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文檔簡介

1、實驗報告課程名稱:模擬電子電路實驗實驗名稱:音頻功率放大器的設計與實現(xiàn)班級: 學號: 姓名: 同組人員: 一、 實驗目的1.掌握放大電路的基本使用。2.掌握TDA2030的使用方法以及其經(jīng)典電路。3.掌握功率放大電路的作用以及設計的原理。4.培養(yǎng)我們的動手能力以及考核已學的電路知識。二、設計任務 三、實驗內(nèi)容與原理1、設計內(nèi)容2、設計原理3、TDA2030A主要器件及介紹四、實驗步驟1、實驗設計五、PCB布線與焊接(一)布線(二)焊接六、實驗結(jié)果與分析 七、參考文獻八、附錄1、LM1875相關數(shù)據(jù)2、LM7815(左)和LM7915(右)引腳圖一、實驗目的1. 掌握放大電路的基本使用。2. 掌

2、握TDA2030的使用方法以及其經(jīng)典電路。3. 掌握功率放大電路的作用以及設計的原理。4. 培養(yǎng)我們的動手能力以及考核已學的電路知識。二、設計任務設計并制作一個音頻功率放大電路(電路形式不限),負載為揚聲器,阻抗8。要求直流穩(wěn)壓電源供電,多級電壓、功率放大,所設計的電路滿足以下基本指標:(1)頻帶寬度50Hz20kHz,輸出波形基本不失真;(2)電路輸出功率大于8W;(3)輸入阻抗:10k;(4)放大倍數(shù):40dB;(5)具有音調(diào)控制功能:低音100Hz處有12dB的調(diào)節(jié)范圍,高音10kHz處有12dB的調(diào)節(jié)范圍;(6)所設計的電路具有一定的抗干擾能力;(7)具有合適頻響寬度、保真度要好、動態(tài)

3、特性好。發(fā)揮部分:(1)增加電路輸出短路保護功能;(2)盡量提高放大器效率;(3)盡量降低放大器電源電壓;(4)采用交流220V,50Hz電源供電。三、實驗內(nèi)容與原理1、設計內(nèi)容本電路設計采用前置放大電路和音頻功率放大電路相結(jié)合的放大模式,前者采用有“運放之皇”的NE5532對電壓進行放大,后者采用性能優(yōu)良的TDA2030對電壓和電流放大,給音響放大器的負載(揚聲器)提供一定的輸出功率。當負載一定時,希望輸出的功率盡可能大,輸出的信號的非線形失真盡可能的小,效率盡可能的高。在前置放大和功放之間加上一個滑動變阻,就保證了音量可調(diào),在滑動變阻器之前再加上一足夠大電阻,這樣保證了信號不失真。除此之外

4、,加上相應的旁路電容又使得電路具有雜音小,有電源退偶,無自激等優(yōu)點。根據(jù)實例電路圖和已經(jīng)給定的原件參數(shù),使用multisim10軟件模擬電路,并對其進行靜態(tài)分析,動態(tài)分析,顯示波形圖,計算數(shù)據(jù)等操作。音頻控制器音頻控制器前置放大器2、設計原理第一部分:在前置放大電路中,我們采用了NE5532,由于一般信號源所輸出的信號幅度很小,僅為幾十分貝的增益,較難使功率放大器輸出較大的功率。因此在功率放大器前面加一放大電路前置放大電路,將信號源的小信號放大至功率放大器所需要的信號。此外,前置放大電路還將不同信號源所輸入的不同阻抗、不同幅度的電壓進行阻抗匹配等處理后送至功率放大器。第二部分:音調(diào)控制電路,負

5、反饋式音調(diào)控制器的工作原理,由于集成運算放大器具有電壓增益高、輸入阻抗高等優(yōu)點,用它制作的音調(diào)控制電路具有電路結(jié)構(gòu)簡單、工作穩(wěn)定等優(yōu)點,典型的電路結(jié)構(gòu)如圖2所示。其中電位器Rp1是高音調(diào)節(jié)電位器,Rp2是低音調(diào)節(jié)電位器,電容C是音頻信號輸入耦合電容,電容C1、C2是低音提升和衰減電容,一般選擇C1=C2,電容C3起到高音提升和衰減作用,要求C3的值遠遠小于C1。電路中各元件一般要滿足的關系為:Rp1=Rp2,R1=R2=R3,C1=C2,Rp1=9R1。負反饋式音調(diào)控制器的完整的幅頻特性曲線的波特圖音調(diào)控制電路的幅頻響應波特圖、第三部分:功率放大器: 功率放大電路通常作為多級放大電路的輸出級。

