功放參數測試儀設計案例

1 引言

伴隨著科學技術的迅速發展，人們生活水平的不斷提高，對音頻功率放大器的要求越來越高。音頻是多媒體中的一種重要媒體。人能夠聽見的音頻信號的頻率范圍大約是 60Hz-20kHz， 其中語音大約分布在300Hz-4kHz之內，而音樂和其他自然聲響是全范圍分布的。如何通過分析儀器檢測音頻功放。鑒于音頻分析儀價格高、適用范圍窄等特點，本文應用了目前流行的基于LabVIEW的虛擬儀器技術軟件平臺，結合高性能的NI9221,NI9263數據采集卡來完成音頻功放各種數據的測試。

2 音頻功放測試參數

2.1輸出功率

衡量放大器輸出功率的指標有大不失真連續功率、音樂功率和峰值功率等幾種不同的指標。目前公認的指標是“大不失真連續功率”，又叫RMS功率，正弦波功率或平均值功率等。其含義是相同的，它是指放大器配接額定負載時(通常RL=8Ω)，在總的諧波失真系數小于1%，負載兩端測出1kHz的正弦波電壓的平方，除以負載電阻而得出
2.2頻響范圍

頻率響應即有效頻率范圍，它是用來反映放大器對不同頻率信號的放大能力。頻率響應通常用增益下降3dB以內的頻率范圍來表示。一般的高保真放大器為了能真實地反映各種信號，其頻率響應通常應達到幾Hz到幾十kHz寬度，如圖1所示。

 



圖1  頻率響應曲線

2.3諧波失真

在功放電路調試中常會有波形失真現象，如圖2-2所示：

                            圖2失真圖

諧波失真（THD）指原有頻率的各種倍頻的有害干擾。由于放大器不夠理想，放大1kHZ的頻率信號時會產生2kHZ的2次諧波和3kHZ及許多更高次的諧波，致使輸出波形走樣。這種因諧波引起的失真叫做諧波失真。

2.4失真度

理想的功放應該是把輸入的訊號放大后，毫無改變的忠實還原出來。但是由于各種原因經功放放大后的信號與輸入信號相比較，往往產生了不同程度的畸變，這個畸變就是失真。用百分比表示，其數值越小越好。HI-FI功放的總失真在0。03%--0。05%之間。功放的失真有諧波失真，互調失真，交叉失真，削波失真，瞬態失真，瞬態互調失真等。
2.5信噪比

是指信號電平與功放輸出的各種噪聲電平之比，用db表示，這個數值越大越好。一般家用HI-FI功放的信噪比在60db以上。

3 軟件設計

3.1虛擬儀器介紹

虛擬儀器技術，就是利用高性能的模塊化硬件，結合高效靈活的軟件來完成各種測試、測量和自動化的應用。自1986年問世以來，世界各國的工程師和科學家們都已將NI LabVIEW圖形化開發工具用于產品設計周期的各個環節，從而改善了產品質量、縮短了產品投放市場的時間，并提高了產品開發和生產效率。使用集成化的虛擬儀器環境與現實世界的信號相連，分析數據以獲取實用信息，共享信息成果，有助于在較大范圍內提高生產效率。

虛擬儀器由硬件部分和軟件部分構成，本文采用了NI LabVIEW 8.6軟件及NI cDAQ系列的采集板卡，包括4通道同步模擬輸出的NI 9263和8通道模擬輸入的NI 9221采集板卡。

3.2軟件流程

本測試系統由模擬輸出通道（AO）提供音頻正弦信號給功放電路板，再經模擬輸入通道（AI）由板卡采集到信號，由LabVIEW軟件程序實現分析顯示。整個程序設計流程如圖3所示。

將NI 9221和NI 9263的地端相接，并與功放板的地端相接，從NI 9221的Ai1端引出一根線與功放板的輸入端相接，從NI 9263的Ao0端引出一根線與功放板的輸出端相接。
  

圖3 軟件流程

3.3音頻信號發生程序

如圖4所示，由函數Sine Waveform. vi函數產生正弦波，然后通過DAQmx的模擬輸出通道，將信號從采集板卡輸出。并進行在線測試

圖4 音頻信號發生器.vi

3.4采集分析顯示程序

如圖5所示，由波形圖顯示功放輸出電壓波形，由基本平均直流-均方根.vi測試uo的幅度，由諧波失真函數.vi計算THD值，由功率譜、功率及頻率估計函數測試信號頻率和峰值功率。

圖5 采集分析.vi

4 系統測試

4.1測試系統搭建

本文測試的功放板是音響系統自帶的功放板，性能良好。測試系統如圖6所示，包括電源、功放板、采集板卡、計算機等四部分之間的連接。

電源電壓加在功放電路板上，由采集板卡提供音頻輸入信號并采集信號，然后在LabVIEW中運行程序，即顯示測試結果。

4.2測試步驟

（1）參照圖4所示的測試系統框圖，連接電路,檢查無誤后通電。；

（2）運行“音頻信號發生器.vi”的程序，產生f=1kHz，Vip=1V的正弦波信號，程序中采集率設置為Fs=100,000S/s。

（3）運行“采集分析.vi”程序，用波形圖顯示輸出電壓Uo的波形，并顯示直流值和峰值。存儲記錄輸出電壓Uo、輸出功率Po，總諧波失真度THD的值。

（4）使用采集卡或示波器量測波形，查看失真度

（5）量測功放板的信噪比

5，硬件結構

1，  使用氣動結構

2，  采用工業控制電腦

3，  支持條碼掃描

4，  機柜式設計，美觀，大方，實用

5，  帶紅外線保護，確保操作者安全

6，  顯示器放在正前方，方便操作者操作

7，  多重安全保護，漏電保護，短路保護，急停開關

8，  雙手同時操作下壓