OTL音頻功率放大電路 1

1、華北科技學(xué)院課程設(shè)計 目錄一.設(shè)計要求-1二.設(shè)計的作用及目的-1三.設(shè)計的具體實現(xiàn)-1(一)設(shè)計總體方案-11.1 設(shè)計思路-21.2 OTL攻放各級的作用和電路的結(jié)構(gòu)特征-21.3 簡要原理的分析-41.4用集成運算放大器放大信號的主要優(yōu)點-5(二)選擇器件及參數(shù)計算-5 2.1功率放大器芯片TDA2030介紹-6 2.2參數(shù)計算-82.2.1參數(shù)計算-8 2.2.2功率的計算-9(三)用multisim仿真OTC功率放大器-10四、實物電路安裝調(diào)試及使用-12 4.1電路調(diào)整與測試-124.2通電觀察-14五、設(shè)計體會與總結(jié)-14六、參考文獻(xiàn)及附錄-16OTL音頻功率放大器的設(shè)計報告一、

2、設(shè)計要求任務(wù)了與要求： 1、 采用全部或部分分立元件電路設(shè)計一種OTL音頻功率放大器；2、 額定輸出功率Po10W；3、 負(fù)載阻抗RL=8；4、 失真度3%。2、 設(shè)計的作用和目的1.設(shè)計并實現(xiàn)OTL功率放大器，功率放大器的作用是給音響放大器的負(fù)載RL（揚(yáng)聲器）提供一定的輸出功率。2.設(shè)計并實現(xiàn)OTL功率放大器，功率放大器的作用是給音響放大器的負(fù)載RL（揚(yáng)聲器）提供一定的輸出功率。3、 設(shè)計的具體實現(xiàn)(一)設(shè)計總體方案1.1設(shè)計思路 功率放大器的作用是給負(fù)載RL提供一定的輸出功率，當(dāng)RL一定時，希望輸出功率盡可能大，輸出信號的非線性失真可能小，且效率盡可能高。由于OTL電路采用直接耦合方式，為

3、了保證電路工作穩(wěn)定，必須采取有效措施抑制零點漂移。為了獲得足夠大的輸出功率驅(qū)動負(fù)載工作，故需要有足夠高的電壓放大倍數(shù)。因此，性能良好的OTL功率放大器應(yīng)由輸入級、推動級和輸出級等部分組成。1.2 OTL功放各級的作用和電路結(jié)構(gòu)特征 1.輸入級：主要作用是抑制零點漂移，保證電路工作穩(wěn)定，同時對前級（音調(diào)控制級）送來的信號作低失真，低噪聲放大。為此，采用帶恒流源的，由復(fù)合管組成的差動放大電路，且設(shè)置的靜態(tài)偏置電流較小。 2.推動級的作用是獲得足夠高的電壓放大倍數(shù)，以及為輸出級提供足夠大的驅(qū)動電流，為此，可采用帶集電極有源負(fù)載的共射放大電路，其靜態(tài)偏聽偏信置電流比輸入級要大。 3.輸出級的主要作用是

4、級負(fù)載提供足夠大的輸出信號功率，可采有由復(fù)合管構(gòu)成的甲乙燈互補(bǔ)對稱功放或準(zhǔn)互補(bǔ)功放電路。 4.此外，還應(yīng)考慮為穩(wěn)定靜態(tài)工作點須設(shè)置直流負(fù)反饋電路，為穩(wěn)定電壓放大倍數(shù)和改善電路性能須設(shè)置交流負(fù)反饋電路，以及過流保護(hù)電路等。電路設(shè)計時，各級應(yīng)設(shè)置合適的靜態(tài)工作點，在組裝完畢后須進(jìn)行靜態(tài)和動態(tài)測試，在小型不失真的情況下，使輸出功率最大。動態(tài)測試時，要注意消振和接好保險絲，以防損壞元器件。電路基本框圖負(fù)載揚(yáng)聲器輸出級推動級輸入級輸入信號 圖1-1電路基本框圖 1-2電路基本原理圖圖1-3電路在multisim中的仿真圖1.3簡要原理分析：電路為音頻功率放大器原理圖,其中TDA2030是高保真集成功率放

5、大器芯片,輸出功率大于10W,頻率響應(yīng)為101400Hz,輸出電流峰值最大可達(dá)3.5A。其內(nèi)部電路包含輸入級、中間級和輸出級,且有短路保護(hù)和過熱保護(hù),可確保電路工作安全可靠。TDA2030使用方便、外圍所需元器少,一般不需要調(diào)試即可成功。 RP是音量調(diào)節(jié)電位器,C1是輸入耦合電容,R1是TDA2030同相輸入端偏置電阻。 R4、R5決定了該電路交流負(fù)反饋的強(qiáng)弱及閉環(huán)增益。該電路閉環(huán)增益為(R4+R5)/R5=(4.7+150)/150=33.3倍,C3起隔直流作用,以使電路直流為100%負(fù)反饋。靜態(tài)工作點穩(wěn)定性好。 C2、C4、C7為電源高頻旁路電容,防止電路產(chǎn)生自激振蕩。R6用以在電路接有感

