音頻功率放大器的設(shè)計(jì)仿真與實(shí)現(xiàn)概要

1、課程設(shè)計(jì)任務(wù)書學(xué)生姓名：專業(yè)班級(jí)：電信指導(dǎo)教師：工作單位： 信息工程學(xué)院題目 :音頻功率放大器的設(shè)計(jì)仿真與實(shí)現(xiàn)初始條件：可選元件：集成功放，電容、電阻、電位器若干；或自選元器件。 直流電源±12V， 或自選電源?？捎脙x器：示波器，萬用表，毫伏表等。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)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1 輸出功率 10W/8；頻率響應(yīng) 2020KHz ；效率 >60；失真小。2 選擇電路方案，完成對(duì)確定方案電路的設(shè)計(jì)。3 利用 Proteus 或 Multi

2、sim 仿真設(shè)計(jì)電路原理圖，確定電路元件參數(shù)、掌握電路 工作原理并仿真實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)功能。4 安裝調(diào)試并按規(guī)范要求格式完成課程設(shè)計(jì)報(bào)告書。5 選做：利用仿真軟件的 PCB 設(shè)計(jì)功能進(jìn)行 PCB 設(shè)計(jì)。時(shí)間安排：1 第 18 周前半周，完成仿真設(shè)計(jì)調(diào)試；并制作實(shí)物。2 第 18 周后半周，硬件調(diào)試，撰寫、提交課程設(shè)計(jì)報(bào)告，進(jìn)行驗(yàn)收和答辯指導(dǎo)教師簽名： 系主任（或責(zé)任教師）簽名：目錄1 設(shè)計(jì)任務(wù)與要求 錯(cuò)誤！未定義書簽。1.1 設(shè)計(jì)任務(wù) 錯(cuò)誤！未定義書簽。1.2 設(shè)計(jì)要求 錯(cuò)誤！未定義書簽。2 設(shè)計(jì)方案 錯(cuò)誤！未定義書簽。3 選擇器件與參數(shù)運(yùn)算 錯(cuò)誤！未定義書簽。3.1 運(yùn)放 NE5532 介紹錯(cuò)誤！未

3、定義書簽。3.2 TDA 2030 介紹 43.3功率計(jì)算 54 單元電路設(shè)計(jì) 64.1 主電源電路 64.2調(diào)音電路 64.3 功率放大電路 75 電路設(shè)計(jì)仿真 95.1 仿真電路圖 .95.2仿真結(jié)果 .9.106 心得體會(huì)7 參考文獻(xiàn) .11 附表一：電路原理圖 .錯(cuò) 誤！未定義書簽。附表二：元器件清單 錯(cuò) 誤！未定義書簽。附表三：實(shí)物圖 141 設(shè)計(jì)任務(wù)與要求1.1 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)音頻功率放大器的設(shè)計(jì)、裝配與調(diào)試。1.2 設(shè)計(jì)要求 輸出功率 10W/8 ；頻率響應(yīng) 2020KHz ；效率 >60

4、 ；失真小。 選擇電路方案，完成對(duì)確定方案電路的設(shè)計(jì)。 利用 Proteus 或 Multisim 仿真設(shè)計(jì)電路原理圖，確定電路元件參數(shù)、掌握電路工作原 理并仿真實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)功能。 安裝調(diào)試并按規(guī)范要求格式完成課程設(shè)計(jì)報(bào)告書。 選做：利用仿真軟件的 PCB 設(shè)計(jì)功能進(jìn)行 PCB 設(shè)計(jì)。2 設(shè)計(jì)方案 音頻功率放大器的作用是將聲音源輸入的信號(hào)進(jìn)行放大，然后輸出驅(qū)動(dòng)揚(yáng)聲 器。聲音源的種類有很多種， 故輸出信號(hào)的電壓差別很大， 從零點(diǎn)幾毫伏到幾百 毫伏。一般動(dòng)率放大器的輸入靈敏度是一定的， 這些不同的聲音源信號(hào)如果直接 輸入到功率放大器的話， 對(duì)于輸入信號(hào)過低的， 功率放大器功率輸出不足， 不能 充分發(fā)揮

