音频放大电路实验报告Word格式.docx

1、KA2284直插芯片3.2 测试仪器 万用表、HY1711-3S直流电源、DS1104示波器、DG1032函数发生器。4 实验原理与元件特性4.1 电路图4.2 功率放大器8002原理及功能介绍4.2.1 功能说明 8002是一个单通道3W、BTL桥连接的音频功率放大器。它能够在5V工作电压、3负载时，提供THD10%、 平均值为3W输出功率。8002是为提供大功率,高保真音频输出而专门设计的。极少的外部元件从而简化了线路设计、节省了电路板空间、降低了生产成本,并且能工作在低电压条件下（2.0V-5.5V） 8002不需要耦合电容,自举电容或者缓冲网络,所以它非常适用于小音量和低重量的低功耗系

2、统中。8002可以通过控制进入休眠模式，从而减少功耗；内部具有过热自动关断保护机制。8002工作稳定，增益带宽高达2.5MHz，并且单位增益稳定。通过配置外围电阻可以调整放大器的电压增益，方便应用。4.2.2 主要特性输出功率高:在THD10%,输入1kHz频率时，不同敷在的条件下输出功率（典型值）为：3W （负载3）；2.5W（负载4）；1.5W（负载8）。掉电模式漏电流小，待机电流:0.6uA（典型值）。采用SOP 、eSOP 封装。在输入信号为1kHz频率，8 负载，输出平均功率为1W的条件下，最大失真度为0.5%。宽工作电压范围：2.0V-5.5V。不需驱动输出耦合电容、自举电容和缓冲

3、电路。单位增益稳定，外部增益可调。4.2.3 应用领域手提电脑台式电脑低压音响系统4.2.4 极限参数参数最小值最大值单位说明电源电压1.86V储存温度-65150输入电压-0.3功耗mW内部限制耐ESD电压13000HBM耐ESD电压2250MW节温典型值150推荐工作温度-4085推荐工作电压2.05.5热阻（SOP）35/W140焊接温度22015秒内4.2.5 引脚分布及功能描述管脚号符号描述SD掉电控制管脚，高电平有效BYP内部共模电压旁路电容3+IN模拟输入端，正相-IN模拟输入端，反相Vo1模拟输入端1VDD电源正7GND电源地8Vo2模拟输出端24.2.6 芯片基本结构描述 8

4、002是双端输出的音频功率放大器，内部集成两个运算放大器，第一个放大器的增益介意调整反馈电阻来设置，后一个为电压反相跟随，从而形成增益可以配置的差分输出的放大驱动电路，其原理框图为4.2.7 应用说明外部电阻配置 运算放大器的增益由外部电阻Rf、Ri决定，其增益为Av=2*Rf/Ri，芯片通过Vo1,、Vo2输出至负载，桥式接法。 桥式接法比单端输出有几个优点：其一是省却外部隔直滤波电容。单端输出时，如不接隔直电容，则在输出端有一直流电压，导致上电后有直流电流输出，这样既浪费了功耗，也容易损坏音响。其二是，双端输出，实际上是推挽输出，在同样输出电压下，驱动功率增加为单端的4倍，功率输出大。芯片

5、功耗功耗 对于放大器来讲是一个关键指标之一，差分输出的放大器的最大自功耗为：=4）必须注意，自功耗是输出功率的函数。电源旁路 在放大器的应用中，电源的旁路设计很重要，特别是对应用方案的噪声性能及电源电压抑制性能。设计中要求旁路电容尽量靠近芯片、电源脚。典型的电容为10uF的电解电容并上0.1uF的陶瓷电容。掉电模式 为了节电，在不使用放大器时，可以关闭放大器，8002有掉电控制管脚，可以控制放大器是否工作。该控制管脚的电平必须要满足接口要求的控制信号，否则芯片可能进入不定状态而不能进入掉电模式，其自功耗没有降低，达不到节电目的。外围元件的选择 正确选择外围元器件才能确保芯片的性能，尽管8002

6、能够有很大的余量保证性能，但为了确保整个性能，也要求正确选择外围元器件。 8002在单位增益稳定，因此使用的范围广，通常应用单位增益放大来降低THD+N，是信噪比最大化。但这要求输入的电压最大化，通常的音频解码器能够有1V的电压输出。 另外，闭环带宽必须保证，输入耦合电容（形成一阶高通）决定了低频响应。4.3 8002中运算放大器的工作原理4.3.1 简介 运算放大器（简称“运放”）是具有很高放大倍数的电路单元。在实际电路中，通常结合反馈网络共同组成某种功能模块。它是一种带有特殊耦合电路及反馈的放大器。其输出信号可以是输入信号加、减或微分、积分等数学运算的结果。由于早期应用于模拟计算机中，用以

