高保真音頻功率放大器設計XW

1、武漢理工大學模擬電子技術基礎課程設計說明書<> 課程設計任務書學生姓名： 專業(yè)班級：電子科學與技術1002班指導教師： 吳皓瑩 工作單位： 信息工程學院 題 目: 高保真音頻功率放大器設計 初始條件： 可選元件：集成功放LA4100或LA4102；集成功放4430；集成功放TD2030；集成功放TDA2004、2009；集成功放TA7240AP（集成功放的選擇應滿足技術指標）。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。可用儀器：示波器，萬用表，毫伏表要求完成的主要任務: （1）設計任務根據技術指標和已知條件，選擇合適的功放電路，如：OCL、OTL

2、或BTL電路。完成對高保真音頻功率放大器的設計、裝配與調試。（2）設計要求 輸出功率10W/8；頻率響應2020KHz；效率>60；失真小。 選擇電路方案，完成對確定方案電路的設計。計算電路元件參數與元件選擇、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） 安裝調試并按規(guī)定格式寫出課程設計報告書。時間安排：1、 2011年12月31日分班集中，布置課程設計任務、選題；講解課設具體實施計劃與課程設計報告格式的要求；課設答疑事項。2、 2012年1月1日 至2012年1月4日完成資料查閱、設計、制作與調試；2012年1月4日至2012年1月5日完成課程設計報

3、告撰寫。3、 2011 年1月6日提交課程設計報告，進行課程設計驗收和答辯。指導教師簽名： 年 月 日系主任（或責任教師）簽名： 年 月 日目錄1設計課題32功放簡介43設計思路與方案53.1設計思路53.2設計方案54功放電路元件64.1 元件選取65安裝與調試76性能數據測試86.1數據計算 86.2輸出電壓波形圖及功率表96.3頻率范圍測試97歸納總結108心得與體會11參考文獻12附錄一13附錄二14附錄三151設計課題高保真音頻功率放大器，完成對功率放大器的設計、裝配與調試。設計內容及要求 輸出功率10W/8；頻率響應2020KHz；效率>60；失真小。 選擇電路方案，完成對確

4、定方案電路的設計。計算電路元件參數與元件選擇、并畫出總體電路原理圖，闡述基本原理。 安裝調試并按規(guī)定格式寫出課程設計報告書。2功放簡介功率放大器，簡稱“功放”。很多情況下主機的額定輸出功率不能勝任帶動整個音響系統(tǒng)的任務，這時就要在主機和播放設備之間加裝功率放大器來補充所需的功率缺口，而功率放大器在整個音響系統(tǒng)中起到了“組織、協(xié)調”的樞紐作用，在某種程度上主宰著整個系統(tǒng)能否提供良好的音質輸出。利用三極管的電流控制作用或場效應管的電壓控制作用將電源的功率轉換為按照輸入信號變化的電流。因為聲音是不同振幅和不同頻率的波，即交流信號電流，三極管的集電極電流永遠是基極電流的倍，是三極管的交流放大倍數，應用

5、這一點，若將小信號注入基極，則集電極流過的電流會等于基極電流的倍，然后將這個信號用隔直電容隔離出來，就得到了電流(或電壓)是原先的倍的大信號，這現象成為三極管的放大作用。經過不斷的電流放大，就完成了功率放大。選擇功率放大器的時候，首先要注意它的一些技術指標：1、輸入阻抗：通常表示功率放大器的抗干擾能力的大小，一般會在5000-15000，數值越大表示抗干擾能力越強；2、失真度：指輸出信號同輸入信號相比的失真程度，數值越小質量越好，一般在0.05以下；3、信噪比：是指輸出信號當中音樂信號和噪音信號之間的比例，數值越大代表聲音越干凈。功放電路的輸出功率Po，轉換效率和非線性失真等性能都和電路中放大

6、管的偏置條件和工作狀態(tài)有關。根據放大電路靜態(tài)工作點在交流負載線上所處的位置的不同，可將放大管的工作狀態(tài)分為甲類、乙類、甲乙類和丙類四種。其中丙類工作狀態(tài)的輸出功率和效率最高，但丙類放大器的電流波形失真太大，因而不能用于低頻功率放大，只能用于采用調諧回路作為負載的諧振功率放大。由于諧振回路具有濾波能力，回路電流與電壓類似于正弦波形，失真很小。而低頻功率放大電路就是包含甲類、乙類和甲乙類的工作方式的功率放大電路。3設計思路與方案3.1設計思路通過功率放大電路這一章學習，我了解到了功率放大器的類型，各類功放的工作原理、參數計算及其功放電路的與元件選擇，還有各類功放電路的分析方法，依據這些知識我設計了

