《模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)》課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書高保真音頻功率放大器的設(shè)計(jì)

1、課程設(shè)計(jì)任務(wù)書學(xué)生姓名： 專業(yè)班級(jí)：電子科學(xué)與技術(shù)0803班指導(dǎo)教師： 工作單位： 信息工程學(xué)院題 目: 高保真音頻功率放大器設(shè)計(jì) 初始條件： 可選元件：集成功放la4100或la4102；集成功放4430；集成功放tda2030；集成功放tda2004、2009；集成功放ta7240ap（集成功放的選擇應(yīng)滿足技術(shù)指標(biāo)）。電容、電阻、電位器若干；或自備元器件。直流電源12v，或自備電源?？捎脙x器：示波器，萬(wàn)用表，毫伏表要求完成的主要任務(wù): （1）設(shè)計(jì)任務(wù)根據(jù)技術(shù)指標(biāo)和已知條件，選擇合適的功放電路，如：ocl、otl或btl電路。完成對(duì)高保真音頻功率放大器的設(shè)計(jì)、裝配與調(diào)試。（2）設(shè)計(jì)要求 輸出

2、功率10w/8；頻率響應(yīng)2020khz；效率60；失真小。 選擇電路方案，完成對(duì)確定方案電路的設(shè)計(jì)。計(jì)算電路元件參數(shù)與元件選擇、并畫出總體電路原理圖，闡述基本原理。（選做：用pspice或ewb軟件完成仿真） 安裝調(diào)試并按規(guī)定格式寫出課程設(shè)計(jì)報(bào)告書。時(shí)間安排：1、 2010 年1月18日分班集中，布置課程設(shè)計(jì)任務(wù)、選題；講解課設(shè)具體實(shí)施計(jì)劃與課程設(shè)計(jì)報(bào)告格式的要求；課設(shè)答疑事項(xiàng)。2、 2010 年1月19日 至2010年1月21日完成資料查閱、設(shè)計(jì)、制作與調(diào)試；完成課程設(shè)計(jì)報(bào)告撰寫。3、 2010 年1月22日提交課程設(shè)計(jì)報(bào)告，進(jìn)行課程設(shè)計(jì)驗(yàn)收和答辯。指導(dǎo)教師簽名： 年 月 日系主任（或責(zé)任教

3、師）簽名： 年 月 日目 錄摘 要1緒 論12設(shè)計(jì)任務(wù)及要求22.1 設(shè)計(jì)的主要任務(wù)2 2.2設(shè)計(jì)要求22.3 設(shè)計(jì)思想23 設(shè)計(jì)原理及單元模塊設(shè)計(jì)33.1設(shè)計(jì)原理及方法33.2單元模塊設(shè)計(jì)33.2.1功放電路設(shè)計(jì)33.2.2反饋電路的設(shè)計(jì)64電路的仿真及分析84.1電路的仿真84.2電路的分析114.2.1元件的定性分析11 4.2.2元件的定量分析115心得體會(huì)14參考文獻(xiàn)15 武漢理工大學(xué)模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書摘要本文介紹的是tda2030所制作的簡(jiǎn)單的高保真音頻功率放大器，鑒于tda2030的種種優(yōu)點(diǎn)，所設(shè)計(jì)的電路輸出功率高、頻率響應(yīng)大、效率高并且失真小。使用兩組電源，兩個(gè)td

4、a2030相接使電路的輸出功率更高，電源利用率更高。而且本設(shè)計(jì)中將反饋電阻由定值電阻改為了可變電阻，通過(guò)改變電阻的阻值可以實(shí)現(xiàn)反饋的調(diào)節(jié)，來(lái)改變電路的放大倍數(shù)，從而造成對(duì)音量的調(diào)節(jié)。關(guān)鍵詞 tda2030,負(fù)反饋 abstractthis article describes the tda2030 produced by a simple high-fidelity audio power amplifier, in view of the various advantages of tda2030, the design of the circuit of high output power

5、, frequency response, and efficiency, and distortion. the use of two sets of power supply, the circuit connecting two tda2030 higher output power, power efficient. and this design feedback resistor will be replaced by a fixed value resistor of the variable resistor, the resistance by changing the re

6、sistor feedback regulation can be achieved to change the magnification circuit, resulting in the regulation of the volume key words： tda2030, negative feedbacki 1 緒論音頻放大器已經(jīng)有快要一個(gè)世紀(jì)的歷史了，最早的電子管放大器的第一個(gè)應(yīng)用就是音頻放大器。然而直到現(xiàn)在為止，它還在不斷地更新、發(fā)展、前進(jìn)。主要因?yàn)槿祟惖穆犛X是各種感覺中的相當(dāng)重要的一種，也是最基本的一種。為了滿足它的需要，有關(guān)的音頻放大器就要不斷地加以改進(jìn)。進(jìn)入21世紀(jì)以后，

