测试集成功率放大器的有效方法

【实验目的】

(1)了解集成功率放大器和通用运算放大器的性能区别。

(2)了解掌握集成功率放大器的工作原理和使用方法。

(3)了解掌握集成功率放大器的性能指标及测试。

【实验任务】

按照图7.9.2所示,搭接LM386的应用电路,电源电压VS采用+5 V,负载扬声器暂用阻值10Ω功率1 W的电阻代替。

1.电路放大倍数的测量

输入信号ui选用频率1 k Hz幅度100m Vpp的正弦信号,示波器观测记录输入、输出的大小和相位,计算电压放大倍数。

2.电路的功率、效率和噪声测量

(1)输入信号为1 k Hz正弦信号,测量电路的最大不失真输出功率Pom和此时的效率η。

(2)输入信号为零时,用示波器最高灵敏度观察输出端噪声信号幅度,并测量其均方根值。

3.观测电路的幅频特性

(1)用点频法测电路的幅频特性。

(2)输入适当的扫频信号,用示波器观测整个扫频范围的输出情况,描述电路的幅频特性。

4.驱动扬声器发声

(1)输入信号ui仍选用频率1 k Hz,峰峰值100m Vpp的正弦信号,将负载电阻换为扬声器,试听扬声器发声情况。

(2)输入信号ui仍保持频率1 k Hz,让峰峰值在(100±50)m Vpp的范围内变动,试听扬声器声音的变化。

(3)保持输入信号峰峰值为100m Vpp,让频率在100～10 k Hz内变化,试听扬声器声音的变化。

【实验预习】

(1)查阅LM386的数据手册,了解其相关参数和使用方法,自拟表格记录相关的重要直流参数、交流参数和极限参数,并解释参数含义。

(2)阅读本实验和前两个实验的【相关知识】并参考相关资料,理解相关理论和有关功率、效率以及点频法的测量要点。

(3)参照相关测量方法,拟定实验详细测量操作步骤,设计相关实验数据表格,列出实验操作注意事项。

(4)选出实验用元器件并检测,在面包板上搭建实验电路。

(5)预习思考题:

①在点频法测电路的幅频特性时,如何选择输入信号?

②电路噪声会在实际应用中产生什么影响?

【报告撰写】

实验之前(www.xing528.com)

◆参考本书附录“实验报告格式”,结合实验预习过程完成报告1～5项。

实验之后

◆结合实验过程继续完成报告6～9项。

◆思考题:

①结合图7.9.1所示LM386内部电路,分析实验中电路输出端所接220μF电容的作用,是否可以将该电容改为33μF或10μF?

②总结实验过程中出现的问题和解决方法,并针对实验的内容、测试方法等提出想法或改进建议。

【相关知识】

与分立元件构成的功率放大电路相比,集成功率放大器外围电路简单、使用方便,在温度稳定性、电源利用率、非线性失真等方面优势明显,还因为各种保护电路已集成在芯片内部,使用安全性更高,因此在实际中广泛应用。

与集成运算放大器相比较,集成功率放大器首先要求能输出更大的功率,为了达到这个要求,集成功放的输出级常常采用复合管组成。另外,通常还要求更高的直流电源电压。因此在使用时要格外注意使用安全,有些输出功率比较高的集成功率放大器,需要外壳加装散热片。

集成功率放大器类型很多,按照用途可分为通用型功放和专用型功放;按照内部电路的构成可分为单通道功放和双通道功放;按照输出功率可分为小功率功放和大功率功放。

1.音频集成功放LM386

集成功率放大器LM386具有自身功耗低、增益可调、电源电压范围大、外接元件少和总谐波失真小等优点,在实际中获得广泛应用。

图7.9.1　LM386内部电路

LM386内部电路如图7.9.1所示,是一个三级放大电路。第一级为差分放大电路,晶体管VT1和VT2、VT3和VT4分别构成复合管,作为差分放大电路的放大管,其中的VT1和VT3构成射极跟随器,VT2和VT4构成双端入单端出差分电路,引脚2为反相输入端,引脚3为同相输入端。VT5和VT6组成镜像电流源作为VT2和VT4的有源负载。

第二级为共射放大电路,VT7为放大管,采用恒流源作有源负载,以提高本级的电压放大倍数。

第三级中的VT8和VT9复合成PNP型管,与NPN型的VT10构成准互补输出级。二极管VD1和VD2为输出级提供合适的偏置电压,用以消除交越失真。

电路采用单电源供电,输出偏置为供电电压的二分之一,故该级为OTL电路,输出端(引脚5)需要通过电容连接负载。

电阻R7从输出端连接到VT4的发射极,形成反馈通路,并与R5和R6构成反馈网络,构成深度电压串联负反馈,稳定整个电路的电压增益。

2.LM386典型应用电路

图7.9.2所示电路为LM386典型应用电路之一,这个电路外接元器件最少,LM386的管脚1和8之间开路,电路的电压增益为20倍。

图7.9.2　LM386典型应用电路

如果在管脚1和8之间接入一个大电容,则相当于1、8管脚交流短路,电路的增益为200倍。

如果在管脚1和8之间接入一个大电容和一个电阻的串联,则改变这个电阻的取值,可以使电路具有20～200倍的不同的电压增益。

作为音频功率放大器,LM386广泛应用于收音机和录音机中,图7.9.3给出收音机中LM386的应用电路。

图7.9.3　LM386在收音机中的应用电路