一款適合在課堂制作的有源音箱,OTL AMPLIFIER

關鍵字：分立元件小功放電路圖

作者：劉晉峰

　　此款有源音箱的電路原理圖如下圖所示，電路采用分立元件的OTL低頻功率放大器。

　　OTL功放電源是由6V電池或電源經電源插座和電源開關提供，電源插座還具有電源切換開關的作用。電容C7組成濾波電路，使電路工作更穩定。二極管D2是電源指示燈，電阻R6起限流作用。

　　圖中RP1是音量電位器。

　　晶體三極管Vl是前置放大管，組成前置放大級，采用NPN型硅三極管。硅管的溫度穩定性較好，可采用由偏置電阻RP3構成的簡單偏置電路，保證V1工作在甲類放大狀態。發射極電阻R2的阻值很小，主要起交流負反饋的作用。

　　晶體三極管V2是激勵放大管，組成推動級，它給功率放大的輸出級以足夠的推動信號。

　　RP4為V2提供偏置電壓，保證V2也工作在甲類放大狀態。它的集電極電流IC的一部分流經電阻R4、電位器RP5及二極管D1，給V3、V4提供偏壓。所以R4、RP5和二極管D1既是V2的集電極負載，又是V3、V4的基極偏置電路。V3、V4是互補對稱推挽功率放大管，是一對參數對稱的NPN和PNP型晶體三極管，組成功率放大器的輸出級。由于每一個管子都接成射極輸出器形式，因此具有輸出電阻低，負載能力強等優點，適合于作功率輸出級。由于RP4的一端接在C點，因此在電路中可以引入交、直流電壓并聯負反饋，一方面能夠穩定放大器的靜態工作點，同時也改善了非線性失真。

　　C6是輸出耦合電容，一般容量較大。C5是自舉電容器，和R5構成自舉電路，用于提高輸出電壓正半周的幅度，可以提高功率增益，以得到大的動態范圍，減少失真。R7為負反饋電阻。

　　當輸入端輸入正弦交流信號ui時，經電位器RP1分壓，三極管V1放大后，送到OTL功放級。

　　信號再經過V2放大倒相后同時作用于V3、V4的基極。ui的正半周使V3管導通(V4管截止)，有電流通過揚聲器Y，同時向電容C6充電；在ui的負半周，V4導通(V3截止)，則已充好的電容器C6起著電源的作用，通過揚聲器Y放電，這樣在揚聲器上就得到完整的正弦波。

　　一、制作過程
　　
　　1、首先根據元件清單清點元件數量，并檢測元件質量。

　　2、根據電路原理圖和元器件安裝位置圖(PCB正面絲印層)，插裝元器件。插件要求美觀、均勻、整齊、不歪斜。

　　3、按照焊接質量標準的要求焊接元件，焊點要求圓滑、光亮，無虛焊、漏焊、搭焊及毛刺，剪腳留頭在焊面以上1mm左右。

　　4、用長導線連接揚聲器和電源。

　　5、通電進行調試，并排除存在的故障。

　　6、先把電池夾插裝到位，焊上導線，接到電路板上。再用螺絲把音箱卡簧片安裝到位，把導線從電路板上通過軸上的中心孔接到揚聲器上，然后把揚聲器安裝到音箱內，用熱熔膠固定。最后把信號線接到電路板上。　　

　　　7、把電路板固定好，合上外殼，一個漂亮的小有源音箱就制作成功了。

　　二、調試方法
　　
　　1、放大器靜態工作點的調試。

　　放大器靜態工作點的調試是指對管子集電極電流IC(或UCE)的調整與測試。靜態工作點是否合適，對放大器的性能和輸出波形都有很大影響。如工作點偏高，放大器在加入交流信號以后易產生飽和失真，此時uo的負半周將被削底；如工作點偏低則易產生截止失真，即uo的正半周被縮頂（一般截止失真不如飽和失真明顯）。這些情況都不符合不失真放大的要求，所以在焊接完成以后還必須進行靜態調試，即在放大器的輸入端不加輸入電壓的情況下，檢查輸出電壓uo是否滿足要求。如不滿足，則應調整節靜態工作點的位置。

　　改變很多電路參數都會引起靜態工作點的變化，但通常多采用調整偏置電阻的方法來改變靜態工作點。如減小RP2，則可使靜態工作點提高等。

　　最后還要說明的是，我們所說的工作點“偏高”

　　或“偏低”不是絕對的，應該是相對信號的幅度而言，如輸入信號幅度很小，即使工作點較高或較低也不一定會出現失真。所以確切地說，產生波形失真是信號幅度與靜態工作點設置配合不當所致。如需滿足較大信號幅度的要求，靜態工作點最好盡量靠近交流負載線的中點。

