低頻功率放大器

1、 模擬電路課程設(shè)計說明書 低頻功率放大器設(shè)計院 、 部： 電氣與信息工程學(xué)院 學(xué)生姓名： 何 宙 指導(dǎo)教師： 職稱 專 業(yè)： 自動化 班 級： 自本1003 完成時間： 2011年12月 8目 錄1 緒論11.1 設(shè)計作用與目的11.2 設(shè)計任務(wù)與要求21.2.1 設(shè)計任務(wù)21.3 系統(tǒng)概述31.4 框圖設(shè)計31.4.1 前置放大器設(shè)計31.5.1 衰減式音調(diào)控制典型電路41.6 功率放大級52 電路調(diào)試6致謝及參考文獻8心得與體會9附錄A 元件清單10附錄B TDA2030的資料111 緒論1.1 設(shè)計作用與目的功率放大器在家電、數(shù)碼產(chǎn)品中的應(yīng)用越來越廣泛，與我們?nèi)粘Ｉ钣兄芮嘘P(guān)系。隨著生

2、活水平的提高，人們越來越注重視覺，音質(zhì)的享受。在大多數(shù)情況下，增強系統(tǒng)性能，例如更好的聲音效果，是促使消費者購買產(chǎn)品的一個重要因素。低頻功率放大器作為音響等電子設(shè)備的后即放大電路，它的主要作用是將前級的音頻信號進行功率放大以推動負(fù)載工作，獲得良好的聲音效果。同時低頻功率放大器又是音響等電聲設(shè)備消耗電源能量的主要部分。因此設(shè)計出實用、簡潔、低價格的低頻功率放大器是一個發(fā)展方向。功率放大器隨著科技的進步是不斷發(fā)展的，從最初的電子管功率放大器到現(xiàn)在的集成功率放大器，功率放大器經(jīng)歷了幾個不同的發(fā)展階段：電子管功放 晶體管功放 集成功放。功放按不同的分類方法可分為不同的類型，按所用的放大器件分類，可分為

3、電子管式放大器、晶體管式功率放大器（包括場效應(yīng)管功率放大器）和集成電路功率放大器（包括厚膜集成功率放大器），目前以晶體管和集成電路式功率放大器為主，電子管功率放大器也占有一席之地。電子管功率放大器俗稱膽機，電子管功放的生產(chǎn)工藝相當(dāng)成熟，產(chǎn)品的穩(wěn)定性很高，而離散性極小，特別是它的工作機理決定了它的音色十分溫柔，富有人情味，因而成為重要的音響電路形式。電子管電路的設(shè)計、安裝、調(diào)試都比較簡單，期缺點是輸出變壓器、電源變壓器的繞制工藝稍麻煩，耗電大、體積大、有一定的使用期限。因此在實際使用中有一定的局限性?，F(xiàn)在大功率晶體管種類很多，優(yōu)質(zhì)功放電路也層出不窮，因此晶體管功率放大器是應(yīng)用最廣泛的形式。人們研

4、制出許多優(yōu)質(zhì)新型電路使功放的諧波失真，很容易減少到0.05%以下。場效應(yīng)管是一種很有潛力的功率放大器件，它具有噪聲小、動態(tài)范圍大、負(fù)溫度特性等特點 ，音色和電子管相似，保護電路簡單。場效應(yīng)管生產(chǎn)技術(shù)還在不斷發(fā)展，場效應(yīng)管放大器將有更為強大的生命力。由于集成電路技術(shù)的迅速發(fā)展，集成電路功率放大器也大量涌現(xiàn)出來，其工藝和指標(biāo)都達到了很高水平，它的突出特點是體積小、電路簡單、性能優(yōu)越、保護功能齊全等。由于在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(wù)，這時就要在主機和播放設(shè)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(diào)”的樞紐作用，在某種程度上

5、主宰著整個系統(tǒng)能否提供良好的音質(zhì)輸出?，F(xiàn)今功率放大器不僅僅是消費產(chǎn)品(音響) 中不可缺少的設(shè)備,還廣泛應(yīng)用于控制系統(tǒng)和測量系統(tǒng)中。 然而低頻功率放大器已經(jīng)是一個技術(shù)相當(dāng)成熟的領(lǐng)域,幾十年來,人們?yōu)橹冻隽瞬恍傅呐?無論從線路技術(shù)還是元器件方面,乃至思想認(rèn)識上都取得了長足的進步。目前市場上的集成功放產(chǎn)品價格已經(jīng)很低并且種類也很多,典型的有LM1875、TDA2030、TDA1514等。這些優(yōu)質(zhì)功放模塊體積小、性能優(yōu)越、保護功能齊全、外圍電路簡單、易制作易調(diào)試。最近，一種應(yīng)用砷化鉀MESFET制成的功率放大器MMIC，在移動電話和個人數(shù)據(jù)終端領(lǐng)域中應(yīng)用越來越廣泛，一片尺寸為2.5×3.