7、实现数学运算，故得名“运算放大器”。运放是一个从功能的角度命名的电路单元，可以由分立的器件实现，也可以实现在半导体芯片当中。随着半导体技术的发展，大部分的运放是以单芯片的形式存在。运放的种类繁多，广泛应用于电子行业当中。4.3.2 结构图与工作原理 运放如图有两个输入端a（反相输入端），b（同相输入端）和一个输出端o。也分别被称为倒向输入端非倒向输入端和输出端。当电压U-加在a端和公共端（公共端是电压为零的点，它相当于电路中的参考结点）之间，且其实际方向从a 端高于公共端时，输出电压U实际方向则自公共端指向o端，即两者的方向正好相反。当输入电压U+加在b端和公共端之间，U与U+两者的实际方向相

8、对公共端恰好相同。为了区别起见，a端和b 端分别用-和+号标出，但不要将它们误认为电压参考方向的正负极性。电压的正负极性应另外标出或用箭头表示。 一般可将运放简单地视为：具有一个信号输出端口（Out）和同相、反相两个高阻抗输入端的高增益直接耦合电压放大单元，因此可采用运放制作同相、反相及差分放大器。4.3.3 运算放大器的常用参数共模输入电阻 该参数表示运算放大器工作在线性区时，输入共模电压范围与该范围内偏置电流的变化量之比。直流共模抑制 该参数用于衡量运算放大器对作用在两个输入端的相同直流信号的抑制能力。交流共模抑制 CMRAC用于衡量运算放大器对作用在两个输入端的相同交流信号的抑制能力，是

9、差模开环增益除以共模开环增益的函数。增益带宽积 增益带宽积是一个常量，定义在开环增益随 频率变化的特性曲线中以-20dB/十倍频程滚降的区域。输入偏置电流 该参数指运算放大器工作在线性区时流入输入端的平均电流。偏置电流温漂 该参数代表输入偏置电流在温度变化时产生的变化量。TCIB通常以pA/C为单位表示。输入失调电流 该参数是指流入两个输入端的电流之差。差模输入电阻 该参数表示输入电压的变化量与相应的输入电流变化量之比，电压的变化导致电流的变化。在一个输入端测量时，另一输入端接固定的共模电压。输出阻抗 该参数是指运算放大器工作在线性区时，输出端的内部等效小信号阻抗。功耗 表示器件在给定电源电压

10、下所消耗的静态功率，Pd通常定义在空载情况下4.4 KA2284芯片原理及功能介绍 KA2284 是用于5点LED 电平指示的集成电路。内含的交流检波放大器，适用于 AC/DC 电平指示，如VU 仪表或信号指示器。4.4.1 KA2284的特点内涵高增益交流检波放大器（）;当LED点亮时，有较低辐射噪声；对数型的5点LED指示器（-10dB、-5dB、0dB、3dB、6dB）；恒定电流源输出（15mA）；较宽的工作电源电压（3.5V16V）;ALC电路不需套接二极管或晶体管；极少的外接元器件；采用单列直插9脚塑料封装（SIP9）4.4.2 KA2284框图 4.4.3 绝对最大额定参数（Ta=

11、25值Vcc18放大器输入电压-0.5 Vcc引脚7电压D端输出电压电路电流12mAD端输出电流201100工作温度-20+80-40+1254.4.4 测试电路 电平指示器实际上也就是一个AD转换器，输入高低不同的电压，就可以 输出5个LED不同的点亮状态，不同的是，LED只能顺序点亮和熄灭，输出也只有6个状态，即“全熄-亮1-再亮2-再亮3-再亮4-再亮5”。电平指示常常用LED点亮的数量来做功放输出或者环境声音大小的指示，即声音越大，点亮的LED越多，声音越小，点亮的LED越少。4.4.5 KA2284的引脚功能和管脚定义序号功能OUT1-10dB输出OUT2-5dB输出OUT30dB输

