音頻放大器信號(hào)檢測(cè)與調(diào)試實(shí)驗(yàn)探究

潘行心

（臺(tái)州職業(yè)技術(shù)學(xué)院，臺(tái)州 318000）

現(xiàn)代電子產(chǎn)品的技術(shù)應(yīng)用離不開(kāi)對(duì)信號(hào)的放大處理。掌握放大電路信號(hào)通道各信號(hào)點(diǎn)的靜態(tài)工作點(diǎn)電壓檢測(cè)和信號(hào)失真波形的觀測(cè)，以有效判斷故障點(diǎn)，對(duì)電氣工程技術(shù)人員來(lái)講是一項(xiàng)必備的技能。本文結(jié)合筆者幾十年電子產(chǎn)品檢修和十多年高職院校電子產(chǎn)品制作與調(diào)試的教學(xué)經(jīng)驗(yàn)，對(duì)檢測(cè)放大電路信號(hào)是否正常和快速定位電子產(chǎn)品的故障點(diǎn)進(jìn)行講解。

1 檢測(cè)放大電路靜態(tài)工作點(diǎn)是否正常

在電子產(chǎn)品的故障中，電源電路故障的占比最大。音頻信號(hào)放大電路的電源采用了開(kāi)關(guān)電源電路，設(shè)計(jì)了帶短路保護(hù)的繼電器電路，主要包括穩(wěn)壓輸出、比較放大及繼電器控制等電路。為了減少電源電路的噪聲影響，采用電感電容濾波電路[1]，對(duì)電源電路電壓檢測(cè)使用萬(wàn)用表直流電壓20 V檔。讓黑表筆接地保持不動(dòng)，讓紅表筆測(cè)量電容正極上的電壓，比較放大電路三極管基極電壓和穩(wěn)壓管輸出電壓是否正常。

造成放大電路靜態(tài)工作點(diǎn)不穩(wěn)定的原因有供電電壓不穩(wěn)定、環(huán)境溫度變化以及元器件中的電容漏電等因素。

針對(duì)電源電壓不穩(wěn)定情況，解決方法是采用開(kāi)關(guān)電源電路穩(wěn)壓輸出。

溫度變化引起基極反向電流變化，基極電流變化引起靜態(tài)工作點(diǎn)漂移，使電路不穩(wěn)定。鍺材料比硅材料反向電流要大100倍以上，因此要在元器件選擇上進(jìn)行優(yōu)化，同時(shí)引進(jìn)反饋電路對(duì)電路進(jìn)行補(bǔ)償，以減小電壓放大倍數(shù)為代價(jià)換取放大電路靜態(tài)工作點(diǎn)的穩(wěn)定性。此外，要考慮信號(hào)放大電路方案設(shè)計(jì)時(shí)所制作的電子產(chǎn)品環(huán)境適應(yīng)性[2]。

引起晶體管放大電路工作點(diǎn)不穩(wěn)定的主要因素是溫度變化。環(huán)境溫度每升高10 ℃，三極管Icbo將增加近1倍。固定偏置的三極管放大電路對(duì)環(huán)境溫度變化引起的靜態(tài)工作點(diǎn)不穩(wěn)非常明顯。放大電路可以選擇分壓式偏置結(jié)構(gòu)，保證信號(hào)放大電路工作在放大狀態(tài)。

2 多種信號(hào)輸入音頻放大器電路

多種信號(hào)輸入音頻放大器電路，如圖1所示。

3 電子線路板的焊接

3.1 合理選擇板面

電路板的面積大小選取要適中。面積過(guò)大，連接線的長(zhǎng)度增加會(huì)使阻值增大，導(dǎo)致電路性能降低；面積太小，散熱不好，并易在線條間產(chǎn)生干擾。選擇板面積5 cm×5 cm為宜。