6、48平方毫米的MMIC輸出功率可達1.1W，工作頻率達950MHZ。本文給出一種簡單實用、制作成本低廉的實用低頻功率放大器的設(shè)計方案,并給出實際測試結(jié)果。功率放大可由分立元件組成,也可由集成電路完成。由分立元件組成功率放大器，如果進行精心的設(shè)計，則在效率和失真方面更優(yōu)于集成的，價格方面便宜一點，但如果電路選擇和參數(shù)設(shè)置不恰當(dāng)時,元件性能就不能很好的表現(xiàn)出來,制作調(diào)試比較困難。從電路的簡單性和易調(diào)性，集成電路更好些。本次設(shè)計功放采用集成電路完成。在電子電路中，輸入信號常常受各種因素的影響而含有一些不必要的成份（即干擾），或者輸入信號是不同頻率信號混合在一起的信號，對前者應(yīng)設(shè)法將不必要的成份衰減到

7、足夠小，而后者應(yīng)設(shè)法將需要的信號提取出來。而且隨著社會的發(fā)展，在我們的日常生活中也經(jīng)常會出現(xiàn)一系列的問題：如在檢修各種機器設(shè)備的時候，我們要根據(jù)故障設(shè)備的異常聲來尋找故障，這種異常的聲響的頻譜覆蓋面往往很廣；同時另外的一種情況我們在打電話的時候，有時往往因聲音或干擾太大而難以聽清對方的聲音，這時我們就需要一種既能放大語音信號又能降低外來噪聲的儀器。而且語音放大電路目前的運用很廣泛：適用于很多的家用電器上面的運用。例如：便攜式收音機、對講機等很多方面的運用。為了達到這樣的一個目的，我們就要考慮到設(shè)計一個能識別20Hz20KHz頻率范圍內(nèi)的小信號放大系統(tǒng)，我們可以用設(shè)計一個集成運算放大器組成的語音

8、放大電路。1.2 設(shè)計任務(wù)與要求1.2.1 設(shè)計任務(wù)設(shè)計一個具有音調(diào)控制、音量控制及功率放大的低頻功率放大器。技術(shù)指標(biāo)要求： 輸出功率不小于； 頻率響應(yīng)50-20KHz； 效率，失真小。(注：要有幅頻、相頻特性曲線，設(shè)計要有分析過程，設(shè)計電路系統(tǒng)由自己決定。)電路設(shè)計1.3 系統(tǒng)概述本次課程設(shè)計（低頻功率放大器設(shè)計）由四部分組成：前置放大級、音調(diào)控制級、音量控制級、功率放大級。前置放大級的主要任務(wù)是完成小信號電壓放大任務(wù)，同時要求低噪聲、低溫漂；音調(diào)控制主要任務(wù)是調(diào)節(jié)音調(diào)、要求要音調(diào)可調(diào)范圍大、音量控制主要任務(wù)是控制音量大小的輸出、要求是音量控制跨度大、功率放大級主要任務(wù)是在允許的失真限度內(nèi),

9、盡可能高效率地向負(fù)載提供足夠大的功率，要求是輸出功率要大、效率要高；直流穩(wěn)壓電源為整個電路供電。通過資料查詢和方案論證后，我選擇通過集成運放NE5532、TDA2030、的配套使用來使本電路系統(tǒng)設(shè)計簡潔、實用并且達到高增益、高保真、高效率、低噪聲、寬頻帶、快響應(yīng)的指標(biāo)。（各部分之間關(guān)系具體請見下圖2.2.1）1.4 框圖設(shè)計u圖2.2.11.4.1 前置放大器設(shè)計前置放大電路可以采用集成運算放大器構(gòu)成的前置放大器,也可以采用專用前置放大器IC構(gòu)成的前置放大器電路,從經(jīng)濟方面考慮本設(shè)計采用的是集成運算放大器方案,設(shè)計前置放大器可供選用的集成運算放大器有很多,有LF347、LF353、LF357、

10、LF356、0P-16、OP-37、NE5532、NE5534等。主要考慮的技術(shù)指標(biāo)是帶寬、電壓增益、轉(zhuǎn)換速率、噪聲和電流消耗等。為提高前置放大器電路輸入電阻和共模抑制性能,減少輸出噪聲,采用運算放大器構(gòu)成前置放大器電路時,應(yīng)該采用同相放大電路結(jié)構(gòu),電路如圖3所示。但在該實驗中，為簡化電路結(jié)構(gòu)，我們采用NE5532反相比例放大電路來實現(xiàn)對輸入電壓的放大。電路圖如下（2.2）所示：（圖2.2.1.前置放大級圖） （2.2.2.前置放大仿真）1.5.1 衰減式音調(diào)控制典型電路高音、低音分開調(diào)節(jié)：C3.C4.RW1構(gòu)成高音調(diào)節(jié)器，R5.R6.C5.C6.RW2構(gòu)成低音調(diào)節(jié)器。W1旋到A點時高音提升，