6、性負(fù)載揚(yáng)聲器時,保證高頻穩(wěn)定性。VD1、VD2是保護(hù)二極管,防止輸出電壓峰值損壞集成塊TDA2030。1.4用集成運算放大器放大信號的主要優(yōu)點：1.電路設(shè)計簡化，組裝高度方便，只需適當(dāng)選配外接元件，便可實現(xiàn)輸入、輸出的各種放大關(guān)系。 2.由于運放的開環(huán)增益都很高，其構(gòu)成的放大電路一般工作在 深度負(fù)反饋的閉環(huán)狀態(tài)，則性能穩(wěn)定，非線性失真小。 3.運放的輸入電阻高，失調(diào)和漂移都很小，故很適合于各種微弱的信號放大。又因其具有很高的共模抑制比，對溫度的變化、電源的波動以及其他外界干擾都有 很強(qiáng)的抑制能力。 4.由運放構(gòu)成的放大單元功耗低、體積小、壽命長，使整機(jī)使用的元器件數(shù)大大減少，成本降低，工作可靠

7、性大為提高。 (二)選擇器件及參數(shù)計算2.1功率放大器芯片TDA2030介紹TDA2030A是德律風(fēng)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(yīng)用于汽車立體聲收錄音機(jī)、中功率音響設(shè)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(hù)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。電路特點： 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

8、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、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阻抗時能夠輸出16W的有效功率，THD0.1%。無疑，用它來做電腦有源音箱的功率放大部分或小型功放再合適不過了。引腳情況：1腳正相輸出端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腳是正電源輸入端極限參數(shù)：注意事項：1.TDA2030A具有負(fù)載泄放電壓反沖保護(hù)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，二極管限壓（5腳因為任何原因產(chǎn)生

9、了高壓，一般是喇叭的線圈電感作用，使電壓等于電源的電壓）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(hù)：限熱保護(hù)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)境溫度超過時均起保護(hù)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(dāng)然還有Ptot）和Io就被減少。 4.印刷電路板設(shè)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(yīng)盡可能短，焊接溫度不得超過260，12秒。 6.雖然TDA2030A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

10、。2.2參數(shù)計算22.1參數(shù)計算RP是音量調(diào)節(jié)電位器,考慮到實際情況本設(shè)計RP=2.2 K；C1是輸入耦合電容（C1=1uf）；R1是TDA2030同相輸入端偏置電阻；R2、R3為反饋網(wǎng)絡(luò)電阻（R1=R2=R3=100K）；.R4、R5決定了該電路交流負(fù)反饋的強(qiáng)弱及閉環(huán)增益。該電路閉環(huán)增益為(R4+R5)/R5=(0.68+22)/0.68=33.3倍,C3起隔直流作用,以使電路直流為100%負(fù)反饋。靜態(tài)工作點穩(wěn)定性好。 C2、C4、C7為電源高頻旁路電容,防止電路產(chǎn)生自激振蕩；R6用以在電路接有感性負(fù)載揚(yáng)聲器時,保證穩(wěn)定性；VD1、VD2是保護(hù)二極管,防止輸出電壓峰值損壞集成塊TDA2030

11、,負(fù)載RL=8。. 2.2.2功率的計算 1、 計算輸出功率Po輸出功率用輸出電壓有效值V0和輸出電流I0的乘積來表示。設(shè)輸出電壓的幅值為Vom，則因為Iom=Vom/RL，所以.當(dāng)輸入信號足夠大，使Vim=Vom= Vcem= VCC- VCES VCC和Iom=Icm時，可獲得最大的輸出功率由上述對Po的討論可知，要提供放大器的輸出功率，可以增大電源電壓VCC或降低負(fù)載阻抗RL。 (三)用multisim仿真OTC功率放大器1、功放電路原理圖仿真圖2、功放電路仿真波形圖用仿真可知當(dāng)RL調(diào)的過小時，波形失真；如下圖：用multisim軟件仿真，可以完成以后對PCB的通電測試，測試是對安裝后的

12、電路板的參數(shù)及工作狀態(tài)進(jìn)行測量，以便提供調(diào)整電路的依據(jù)，經(jīng)過反復(fù)測量和調(diào)整，就可以使電路性能達(dá)到要求。仿真的函數(shù)信號發(fā)射器的頻率課選擇1kHZ左右，幅度可以在12V左右，電位計要靠中間檔。四、實物電路安裝調(diào)試及使用4.1電路調(diào)整與測試 實踐證明，新安裝的電路板往往難以達(dá)到預(yù)期的效果，這是因為我們在設(shè)計的時候不可能周全地考慮元件的誤差、器件參數(shù)的分散性等各種各樣的客觀因素。此外，電路板的安裝中仍存在有可能沒有查出來的錯誤。通過電路板整體測試與調(diào)整，可發(fā)現(xiàn)和糾正設(shè)計方案中的不足，并查出電路安裝中的錯誤然后采取措施加以改進(jìn)和糾正，就可以使之達(dá)到預(yù)定的技術(shù)要求。 本次設(shè)計采用的是PCB制作電路板，步驟