5、功放的作用； 加入輸入信號(hào)的幅值過大， 功率放大器的輸出信號(hào)將嚴(yán)重 過載失真。 這樣就失去了音頻放大的意義了， 所以一個(gè)實(shí)用音頻功率放大系統(tǒng)必須設(shè)置前置放大器，以便使放大器適應(yīng)不同的輸入信號(hào)，或放大，或衰減，或進(jìn) 行阻抗變換， 使其與功率放大器的輸入靈敏度相匹配。 最后音頻放大器由前置放 大器和音調(diào)控制電路和功率放大器三部分組成。如圖 1 所示圖 1 音頻放大器組成框圖3 選擇器件與參數(shù)運(yùn)算3.1運(yùn)放 NE5532 介紹NE5532 是高性能低噪聲運(yùn)放，與很多標(biāo)準(zhǔn)運(yùn)放（如 1458）相似，它具有較 好的噪聲性能，優(yōu)良的輸出驅(qū)動(dòng)能力及相當(dāng)高的小信號(hào)與電源帶寬。1）小信號(hào)帶寬： 10MHz；2）輸

6、出驅(qū)動(dòng)能力： 60010V；3）輸入噪聲電壓： 5nV/ HZ（典型值）；4）DC 電壓增益： 50000；5）AC 電壓增益： 10KHz 時(shí) 2200；6）電源帶寬： 140KHz；7）轉(zhuǎn)換速率： 9V/ S；8）大電源電壓范圍：± 3± 20V。極限參數(shù)：電源電壓： Vs ± 22V輸入電壓： VIN ±V 電源 V差分輸入電壓： VDIFF ±5V工作溫度范圍： TA 0 70存貯溫度： TSTG -65 150結(jié)溫： Tj 150功耗（ 5532FE）：PD 1000mW引線溫度（焊接， 10S） 300 直流電氣參數(shù)：如圖 2 所示

7、。圖 2 直流電氣參數(shù)交流電氣參數(shù)如圖 3 所示圖 3 交流電氣參數(shù)3.2 TDA 2030 介紹TDA 2030 是一塊性能十分優(yōu)良的功率放大集成電路，其主要特點(diǎn)是上升速率高、 瞬態(tài)互調(diào)失真小， 在目前流行的數(shù)十種功率放大集成電路中， 規(guī)定瞬態(tài)互調(diào)失真 指標(biāo)的僅有包括 TDA 2030在內(nèi)的幾種。我們知道，瞬態(tài)互調(diào)失真是決定放大器 品質(zhì)的重要因素，該集成功放的一個(gè)重要優(yōu)點(diǎn)。TDA2030A功率放大管利用三極管的電流控制作用或場(chǎng)效應(yīng)管的電壓控制作用將 電源的功率轉(zhuǎn)換為按照輸入信號(hào)變化的電流。 因?yàn)槁曇羰遣煌穹筒煌l率的 波，即交流信號(hào)電流， 三極管的集電極電流永遠(yuǎn)是基極電流的 倍，是三極管

8、 的交流放大倍數(shù)， 應(yīng)用這一點(diǎn)， 若將小信號(hào)注入基極， 則集電極流過的電流會(huì)等 于基極電流的 倍，然后將這個(gè)信號(hào)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(hào)，這現(xiàn)象成為三極管的放大作用。經(jīng)過不斷的電流及 電壓放大，就完成了功率放大。根據(jù)掌握的資料， 在各國(guó)生產(chǎn)的單片集成電路中， 輸出功率最大的不過 20W， 而 TDA 2030 的輸出功率卻能達(dá) 18W，若使用兩塊電路組成 BTL電路，輸出功率可增至 35W。另一方面，大功率集成塊由于所用電源電壓高、輸出電流大，在使 用中稍有不慎往往致使損壞。然而在 TDA 2030集成電路中，設(shè)計(jì)了較為完善的 保護(hù)電路， 一旦輸出電

9、流過大或管殼過熱， 集成塊能自動(dòng)地減流或截止， 使自己 得到保護(hù)（當(dāng)然這保護(hù)是有條件的， 我們決不能因?yàn)橛斜Ｗo(hù)功能而不適當(dāng)?shù)剡M(jìn)行 使用）。 TDA2030集成電路的第三個(gè)特點(diǎn)是外圍電路簡(jiǎn)單，使用方便。在現(xiàn)有的 各種功率集成電路中， 它的管腳屬于最少的一類， 總共才 5 端，在焊接電路板的 時(shí)候 TDA2030A的管腳的分布對(duì)于焊接的時(shí)候很重要的，如果管腳的區(qū)分有錯(cuò)， 直接會(huì)導(dǎo)致的功率放大器燒掉。 通過查閱資料知道他的管腳分布為： 漢字對(duì)著人， 從左往右數(shù)為 1 2 3 4 5 其中1 為同武相輸入端， 2為反相輸入端， 3為功率放 大器的接地端， 4 為功率放大器額的輸出端， 5 為功率放大器