3.2 電路板元器件布局與布線

元器件在電路板上的排列要緊密分布，且需均勻。在設(shè)計(jì)元器件位置安排合理性時(shí)，要將互相并聯(lián)的元器件擺放在一起，同類元器件的引腳長(zhǎng)短要相同。元器件在線路板上安置要做到橫平豎直，同類元器件高度一致。在電路中，功能相同的相關(guān)元器件最好就近擺放，并調(diào)整好各元器件方向，使布局便于信號(hào)流通[3]，以便對(duì)電路進(jìn)行直流電壓檢測(cè)、放大信號(hào)觀測(cè)與調(diào)試。各元器件之間不允許存在立體交叉，從而造成短路現(xiàn)象。大功率元器件要放在散熱好的位置，并且加裝散熱片。散熱材料通常以鋁和銅為主。元器件兩引腳之間的距離要小于元器件自身長(zhǎng)度的2倍。

3.3 布置設(shè)計(jì)導(dǎo)線的方法和要求

電源線和公共地線要布置在電路板邊緣處。為減小交流信號(hào)在導(dǎo)線中電磁感應(yīng)現(xiàn)象對(duì)周邊元器件的影響，布線時(shí)將正負(fù)載流導(dǎo)線緊靠在一起，使之產(chǎn)生的外部磁場(chǎng)趨向于相互抵消。按信號(hào)通道的信號(hào)流入順序?qū)⑤斎刖€與輸出線的位置加大，用地線將兩端隔開(kāi)。輸入信號(hào)線不能太接近電源，否則容易產(chǎn)生耦合電容。大電流信號(hào)線與小電流信號(hào)線距離要拉大，所有地線要相連。高頻信號(hào)線要短而直，整塊線路板的布線要避免因?yàn)閷?dǎo)線過(guò)多平行而產(chǎn)生分布電容過(guò)大的情況對(duì)信號(hào)造成干擾。布線時(shí)，可適當(dāng)增加垂直或斜交導(dǎo)線的布置。

3.4 焊接前對(duì)元器件的處理和對(duì)焊接工藝的要求

在焊接前用多用電表對(duì)元器件的阻值進(jìn)行檢測(cè)，防止已損壞元器件裝上線路板。焊接前需要處理元器件表面的氧化膜，即應(yīng)用刀片刮去元器件表面氧化膜或進(jìn)行搪錫處理。用小功率電烙鐵焊接元器件的時(shí)間一般控制在2～3 s，焊點(diǎn)形狀以倒錐形最佳。良好的焊點(diǎn)應(yīng)光滑亮澤，錫量適中，無(wú)毛刺，無(wú)虛焊。

3.5 整理好元器件并列出清單

整理好元器件并列出清單，如表1所示。

表1 兩種方法位姿融合效果對(duì)比表

表1 多種信號(hào)輸入音頻放大器電路元器件清單

4 放大電路靜態(tài)工作點(diǎn)的電壓檢測(cè)

使用數(shù)字多用表直流電壓20 V檔量程測(cè)量每級(jí)放大電路的核心元件三極管9011的基極、集電極以及發(fā)射極電壓，并與理論值進(jìn)行比較。把測(cè)量得到的數(shù)據(jù)記入表格，同時(shí)根據(jù)電路圖中所標(biāo)注的元器件參數(shù)進(jìn)行靜態(tài)工作點(diǎn)的計(jì)算。假如各點(diǎn)位電壓值和理論值之間的差值在誤差允許范圍內(nèi)，可以認(rèn)為放大電路能夠正常工作在放大狀態(tài)。放大狀態(tài)條件為Ub＞Ue和Uce＞1 V。選擇數(shù)字萬(wàn)用表的不同電壓檔，測(cè)量結(jié)果會(huì)有所不同。一般方法是將萬(wàn)用表的直流電壓檔直接測(cè)量三極管各引腳對(duì)地電壓，而不考慮其內(nèi)阻的影響。在電子線路檢測(cè)中，很少會(huì)用測(cè)電流的方法來(lái)獲得實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行調(diào)試。因?yàn)闇y(cè)電流需要斷開(kāi)線路，容易損壞電路中的元器件，造成多處故障。一般采用測(cè)量各點(diǎn)對(duì)地電壓來(lái)分析電路是否能工作正常。為了提高測(cè)量的安全性，要求實(shí)驗(yàn)者養(yǎng)成單手操作的良好習(xí)慣，使萬(wàn)用表的黑表筆接地始終保持不動(dòng)，手拿紅色電表筆觸碰測(cè)量點(diǎn)位的電壓。