11、旋到B點時高音衰減。RW2旋到C點時低音提升，旋到D點時低音衰減。組成音調(diào)電路的元件值必須滿足下列關(guān)系： （1）RR1RR2； （2） RW1和RW2的阻值遠大于R5.R6； （3） 與有關(guān)電阻相比，C3.C4的容抗在高頻時足夠小，在中、低頻時足夠大；而C5.C6的容抗則在高、中頻時足夠小，在低頻時足夠大。C3.C4能讓高頻信號通過，但不讓中、低頻信號通過；而C5.C6則讓高、中頻信號都通過，但不讓低頻信號通過。 只有滿足上述條件，衰減式音調(diào)控制電路才有足夠的調(diào)節(jié)范圍，并且RW1.RW2分別只對高音、低音起調(diào)節(jié)作用，調(diào)節(jié)時中音的增益基本不變，其值約等于R6/R5。 R5與R6的比值越大，高、低

12、音的調(diào)節(jié)范圍就越寬，但此時中音的衰減也越大。改變R1或R2后，如要保持原來的控制特性，有關(guān)電容器的容量也要作相應(yīng)改變，為了避免高、低音調(diào)節(jié)時互相牽制，有的衰減式音調(diào)電路還加進了隔離電阻。作衰減式音調(diào)調(diào)節(jié)的電位器宜用指數(shù)型（Z型），此時，頻響平直的位置大致在電位器的機械中點。 （圖2.2.3）音調(diào)調(diào)節(jié)級 （圖2.2.4.） 音量控制級1.6 功率放大級功率放大電路可由分立元件組成也可以由集成功放組成。分立元件組成的功率放大電路，如果電路選擇得好，參數(shù)選擇恰當(dāng)，元件性能優(yōu)良，設(shè)計和調(diào)試的好，則性能也很優(yōu)良。 在分立元件組成功率放大電路中由三極管、二極管、電阻、電容等器件組成的核心電路，提供了自由調(diào)

13、整的余地。但分立元件組成的功率放大電路只要其中一個環(huán)節(jié)出現(xiàn)問題，則性能會低于一般集成功率放大電路。而且為了不致過載、過流、過熱等損壞元件，需要加以復(fù)雜的保護電路。集成功率放大電路成熟，低頻性能好，內(nèi)部設(shè)計具有復(fù)合保護電路，可以增加其工作的可靠性，尤其集成厚膜器件參數(shù)穩(wěn)定，無須調(diào)整，信噪比較小，而且電路布局合理，外圍電路簡單，保護功能齊全，還可外加散熱片解決散熱問題。以下介紹采用集成芯片構(gòu)成的的功率放大器。采用集成功放TDA2O30構(gòu)成的低頻功率放大器電路如下圖所示。TDA2030是一個輸出功率最大可達到35W（雙電源BTI接法）的音頻功率放大器，Avo為90dB,失真率為0.015%(1KHz

14、,20W)，帶寬為70 KHz，具有AC和DC短路保護電路和熱保護電路，電源電壓范圍為640V，元件封裝采用高密度（TO220）。（圖2.3.1）功率放大級2 電路調(diào)試低頻功率放大器的整機電路：采用NE5532前置放大；衰減式音調(diào)控制典型電路；單電位器音量控制；TDA2030功率放大，四級電路實現(xiàn)。圖3.1.1整機電路圖3.1.2仿真波型圖圖3.1.3頻率響應(yīng)圖致謝及參考文獻在課程設(shè)計的這兩周時間里，由于我們對電路知識的匱乏，軟件操作的不熟練，使我們在設(shè)計過程中遇到一個又一個問題，有好多次這些問題都讓我?guī)缀跏バ判?，它們讓我的工作停滯不前，使我無法繼續(xù)下去。在這里我要感謝我的指導(dǎo)老師*參考文獻

15、1 胡翔駿 電路分析(第二版) 北京：高等教育出版社 20072 華成英、童詩白 模擬電子學(xué)基礎(chǔ)（第四版）北京：高等教育出版社 20063 高吉祥 全國大學(xué)生電子設(shè)計競賽培訓(xùn)系列教程之模擬電子線路設(shè)計 北京：電子工業(yè)出版社 20074 黃智偉 全國大學(xué)生電子設(shè)計競賽系統(tǒng)設(shè)計 北京：北京航空航天大學(xué)出版社 20065 譚博學(xué)、苗匯靜 集成電路原理及應(yīng)用（第二版） 北京：電子工業(yè)出版社 20086 夏路易、石宗義 電路原理圖與電路板設(shè)計教程PROTEL99SE 北京希望電子出版社 20027 谷麗華、辛?xí)詫?、么旭東 實用低頻功率放大器的設(shè)計 沈陽化工學(xué)院學(xué)報 2005年01期8 NE5532、LM

