功放在60~20KHz頻率下的波形輸出測試

ID:104126 · 發表于 2016-1-24 03:02

本帖最后由 51heisex 于 2016-1-24 03:08 編輯

常用音響的工作范圍多在60~20KHz帶寬范圍下工作，這個也在人耳可以識別的區間內，同樣可以較好的保證音質。測試功放在兩個極值時的工作情況，輸出波形除有輕微的交越失真外，并未出現波形切頭和切底的情況，且波形與原始信號完全同樣的形狀。故只需要再設計防交越失真的補償電路即可，另外需要設計巴特沃斯BPF來實現20K~60K頻率范圍工作帶寬。見下圖的測試波形：

60HZ時的波形：

20KHZ時的波形：

考慮到音頻設備輸出電壓一般為±1~2V，所以為保證最高時減小出現失真的機會，故調整輸入級的RC電阻值，降至為20Ω，增益變為20dB，在現實中也容易找到該大小的電阻。以下為修改后的電路和加載±2V時的信號波形：

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由于前期設計的1200W功率過大，無論從實用性及實現角度來講，都不太貼合實際情況，故將功率降低至最大200W，可在家中使用。
設計中采用以下優化：
1.依然采用自創的逐步接近法設計，減少中間過渡級數，降低信號在傳輸中的偏差率；
2.輸入級采用達林頓來大幅度提高輸入阻抗（1.8K左右），保證音頻輸入設備的輸出信號衰減極小，可接MP3、隨身聽等微型播放設備；
3.增加輸入補償二極管，減小達林頓偏置電壓的影響，電路0點漂移可忽略；
4.最大輸入音頻電壓范圍在0~±1.8V，信號越小失真越小，但功率會降低；
5.輸出負載極低，最小可接入5歐的負載，信號電壓的衰減程度可以接受；
6.降低電源電壓，降低電路的功率，可有效節約能源，且能增大一定的安全性；
7.降低放大器增益(從27dB降至21dB)，有效遏制峰峰值極點畸變，防止出現嘯叫聲；波形在8歐姆及輸入±1.8V時幾乎無失真；
8.電路效率大幅度提高，能效比接近1.2；

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以下為最初設計的結構，波形尖峰失真交嚴重，且功耗大。另外會對信號源產生影響，引起輸入信號加載失真。見下圖：

上圖為掛載100V 5歐姆的揚聲器的波形圖，原始頻率為±1V，經過放大器后接近于27dB，基本符合要求，但有整體輕度上漂的問題。
見圖中的兩個電壓波形傳感器對應的波形圖中的顏色。

我制作功放的51黑文章列表：
功放在60~20KHz頻率下的波形輸出測試：http://www.zg4o1577.cn/bbs/dpj-42849-1.html
帶電壓串聯負反饋的功放電路:http://www.zg4o1577.cn/bbs/dpj-42848-1.html
最終完成的功放電路:http://www.zg4o1577.cn/bbs/dpj-42847-1.html
帶低頻急速衰減的功放:http://www.zg4o1577.cn/bbs/dpj-42846-1.html

ID:104126 · 發表于 2016-1-24 03:03

下一步的設計和測試：
1.完成交越失真補償電路；（已完成，測試后波形交越失真較小）
2.設計巴特沃斯BPF，帶寬范圍60~20KHZ；
3 .接入8Ω 200W的揚聲器在orcad用正弦波仿真測試；
4.用matlab混合隨機信號與orcad連接做信號分析；
5.找元器件開始制作；

ID:104126 · 發表于 2016-1-24 03:04

全部修改后的功放框架

因靜態工作點偏離過大，之前的設計全部推倒重做。調整電路結構并修改為如下參數：
1.調低增益，目前為 15~16dB之間，效率降低至65%~70%；
2.功率為160W最大；
3.內部工作電流最大3.5A，需要~220V 1A到±24V 4A規格的穩壓電源。
4.電源依然采用±24V；
5.輸出阻抗最低仍為5歐，該該衰減仍為可以接受的范圍；
6.電路采用電位差+達林頓+正負電源設計法（根據鈴木雅臣的傳統設計法加以改造）來增大輸入阻抗，為4.3K左右，并使得波形無0電位上下漂移，切增加了負半周的波形峰值，可以用在高阻抗輸出的微型播放設備，信號衰減極低；
7.對原始信號的放大范圍在0V~3V之間，可播放微型偵聽設備、MP3、walkman、計算機、家用電器等設備；
8.對原始信號放大失真率小于0.1%
9.調整輸入阻抗R1和R2的阻值，稍增大基極電流的數值，使得倍數達到（Ic/β）的12倍。使得數值貼近市面常見阻值，并容易湊整。
以下為極小值、中間值和極大值的測試，考慮干擾及尖銳信號的出現，實際可放大至3.5V：

原理圖及探針顏色：

5mV輸入測試，波形無失真：

1.5V中間值測試，無失真；

3V極大值測試，考慮播放機聲音輸出最大聲音時，無失真，不切頭和底：

ID:104126 · 發表于 2016-1-24 03:05

終于可以進入下一步設計和測試

1.由于采用電位差法，交越失真已幾乎不存在，可不用設計補償電路；
2.設計巴特沃斯BPF，帶寬范圍60~20KHZ；
3 .接入8Ω 200W的揚聲器在orcad用正弦波仿真測試；
4.用matlab混合隨機信號與orcad連接做信號分析；
5.找元器件開始制作；

ID:104126 · 發表于 2016-1-24 03:05

功放基本定型--功率計算錯誤，就此糾正

經過N天的思考和嘗試，加入電流串聯負反饋后終于嘗試成功。
1.目前增益增高至21~22dB；
2.電阻經計算選取后，為市面上常見可以購買到的阻值；
3.再次降低功耗到最大40W；(應該為：24*24/(2.4+16)≈32W)
4.反饋深度暫時作為保留問題；

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