音頻功率放大器的設計仿真與實現(xiàn)

1、課程設計任務書學生姓名： 專業(yè)班級： 電信 指導教師： 工作單位： 信息工程學院 題 目: 音頻功率放大器的設計仿真與實現(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: （1）設計任務根據(jù)技術(shù)指標和已知條件，選擇合適的功放電路，如：OCL、OTL或BTL電路。完成對音頻功率放大器的設計、裝配與調(diào)試。（2）設計要求1 輸出功率10W/8；頻率響應2020KHz；效率>60；失真小。2 選擇電路方案，完成對確定方案電路的設計。3 利用Proteus或Multisim仿真設

2、計電路原理圖，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計報告書。5 選做：利用仿真軟件的PCB設計功能進行PCB設計。時間安排：1 第18周前半周，完成仿真設計調(diào)試；并制作實物。 2 第18周后半周，硬件調(diào)試，撰寫、提交課程設計報告，進行驗收和答辯。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 設計任務與要求.11.1設計任務.11.2設計要求.12 設計方案.13 選擇器件與參數(shù)運算23.1運放NE5532介紹.23.2 TDA 2030介紹.43.3功率計算54 單元電路設計64.1主電源電路.64.2調(diào)音電路

3、64.3功率放大電路75 電路設計仿真95.1仿真電路圖.95.2仿真結(jié)果.96 心得體會.107 參考文獻.11附表一：電路原理圖.12附表二：元器件清單13附表三：實物圖141設計任務與要求1.1設計任務根據(jù)技術(shù)指標和已知條件，選擇合適的功放電路，如：OCL、OTL或BTL電路。完成對音頻功率放大器的設計、裝配與調(diào)試。1.2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。 利用Proteus或Multisim仿真設計電路原理圖，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

4、計報告書。 選做：利用仿真軟件的PCB設計功能進行PCB設計。2設計方案 音頻功率放大器的作用是將聲音源輸入的信號進行放大，然后輸出驅(qū)動揚聲器。聲音源的種類有很多種，故輸出信號的電壓差別很大，從零點幾毫伏到幾百毫伏。一般動率放大器的輸入靈敏度是一定的，這些不同的聲音源信號如果直接輸入到功率放大器的話，對于輸入信號過低的，功率放大器功率輸出不足，不能充分發(fā)揮功放的作用；加入輸入信號的幅值過大，功率放大器的輸出信號將嚴重過載失真。這樣就失去了音頻放大的意義了，所以一個實用音頻功率放大系統(tǒng)必須設置前置放大器，以便使放大器適應不同的輸入信號，或放大，或衰減，或進行阻抗變換，使其與功率放大器的輸入靈敏度

5、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)運算3.1運放NE5532介紹 NE5532是高性能低噪聲運放，與很多標準運放（如1458）相似，它具有較好的噪聲性能，優(yōu)良的輸出驅(qū)動能力及相當高的小信號與電源帶寬。 （1）小信號帶寬：10MHz； （2）輸出驅(qū)動能力：600，10V； （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2200； （6）電源帶寬：140KHz； （7）轉(zhuǎn)換速率：9V/S； （8）大電源電壓范圍：±3±2

6、0V。 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 070 存貯溫度：TSTG -65150 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。 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)失真指標的僅有包括TDA 2030在內(nèi)的幾

7、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，該集成功放的一個重要優(yōu)點。 TDA2030A功率放大管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(zhuǎn)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(shù)，應用這一點，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(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，在各國生產(chǎn)的單片集成電路中，輸出功率最大的不過20W，

8、而TDA 2030的輸出功率卻能達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，設計了較為完善的保護電路，一旦輸出電流過大或管殼過熱，集成塊能自動地減流或截止，使自己得到保護（當然這保護是有條件的，我們決不能因為有保護功能而不適當?shù)剡M行使用）。 TDA2030集成電路的第三個特點是外圍電路簡單，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，在焊接電路板的時候TDA2030A的管腳的分布對于焊接的時候很重要的，如果管腳的區(qū)分有錯，直接會導