給圖1電路通上直流電壓15 V，分別測(cè)出三極管VT1、VT2、VT3基極對(duì)地電壓值Ub，發(fā)射極對(duì)地電壓值Ue。理論上，硅材料晶體管發(fā)射結(jié)電壓Ube為0.5～0.7 V時(shí)，三極管才能夠?qū)ㄕ９ぷ?。假如發(fā)射結(jié)電壓小于0.5 V，則該級(jí)放大電路工作在截止?fàn)顟B(tài)。三極管要工作在放大狀態(tài)，除了發(fā)射結(jié)正偏外，集電結(jié)還要反偏，且要滿足集電極與發(fā)射極之間電壓Uce＞1 V。實(shí)驗(yàn)小組要把直流電壓測(cè)量值記錄到如圖2所示的表格中，同理論計(jì)算值進(jìn)行比較。如果測(cè)試的數(shù)值與理論數(shù)值差距較大，要結(jié)合示波器對(duì)電路進(jìn)行調(diào)試[4-5]。實(shí)踐表明，采取以上方法能夠快速找出電路的故障點(diǎn)。

5 放大電路動(dòng)態(tài)參數(shù)的檢測(cè)

5.1 放大電路輸出信號(hào)波形觀測(cè)與調(diào)試

在信號(hào)發(fā)生器上調(diào)出頻率1 kHz、幅值10～30 mV的正弦波信號(hào)連到Ui1輸入端，用示波器觀察輸出信號(hào)波形。信號(hào)不斷增大，調(diào)試出放大電路工作在放大狀態(tài)時(shí)完整的正弦波信號(hào)和工作在截止與飽和狀態(tài)時(shí)的失真波形。用示波器探頭沿著信號(hào)通道測(cè)量信號(hào)波形，圖1中間加粗的線路為信號(hào)通道。示波器信號(hào)線的紅色探頭觸碰信號(hào)通道中的各點(diǎn)，黑色探頭與地線相接。沿著信號(hào)通道從前往后逐級(jí)檢測(cè)，若示波器紅色探頭觸碰到哪一點(diǎn)信號(hào)波形丟失，就可以判斷故障點(diǎn)在此點(diǎn)與前一點(diǎn)之間。圖3是正常放大信號(hào)波形，圖4是三極管工作在飽和狀態(tài)時(shí)的波形，圖5是三極管工作在截止?fàn)顟B(tài)時(shí)的波形。

5.2 電壓放大倍數(shù)檢測(cè)

帶反饋網(wǎng)絡(luò)的多級(jí)信號(hào)放大電路的電壓放大倍數(shù)計(jì)算比較復(fù)雜，用示波器測(cè)量放大器輸入端信號(hào)幅值電壓Ui，用示波器觀測(cè)讀出輸出波形幅值電壓Uo，則電壓放大倍數(shù)Au=Uo/Ui。

以上靜態(tài)工作點(diǎn)和動(dòng)態(tài)參數(shù)檢測(cè)實(shí)驗(yàn)前需先做好通電檢查，動(dòng)態(tài)調(diào)試過(guò)程中若出現(xiàn)異常，要找出故障原因并解決。

6 結(jié)語(yǔ)

信號(hào)放大電路是自動(dòng)化控制技術(shù)、人工智能技術(shù)以及物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)等集成系統(tǒng)組成的基本單元。信號(hào)處理質(zhì)量直接影響這些系統(tǒng)工作的穩(wěn)定性。信號(hào)放大電路靜態(tài)和動(dòng)態(tài)指標(biāo)是否達(dá)到要求，需把好電子產(chǎn)品焊接工藝關(guān)，同時(shí)借助各類儀器儀表進(jìn)行檢測(cè)和調(diào)試。本文針對(duì)放大電路靜態(tài)電壓檢測(cè)實(shí)驗(yàn)提出了從單管到多級(jí)放大電路由易至難的過(guò)程，對(duì)初學(xué)電子技術(shù)者而言是一種較好的實(shí)驗(yàn)措施。此外，在放大信號(hào)動(dòng)態(tài)調(diào)試實(shí)驗(yàn)中提出沿著信號(hào)通道從前往后逐級(jí)進(jìn)行觀測(cè)，有助于快速找出故障點(diǎn)，具有重要的理論指導(dǎo)意義。