6、功率放大器的常見電路形式有OTL電路和OCL電路。在很多電子設備中,要求放大電路的輸出級能夠帶動某種負載,例如驅(qū)動儀表,使指針偏轉(zhuǎn);驅(qū)動揚聲器,使之發(fā)聲;或驅(qū)動自動控制系統(tǒng)中的執(zhí)行機構(gòu)等。也就是把輸入的模擬信號經(jīng)被放大后,去推動一個實際的負載工作,所以要求放大電路有足夠大的輸出功率,這樣的放大電路統(tǒng)稱為功率放大電路。而音頻功率放大器的作用就是給音響放大器的負載RL(揚聲器)提供一定的輸出功率。當負載一定時,希望輸出的功率盡可能大,輸出的信號的非線形失真盡可能地小,效率盡可能的高。隨著半導體工藝,技術的不斷發(fā)展,輸出功率幾十瓦以上的集成放大器已經(jīng)得到了廣泛的應用。功率VMOS管的出現(xiàn),也給功率放

7、大器的發(fā)展帶來了新的生機??傊?,功率放大器的主要任務是向負載提供較大的信號功率,故功率放大器應具有以下幾個主要特點: 1) 輸出功率要足夠大工作在大信號狀態(tài)下,輸出電壓和輸出電流都很大.要求在允許的失真條件下,盡可能提高輸出功率。2) 效率要高功率放大器實質(zhì)上是一個能量轉(zhuǎn)換器,它是將電源供給的直流能量轉(zhuǎn)換成交流信號的能量輸送給負載,因此,要求轉(zhuǎn)換效率高.在直流電源提供相同直流功率的條件下,輸出信號功率愈大,電路的效率愈高。3)非線性失真要小功率放大器是在大信號狀態(tài)下工作,電壓,電流擺動幅度很大,而且由于三極管是非線性器件,在大信號工作狀態(tài)下,器件本身的非線性問題十分突出,因此,輸出信號不可避免

8、地會產(chǎn)生一定的非線性失真.在實際應用中,要采取措施減少失真,使之滿足負載要求。在功放部分我們用了TDA20303、TDA2030A主要器件及介紹3.1 TDA2030實物TDA2030是德律風根生產(chǎn)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)。如圖1所示,按引腳的形狀引可分為H型和V型。該集成電路廣泛應用于汽車立體聲收錄音機、中功率音響設備,具有體積小、輸出功率大、失真小等特點。并具有內(nèi)部保護電路。意大利SGS公司、美國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。實物如下圖:圖1TDA2030實物TDA2030示意

9、圖:3.2 TDA2030的管腳功能及圖(1)腳是正相輸入端(2)腳是反向輸入端(3)腳是負電源輸入端(4)腳是功率輸出端(5)腳是正電源輸入端圖2TDA2030管腳3.3 TDA2030的工作TDA2030A能在最低6V最高22V的電壓下工作在19V、8阻抗時能夠輸出16W的有效功率,THD0.1%。3.4 TDA2030的特點及注意事項(1) TDA2030具有負載泄放電壓反沖保護電路,如果電源電壓峰值電壓40V的話,那么在5腳與電源之間必須插入LC濾波器,以保證5腳上的脈沖串維持在規(guī)定的幅度內(nèi)。(2)熱保護:限熱保護有以下優(yōu)點,能夠容易承受輸出的過載(甚至是長時間的),或者環(huán)境溫度超過時