9、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為功率放大器的電源線的接入端。 TDA2030在電源電壓±14V，負載電阻為4時輸出14瓦功率（失真度05）；在電源電壓 ±16V，負載電阻為4時輸出18瓦功率（失真度05）。該電路由于價廉質(zhì)優(yōu)，使用方便，并正在越來越廣泛地應用于各種款式收錄機和高保真立體聲設備中。該電路可供低頻課程設計選用。本設計采用3個TDA2030A芯片，其中一個放大左聲道，一個放大右聲道，一個放大低音部分。示意圖如

10、圖4 圖4 TDA2030 示意圖 3.3功率計算 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。設輸出電壓的幅值為Vom，則 因為Iom=Vom/RL，所以.當輸入信號足夠大，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或降低負載阻抗RL。 4單元電路設計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

11、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 本設計采用六個參數(shù)為50K的電位器。其中RP1A，RP1B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)字一一對應相連。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)成雙電源互補對稱功放，放大電路之間相連采用RC耦合方式。NE5532是雙運放，分為兩個單運放連接于電路中。 NE5532電路如圖7所示。 圖7 NE5532電路 TDA2030單聲道電路如圖8所示。 圖8 TDA2030單聲道電路5電路設計仿真 5.1仿

12、真電路圖采用Multisim 11.0仿真電路，如圖9所示 圖9 Multisim 11.0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心得體會通過電子技術(shù)課程設計的訓練，可以全面調(diào)動學生的主觀能動性，融會貫通其所學的“模擬電子技術(shù)”、“數(shù)字電子技術(shù)”和“電子技術(shù)實驗”等課程的基本原理和基本分析方法，進一步把書本知識與工程實際需要結(jié)合起來，實現(xiàn)知識向技能的轉(zhuǎn)化，以便畢業(yè)生走上工作崗位能較快地適應社會的要求。 而這次課程設計的題目是做一個有源濾波器的音頻功率放大器， 在這次設計中，我們確實遇了很多難以解決的問題，同時也學到了很多知識。掌握了

13、功率放大器電路的設計與制作，掌握了NE5532，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通，進一步熟練萬用表的使用，如何制作PCB電路板。更讓我明白團體精神的重要性。更懂得做好一件事情的不容易。接觸到了與自己相關專業(yè)的具體的知識，感覺到所學的東西還是很有用的，通過實踐不但鞏固了學過的知識，而且其他的對所學知識進行實 踐論證，及時的現(xiàn)了存在的許多不足。通過本次課程設計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，而且部分買過來的電阻負載功率不夠，電容耐壓數(shù)值不夠，

14、 在接電測試時，鋁電解電容一接電就馬上冒煙爆掉了，經(jīng)過檢查是因為電容的正負交接反了，虛驚一場，不過經(jīng)過檢查后電路其他部分運作正常。經(jīng)過了這次的課程實際，了解了在給定具體參數(shù)要求下，自己設計計算電路參數(shù)、使用multisim畫原理圖仿真、使用protel99es畫PCB圖、手動轉(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)我們思考的時候還不是很周全，好在能夠及時發(fā)現(xiàn)補救，同時也有一個概念性的了解了一個產(chǎn)品的設計制作過程。 總之，這次課程設計我們還是比較滿意的，學習到的東西也很多。7參考文獻1. 周澤義.電子技術(shù)實驗。武漢：武漢理工大學出版社，2001.52. 謝自美.電子線路設計

15、3;實驗·測試第三版.華中科技大學出版社，2005 3. 梁宗善.新型集成電路的應用-電子技術(shù)基礎課程設計.華中科技大學，20044. 孫梅生.電子技術(shù)基礎課程設計.高等教育出版社，20055. 黃繼昌，張海貴.實用單元電路及其應用.人民郵電出版社，20066. 王衛(wèi)東，江曉安.模擬電子電路基礎.西安電子科技大學出版社，20037. 華成英、童詩白.模擬電子技術(shù)基礎.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 固定孔1221C1, C2, C12, C13C 獨石 5MM4223

16、C3, C4C 瓷片 5MM2104C5, C11, C18, C19, C22, C23, C24, C25C 獨石 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415KR5, R6