12、出OUT43dB输出地OUT56dB输出OUT输出端IN输入端94.4.6 在Ta（最大）= 60时R的推荐值6.512V814V1016VR（4768914.4.7 KA2284 LED电平指示的集成电路4.5 电解电容的原理与应用4.5.1 原理 电解电容是电容的一种，与普通电容的最大不同是区分正负极，在接入电路时不可接错。 电解电容器通常是由金属箔（铝/钽）作为正电极，金属箔的绝缘氧化层（氧化铝/钽五氧化物）作为电介质，电解电容器以其正电极的不同分为铝电解电容器和钽电解电容器。铝电解电容器的负电极由浸过电解质液（液态电解质）的薄纸/薄膜或电解质聚合物构成；钽电解电容器的负电极通常采用二氧

13、化锰。由于均以电解质作为负电极（注意和电介质区分），电解电容器因而得名。4.5.2 应用 有极性电解电容器通常在电源电路或中频、低频电路中起电源滤波、退耦、信号耦合及时间常数设定、隔直流等作用。一般不能用于交流电源电路，在直流电源电路中作滤波电容使用时，其阳极（正极）应与电源电压的正极端相连接，阴极（负极）与电源电压的负极端相连接，不能接反，否则会损坏电容器。 无极性电解电容器通常用于音箱分频器电路、电视机S校正电路及单相电动机的起动电路。 电解电容器广泛应用于家用电器和各种电子产品中，其容量范围较大，一般为11000F，额定工作电压范围为6.3450V。其缺点是介质损耗、容量误差较大（最大允

14、许偏差为+100%、-20%），耐高温性较差，存放时间长容易失效。4.5.3 电解电容在电路中的作用滤波作用 在电源电路中，整流电路将交流变成脉动的直流，而在整流电路之后接入一个较大容量的电解电容，利用其充放电特性（储能作用），使整流后的脉动直流电压变成相对比较稳定的直流电压。在实际中，为了防止电路各部分供电电压因负载变化而产生变化，所以在电源的输出端及负载的电源输入端一般接有数十至数百微法的电解电容。由于大容量的电解电容一般具有一定的电感，对高频及脉冲干扰信号不能有效地滤除，故在其两端并联了一只容量为0.001-0.lpF的电容，以滤除高频及脉冲干扰。耦合作用 在低频信号的传递与放大过程中，

15、为防止前后两级电路的静态工作点相互影响，常采用电容耦合。为了防止信号中低频分量损失过大，一般总采用容量较大的电解电容。4.5.4 电解电容的使用注意事项 ：电解电容由于有正负极性，因此在电路中使用时不能颠倒连接。在电源电路中，输出正电压时电解电容的正极接电源输出端，负极接地，输出负电压时则负极接输出端，正极接地。当电源电路中的滤波电容极性接反时，因电容的滤波作用大大降低，一方面引起电源输出电压波动，另一方面又因反向通电使此时相当于一个电阻的电解电容发热。当反向电压超过某值时，电容的反向漏电电阻将变得很小，这样通电工作不久，即可使电容因过热而炸裂损坏。加在电解电容两端的电压不能超过其允许工作电压

16、，在设计实际电路时应根据具体情况留有一定的余量，在设计稳压电源的滤波电容时，如果交流电源电压为220时变压器次级的整流电压可达22V，此时选择耐压为25V的电解电容一般可以满足要求。但是，假如交流电源电压波动很大且有可能上升到250V以上时，最好选择耐压30V以上的电解电容。电解电容在电路中不应靠近大功率发热元件，以防因受热而使电解液加速干涸。对于有正负极性的信号的滤波，可采取两个电解电容同极性串联的方法，当作一个无极性的电容。电容器外壳、辅助引出端子与正、负极 以及电路板间必须完全隔离。4.6 发光二极管的原理与介绍4.6.1 基本原理与构造图 发光二极管简称为 LED。由含 镓（Ga）、

17、砷（As）、 磷（P）、 氮（N）等化合物制成。当电子与空穴复合时能辐射出可见光，因而可以用来制成发光二极管。在电路及仪器中作为指示灯，或者组成文字或数字显示。砷化镓二极管发红光， 磷化镓二极管发绿光， 碳化硅二极管发黄光， 氮化镓二极管发蓝光。 本实验用到的二极管发蓝光，所以是氮化镓二极管。 发光二极管是半导体二极管的一种，可以把电能转化成光能。发光二极管与普通二极管一样是由一个PN结组成，也具有单向导电性。当给发光二极管加上正向电压后，从P区注入到N区的空穴和由N区注入到P区的电子，在PN结附近数微米内分别与N区的电子和P区的空穴复合，产生自发辐射的荧光。发光二极管的核心部分是由P型半导体

