一款適合在課堂制作的有源音箱,OTL AMPLIFIER

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(jīng)電源插座和電源開(kāi)關(guān)提供，電源插座還具有電源切換開(kāi)關(guān)的作用。電容C7組成濾波電路，使電路工作更穩(wěn)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(jí)，采用NPN型硅三極管。硅管的溫度穩(wěn)定性較好，可采用由偏置電阻RP3構(gòu)成的簡(jiǎn)單偏置電路，保證V1工作在甲類放大狀態(tài)。發(fā)射極電阻R2的阻值很小，主要起交流負(fù)反饋的作用。

晶體三極管V2是激勵(lì)放大管，組成推動(dòng)級(jí)，它給功率放大的輸出級(jí)以足夠的推動(dòng)信號(hào)。

RP4為V2提供偏置電壓，保證V2也工作在甲類放大狀態(tài)。它的集電極電流IC的一部分流經(jīng)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(fù)載，又是V3、V4的基極偏置電路。V3、V4是互補(bǔ)對(duì)稱推挽功率放大管，是一對(duì)參數(shù)對(duì)稱的NPN和PNP型晶體三極管，組成功率放大器的輸出級(jí)。由于每一個(gè)管子都接成射極輸出器形式，因此具有輸出電阻低，負(fù)載能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，適合于作功率輸出級(jí)。由于RP4的一端接在C點(diǎn)，因此在電路中可以引入交、直流電壓并聯(lián)負(fù)反饋，一方面能夠穩(wěn)定放大器的靜態(tài)工作點(diǎn)，同時(shí)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(gòu)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(dòng)態(tài)范圍，減少失真。R7為負(fù)反饋電阻。

當(dāng)輸入端輸入正弦交流信號(hào)ui時(shí)，經(jīng)電位器RP1分壓，三極管V1放大后，送到OTL功放級(jí)。

信號(hào)再經(jīng)過(guò)V2放大倒相后同時(shí)作用于V3、V4的基極。ui的正半周使V3管導(dǎo)通(V4管截止)，有電流通過(guò)揚(yáng)聲器Y，同時(shí)向電容C6充電；在ui的負(fù)半周，V4導(dǎo)通(V3截止)，則已充好的電容器C6起著電源的作用，通過(guò)揚(yáng)聲器Y放電，這樣在揚(yáng)聲器上就得到完整的正弦波。

一、制作過(guò)程

1、首先根據(jù)元件清單清點(diǎn)元件數(shù)量，并檢測(cè)元件質(zhì)量。

2、根據(jù)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(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)的要求焊接元件，焊點(diǎn)要求圓滑、光亮，無(wú)虛焊、漏焊、搭焊及毛刺，剪腳留頭在焊面以上1mm左右。

4、用長(zhǎng)導(dǎo)線連接揚(yáng)聲器和電源。

5、通電進(jìn)行調(diào)試，并排除存在的故障。

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

7、把電路板固定好，合上外殼，一個(gè)漂亮的小有源音箱就制作成功了。

二、調(diào)試方法

1、放大器靜態(tài)工作點(diǎn)的調(diào)試。

放大器靜態(tài)工作點(diǎn)的調(diào)試是指對(duì)管子集電極電流IC(或UCE)的調(diào)整與測(cè)試。靜態(tài)工作點(diǎn)是否合適，對(duì)放大器的性能和輸出波形都有很大影響。如工作點(diǎn)偏高，放大器在加入交流信號(hào)以后易產(chǎn)生飽和失真，此時(shí)uo的負(fù)半周將被削底；如工作點(diǎn)偏低則易產(chǎn)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(jìn)行靜態(tài)調(diào)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(yīng)調(diào)整節(jié)靜態(tài)工作點(diǎn)的位置。

改變很多電路參數(shù)都會(huì)引起靜態(tài)工作點(diǎn)的變化，但通常多采用調(diào)整偏置電阻的方法來(lái)改變靜態(tài)工作點(diǎn)。如減小RP2，則可使靜態(tài)工作點(diǎn)提高等。

最后還要說(shuō)明的是，我們所說(shuō)的工作點(diǎn)“偏高”

或“偏低”不是絕對(duì)的，應(yīng)該是相對(duì)信號(hào)的幅度而言，如輸入信號(hào)幅度很小，即使工作點(diǎn)較高或較低也不一定會(huì)出現(xiàn)失真。所以確切地說(shuō)，產(chǎn)生波形失真是信號(hào)幅度與靜態(tài)工作點(diǎn)設(shè)置配合不當(dāng)所致。如需滿足較大信號(hào)幅度的要求，靜態(tài)工作點(diǎn)最好盡量靠近交流負(fù)載線的中點(diǎn)。

2、首先把輸入信號(hào)電位器RP1的滑動(dòng)端調(diào)到最小值(ui=0)，調(diào)整放大器的靜態(tài)工作點(diǎn)，應(yīng)該在輸入信號(hào)ui=0的情況下進(jìn)行，即將放大器輸入端與地端短接。RP2、RP3調(diào)到中間值，RP4調(diào)到最小值。