10、的電源線的接入端。TDA2030 在電源電壓± 14V，負(fù)載電阻為 4 時(shí)輸出 14 瓦功率（失真度 05）；在電源電壓 ±16V，負(fù)載電阻為 4時(shí)輸出 18瓦功率（失真度 05）。 該電路由于價(jià)廉質(zhì)優(yōu)， 使用方便，并正在越來越廣泛地應(yīng)用于各種款式收錄機(jī)和 高保真立體聲設(shè)備中。該電路可供低頻課程設(shè)計(jì)選用。本設(shè)計(jì)采用 3 個(gè) TDA2030A 芯片，其中一個(gè)放大左聲道，一個(gè)放大右聲道，一個(gè)放大 低音部分。示意圖如圖 4圖 4 TDA2030 示意圖V0 和輸出電流 I0 的乘積來Vim=Vom= Vcem= VCC- VCES3.3 功率計(jì)算計(jì)算輸出功率 Po 輸出功率用輸出

11、電壓有效值 表示。設(shè)輸出電壓的幅值為 Vom，則因?yàn)?Iom=Vom/RL，所以 . 當(dāng)輸入信號(hào)足夠大，使VCC和 Iom=Icm 時(shí)，可獲得最大的輸出功率由上述對(duì) 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。4 單元電路設(shè)計(jì)4.1 主電源電路如圖 5所示，采用交流雙 12V，30W變壓器，市電從 ACIN輸入， VCC和 VSS給TDA2030A 供電， Va和 Vb 給 NE5532供電。整流部分采用單向橋式全波整流電路，在濾波電路中，采 用電容濾波電路，圖 5 主電源電路4.2 調(diào)音電路本設(shè)計(jì)采用六個(gè)參數(shù)為 50K 的電位器。其中 RP1A，RP1

12、B 調(diào)節(jié)低音區(qū)， RP2A， RP2B 調(diào)節(jié)中低音， RP3A， RP3B 調(diào)節(jié)音量。調(diào)音電路與功率放大電路用排線相連，數(shù)字一一對(duì) 應(yīng)相連。電路圖如圖 6 所示圖 6 調(diào)音電路4.3 功率放大電路電路分左聲道，右聲道，以及低音區(qū)輸入， TDA2030 構(gòu)成雙電源互補(bǔ)對(duì)稱功放，放大電 路之間相連采用 RC耦合方式。 NE5532 是雙運(yùn)放，分為兩個(gè)單運(yùn)放連接于電路中。NE5532 電路如圖 7 所示。TDA2030 單聲道電路如圖 8 所示。圖 8 TDA2030 單聲道電路5 電路設(shè)計(jì)仿真5.1 仿真電路圖采用 Multisim 11.0 仿真電路，如圖 9 所示圖 9 Multisim 11

13、.0 仿真電路5.2 仿真結(jié)果左右聲道輸入 1kHz， 1Vpp 的正弦波，結(jié)果如圖 10 所示。圖 10 輸出結(jié)果6 心得體會(huì)通過電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)的訓(xùn)練，可以全面調(diào)動(dòng)學(xué)生的主觀能動(dòng)性，融會(huì)貫通 其所學(xué)的“模擬電子技術(shù)” 、“數(shù)字電子技術(shù)”和“電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)”等課程的基 本原理和基本分析方法， 進(jìn)一步把書本知識(shí)與工程實(shí)際需要結(jié)合起來， 實(shí)現(xiàn)知識(shí) 向技能的轉(zhuǎn)化，以便畢業(yè)生走上工作崗位能較快地適應(yīng)社會(huì)的要求。 而這次課 程設(shè)計(jì)的題目是做一個(gè)有源濾波器的音頻功率放大器， 在這次設(shè)計(jì)中，我們確 實(shí)遇了很多難以解決的問題， 同時(shí)也學(xué)到了很多知識(shí)。 掌握了功率放大器電路的 設(shè)計(jì)與制作，掌握了 NE5532，