18、和N型半导体组成的晶片，在P型半导体和N型半导体之间有一个过渡层，称为PN结。在某些半导体材料的PN结中，注入的少数 载流子与多数载流子复合时会把多余的能量以光的形式释放出来，从而把电能直接转换为光能。PN结加反向电压，少数载流子难以注入，故不发光。这种利用注入式电致发光原理制作的二极管叫发光二极管，通称LED。 当它处于正向工作状态时（即两端加上正向电压），电流从LED 阳极流向阴极时，半导体晶体就发出从紫外到红外不同颜色的光线，光的强弱与电流有关。4.6.2 发光二极管基本电路图直流驱动电路图交流驱动电路 脉冲驱动电路5 实验步骤5.1 准备工作检查所有元器件的数量与规格,并与元件清单相比

19、较,查看是否缺少元件或规格不正确。检查电阻阻值，用万用表测量，确保阻值正确。明确焊接顺序，先焊接小的、矮的元件，再焊接高的元件，这有利于焊接进程，并最大限度的保持外形美观。5.2 焊接过程5.2.1 焊接电阻 焊接是用电烙铁点住焊板，然后放上焊锡，焊锡熔化后就可以拿开，焊好后用钳子剪掉管脚。分别焊上22k、10k、330的电阻。5.2.2 焊接贴片芯片 将芯片上的小圆圈与板上相对应，务必注意方向。用镊子架住芯片便于焊接，调节管脚与板上的位置相对应，焊接。5.2.3 焊接LED灯 注意长管脚是正极，为了防止因粗心犯错，我们先只焊接一个管脚，这样便于调整方向，使板美观、整洁。5.2.4 焊接KA2

20、284芯片 将KA2284芯片上有字的一边向着LED灯，注意方向。焊接完后检查有没有短路或虚焊。5.2.5 焊接电解电容 电解电容的长管脚是正极，插上板的时候一定要分清楚正负极。在焊接前注意各个电解电容的容值大小，不要乱插上板，否则会影响最后音质。先焊接一个管脚，一边焊接一边调整电容与板子相平衡。调节好确认无误后再焊接第二个管脚。5.2.6 焊接电位器 焊接前先看清电位器的电阻值。这两个电位器一个是调节音量大小，另一个调节LED的灵敏度。按照以上方法正确焊接。5.2.7 检查 元件全部焊接完成后，检查焊板有没有短路、焊锡有没有连在一起，或者焊锡有没有放少了造成虚焊。如果有，及时调整、弥补或完善

21、。5.3 连接音频一先剪掉线头，露出两根线，一红一白或一红一黑，其中红线为正极。将之各自旋在一起。再将一个喇叭焊上线。先焊接电源，红线对应5V，白线对应GND。焊接喇叭线，此时不用区分正负极。焊接音频线，先剪去一部分，露出三根线，其中铜色为左右声道的公共线，注意铜线一定要焊在IN-端口。龄两根线分别为左右声道。将三根线各自旋紧。5.4 测试可在完全焊接完毕前先测试，接上电源，将手机放上音乐，将线插到耳机。若能正常播放音乐，调节合适的LED亮度，断开电源，拔掉耳机，将线焊接上板。焊接完毕后，再接上电源，接上耳机，放上音乐，调试到合适的音质。5.5 实物图6 测试结果及结果分析6.1 测试所用仪器

22、型号直流电源：HY1711-3S 函数发生器：DG1032示波器：DS11046.2 连线 为了测试音频功率放大器的放大倍数及观测波形,我们将函数发生器、示波器、电源与我们焊接完毕的电路板正确连接在一起。 其中，IN+接函数发生器的正极，IN-接函数发生器的负极；VO+接示波器正极，VO-不用接；+5接5V电源正极，GND接电源负极。最后，注意电源负极、示波器负极、函数发生器负极要共地也就是接在一起。 过程图如下：6.3 调试及结果 接线完毕后，将函数发生器的幅度设置为100mv左右，注意此处幅值不能设置得过大，不要超过1V，否则可能会烧毁芯片。 设置如下：频率2KHZ，幅度100mVpp 开

23、启电源，旋转示波器上波形调节按钮，直至出现稳定的、大小合适的波形为止，并调节出峰峰值，观察此时的波形并记录峰峰值Vpp：230mv 波形如下： 计算可得，该音频放大器放大倍数为2.3倍左右。7 对运算放大器放大性能提高的探索与思考 如何发挥运算放大器的性能，一般应从三方面来考虑。7.1 了解元件的性能 比如先测试一下运算放大器的性能究竟是输入阻抗高时性能好，还是输入阻抗低时性能好，从而确定信号源和运算放大器的选择方案。7.1.1 温度高时漂移小 一般认为温度升高时特性变坏，输入级为晶体管差动放大级的运算放大器，漂移的最坏情况却是在低温时出现。运算放大器的失调电流，其绝对值和温度系教，都是在高温

