低频集成功率放大器优化设计

一、实验目的

① 了解集成功率放大器的应用。

② 学习集成功率放大器基本技术指标的测试方法。

二、实验原理

集成功率放大器由集成功放块和一些外部阻容元件构成。它与分立元件功率放大器相比具有下列优点：安装调试简便、性能优越、热稳定性好、可靠性高、电源电压范围宽、适应性广。除音响电路之外，集成功率放大器还可用于各类仪器仪表中作功率放大级。

电路中最主要的组件为集成功放块，它的内部电路与一般分立元件功率放大器不同，通常包括前置级、推动级和功率级等几部分。有些还具有一些特殊功能（消除噪声、短路保护等）的电路。其电压增益较高，不加负反馈时电压增益达70～80 dB，加典型负反馈时电压增益在40 dB以上。

图1.10.1 LA4112内部电路图

集成功放块的种类很多。本实验采用的集成功放块型号为 LA4112，它的内部电路如图1.10.1所示，由三级电压放大，一级功率放大以及偏置、恒流、退耦电路组成。

① 电压放大级：第一级选用T1和T2管组成的差动放大器，这种直接耦合的放大器零漂较小；第二级的T2管完成直接耦合中的电压转移，T4管是T3管的恒流源负载，以获得较大的增益；第三级由T6管等组成，此级增益最高，为防止出现自激振荡，需在该管的B，C极之间外接消振电容。

② 功率放大级：由T8～T13等组成复合互补推挽电路。为提高输出级增益和正向输出幅度，需外接“自举”电容。

③ 偏置电路：为建立各级合适的静态工作点而设置。

除上述主要部分外，为了使电路工作正常，还需要和外部元件一起构成反馈电路来稳定和控制增益。同时，还设有退耦电路来消除各级间的不良影响。

LA4112集成功放块是一种塑料封装的14脚双列直插器件。它的外形如图1.10.2所示。表1.10.1和表1.10.2列出了它的极限参数和电参数。

图1.10.2 LA4112外形及管脚排列图

与LA4112集成功放块技术指标相同的国内外产品还有FD403，FY4112，D4-112等，它们可以互相替代使用。

表1.10.1 LA4112的极限参数

表11.10.2 LA4112电参数

集成功率放大器LA4112的应用电路如图1.10.3所示。该电路中各电容和电阻的作用简要说明如下：

C1，C9—— 输入、输出耦合电容，起隔直作用。

C2和Rf —— 反馈元件，决定电路的闭环增益。

C3，C4，C8—— 滤波、退耦电容。

C5，C6，C10—— 消振电容，消除寄生振荡。

C7 ——“自举”电容，若无此电容，将出现输出波形半边被消波的现象。

图1.10.3 由LA4112构成的集成功放实验电路

三、实验设备与器件

+9 V直流电源；函数信号发生器；双踪示波器；交流毫伏表；直流电压表；直流毫安表；频率计；集成功放块LA4112×1，电阻、电容若干，8 Ω扬声器。

四、实验内容

按图1.10.3连接实验电路。

1. 静态测试(www.xing528.com)

将输入信号调至零，接通 +9 V直流电源，测量静态总电流及集成块各引脚对地电压，记入表1.10.1中。

表1.10.1 LA4112各脚电压值（ICC= mA）

2. 动态测试

（1）最大输出功率

① 接入“自举”电容C7，输入端接1 kHz正弦信号，输出端用示波器观察输出电压波形，逐渐加大输入信号幅度，使输出电压为最大不失真输出，用交流毫伏表测量此时的输出电压uomax，则最大输出功率为

② 断开“自举”电容C7，观察输出电压波形变化情况。

（2）频率响应

在输入端加1 kHz的正弦信号，调节输入信号ui，使输出获得最大不失真输出，然后在输入信号幅值不变的情况下，按表1.10.2的要求改变输入信号频率，逐点测试输出信号电压，并记入表1.10.2中。

根据被测数值绘出幅频特性曲线，并由图形uo/ui≈0.7求取下限和上限截止频率f L和f H。

表1.10.2 频率特性测量值（ui= mV）

3. 噪声电压的测试

测量时将输入端短路（ui=0），观察输出噪声波形，并用交流毫伏表测量输出电压，即噪声电压UN，UN＜2.5 mV即为合格。

注意事项：

① 电源电压不允许超过极限值，不允许极性接反，否则将损坏集成块。

② 电路工作时绝对禁止负载短路，否则将烧坏集成块。

③ 接通电源后，时刻注意集成块的温度，有时，未加输入信号集成块就发热过甚，同时直流毫安表指示出较大电流及示波器显示出幅度较大、频率较高的波形，说明电路有自激振荡，应立即断电，进行故障分析、处理。待自激振荡消除后，才能重新进行实验。

④ 输入信号不要过大。

五、预习要求

① 复习集成功率放大器的工作原理。

② 考虑测试方法中的具体条件。

六、思考题

① 试根据测试结果评定该器件的主要性能是否与指标相符。

② 与分立元件的功率放大器相比较，对集成功率放大器作出相应评价。

③ 查阅有关资料手册，了解目前有哪些集成功率放大器，以及其性能指标与LA4112有哪些区别。

七、实验报告要求

① 整理实验数据，并进行分析。

② 画幅频响应曲线。

③ 讨论实验中发现的问题及解决办法。