音頻放大器信號檢測與調試實驗探究

潘行心

（臺州職業技術學院，臺州 318000）

現代電子產品的技術應用離不開對信號的放大處理。掌握放大電路信號通道各信號點的靜態工作點電壓檢測和信號失真波形的觀測，以有效判斷故障點，對電氣工程技術人員來講是一項必備的技能。本文結合筆者幾十年電子產品檢修和十多年高職院校電子產品制作與調試的教學經驗，對檢測放大電路信號是否正常和快速定位電子產品的故障點進行講解。

1 檢測放大電路靜態工作點是否正常

在電子產品的故障中，電源電路故障的占比最大。音頻信號放大電路的電源采用了開關電源電路，設計了帶短路保護的繼電器電路，主要包括穩壓輸出、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]，對電源電路電壓檢測使用萬用表直流電壓20 V檔。讓黑表筆接地保持不動，讓紅表筆測量電容正極上的電壓，比較放大電路三極管基極電壓和穩壓管輸出電壓是否正常。

造成放大電路靜態工作點不穩定的原因有供電電壓不穩定、環境溫度變化以及元器件中的電容漏電等因素。

針對電源電壓不穩定情況，解決方法是采用開關電源電路穩壓輸出。

溫度變化引起基極反向電流變化，基極電流變化引起靜態工作點漂移，使電路不穩定。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行優化，同時引進反饋電路對電路進行補償，以減小電壓放大倍數為代價換取放大電路靜態工作點的穩定性。此外，要考慮信號放大電路方案設計時所制作的電子產品環境適應性[2]。

引起晶體管放大電路工作點不穩定的主要因素是溫度變化。環境溫度每升高10 ℃，三極管Icbo將增加近1倍。固定偏置的三極管放大電路對環境溫度變化引起的靜態工作點不穩非常明顯。放大電路可以選擇分壓式偏置結構，保證信號放大電路工作在放大狀態。

2 多種信號輸入音頻放大器電路

多種信號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。面積過大，連接線的長度增加會使阻值增大，導致電路性能降低；面積太小，散熱不好，并易在線條間產生干擾。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。在設計元器件位置安排合理性時，要將互相并聯的元器件擺放在一起，同類元器件的引腳長短要相同。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，功能相同的相關元器件最好就近擺放，并調整好各元器件方向，使布局便于信號流通[3]，以便對電路進行直流電壓檢測、放大信號觀測與調試。各元器件之間不允許存在立體交叉，從而造成短路現象。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度的2倍。

3.3 布置設計導線的方法和要求

電源線和公共地線要布置在電路板邊緣處。為減小交流信號在導線中電磁感應現象對周邊元器件的影響，布線時將正負載流導線緊靠在一起，使之產生的外部磁場趨向于相互抵消。按信號通道的信號流入順序將輸入線與輸出線的位置加大，用地線將兩端隔開。輸入信號線不能太接近電源，否則容易產生耦合電容。大電流信號線與小電流信號線距離要拉大，所有地線要相連。高頻信號線要短而直，整塊線路板的布線要避免因為導線過多平行而產生分布電容過大的情況對信號造成干擾。布線時，可適當增加垂直或斜交導線的布置。

3.4 焊接前對元器件的處理和對焊接工藝的要求

在焊接前用多用電表對元器件的阻值進行檢測，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，即應用刀片刮去元器件表面氧化膜或進行搪錫處理。用小功率電烙鐵焊接元器件的時間一般控制在2～3 s，焊點形狀以倒錐形最佳。良好的焊點應光滑亮澤，錫量適中，無毛刺，無虛焊。

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比表

表1 多種信號輸入音頻放大器電路元器件清單

4 放大電路靜態工作點的電壓檢測

使用數字多用表直流電壓20 V檔量程測量每級放大電路的核心元件三極管9011的基極、集電極以及發射極電壓，并與理論值進行比較。把測量得到的數據記入表格，同時根據電路圖中所標注的元器件參數進行靜態工作點的計算。假如各點位電壓值和理論值之間的差值在誤差允許范圍內，可以認為放大電路能夠正常工作在放大狀態。放大狀態條件為Ub＞Ue和Uce＞1 V。選擇數字萬用表的不同電壓檔，測量結果會有所不同。一般方法是將萬用表的直流電壓檔直接測量三極管各引腳對地電壓，而不考慮其內阻的影響。在電子線路檢測中，很少會用測電流的方法來獲得實驗數據進行調試。因為測電流需要斷開線路，容易損壞電路中的元器件，造成多處故障。一般采用測量各點對地電壓來分析電路是否能工作正常。為了提高測量的安全性，要求實驗者養成單手操作的良好習慣，使萬用表的黑表筆接地始終保持不動，手拿紅色電表筆觸碰測量點位的電壓。

給圖1電路通上直流電壓15 V，分別測出三極管VT1、VT2、VT3基極對地電壓值Ub，發射極對地電壓值Ue。理論上，硅材料晶體管發射結電壓Ube為0.5～0.7 V時，三極管才能夠導通正常工作。假如發射結電壓小于0.5 V，則該級放大電路工作在截止狀態。三極管要工作在放大狀態，除了發射結正偏外，集電結還要反偏，且要滿足集電極與發射極之間電壓Uce＞1 V。實驗小組要把直流電壓測量值記錄到如圖2所示的表格中，同理論計算值進行比較。如果測試的數值與理論數值差距較大，要結合示波器對電路進行調試[4-5]。實踐表明，采取以上方法能夠快速找出電路的故障點。

5 放大電路動態參數的檢測

5.1 放大電路輸出信號波形觀測與調試

在信號發生器上調出頻率1 kHz、幅值10～30 mV的正弦波信號連到Ui1輸入端，用示波器觀察輸出信號波形。信號不斷增大，調試出放大電路工作在放大狀態時完整的正弦波信號和工作在截止與飽和狀態時的失真波形。用示波器探頭沿著信號通道測量信號波形，圖1中間加粗的線路為信號通道。示波器信號線的紅色探頭觸碰信號通道中的各點，黑色探頭與地線相接。沿著信號通道從前往后逐級檢測，若示波器紅色探頭觸碰到哪一點信號波形丟失，就可以判斷故障點在此點與前一點之間。圖3是正常放大信號波形，圖4是三極管工作在飽和狀態時的波形，圖5是三極管工作在截止狀態時的波形。

5.2 電壓放大倍數檢測

帶反饋網絡的多級信號放大電路的電壓放大倍數計算比較復雜，用示波器測量放大器輸入端信號幅值電壓Ui，用示波器觀測讀出輸出波形幅值電壓Uo，則電壓放大倍數Au=Uo/Ui。

以上靜態工作點和動態參數檢測實驗前需先做好通電檢查，動態調試過程中若出現異常，要找出故障原因并解決。

6 結語

信號放大電路是自動化控制技術、人工智能技術以及物聯網技術等集成系統組成的基本單元。信號處理質量直接影響這些系統工作的穩定性。信號放大電路靜態和動態指標是否達到要求，需把好電子產品焊接工藝關，同時借助各類儀器儀表進行檢測和調試。本文針對放大電路靜態電壓檢測實驗提出了從單管到多級放大電路由易至難的過程，對初學電子技術者而言是一種較好的實驗措施。此外，在放大信號動態調試實驗中提出沿著信號通道從前往后逐級進行觀測，有助于快速找出故障點，具有重要的理論指導意義。