16、339、TDA2030等器件的DATA SHEET心得與體會通過此次課程設(shè)計，使我更加扎實的掌握了有關(guān)低頻功率放大電路各個方面的知識，在設(shè)計過程中雖然遇到了一些問題，但經(jīng)過一次又一次的思考，一遍又一遍的檢查終于找出了原因所在，也暴露出了前期我在這方面的知識欠缺和經(jīng)驗不足。實踐出真知，通過親自動手制作，使我們掌握的知識不再是紙上談兵。過而能改，善莫大焉。在課程設(shè)計過程中，我們不斷發(fā)現(xiàn)錯誤，不斷改正，不斷領(lǐng)悟，不斷獲取。最終的檢測調(diào)試環(huán)節(jié)，本身就是在踐行“過而能改，善莫大焉”的知行觀。這次課程設(shè)計終于順利完成了，在設(shè)計中遇到了很多問題，最后在老師的指導(dǎo)下，終于游逆而解。在今后社會的發(fā)展和學(xué)習(xí)實踐過

17、程中，一定要不懈努力，不能遇到問題就想到要退縮，一定要不厭其煩的發(fā)現(xiàn)問題所在，然后一一進行解決，只有這樣，才能成功的做成想做的事，才能在今后的道路上劈荊斬棘，而不是知難而退，那樣永遠不可能收獲成功，收獲喜悅，也永遠不可能得到社會及他人對你的認(rèn)可！課程設(shè)計誠然是一門專業(yè)課，給我很多專業(yè)知識以及專業(yè)技能上的提升，同時又是一門講道課，一門辯思課，給了我許多道，給了我很多思，給了我莫大的空間。同時，設(shè)計讓我感觸很深。使我對抽象的理論有了具體的認(rèn)識。通過這次課程設(shè)計，我掌握了常用元件的識別和測試；熟悉了常用儀器、儀表；了解了電路的連線方法；以及如何提高電路的性能等等，掌握了焊接的方法和技術(shù)，通過查詢資料

18、，也了解了收音機的構(gòu)造及原理。我認(rèn)為，在這學(xué)期的實驗中，不僅培養(yǎng)了獨立思考、動手操作的能力，在各種其它能力上也都有了提高。更重要的是，在實驗課上，我們學(xué)會了很多學(xué)習(xí)的方法。而這是日后最實用的，真的是受益匪淺。要面對社會的挑戰(zhàn)，只有不斷的學(xué)習(xí)、實踐，再學(xué)習(xí)、再實踐。這對于我們的將來也有很大的幫助。以后，不管有多苦，我想我們都能變苦為樂，找尋有趣的事情，發(fā)現(xiàn)其中珍貴的事情。就像中國提倡的艱苦奮斗一樣，我們都可以在實驗結(jié)束之后變的更加成熟，會面對需要面對的事情。課程設(shè)計做到這里，我不禁有些感慨，經(jīng)歷了將近三周的艱難時光，一個最初的簡單設(shè)想，到現(xiàn)在變得有血有肉?，F(xiàn)在，當(dāng)我翻看這份報告的時候，心中充滿莫

19、名的感動。也許有一天，當(dāng)我再次翻開這份設(shè)計的時候，我可能都不會相信自己曾經(jīng)這么專注過去做一件事情。這畢竟是我親自操刀上陣，完成的一項之前從未經(jīng)歷過的大事件，它注定會為我?guī)頍o限的驚喜和煩惱。 附錄A 元件清單部件類型元件標(biāo)號封裝部件類型元件標(biāo)號封裝電阻R7AXIAL-0.4電容C8RAD-0.2電阻R6AXIAL-0.4電容C7RAD-0.2電阻R8AXIAL-0.4電容C1RAD-0.2電阻R10AXIAL-0.4電容C2RAD-0.2電阻R9AXIAL-0.4電容C3RAD-0.2電阻R2AXIAL-0.4電解電容C12RB-.2/.4電阻R1AXIAL-0.4電解電容C10RB-.2/.

20、4電阻R3AXIAL-0.4電解電容C11RB-.2/.4電阻R5AXIAL-0.4電解電容C13RB-.2/.4電阻R4AXIAL-0.4TDA2030TDA2030TO-220-5V電容C6RAD-0.2電位器RW3VR-4電容C5RAD-0.2電位器RW2VR-4電容C4RAD-0.2電位器RW1VR-4電容C9RAD-0.2NE5532NE5532DIP-8附錄B TDA2030的資料TDA2030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、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