7、各種便攜式的電子設(shè)備成為了電子設(shè)備的一種重要的發(fā)展趨勢(shì)。從作為通信工具的手機(jī)，到作為娛樂設(shè)備的mp3播放器，已經(jīng)成為差不多人人具備的便攜式電子設(shè)備。陸續(xù)將要普及的還有便攜式電視機(jī)，便攜式dvd等等。所有這些便攜式的電子設(shè)備的一個(gè)共同點(diǎn)，就是都有音頻輸出，也就是都需要有一個(gè)音頻放大器；另一個(gè)特點(diǎn)就是它們都是電池供電的。都希望能夠有較長(zhǎng)的使用壽命。就是在這種需求的背景下，d類放大器被開發(fā)出來(lái)了。它的最大特點(diǎn)就是它能夠在保持最低的失真情況下得到最高的效率。高效率的音頻放大器不只是在便攜式的設(shè)備中需要，在大功率的電子設(shè)備中也需要。因?yàn)椋β试酱?，效率也就越重要。而隨著人們的居住條件的改善，高保真音響設(shè)

8、備和更高檔的家庭影院也逐漸開始興起。在這些設(shè)備中，往往需要幾十瓦甚至幾百瓦的音頻功率。這時(shí)，低失真、高效率的音頻放大器就成為其中的關(guān)鍵部件武漢理工大學(xué)模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書2 設(shè)計(jì)任務(wù)及要求2.1設(shè)計(jì)的主要任務(wù)根據(jù)技術(shù)指標(biāo)和已知條件，選擇合適的功放電路，如：ocl、otl或btl電路。完成對(duì)高保真音頻功率放大器的設(shè)計(jì)、裝配與調(diào)試。2.設(shè)計(jì)要求 輸出功率10w/8；頻率響應(yīng)2020khz；效率60；失真小。 選擇電路方案，完成對(duì)確定方案電路的設(shè)計(jì)。計(jì)算電路元件參數(shù)與元件選擇、并畫出總體電路原理圖，闡述基本原理。（選做：用pspice或ewb軟件完成仿真） 安裝調(diào)試并按規(guī)定格式寫出課程設(shè)計(jì)

9、報(bào)告書。2.3設(shè)計(jì)思想本次設(shè)計(jì)首先按照輸出功率和頻率響應(yīng)的要求選擇合適的功率放大器，再由效率的限制來(lái)選擇電源電路，選擇好之后再multisim上進(jìn)行仿真，根據(jù)輸入和輸出的要求來(lái)確定電路中各個(gè)元器件的規(guī)格，之后買元件開始制作，最后在試驗(yàn)箱上檢測(cè)設(shè)計(jì)的是否達(dá)到要求。3 設(shè)計(jì)原理及單元模塊設(shè)計(jì)3.1 設(shè)計(jì)原理及方法高保真音頻功率放大器由以下幾部分組成：輸入端功放電路輸出電路反饋電路 3.2 單元模塊設(shè)計(jì).功放電路設(shè)計(jì)為了使輸出功率達(dá)到10w/8，且輸入頻率響應(yīng)為2020khz，我們要選擇合適的集成功放，使它滿足要求。本次設(shè)計(jì)中，我們選用的是tda2030，如圖 1所示，tda2030a是德律風(fēng)根生產(chǎn)

10、的音頻功放電路，采用v型5 腳單列直插式塑料封裝結(jié)構(gòu)。按引腳的形狀引可分為h型和v型。該集成電路廣泛應(yīng)用于汽車立體聲收錄音機(jī)中的功率音響設(shè)備，具有體積小、輸出功率大、失真小等特點(diǎn)。并具有內(nèi)部保護(hù)電路。意大利sgs公司、美國(guó)rca公司、日本日立公司、nec公司等均有同類產(chǎn)品生產(chǎn)，雖然其內(nèi)部電路略有差異，但引出腳位置及功能均相同，可以互換。 圖 1 tda2030實(shí)物圖電路特點(diǎn)： 1.外接元件非常少。2.輸出功率大，po=18w(rl=4)。3.采用超小型封裝（to-220）,可提高組裝密度。4.開機(jī)沖擊極小。5.內(nèi)含各種保護(hù)電路，因此工作安全可靠。主要保護(hù)電路有：短路保護(hù)、熱保護(hù)、地線偶然開路、