7、如下方案的OCL音頻功率放大電路。圖1 電路的原理框圖3.2設計方案 3.2.1電源電源要求為±12V，使用實驗室的可調直流穩(wěn)壓電源,如圖2所示。圖2 ±12V直流穩(wěn)壓電源3.2.2 TDA2030的OCL電路圖3為TDA2030的OCL電路，其中TDA2030是高保真集成放大器芯片，其功率為10W以上，功率頻率響應為2020KHz，輸出電流峰值最大可達3.5A,原理圖： 圖3 TDA2030的OCL電路4功放電路元件4.1元件選取4.1.1端電容的選取 由于電源本身并不是完全直流的，里面含有紋波，會影響輸出結果，因而需要在電源輸入端對電源進行慮紋波，本實驗設計采用在電源輸

8、入端并聯(lián)一個大電容（電解電容100uF）電容和一個小電容（陶瓷電容0.1uF）大電容慮低頻，小電容濾高頻，可有效的濾掉電源的紋波。4.1.2端電阻電容的計算 同相輸入端的電阻R1是用在直流平衡電阻，一般取數十千歐，跟負載反饋的網絡有關，這里取R1=22K。C3為耦合電容，用以去掉音頻信號中的低頻信號，與R1構成高通低頻響應。有公式 C=1/(2*R*f)可知當R=22K，f 取20Hz時，C=0.36uF 為了更好的濾波這里取C=1 uF.4.1.3阻電容的計算輸出電壓由電阻人R4、R2、C4決定，其增益由下式決定：Vo/Vi=R2/(R4+1/jwC4)*R1/(R1+1/jwC3)f 取2

9、0Hz時，R2=22 K，R4=680，C4=22uF, R1=22 K,C3=1uF,可得增益為27.4.1.4輸出電容電阻的選取負載喇叭其實是一種電能轉換成聲音的一種轉換設備，當不同的電子能量傳至線圈時，線圈產生一種能量與磁鐵的磁場互動，這種互動造成紙盤振動，因為電子能量隨時變化，喇叭的線圈會往前或往后運動，因此喇叭的紙盤就會跟著運動，這此動作使空氣的疏密程度產生變化而產生聲音。由于輸出接的是喇叭，為感性，為防止其發(fā)生自己振蕩，同時更好的濾波，保證輸出信號更好，在輸出端接上一個電容（陶瓷電容0.22 uF）和一個電阻(1)串聯(lián)接地。4.1.5兩個二極管的作用兩個二極管起的是過流保護的作用，

10、可在電流過大的時候保護電路，防止元器件由于電流過大而被燒毀。 5安裝與調試安裝電路板，由于本電路采用功放集成電路，且只有5引腳，看準后，可依次按照各腳順序焊在電路板上。按照該OCL電路圖和布線過后的電路圖把元件逐一焊接在電路板上，對于二極管或電解電容等有極性器件要用儀器判斷好后在焊接。元件全部焊接完成后，再仔細檢查幾遍，確保器件連接正確后，方可通電測試，調試電路如圖4所示。1測量輸出電壓放大倍數Au 測試條件：直流電源電壓12v，輸入信號1KH Vi峰峰值600 mv，輸出負載電阻為8。2測量頻率在20Hz-20 KHz范圍內，輸出電壓是否會失真 測試條件：直流電源電壓12v，輸入信號Vi峰峰

11、值50mv，改變輸入信號頻率，負載電阻為8。在焊接過程中沒有什么問題，但是當進行測試時發(fā)現輸出不對，后通過萬用表測量，發(fā)現電路一處短路，可能是焊接時不小心焊接在一起了，后來將其分開，才測出正確波形。下圖為調試電路圖4 調試電路圖6性能測試數據6.1數據計算在實驗室里，選用低頻信號發(fā)生器做信號源，用示波器觀察波形，并測量出輸出電壓的有效值。測試取輸入信號頻率f=1khz ，Vi峰峰值600mV，RL=8/10W，經測量和計算的如下參數：輸出電壓（有效值）U0=18/2/1.4=6.4V輸出功率Po=6.4*6.4/8=5.12W電壓放大倍18/2/0.3=30電源平均供給功率2*12.0*9/8

