功放在60~20KHz頻率下的波形輸出測(cè)試

ID:104126 · 發(fā)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(gè)也在人耳可以識(shí)別的區(qū)間內(nèi)，同樣可以較好的保證音質(zhì)。測(cè)試功放在兩個(gè)極值時(shí)的工作情況，輸出波形除有輕微的交越失真外，并未出現(xiàn)波形切頭和切底的情況，且波形與原始信號(hào)完全同樣的形狀。故只需要再設(shè)計(jì)防交越失真的補(bǔ)償電路即可，另外需要設(shè)計(jì)巴特沃斯BPF來(lái)實(shí)現(xiàn)20K~60K頻率范圍工作帶寬。見下圖的測(cè)試波形：

60HZ時(shí)的波形：

20KHZ時(shí)的波形：

考慮到音頻設(shè)備輸出電壓一般為±1~2V，所以為保證最高時(shí)減小出現(xiàn)失真的機(jī)會(huì)，故調(diào)整輸入級(jí)的RC電阻值，降至為20Ω，增益變?yōu)?0dB，在現(xiàn)實(shí)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(shí)的信號(hào)波形：

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由于前期設(shè)計(jì)的1200W功率過大，無(wú)論從實(shí)用性及實(shí)現(xiàn)角度來(lái)講，都不太貼合實(shí)際情況，故將功率降低至最大200W，可在家中使用。
設(shè)計(jì)中采用以下優(yōu)化：
1.依然采用自創(chuàng)的逐步接近法設(shè)計(jì)，減少中間過渡級(jí)數(shù)，降低信號(hào)在傳輸中的偏差率；
2.輸入級(jí)采用達(dá)林頓來(lái)大幅度提高輸入阻抗（1.8K左右），保證音頻輸入設(shè)備的輸出信號(hào)衰減極小，可接MP3、隨身聽等微型播放設(shè)備；
3.增加輸入補(bǔ)償二極管，減小達(dá)林頓偏置電壓的影響，電路0點(diǎn)漂移可忽略；
4.最大輸入音頻電壓范圍在0~±1.8V，信號(hào)越小失真越小，但功率會(huì)降低；
5.輸出負(fù)載極低，最小可接入5歐的負(fù)載，信號(hào)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(jié)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(diǎn)畸變，防止出現(xiàn)嘯叫聲；波形在8歐姆及輸入±1.8V時(shí)幾乎無(wú)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(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)，波形尖峰失真交嚴(yán)重，且功耗大。另外會(huì)對(duì)信號(hào)源產(chǎn)生影響，引起輸入信號(hào)加載失真。見下圖：

上圖為掛載100V 5歐姆的揚(yáng)聲器的波形圖，原始頻率為±1V，經(jīng)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(gè)電壓波形傳感器對(duì)應(yīng)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(cè)試：http://m.zg4o1577.cn/bbs/dpj-42849-1.html
帶電壓串聯(lián)負(fù)反饋的功放電路:http://m.zg4o1577.cn/bbs/dpj-42848-1.html
最終完成的功放電路:http://m.zg4o1577.cn/bbs/dpj-42847-1.html
帶低頻急速衰減的功放:http://m.zg4o1577.cn/bbs/dpj-42846-1.html

ID:104126 · 發(fā)表于 2016-1-24 03:05

功放基本定型--功率計(jì)算錯(cuò)誤，就此糾正

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

ID:104126 · 發(fā)表于 2016-1-24 03:05

終于可以進(jìn)入下一步設(shè)計(jì)和測(cè)試

1.由于采用電位差法，交越失真已幾乎不存在，可不用設(shè)計(jì)補(bǔ)償電路；
2.設(shè)計(jì)巴特沃斯BPF，帶寬范圍60~20KHZ；
3 .接入8Ω 200W的揚(yáng)聲器在orcad用正弦波仿真測(cè)試；
4.用matlab混合隨機(jī)信號(hào)與orcad連接做信號(hào)分析；
5.找元器件開始制作；

ID:104126 · 發(fā)表于 2016-1-24 03:04

全部修改后的功放框架

因靜態(tài)工作點(diǎn)偏離過大，之前的設(shè)計(jì)全部推倒重做。調(diào)整電路結(jié)構(gòu)并修改為如下參數(shù)：
1.調(diào)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(nèi)部工作電流最大3.5A，需要~220V 1A到±24V 4A規(guī)格的穩(wěn)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(dá)林頓+正負(fù)電源設(shè)計(jì)法（根據(jù)鈴木雅臣的傳統(tǒng)設(shè)計(jì)法加以改造）來(lái)增大輸入阻抗，為4.3K左右，并使得波形無(wú)0電位上下漂移，切增加了負(fù)半周的波形峰值，可以用在高阻抗輸出的微型播放設(shè)備，信號(hào)衰減極低；
7.對(duì)原始信號(hào)的放大范圍在0V~3V之間，可播放微型偵聽設(shè)備、MP3、walkman、計(jì)算機(jī)、家用電器等設(shè)備；
8.對(duì)原始信號(hào)放大失真率小于0.1%
9.調(diào)整輸入阻抗R1和R2的阻值，稍增大基極電流的數(shù)值，使得倍數(shù)達(dá)到（Ic/β）的12倍。使得數(shù)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(cè)試，考慮干擾及尖銳信號(hào)的出現(xiàn)，實(shí)際可放大至3.5V：

原理圖及探針顏色：

5mV輸入測(cè)試，波形無(wú)失真：

1.5V中間值測(cè)試，無(wú)失真；

3V極大值測(cè)試，考慮播放機(jī)聲音輸出最大聲音時(shí)，無(wú)失真，不切頭和底：

ID:104126 · 發(fā)表于 2016-1-24 03:03

下一步的設(shè)計(jì)和測(cè)試：
1.完成交越失真補(bǔ)償電路；（已完成，測(cè)試后波形交越失真較小）
2.設(shè)計(jì)巴特沃斯BPF，帶寬范圍60~20KHZ；
3 .接入8Ω 200W的揚(yáng)聲器在orcad用正弦波仿真測(cè)試；
4.用matlab混合隨機(jī)信號(hào)與orcad連接做信號(hào)分析；
5.找元器件開始制作；

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功放在60~20KHz頻率下的波形輸出測(cè)試

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