　　2、首先把輸入信號電位器RP1的滑動端調到最小值(ui=0)，調整放大器的靜態工作點，應該在輸入信號ui=0的情況下進行，即將放大器輸入端與地端短接。RP2、RP3調到中間值，RP4調到最小值。

　　3、接通電源，檢測各級放大器電源端電壓是否正常，正常值接近+6V，觀察作電源指示的發光二極管是否點亮。同時要用手觸摸輸出級管子，若電流過大造成管子溫升顯著，應立即斷開電源檢查原因。如無異常現象，可開始調試。

　　4、用萬用表10V擋測量三極管V3、V4中點C對地電壓VC，調節RP3，使該點電壓為1/2VCC(即3V)。為了調試中點電壓方便，可將V3、V4的基極A、B兩點用導線短接，調整完成后再去掉短接線。

　　5、斷開電源開關K1，在開關的兩端串入萬用表（直流50mA擋），調整電阻RP4，使該功放靜態電流IC為8mA左右，保證V3、V4工作在甲乙類狀態，以克服交越失真。靜態電流太大，功放管發熱損壞；靜態電流太小，輸出功率不足且有交越失真。

　　注意在調整RP4時，要注意旋轉方向，不能調得過大，更不能開路。輸出管靜態電流調好后，如無特殊情況，不要隨意調整RP4的位置，以免損壞輸出管。

　　6、用萬用表測R1兩端電壓，同時調整RP2，使R1兩端電壓在2.5V左右。

　　7、用手握螺絲刀金屬部分去碰觸V1基極，揚聲器中應聽到“嘟嘟“聲。最后我們把輸入信號改為MP3或手機輸出，開機調整音量電位器試聽，并體會整個制作過程。

三、故障排除
　　
　　1．調整RP3時，如果中點電壓不變，則可能是V2損壞或C3、C6短路等原因造成的。

　　2．接通電源開關將音量電位器開至最大，揚聲器中沒有任何響聲，可以判定電路肯定有故障。當出現沒有聲音的故障時，我們首先要判斷故障出在哪一級放大器。我們采用信號注入法，從揚聲器開始　逐級向前檢測。用萬用表R×10電阻檔，紅表筆單接電池負極（地），黑表筆碰觸放大器輸入端（一般為三極管基極），此時揚聲器可能聽到“咯咯”聲。也可以用手握改錐金屬部分去碰放大器輸入端，從揚聲器有無聲音，此法簡單易行，但相對信號弱。

　　(1)用萬用表R×l0擋，兩表筆接碰觸喇叭引線，觸碰時喇叭若有“咯咯”聲，說明喇叭完好。

　　不響就是喇叭有問題，更換它。

　　(2)然后用萬用表黑表筆點觸C6的正端，喇叭中如無“咯咯”聲，說明電容不良或者喇叭的導線已斷；若有“咯咯”聲，則應檢查推挽功放電路。

　　(3)用萬用表黑表筆點觸C3的正端，喇叭中如無“咯咯”聲，說明功放有問題，檢查V2、V3、V4工作是否正常。如果有“咯咯”聲，說明功放沒有問題。

　　(4)用萬用表黑表筆點觸C3的負端，喇叭中如無“咯咯”聲，說明電容不良或者喇叭的導線已斷；若有“咯咯”聲，則應檢查前置級放大電路V1工作是否正常。

　　(5)用表筆觸碰電位器中心端無聲，觸碰V1基極有聲，說明耦合電容C1或C2開路或失效。

　　(6)觸碰電位器的中心端和非接地端，喇叭中均有聲，則說明功放工作正常。

　　3、放大電路的檢測
　　
　　晶體管放大電路的檢測主要是檢測三個電極的靜態電壓，其特點是發射結正偏、集電結反偏。也就是說NPN管應該UC＞UB＞UE，PNP管應該UE＞UB＞UC，其發射結壓降在0.6V左右。如果偏離正常值，就要判斷電路中那個元件損壞。當然，要確認某元件是否損壞，最終還要拆下來單獨測量或替換。

　　4．雜音和失真的處理
　　
　　(1)產生低頻自激振蕩，揚聲器發出“撲撲”聲或“嘟嘟”聲。可能是電源內阻過大、電源濾波電容開路或失效引起的。

　　(2)產生高頻自激振蕩，會使揚聲器聽不到聲音，但推挽管的工作電流很大。消除高頻自激，可以在V2的集電極和基極之間并聯一只50～300pF的電容器。

　　(3)無信號輸入時，常聽到輕微的“沙沙”聲，這主要是由頻率較高的晶體管噪聲和頻率很低的電源交流聲造成的。如果產生的“沙沙”聲較大，可以在V2的集電極和基極之間并聯一只50～300pF的負反饋電容器，此外，應改善電源的濾波和穩壓。

　　(4)如果管子溫升顯著，應立即斷開電源檢查原因，如RW2開路，電路自激，或管子性能不好等。