10、均起保護作用。(3)與普通電路相比較,散熱片可以有更小的安全系數(shù)。萬一結(jié)溫超過時,也不會對器件有所損害,如果發(fā)生這種情況,Po=(當然還有Ptot)和Io就被減少。(4)印刷電路板設計時必須較好的考慮地線與輸出的去耦,因為這些線路有大的電流通過。(5)裝配時散熱片與之間不需要絕緣,引線長度應盡可能短,焊接溫度不得超過260,12秒。(6)雖然TDA2030所需的元件很少,但所選的元件必須是品質(zhì)有保障的元件。極限參數(shù):四、實驗步驟1.實驗設計負反饋式音調(diào)控制器的工作原理由于集成運算放大器具有電壓增益高、輸入阻抗高等優(yōu)點,用它制作的音調(diào)控制電路具有電路結(jié)構(gòu)簡單、工作穩(wěn)定等優(yōu)點如圖所示:電路圖:電源

11、電路 電路組成: LM7815和LM7915是三段穩(wěn)壓集成電路IC芯片元器件,適用于各種電源穩(wěn)壓電路,輸出穩(wěn)定性好、使用方便、輸出過流、過熱自動保護。前置放大器采用運放NE5532。NE5532是高性能低噪聲雙運算放大器(雙運放)集成電路,與很多標準運放相似,但它具有更好的噪聲性能,優(yōu)良的輸出驅(qū)動能力及相當高的小信號帶寬,電源電壓范圍大等特點。因此很適合應用在高品質(zhì)和專業(yè)音響設備、儀器、控制電路及電話通道放大器。用作音頻放大時音色溫暖,保真度高,在上世紀九十年代初的音響界被發(fā)燒友們譽為“運放之皇”,至今仍是很多音響發(fā)燒友手中必備的運放之一。 功放級放大器采用功放LM1875。LM1875 是美

12、國國家半導體公司研發(fā)的一款功放集成塊。LM1875采用TO-220封裝結(jié)構(gòu),形如一只中功率管,體積小巧,外圍電路簡單,且輸出功率較大。電源電路通過變壓器將220V交流電壓變壓到12V,通過整流橋進行濾波,濾波電容采用2個2200UF/25V電解電容并聯(lián),正負電源共用2個0.33uF的電容,2個0.1uF的電容。穩(wěn)壓器減小電壓紋波,將電源輸出電壓穩(wěn)定在12V,驅(qū)動運放功放工作。五、PCB布線與焊接(一)布線:1布線方向: 從焊接面看,元件的排列方位盡可能保持與原理圖相一致,布線方向最好與電路圖走線方向相一致,因生產(chǎn)過程中通常需要在焊接面進行各種參數(shù)的檢測,故這樣做便于生產(chǎn)中的檢查,調(diào)試及檢修(注

13、:指在滿足電路性能及整機安裝與面板布局要求的前提下)。 2各元件排列,分布要合理和均勻,力求整齊,美觀,結(jié)構(gòu)嚴謹?shù)墓に囈蟆?3、設計布線圖時要注意管腳排列順序,元件腳間距要合理。 4在保證電路性能要求的前提下,設計時應力求走線合理,少用外接跨線,并按一 定順充要求走線,力求直觀,便于安裝,高度和檢修。 5設計布線圖時走線盡量少拐彎,力求線條簡單明了。 6布線條寬窄和線條間距要適中,電容器兩焊盤間距應盡可能與電容引線腳的間距相符; 7設計應按一定順序方向進行,例如可以由左往右和由上而下的順序進行。 (二)焊接:1、烙鐵要放在架上,以免燙到人或其他器件。2、需要用到的器件應該準備好,方在左手邊,

14、以便隨時可以拿到進行焊接。3、焊盤內(nèi)孔邊緣到印制板邊的距離要大于1mm,這樣可以避免加工時導致焊盤缺損。 4、焊盤的開口:有些器件是在經(jīng)過波峰焊后補焊的,但由于經(jīng)過波峰焊后焊盤內(nèi)孔被錫封住,使器件無法插下去,解決辦法是在印制板加工時對該焊盤開一小口,這樣波峰焊時內(nèi)孔就不會被封住,而且也不會影響正常的焊接。 5、焊盤補淚滴:當與焊盤連接的走線較細時,要將焊盤與走線之間的連接設計成水滴狀,這樣的好處是焊盤不容易起皮,而是走線與焊盤不易斷開。 6、相鄰的焊盤要避免成銳角或大面積的銅箔,成銳角會造成波峰焊困難,而且有橋接的危險,大面積銅箔因散熱過快會導致不易焊接。7、焊接的時候要注意不要把不相連的點掛