13、繁瑣，流程較為復(fù)雜。所以在電路調(diào)整與測試的應(yīng)注意的問題較多，具體如下：u 通電前調(diào)試 電路安裝完畢后，必須在不通電的情況下，對電路板進(jìn)行認(rèn)真細(xì)致的檢查，以便糾正安裝錯誤。檢查應(yīng)特別注意： 1.元器件引腳之間有無短路。因為我們該組是第一次用PCB制作板，在檢查電路引腳間的有無短路的時候出現(xiàn)了不少的問題。首先板子在腐蝕的時候就沒有腐蝕好（這可能是板子的質(zhì)量、腐蝕時間的長短、FeCL3溶液的配置等原因）所以在用萬用表測量的時候真的是處處短路，而有的地方就是處處斷路，為了保證的電路的正確性，只有通過萬用表一條條的線路檢查是否導(dǎo)通，引腳間是否短路。所以本次設(shè)計實物的走線用導(dǎo)線和焊錫補(bǔ)了不少，同時為了避免

14、短路很多地方用小刀刮了不少了。 2.電源的正負(fù)、負(fù)極性有沒有接反，正、負(fù)極之間有沒有短路現(xiàn)象，電源線、地線是否接觸良好。關(guān)于電源正、負(fù)極問題主要是在本次設(shè)計中的單電源供電的導(dǎo)線插在功放電路的插座上，在此應(yīng)特別注意在測試極性的時候，應(yīng)注意紅、黑表筆不要弄反。紅表筆接正極，黑表筆接負(fù)極。該設(shè)計為了避免次問題在PCB制圖的時候?qū)⒌鼐€稍微加寬。不但滿足制圖制板的要求，而且使其極性區(qū)分明顯。 3.二極管有電解電容極性有沒有接反，三極管、集成器件引腳有沒有接錯，集成電路的型號及安插方向?qū)Σ粚?，引腳連接處有無接觸不良等。在安裝的時候我們嚴(yán)格按照測量晶體管的步驟和要求進(jìn)行，用萬用表分別判斷出二極管的陽、陰極；

15、小功率三極管的類型、B極、C極、E極；大功率三極管的類型、B極、C極、E極。并作了相應(yīng)的標(biāo)注。 u 通電調(diào)試此在用軟件仿真是就完成了。4.2通電觀察 改變RP電阻值或調(diào)節(jié)函數(shù)信號發(fā)生器的頻率計幅度（在器件允許承受范圍），用示波器觀察輸出與輸入波形，并對比。同時觀察喇叭發(fā)出的聲音是否產(chǎn)生異同。五、設(shè)計體會與總結(jié)1、在這次設(shè)計中，讓我們確實遇了很多難以解決的問題，同時也學(xué)到了很多知識。掌握了功率放大器電路的設(shè)計與制作，掌握了TDA2030 等集成芯片的原理與作用以及晶體管極性的判斷，如何去檢查電路中的錯誤與線路是否導(dǎo)通，進(jìn)一步熟練萬用表的使用。更讓我明白團(tuán)體精神的重要性。更懂得做好一件事情的不容易

16、。接觸到了與自己相關(guān)專業(yè)的具體的知識，感覺到所學(xué)的東西還是很有用的，通過實踐不但鞏固了學(xué)過的知識，而且其他的對所學(xué)知識進(jìn)行實踐論證，及時的發(fā)現(xiàn)了存在的許多不足。通過本次課程設(shè)計初步了解了一些專業(yè)軟件的使用，如ultisim的軟件的使用，也初步接觸到了具體的制版全過程。2、制作電路板之前在制圖要注意的問題可很多很多，尤其是初次接受到Multisim等軟件，遇到了很多問題，例如如何連線和布局，連線完畢后還要通過調(diào)整，連接電路時一定要細(xì)仔細(xì)，要確保每條線路接觸性良好。為保證接出的電路不出現(xiàn)錯誤，在接線時不能只看著電路原理圖去接，應(yīng)該先把電路圖中的每個元件的原理和用途搞清楚，明白每個元件的各個管腳與它哪里相對應(yīng)，最主要的是搞清楚元件與元件之間的聯(lián)系，它們在一起有怎樣的作用，它們接在一起可以實現(xiàn)那些功能，它們之間有什么相互的影響，好幾個元件在一起又能有怎樣的功能，弄明白了這些過后，就可以接電路了。在接電路的過程中要仔細(xì)并且得有耐心，在檢查錯誤時要更耐心，當(dāng)出現(xiàn)錯誤時，首先檢查線接對了沒有，如果沒有錯誤就看是不是元件存在問題，遇見錯誤要一步一步的來，不要這里弄一下那里弄一下，這樣是不行的。總之檢測電路是要有耐心的慢慢的檢查。七