11、電源極性反接（vsmax=12v）以及負(fù)載泄放電壓反沖等。6.tda2030a能在最低6v最高22v的電壓下工作在19v、8阻抗時(shí)能夠輸出16w的有效功率，thd0.1%。無(wú)疑，用它來(lái)做電腦有源音箱的功率放大部分或小型功放再合適不過(guò)了。tda2030常見的應(yīng)用電路圖如圖 2所示: 圖 2 tda2030應(yīng)用電路圖引腳情況：1腳是正相輸入端2腳是反向輸入端3腳是負(fù)電源輸入端4腳是功率輸出端5腳是正電源輸入端。通過(guò)查數(shù)據(jù)手冊(cè)可以知道：當(dāng)tda2030接8的負(fù)載時(shí)的輸出功率為15w，這只是理想值，在實(shí)際中，由于在其他元器件上的損耗，輸出功率不容易保證在10w及以上，所以，我們?yōu)榱吮ＷC輸出功率，可以使

12、用兩個(gè)tda2030，來(lái)夠成btl功放，如圖 3所示，它在接8的負(fù)載時(shí)的輸出功率可以達(dá)到30幾瓦，很容易滿足我們對(duì)輸出功率的要求。 圖 3 tda2030btl功率放大器是在大信號(hào)狀態(tài)下工作，電壓、 電流擺動(dòng)幅度很大，極易超出管子特性曲線的線性范圍而進(jìn)入非線性區(qū)， 造成輸出波形的非線性失真，因此，功率放大器比小信號(hào)的電壓放大器的非線性失真問題嚴(yán)重。 功率放大電路的電路形式很多，有雙電源供電的ocl互補(bǔ)對(duì)稱功放電路，單電源供電的otl功放電路，btl橋式推挽電路和變壓器耦合功放電路，等等。我選用的是雙電源供電的btl互補(bǔ)推挽功率放大電路。和其他電路形式相比，btl電路在同樣的直流電源條件下，輸出

13、功率可達(dá)otl電路和ocl電路的4倍，充分利用了系統(tǒng)電壓，特別適合于電池供電的便攜產(chǎn)品。此推挽功率放大器的工作狀態(tài)為甲乙類。推挽功率放大器的工作狀態(tài)之所以設(shè)為甲乙類而不是乙類，其目的是為了減少“交越失真”。若設(shè)置為乙類狀態(tài)，由于兩管的靜態(tài)工作點(diǎn)取在晶體管輸入特性曲線的截止點(diǎn)上，因而沒有基極偏流。這時(shí)由于管子輸入特性曲線有一段死區(qū)，而且死區(qū)附近非線性又比較嚴(yán)重，因而在有信號(hào)輸入、引起兩管交替工作時(shí)，在交替點(diǎn)的前后便會(huì)出現(xiàn)一段兩管電流均為零或非線性嚴(yán)重的波形；對(duì)應(yīng)地，在負(fù)載上便產(chǎn)生了如圖4（a）所示的交越失真。 將工作狀態(tài)設(shè)置為甲乙類便可大大減少交越失真。這時(shí)，由于兩管的工作點(diǎn)稍高于截止點(diǎn)，因而均

14、有一很小的靜態(tài)工作電流icq。 這樣，便可克服管子的死區(qū)電壓， 使兩管交替工作處的負(fù)載中電流能按正弦規(guī)律變化，從而克服了交越失真， 波形如圖4（b）所示。 圖 432.2 反饋電路的設(shè)計(jì) 電路中所采用的反饋為電壓串聯(lián)負(fù)反饋，如圖 5所示，反饋深度可由來(lái)調(diào)節(jié)，我們把電阻由定電阻改為了電位器，這樣可以通過(guò)改變電位器的阻值的大小來(lái)調(diào)節(jié)反饋深度，就可以調(diào)節(jié)放大系數(shù)，就可以用來(lái)改變揚(yáng)聲器的聲音的大小。 圖 5 反饋網(wǎng)絡(luò)圖4電路的仿真及分析4.1電路的仿真在本次設(shè)計(jì)的電路仿真中我們使用的是multisim，multisim是interactive image technologies (electroni

15、cs workbench)公司推出的以windows為基礎(chǔ)的仿真工具，適用于板級(jí)的模擬/數(shù)字電路板的設(shè)計(jì)工作。它包含了電路原理圖的圖形輸入、電路硬件描述語(yǔ)言輸入方式，具有豐富的仿真分析能力。圖 6為multisim的仿真圖。 圖 6 multisim仿真圖（1） 圖示的輸入信號(hào)為6khz,幅值大小為400mv的時(shí)候，輸出負(fù)載的功率為15.355w，而且輸出波形沒有失真。17改變輸入信號(hào)的幅值，將400mv增加到600mv的時(shí)候，我們可以明顯的看到輸出的波形產(chǎn)生了失真，如圖 7所示： 圖 7 multisim仿真圖（2）如圖所示的是：當(dāng)輸入信號(hào)的頻率為1khz，幅值為600mv的時(shí)候，電路中輸出

