功放参数测试仪设计案例

1 引言

伴随着科学技术的迅速发展，人们生活水平的不断提高，对音频功率放大器的要求越来越高。音频是多媒体中的一种重要媒体。人能够听见的音频信号的频率范围大约是 60Hz-20kHz， 其中语音大约分布在300Hz-4kHz之内，而音乐和其他自然声响是全范围分布的。如何通过分析仪器检测音频功放。鉴于音频分析仪价格高、适用范围窄等特点，本文应用了目前流行的基于LabVIEW的虚拟仪器技术软件平台，结合高性能的NI9221,NI9263数据采集卡来完成音频功放各种数据的测试。

2 音频功放测试参数

2.1输出功率

衡量放大器输出功率的指标有大不失真连续功率、音乐功率和峰值功率等几种不同的指标。目前公认的指标是“大不失真连续功率”，又叫RMS功率，正弦波功率或平均值功率等。其含义是相同的，它是指放大器配接额定负载时(通常RL=8Ω)，在总的谐波失真系数小于1%，负载两端测出1kHz的正弦波电压的平方，除以负载电阻而得出
2.2频响范围

频率响应即有效频率范围，它是用来反映放大器对不同频率信号的放大能力。频率响应通常用增益下降3dB以内的频率范围来表示。一般的高保真放大器为了能真实地反映各种信号，其频率响应通常应达到几Hz到几十kHz宽度，如图1所示。

 



图1  频率响应曲线

2.3谐波失真

在功放电路调试中常会有波形失真现象，如图2-2所示：

                            图2失真图

谐波失真（THD）指原有频率的各种倍频的有害干扰。由于放大器不够理想，放大1kHZ的频率信号时会产生2kHZ的2次谐波和3kHZ及许多更高次的谐波，致使输出波形走样。这种因谐波引起的失真叫做谐波失真。

2.4失真度

理想的功放应该是把输入的讯号放大后，毫无改变的忠实还原出来。但是由于各种原因经功放放大后的信号与输入信号相比较，往往产生了不同程度的畸变，这个畸变就是失真。用百分比表示，其数值越小越好。HI-FI功放的总失真在0。03%--0。05%之间。功放的失真有谐波失真，互调失真，交叉失真，削波失真，瞬态失真，瞬态互调失真等。
2.5信噪比

是指信号电平与功放输出的各种噪声电平之比，用db表示，这个数值越大越好。一般家用HI-FI功放的信噪比在60db以上。

3 软件设计

3.1虚拟仪器介绍

虚拟仪器技术，就是利用高性能的模块化硬件，结合高效灵活的软件来完成各种测试、测量和自动化的应用。自1986年问世以来，世界各国的工程师和科学家们都已将NI LabVIEW图形化开发工具用于产品设计周期的各个环节，从而改善了产品质量、缩短了产品投放市场的时间，并提高了产品开发和生产效率。使用集成化的虚拟仪器环境与现实世界的信号相连，分析数据以获取实用信息，共享信息成果，有助于在较大范围内提高生产效率。

虚拟仪器由硬件部分和软件部分构成，本文采用了NI LabVIEW 8.6软件及NI cDAQ系列的采集板卡，包括4通道同步模拟输出的NI 9263和8通道模拟输入的NI 9221采集板卡。

3.2软件流程

本测试系统由模拟输出通道（AO）提供音频正弦信号给功放电路板，再经模拟输入通道（AI）由板卡采集到信号，由LabVIEW软件程序实现分析显示。整个程序设计流程如图3所示。

将NI 9221和NI 9263的地端相接，并与功放板的地端相接，从NI 9221的Ai1端引出一根线与功放板的输入端相接，从NI 9263的Ao0端引出一根线与功放板的输出端相接。
  

图3 软件流程

3.3音频信号发生程序

如图4所示，由函数Sine Waveform. vi函数产生正弦波，然后通过DAQmx的模拟输出通道，将信号从采集板卡输出。并进行在线测试

图4 音频信号发生器.vi

3.4采集分析显示程序

如图5所示，由波形图显示功放输出电压波形，由基本平均直流-均方根.vi测试uo的幅度，由谐波失真函数.vi计算THD值，由功率谱、功率及频率估计函数测试信号频率和峰值功率。

图5 采集分析.vi

4 系统测试

4.1测试系统搭建

本文测试的功放板是音响系统自带的功放板，性能良好。测试系统如图6所示，包括电源、功放板、采集板卡、计算机等四部分之间的连接。

电源电压加在功放电路板上，由采集板卡提供音频输入信号并采集信号，然后在LabVIEW中运行程序，即显示测试结果。

4.2测试步骤

（1）参照图4所示的测试系统框图，连接电路,检查无误后通电。；

（2）运行“音频信号发生器.vi”的程序，产生f=1kHz，Vip=1V的正弦波信号，程序中采集率设置为Fs=100,000S/s。

（3）运行“采集分析.vi”程序，用波形图显示输出电压Uo的波形，并显示直流值和峰值。存储记录输出电压Uo、输出功率Po，总谐波失真度THD的值。

（4）使用采集卡或示波器量测波形，查看失真度

（5）量测功放板的信噪比

5，硬件结构

1，  使用气动结构

2，  采用工业控制电脑

3，  支持条码扫描

4，  机柜式设计，美观，大方，实用

5，  带红外线保护，确保操作者**

6，  显示器放在正前方，方便操作者操作

7，  多重**保护，漏电保护，短路保护，急停开关

8，  双手同时操作下压