股粗铜线效果较好甚至还可用双桥整流配合浮地技术,最大限度提高其信噪比。如当地电网污染严重,低压电网接有电焊机、矽整流器等电气设备时,可使用电源滤波器,若还不能消除,则用电源隔离变压器,但功率要有馀量。最后,新购来的功放IC上机前,最好采用插座,不要焊接,并固定好散热器,通电后如发热严重,并输出直流,拆下可退回邮购单位。

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