3、接通電源，檢測(cè)各級(jí)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(fā)光二極管是否點(diǎn)亮。同時(shí)要用手觸摸輸出級(jí)管子，若電流過(guò)大造成管子溫升顯著，應(yīng)立即斷開(kāi)電源檢查原因。如無(wú)異?，F(xiàn)象，可開(kāi)始調(diào)試。

4、用萬(wàn)用表10V擋測(cè)量三極管V3、V4中點(diǎn)C對(duì)地電壓VC，調(diào)節(jié)RP3，使該點(diǎn)電壓為1/2VCC(即3V)。為了調(diào)試中點(diǎn)電壓方便，可將V3、V4的基極A、B兩點(diǎn)用導(dǎo)線短接，調(diào)整完成后再去掉短接線。

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

注意在調(diào)整RP4時(shí)，要注意旋轉(zhuǎn)方向，不能調(diào)得過(guò)大，更不能開(kāi)路。輸出管靜態(tài)電流調(diào)好后，如無(wú)特殊情況，不要隨意調(diào)整RP4的位置，以免損壞輸出管。

6、用萬(wàn)用表測(cè)R1兩端電壓，同時(shí)調(diào)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(yáng)聲器中應(yīng)聽(tīng)到“嘟嘟“聲。最后我們把輸入信號(hào)改為MP3或手機(jī)輸出，開(kāi)機(jī)調(diào)整音量電位器試聽(tīng)，并體會(huì)整個(gè)制作過(guò)程。

三、故障排除

1．調(diào)整RP3時(shí)，如果中點(diǎn)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(kāi)關(guān)將音量電位器開(kāi)至最大，揚(yáng)聲器中沒(méi)有任何響聲，可以判定電路肯定有故障。當(dāng)出現(xiàn)沒(méi)有聲音的故障時(shí)，我們首先要判斷故障出在哪一級(jí)放大器。我們采用信號(hào)注入法，從揚(yáng)聲器開(kāi)始逐級(jí)向前檢測(cè)。用萬(wàn)用表R×10電阻檔，紅表筆單接電池負(fù)極（地），黑表筆碰觸放大器輸入端（一般為三極管基極），此時(shí)揚(yáng)聲器可能聽(tīng)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(yáng)聲器有無(wú)聲音，此法簡(jiǎn)單易行，但相對(duì)信號(hào)弱。

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

不響就是喇叭有問(wèn)題，更換它。

(2)然后用萬(wàn)用表黑表筆點(diǎn)觸C6的正端，喇叭中如無(wú)“咯咯”聲，說(shuō)明電容不良或者喇叭的導(dǎo)線已斷；若有“咯咯”聲，則應(yīng)檢查推挽功放電路。

(3)用萬(wàn)用表黑表筆點(diǎn)觸C3的正端，喇叭中如無(wú)“咯咯”聲，說(shuō)明功放有問(wèn)題，檢查V2、V3、V4工作是否正常。如果有“咯咯”聲，說(shuō)明功放沒(méi)有問(wèn)題。

(4)用萬(wàn)用表黑表筆點(diǎn)觸C3的負(fù)端，喇叭中如無(wú)“咯咯”聲，說(shuō)明電容不良或者喇叭的導(dǎo)線已斷；若有“咯咯”聲，則應(yīng)檢查前置級(jí)放大電路V1工作是否正常。

(5)用表筆觸碰電位器中心端無(wú)聲，觸碰V1基極有聲，說(shuō)明耦合電容C1或C2開(kāi)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(shuō)明功放工作正常。

3、放大電路的檢測(cè)

晶體管放大電路的檢測(cè)主要是檢測(cè)三個(gè)電極的靜態(tài)電壓，其特點(diǎn)是發(fā)射結(jié)正偏、集電結(jié)反偏。也就是說(shuō)NPN管應(yīng)該UC＞UB＞UE，PNP管應(yīng)該UE＞UB＞UC，其發(fā)射結(jié)壓降在0.6V左右。如果偏離正常值，就要判斷電路中那個(gè)元件損壞。當(dāng)然，要確認(rèn)某元件是否損壞，最終還要拆下來(lái)單獨(dú)測(cè)量或替換。

4．雜音和失真的處理

(1)產(chǎn)生低頻自激振蕩，揚(yáng)聲器發(fā)出“撲撲”聲或“嘟嘟”聲?？赡苁请娫磧?nèi)阻過(guò)大、電源濾波電容開(kāi)路或失效引起的。

(2)產(chǎn)生高頻自激振蕩，會(huì)使揚(yáng)聲器聽(tīng)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(lián)一只50～300pF的電容器。

(3)無(wú)信號(hào)輸入時(shí)，常聽(tīng)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(chǎn)生的“沙沙”聲較大，可以在V2的集電極和基極之間并聯(lián)一只50～300pF的負(fù)反饋電容器，此外，應(yīng)改善電源的濾波和穩(wěn)壓。

(4)如果管子溫升顯著，應(yīng)立即斷開(kāi)電源檢查原因，如RW2開(kāi)路，電路自激，或管子性能不好等。