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功放在60~20KHz頻率下的波形輸出測(cè)試

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樓主
ID:104126 發(fā)表于 2016-1-24 03:02 | 只看該作者 回帖獎(jiǎng)勵(lì) |正序?yàn)g覽 |閱讀模式
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




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ID:104126 發(fā)表于 2016-1-24 03:05 | 只看該作者
        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;


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地板
ID:104126 發(fā)表于 2016-1-24 03:05 | 只看該作者
        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;


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板凳
ID:104126 發(fā)表于 2016-1-24 03:04 | 只看該作者

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:







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ID:104126 發(fā)表于 2016-1-24 03:03 | 只看該作者
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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