24、时减小。特意使温度升高、像集成电路用的小型恒温槽等，对减小漂移是很有利的，或者失调试验在运转范围的最低温度下进行，这些方法都可应用。7.1.2 负载轻时漂移小 高温时情况是较好的，但当运算放大器自身发热时，效果却相反。在高温下每的漂移值很小，若温度变化范围量增大时，失调电流的变化也随之增加。要求漂移（失调电压和失调电流的变化量）小时，应尽可能使负载减轻，这对防止运算放大器的温升是有效的。若既要求承受重的负载，又要求低漂移，则即使负载在运算放大器的额定值内，也应加上适当的缓冲级。7.1.3 输入特性是有输入级的结构决定的 失调电压、失调电流漂移和偏置电流等运算放大器的输入特性，以及与有关的所谓压

25、摆率等重要参数，都是由放大器输入级的结构决定的。最基本的差动型，速度较高，偏置电流大，702型和709型运算放大器采用的是这种型。7.2 从电路设计上提高性能 比如为了减少失调应加一个Rc,或者加一个调零电路，并通过VR组合起来。7.2.1 电源退耦铝箔减小交叉干扰 仪器各单元的直流供电一般是公用的。为了稳定各单元的工作、减小各单元电路之间通过公共直流电源产生的寄生耦合、防止产生振荡和干扰,往往要在每个单元的正负电源端串加RC退耦滤波节。滤波电阻阻值的选取要适当,阻值大退耦滤波效果好,但由于其上的电压降会降低器件的供电电压,从而影响动态范围和输出。根据器件的工作电流和输出最大值或额定值来确定阻

26、值。通常取器件的工作电压比输出额定值高25V,在这样的动态范围内不致影响线性关系。 7.2.2 省去平衡电阻消除噪声干扰源 被测微弱电流通常从运算放大器的反相端输入,而同相端对地接一平衡电阻。理论上，该电阻阻值应等于反馈电阻RF与微弱电流源内阻的并联值。但由于电流源的内阻很大且随被测物的变化而变化,因此,同相端这个平衡电阻很难达到平衡作用,同时这个阻值很大的平衡电阻也会增加电路噪声。在实际应用中,去掉平衡电阻,将同相端直接接地,测量电路的瞬态稳定性比有平衡电阻时更好。7.2.3 降低运算放大器的功耗减小温度漂移 降低运算放大器的功耗可从两个方面考虑。一是降低运算放大器的供电电压,如前所述,增加

27、退耦滤波电阻,使加到运算放大器上的供电电压比额定输出电压高25V;二是减小输出电流,运算放大器的输出电流包括驱动下一级的（真）负载电流和本级部分反馈的（假）负载电流。如果电路采用部分负反馈,可增大这个反馈支路的负载电阻,使其工作电流小于或等于1mA。运算放大器的功耗降低了,其工作温度也就降低了,从而减小了温度漂移;降低工作温度,也会有效控制偏置电流的变化,从而可提高微弱电流测量的灵敏度和准确度。7.2.4 适当增加反馈电容抑制噪声干扰 反馈电容CF并联在反馈电阻RF上,起积分作用,有抑制或平滑噪声干扰的作用。CF越大,抑制噪声的能力就越强,但是也增大了输入时间常数，即增大了响应时间降低了测量的

28、速度。在实际应用中,在保证响应速度的条件下,适当增大反馈电容对电路的瞬时稳定性是很有好处的。7.3 从系统设计着手 在信号取出方式及运算放大器的配置上下些工夫，就不必要使用高性能的运算放大器。或者用一个运算放大器比较困难时可以用两个。反之，即使是多级回路也有采用一个运算放大器的可能性。7.3.1 增大信号 连接记录仪的导线太长时，虽无信号但指针不指零，不稳定，故在使用运算放大器时，必须设法解决这个问题。工业记录仪的全量程大多为10mv，一般都按低电平长导线的方式连接。传输10mv量程的信号线用起来是讨厌的，反应很慢但效果尚好，在实际使用时必须多家注意。如果有干扰加到运算放大器的差动放大回路上，通过共模抑制（CMR）是不一定能减小共模抑制、干扰的。可用增大信号的方法