15、接。8、焊接的時候烙鐵的溫度不要太高,焊接的時間不要太長,以免焊盤脫落和在焊接的時候就把器件燒壞。9、焊接完后好對電路圖進行檢測,看是否所有器件都是好的,看是否有掛接和虛焊的。 在接電源是應該特別的注意一下幾點:(1)本作品外接交流12V變壓器電源輸入,要先弄清楚變壓器的用法。(2)在接電源前要注意電解電容的方向是否正確。六、實驗結(jié)果與分析:電路基本實現(xiàn)設計要求。測試效果良好。思考題1、對一個音頻功率放大器的前置級有什么要求?對于功率放大級有什么要求?對音頻功率放大器的前置級要求輸入阻抗高、輸出阻抗小、頻帶寬、噪聲小。對功率放大級的要求是輸出效率高,輸出功率大。2、何為D類功率放大器?D類功率

16、放大器有什么特點?請列舉出目前常用的D類集成音頻功率放大器的芯片型號。D類功率放大器是一種將輸入模擬音頻信號或PCM數(shù)字信息變換成PWM(脈沖寬度調(diào)制)或PDM(脈沖密度調(diào)制)的脈沖信號,然后用PWM或PDM的脈沖信號去控制大功率開關器件通/斷音頻功率放大器,也稱為開關放大器。D類功率放大器的特點:具有很高的效率,通常能夠達到85%以上。 體積小,可以比模擬的放大電路節(jié)省很大的空間。 無裂噪聲接通。低失真,頻率響應曲線好。外圍元器件少,便于設計調(diào)試。目前常用的D類集成音頻功率放大器的芯片型號:新日本無線公司生產(chǎn)的NJU8721、NJU8725,TI公司的TPA2000D4等. 雅瑪哈公司的 Y

17、DA131-E,Tripath公司的TA2021、TI公司的TPA2000D2,ST微電子公司的TDA7480等.路數(shù)據(jù)表中所推薦使用的MOS-FET.最近,日本三洋電機開發(fā) 出了專門用于功率級的混合集成電路STK210-030。3、試畫出利用TDA2030/2030A實現(xiàn)的OTL功率放大器電路?若要輸出8W的功率,對電源電壓有什么要求?若要求進一步提高輸出功率,TDA2030/2030A可接成BTL結(jié)構(gòu),試畫出BTL電路圖,并說明其工作原理。OTL電路圖:若要輸出功率8W,則要求電源電壓正負絕對值不低于11.3V。 BTL電路圖:工作原理: 用兩塊TDA2030 組成如圖1所示的BTL功放電

18、路,TDA 2030(1)為同相放大器,輸入信號Vin通過交流耦合電容C1進入同相輸入端腳,交流閉環(huán)增益為KVC1R3 / R2R3 / R230dB。R3 同時又使電路構(gòu)成直流全閉環(huán)組態(tài),確保電路直流工作點穩(wěn)定。TAD 2030(2)為反相放大器,它的輸入信號是由TDA 2030(1)輸出端的U01 經(jīng)R5、R7分壓器衰減后取得的,并經(jīng)電容C6反饋給反相輸入端腳,它的交流閉環(huán)增益KVCR9 / R7/R5R9/R730dB。由R9R5,所以TDA 2030(1)與TDA 2030(2)的兩個輸出信號U01 和U02 應該是幅度相等相位相反的,即: U01UinR3/R2,U02U01R9 / R5,R9R5,U02 U01因此在揚聲器上得到的交流電壓應為:U01-(-U02)2U012U02揚聲器得到的功率 PY4PMONO。4、什么是自激振蕩現(xiàn)象?如果電路一旦出現(xiàn)自激振蕩,將如何解決?自激振蕩就是內(nèi)部等效元件構(gòu)成正反饋產(chǎn)生的振蕩現(xiàn)象,一種是人為的在放大線路中加入移相元件,如L、C,那是想要的產(chǎn)生的交變信號,還有一種是本來是一個正常電路,但由于設計參數(shù)不當或器件

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