一款适合在课堂制作的有源音箱

一款适合在课堂制作的有源音箱,OTL AMPLIFIER

  作者：刘晋峰 　　此款有源音箱的电路原理图如下图所示，电路采用分立元件的OTL低频功率放大器。 　　OTL功放电源是由6V电池或电源经电源插座和电源开关提供，电源插座还具有电源切换开关的作用。电容C7组成滤波电路，使电路工作更稳定。二极管D2是电源指示灯，电阻R6起限流作用。 　　图中RP1是音量电位器。 　　晶体三极管Vl是前置放大管，组成前置放大级，采用NPN型硅三极管。硅管的温度稳定性较好，可采用由偏置电阻RP3构成的简单偏置电路，保证V1工作在甲类放大状态。发射极电阻R2的阻值很小，主要起交流负反馈的作用。   　　晶体三极管V2是激励放大管，组成推动级，它给功率放大的输出级以足够的推动信号。 　　RP4为V2提供偏置电压，保证V2也工作在甲类放大状态。它的集电极电流IC的一部分流经电阻R4、电位器RP5及二极管D1，给V3、V4提供偏压。所以R4、RP5和二极管D1既是V2的集电极负载，又是V3、V4的基极偏置电路。V3、V4是互补对称推挽功率放大管，是一对参数对称的NPN和PNP型晶体三极管，组成功率放大器的输出级。由于每一个管子都接成射极输出器形式，因此具有输出电阻低，负载能力强等优点，适合于作功率输出级。由于RP4的一端接在C点，因此在电路中可以引入交、直流电压并联负反馈，一方面能够稳定放大器的静态工作点，同时也改善了非线性失真。 　　C6是输出耦合电容，一般容量较大。C5是自举电容器，和R5构成自举电路，用于提高输出电压正半周的幅度，可以提高功率增益，以得到大的动态范围，减少失真。R7为负反馈电阻。 　　当输入端输入正弦交流信号ui时，经电位器RP1分压，三极管V1放大后，送到OTL功放级。 　　信号再经过V2放大倒相后同时作用于V3、V4的基极。ui的正半周使V3管导通(V4管截止)，有电流通过扬声器Y，同时向电容C6充电；在ui的负半周，V4导通(V3截止)，则已充好的电容器C6起着电源的作用，通过扬声器Y放电，这样在扬声器上就得到完整的正弦波。     　　一、制作过程
　　
　　1、首先根据元件清单清点元件数量，并检测元件质量。 　　2、根据电路原理图和元器件安装位置图(PCB正面丝印层)，插装元器件。插件要求美观、均匀、整齐、不歪斜。 　　3、按照焊接质量标准的要求焊接元件，焊点要求圆滑、光亮，无虚焊、漏焊、搭焊及毛刺，剪脚留头在焊面以上1mm左右。 　　4、用长导线连接扬声器和电源。 　　5、通电进行调试，并排除存在的故障。 　　6、先把电池夹插装到位，焊上导线，接到电路板上。再用螺丝把音箱卡簧片安装到位，把导线从电路板上通过轴上的中心孔接到扬声器上，然后把扬声器安装到音箱内，用热熔胶固定。最后把信号线接到电路板上。　　 　　　7、把电路板固定好，合上外壳，一个漂亮的小有源音箱就制作成功了。 　　二、调试方法
　　
　　1、放大器静态工作点的调试。 　　放大器静态工作点的调试是指对管子集电极电流IC(或UCE)的调整与测试。静态工作点是否合适，对放大器的性能和输出波形都有很大影响。如工作点偏高，放大器在加入交流信号以后易产生饱和失真，此时uo的负半周将被削底；如工作点偏低则易产生截止失真，即uo的正半周被缩顶（一般截止失真不如饱和失真明显）。这些情况都不符合不失真放大的要求，所以在焊接完成以后还必须进行静态调试，即在放大器的输入端不加输入电压的情况下，检查输出电压uo是否满足要求。如不满足，则应调整节静态工作点的位置。 　　改变很多电路参数都会引起静态工作点的变化，但通常多采用调整偏置电阻的方法来改变静态工作点。如减小RP2，则可使静态工作点提高等。 　　最后还要说明的是，我们所说的工作点“偏高” 　　或“偏低”不是绝对的，应该是相对信号的幅度而言，如输入信号幅度很小，即使工作点较高或较低也不一定会出现失真。所以确切地说，产生波形失真是信号幅度与静态工作点设置配合不当所致。如需满足较大信号幅度的要求，静态工作点最好尽量靠近交流负载线的中点。 　　