12、8.5W轉換效率 5.12/8.5=60.2%6.2輸出電壓波形圖根據6.1節(jié)的條件，示波器上顯示的輸出電壓的波形圖如圖5所示圖5 輸出電壓波形6.3頻率范圍測試在保證輸入信號Ui大小不變的條件下，改變低頻信號發(fā)生器的頻率。當頻率為20Hz時，用示波器觀察輸出波形未失真，當頻率為20kHz時，用示波器觀察輸出波形未失真，在20Hz-20kHz取幾個值，用示波器觀察亦未失真。20Hz 20kHz 1.072kHz圖6 不失真頻率范圍內的波形7 歸納總結 從最終的波形來看，即圖5，在f=1khz ，Vi峰峰值600mV的條件下測得的輸出電壓波形有一定失真，這是因為輸入電壓值稍微偏大，但最終的轉換效

13、率為60.2%，達到了要求。而且當輸入信號Vi峰峰值為50mv時，從圖6中就可以看出從頻率為20Hz到頻率為20kHz的范圍內，波形都是不失真的，而且波形非常穩(wěn)定。8心得與體會經過為期一周的模電課程設計的制作，不僅讓我在動手能力方面得到了極大的鍛煉，把平時學到的東西運用到實際中并制作出一個實物功放，并得以投入使用，使其發(fā)出優(yōu)美動聽的立體音樂聲，而且讓我對課程設計的整個流程從之前的一無所知變成現在的一清二楚，了然于心，其間收獲頗豐。在這個星期的前兩天，我又將教科書上有關功率放大器的這一節(jié)復習了幾遍，而且在網上搜集了大量有關功放的資料以及集成功放的基本應用電路，花費了一整天的時間將其中的原理搞通搞

14、透，最終選擇了集成功放TDA2030構成的OCL電路，在第三天完成了電路的焊接安裝以及調試，雖然在調試的過程終于到了一點小麻煩，不過最終的效果還不錯。對我而言，相對于作品的制作，課程設計報告的撰寫顯得更為困難，因為這次是第一次做課程設計，對課程設計報告的格式以及需要注意的事項完全沒有一個系統(tǒng)的概念，因而為此忙得焦頭爛額，經過兩天的努力，最終完成了這份報告，自己還是比較滿意的。這一個星期雖然很累，耗費了許多精力，但我的收獲也非常豐富。由于又把功放這一章看了好多遍，現在它的原理以及公式已經爛熟于心，我掌握的更為熟練，除此之外，對我的動手能力方面也起到了很強的促進作用，而且當我做出一個功放的成品并在

15、實驗過程中使他發(fā)出優(yōu)美動聽的立體音樂聲，心中是非常喜悅的，很有成就感。最重要的是，我對制作課程設計的流程已經心中有數，這將對以后的課程設計的制作以及畢業(yè)論文的撰寫起到很大的幫助。起初我認為在一周的時間內我是無法完成任務的，但最終的事實證明人的潛力真的是無限的，有了促進就能完成。整個過程并不是一帆風順的，但就是這樣我才學到了更多，感謝學校為我們提供的這次學習機會，對我們以后的專業(yè)學習會產生積極的影響。參考文獻1吳友宇主編. 模擬電子技術基礎.北京: 清華大學出版社，2009。2電子技術基礎.華中工學院電子學教研室編，康華光主編.高等教育出版社，2005。 3陳光夢編著.模擬電子學基礎.復旦大學出版社，2005年3月。4電子線路設計(第三版)，華中科技大學謝自美主編.華中科技大學出版社，2005。5 吳文波. 高保真音響設計制作.北京: 電子工業(yè)出版社,2000,3。附錄1 實物圖附錄2 元件清單元件名稱與規(guī)格數量TDA20301塊1電阻1個680電阻1個22K電阻2個瓷片電容1042個瓷片電容2241個電解電容1uF1個電解電容100uF2個電解電容22uF1個二極管1N40012個10W8喇叭1個附錄3本科生課程設計成績評定表姓 名性別男專業(yè)、班級電子科學與技術 1002班課程設計題目：高保真音頻功率放大器的設計課程設計答辯或質疑記錄：1.簡述該功放的設