14、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(cuò)誤與線路是否導(dǎo)通， 進(jìn)一步熟練萬用表的使用， 如何制作 PCB電路板。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。接觸到了與自己相關(guān)專業(yè)的具體的知識(shí)， 感覺到所學(xué)的東西還是很有用的， 通過實(shí)踐不但鞏固了學(xué)過的知識(shí)，而且其他的對(duì)所學(xué)知識(shí)進(jìn)行實(shí) 踐論證，及時(shí) 的現(xiàn)了存在的許多不足。 通過本次課程設(shè)計(jì)初步了解了一些專業(yè)軟件的使用， 如 Multisim 的軟件的使用，也初步接觸到了具體的制版全過程。 通過仿真發(fā)現(xiàn)分 壓電阻阻值不對(duì)， 而且部分買過來的電阻負(fù)載功率不夠， 電容耐壓數(shù)值不夠， 在 接電測(cè)試時(shí)

15、， 鋁電解電容一接電就馬上冒煙爆掉了， 經(jīng)過檢查是因?yàn)殡娙莸恼?fù) 交接反了， 虛驚一場(chǎng)，不過經(jīng)過檢查后電路其他部分運(yùn)作正常。 經(jīng)過了這次的課 程實(shí)際，了解了在給定具體參數(shù)要求下， 自己設(shè)計(jì)計(jì)算電路參數(shù)、 使用 multisim 畫原理圖仿真、使用 protel99es 畫 PCB圖、手動(dòng)轉(zhuǎn)印鉆孔、安裝元件焊錫、通 電調(diào)試的整過過程。 中間我發(fā)現(xiàn)我們思考的時(shí)候還不是很周全， 好在能夠及時(shí)發(fā) 現(xiàn)補(bǔ)救，同時(shí)也有一個(gè)概念性的了解了一個(gè)產(chǎn)品的設(shè)計(jì)制作過程?？傊?，這次課程設(shè)計(jì)我們還是比較滿意的，學(xué)習(xí)到的東西也很多。7 參考文獻(xiàn)1. 周澤義 .電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)。武漢：武漢理工大學(xué)出版社， 2001.52. 謝自

16、美 .電子線路設(shè)計(jì)·實(shí)驗(yàn)·測(cè)試第三版 .華中科技大學(xué)出版 社， 20053. 梁宗善 .新型集成電路的應(yīng)用 -電子技術(shù)基礎(chǔ)課程設(shè)計(jì) .華中科 技大學(xué)， 20044. 孫梅生 .電子技術(shù)基礎(chǔ)課程設(shè)計(jì) .高等教育出版社， 20055. 黃繼昌，張海貴. 實(shí)用單元電路及其應(yīng)用 .人民郵電出版社， 20066. 王衛(wèi)東，江曉安 .模擬電子電路基礎(chǔ) .西安電子科技大學(xué)出版社， 20037. 華成英、童詩白 .模擬電子技術(shù)基礎(chǔ) .第四版 .北京 :高等教育出版 社,2006.5附表一：電路原理圖附表二：元器件清單CommentDesignatorFootprintQuantityK 固

17、定孔1221C1, C2, C12, C13C 獨(dú)石 5MM4223C3, C4C 瓷片 5MM2104C5, C11, C18, C19, C22, C23, C24, C25C 獨(dú)石 5MM84U7C6, C9, C14, C15C 10UF 100UF 2MM4104C7C 滌綸 104 7MM1224C8C 滌綸 224 7.3MM122UC10, C16, C17C 10UF 100UF 2MM33300UC20, C21C 3300UF 8MM2100UC26, C27, C28C 100UF 2.5MM3CN01X 2.54MM 接線座 6P 鏡像1CN02X 2.54MM 接線

18、座 6P1AINCN03X 3.5MM 立體聲音頻座1MP3CN04X 2.54MM 電源座 3P1LOUT-GND-ROUTCN05X 5.08MM 音頻輸出 4P1WOUTCN06X 5.08MM 接線端子 2P15VOUTCN07X 2.54MM 插座 2P1ACINCN08X 5.08MM 接線端子 3P1D1, D2, D3D RL2073RL207x4D4D RL2071LEDD5D 發(fā)光二極管 2.54MM1NE5532IC1IC 8P1TDA2030IC2, IC3, IC4IC TDA2030A37805IC5IC 3P 穩(wěn)壓集成塊間距2.54MM12K2R1, R2, R3, R4R 9.5MM 圓頭41