2、首先把输入信号电位器RP1的滑动端调到最小值(ui=0)，调整放大器的静态工作点，应该在输入信号ui=0的情况下进行，即将放大器输入端与地端短接。RP2、RP3调到中间值，RP4调到最小值。 　　3、接通电源，检测各级放大器电源端电压是否正常，正常值接近+6V，观察作电源指示的发光二极管是否点亮。同时要用手触摸输出级管子，若电流过大造成管子温升显著，应立即断开电源检查原因。如无异常现象，可开始调试。 　　4、用万用表10V挡测量三极管V3、V4中点C对地电压VC，调节RP3，使该点电压为1/2VCC(即3V)。为了调试中点电压方便，可将V3、V4的基极A、B两点用导线短接，调整完成后再去掉短接线。 　　5、断开电源开关K1，在开关的两端串入万用表（直流50mA挡），调整电阻RP4，使该功放静态电流IC为8mA左右，保证V3、V4工作在甲乙类状态，以克服交越失真。静态电流太大，功放管发热损坏；静态电流太小，输出功率不足且有交越失真。 　　注意在调整RP4时，要注意旋转方向，不能调得过大，更不能开路。输出管静态电流调好后，如无特殊情况，不要随意调整RP4的位置，以免损坏输出管。 　　6、用万用表测R1两端电压，同时调整RP2，使R1两端电压在2.5V左右。 　　7、用手握螺丝刀金属部分去碰触V1基极，扬声器中应听到“嘟嘟“声。最后我们把输入信号改为MP3或手机输出，开机调整音量电位器试听，并体会整个制作过程。 三、故障排除
　　
　　1．调整RP3时，如果中点电压不变，则可能是V2损坏或C3、C6短路等原因造成的。 　　2．接通电源开关将音量电位器开至最大，扬声器中没有任何响声，可以判定电路肯定有故障。当出现没有声音的故障时，我们首先要判断故障出在哪一级放大器。我们采用信号注入法，从扬声器开始　逐级向前检测。用万用表R×10电阻档，红表笔单接电池负极（地），黑表笔碰触放大器输入端（一般为三极管基极），此时扬声器可能听到“咯咯”声。也可以用手握改锥金属部分去碰放大器输入端，从扬声器有无声音，此法简单易行，但相对信号弱。   　　(1)用万用表R×l0挡，两表笔接碰触喇叭引线，触碰时喇叭若有“咯咯”声，说明喇叭完好。 　　不响就是喇叭有问题，更换它。 　　(2)然后用万用表黑表笔点触C6的正端，喇叭中如无“咯咯”声，说明电容不良或者喇叭的导线已断；若有“咯咯”声，则应检查推挽功放电路。 　　(3)用万用表黑表笔点触C3的正端，喇叭中如无“咯咯”声，说明功放有问题，检查V2、V3、V4工作是否正常。如果有“咯咯”声，说明功放没有问题。 　　(4)用万用表黑表笔点触C3的负端，喇叭中如无“咯咯”声，说明电容不良或者喇叭的导线已断；若有“咯咯”声，则应检查前置级放大电路V1工作是否正常。 　　(5)用表笔触碰电位器中心端无声，触碰V1基极有声，说明耦合电容C1或C2开路或失效。 　　(6)触碰电位器的中心端和非接地端，喇叭中均有声，则说明功放工作正常。 　　3、放大电路的检测
　　
　　晶体管放大电路的检测主要是检测三个电极的静态电压，其特点是发射结正偏、集电结反偏。也就是说NPN管应该UC＞UB＞UE，PNP管应该UE＞UB＞UC，其发射结压降在0.6V左右。如果偏离正常值，就要判断电路中那个元件损坏。当然，要确认某元件是否损坏，最终还要拆下来单独测量或替换。 　　4．杂音和失真的处理
　　
　　(1)产生低频自激振荡，扬声器发出“扑扑”声或“嘟嘟”声。可能是电源内阻过大、电源滤波电容开路或失效引起的。 　　(2)产生高频自激振荡，会使扬声器听不到声音，但推挽管的工作电流很大。消除高频自激，可以在V2的集电极和基极之间并联一只50～300pF的电容器。 　　(3)无信号输入时，常听到轻微的“沙沙”声，这主要是由频率较高的晶体管噪声和频率很低的电源交流声造成的。如果产生的“沙沙”声较大，可以在V2的集电极和基极之间并联一只50～300pF的负反馈电容器，此外，应改善电源的滤波和稳压。 　　(4)如果管子温升显著，应立即断开电源检查原因，如RW2开路，电路自激，或管子性能不好等。