16、信號(hào)的波形產(chǎn)生了嚴(yán)重的失真。4.2 電路的分析4.2.1 元件的定性分析所設(shè)計(jì)的電路圖如圖 8 所示： 圖 8 設(shè)計(jì)的電路 我們所設(shè)計(jì)的btl電路采用的是雙電源供電，vcc和vee為兩組電源，其中，vcc為12v,vee為-12v, btl 功放電路能把單路功放的輸出功率（pmono）擴(kuò)展4倍，但實(shí)際上卻受到集成電路本身功耗和最大輸出電流的限制，該電路若在vs12v工作時(shí)，24w。和是兩個(gè)比較大的的電容，它的作用是濾高頻信號(hào)，和是兩個(gè)比較小的電容，它的作用濾低頻信號(hào)。為輸入端，為濾波電容，和的作用是保證直流平衡。在負(fù)反饋電路中，和為兩個(gè)電解電容，它在這里的作用是隔直流，這樣可以使負(fù)反饋達(dá)到最大

17、，通過(guò)調(diào)節(jié)電位器的大小可以改變反饋的深度，可以使放大器在高頻狀態(tài)下工作的時(shí)候也滿足輸出功率的要求，電位器的調(diào)節(jié)還可以影響放大倍數(shù)，從而改變輸出聲音的大小。在輸出電路中，利用功放電路u1，u2分別構(gòu)成電壓放大電路，使rl兩端的電壓極性大小相等，相位相反，在構(gòu)成電路時(shí)，盡量使電路對(duì)稱，同時(shí)選用參數(shù)相同的功放電路，以減小失真。以選用雙功放電路最好。電容和的作用是隔去直流信號(hào)，同時(shí)也有濾波的作用，濾去電路中的一些雜質(zhì)信號(hào)，使輸出的負(fù)載受到的干擾更小，和是兩個(gè)比較小的電阻，它們和并聯(lián)使輸出電阻變小，由于輸出電阻越小負(fù)載越強(qiáng)，這樣可以增強(qiáng)電路帶負(fù)載的能力。4.2.2 元件的定量分析 由公式可得負(fù)載的最大不

18、失真功率，由于本電路設(shè)計(jì)的是雙tda2030所以 ，這樣的話，功率就可以很容易達(dá)到要求的10w了。 10v 即每個(gè)放大器的輸出電壓 又有若取，則可得由對(duì)稱性可得：根據(jù)輸入信號(hào)中的高低頻交流信號(hào)分別?。和蜉斎攵说碾娮瑁河捎陔娐返膶?duì)稱性可得：輸出端的濾波電容的大小由查閱資料知： 5 心得與體會(huì)通過(guò)為期一周的課程設(shè)計(jì)，我深刻體會(huì)到了自己知識(shí)的匱乏。我也深深的感覺到自己所學(xué)的知識(shí)的膚淺，自己原來(lái)所學(xué)的東西只是一個(gè)表面性的，理論性的，而且是理想化的。根本不能夠解決在現(xiàn)實(shí)中還存在的很多問題。因此，學(xué)習(xí)中應(yīng)多與實(shí)際應(yīng)用相聯(lián)系。在今后的學(xué)習(xí)中，我要以學(xué)習(xí)理論知識(shí)為基礎(chǔ)，盡量多學(xué)實(shí)際應(yīng)用知識(shí)。特別是動(dòng)手操作能力，更需要提高。我將多參加實(shí)踐活動(dòng)，以培養(yǎng)自己的動(dòng)手能力。做一名合格的電子學(xué)畢業(yè)生。設(shè)計(jì)一個(gè)很完整的電路，所要考慮的問題，要比考試的時(shí)候考慮的多的多。所以，一開始，我遇到了很多麻煩。通過(guò)老師和同學(xué)們的幫助，我漸漸的有了眉目。這樣，在很大程度上提高了我考慮問題的全面性。設(shè)計(jì)完整的電路，還要考慮到它的前因后果。什么功能需要什么電路來(lái)實(shí)現(xiàn)。另外，還要考慮它的可行性，實(shí)用性等等。這樣，也提高了我的分析問題的能力。原來(lái)，我們學(xué)習(xí)的電路只是一個(gè)理論知識(shí)，通過(guò)這次