音頻功率放大電路課程設(shè)計(jì)報(bào)告

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上課 程 設(shè) 計(jì) 課程名稱_模擬電子技術(shù)課程設(shè)計(jì) 題目名稱 音頻功率放大電路 學(xué)生學(xué)院 專業(yè)班級(jí) 學(xué) 號(hào) 學(xué)生姓名_ 指導(dǎo)教師 2010 年 6 月 20 日音頻功率放大電路課程設(shè)計(jì)報(bào)告一、設(shè)計(jì)題目題目：音頻功率放大電路二、設(shè)計(jì)任務(wù)和要求1）設(shè)計(jì)任務(wù)設(shè)計(jì)并制作一個(gè)音頻功率放大電路（電路形式不限），負(fù)載為揚(yáng)聲器，阻抗8。2）設(shè)計(jì)要求頻帶寬50HZ20kHZ，輸出波形基本不失真；電路輸出功率大于8W；輸入靈敏度為100mV，輸入阻抗不低于47K。三、原理電路設(shè)計(jì)功率放大電路：功率放大電路通常作為多級(jí)放大電路的輸出級(jí)。功率放大器的常見(jiàn)電路形式有OTL電路和OCL電路。在很多電

2、子設(shè)備中，要求放大電路的輸出級(jí)能夠帶動(dòng)某種負(fù)載，例如驅(qū)動(dòng)儀表，使指針偏轉(zhuǎn)；驅(qū)動(dòng)揚(yáng)聲器，使之發(fā)聲；或驅(qū)動(dòng)自動(dòng)控制系統(tǒng)中的執(zhí)行機(jī)構(gòu)等。也就是把輸入的模擬信號(hào)經(jīng)被放大后,去推動(dòng)一個(gè)實(shí)際的負(fù)載工作，所以要求放大電路有足夠大的輸出功率，這樣的放大電路統(tǒng)稱為功率放大電路。而音頻功率放大器的作用就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。當(dāng)負(fù)載一定時(shí)，希望輸出的功率盡可能大，輸出的信號(hào)的非線形失真盡可能地小，效率盡可能的高。隨著半導(dǎo)體工藝,技術(shù)的不斷發(fā)展,輸出功率幾十瓦以上的集成放大器已經(jīng)得到了廣泛的應(yīng)用。功率VMOS管的出現(xiàn),也給功率放大器的發(fā)展帶來(lái)了新的生機(jī)?？傊?，功率放大器的主要任務(wù)是向負(fù)

3、載提供較大的信號(hào)功率,故功率放大器應(yīng)具有以下幾個(gè)主要特點(diǎn)： 1. 輸出功率要足夠大工作在大信號(hào)狀態(tài)下,輸出電壓和輸出電流都很大.要求在允許的失真條件下,盡可能提高輸出功率。2. 效率要高功率放大器實(shí)質(zhì)上是一個(gè)能量轉(zhuǎn)換器,它是將電源供給的直流能量轉(zhuǎn)換成交流信號(hào)的能量輸送給負(fù)載,因此,要求轉(zhuǎn)換效率高.在直流電源提供相同直流功率的條件下,輸出信號(hào)功率愈大,電路的效率愈高。3. 非線性失真要小功率放大器是在大信號(hào)狀態(tài)下工作,電壓,電流擺動(dòng)幅度很大,而且由于三極管是非線性器件,在大信號(hào)工作狀態(tài)下,器件本身的非線性問(wèn)題十分突出,因此,輸出信號(hào)不可避免地會(huì)產(chǎn)生一定的非線性失真.在實(shí)際應(yīng)用中,要采取措施減少失

4、真,使之滿足負(fù)載要求.設(shè)計(jì)流程：開(kāi)始設(shè)計(jì)任務(wù)和要求分析原理電路設(shè)計(jì)原理圖仿真焊接電路電路調(diào)試總結(jié)結(jié)束（1）方案比較與確定方案一用分立元件實(shí)現(xiàn)分立元件是電子電路的基礎(chǔ)元件，一直以來(lái)都是在它的基礎(chǔ)之上分析和設(shè)計(jì)電路的。但是隨著科技的發(fā)展，近年來(lái)出現(xiàn)了各式各樣的集成器件，使分立元件的主體地位逐漸被集成元件所取代。雖然如此，不過(guò)在一些小型的電子電路中，它的優(yōu)勢(shì)依然不減。總的來(lái)說(shuō)，分立元件，散熱快，價(jià)格便宜，在設(shè)計(jì)中自由性也比較大。方案二.用集成器件實(shí)現(xiàn)集成功率放大器是在集成運(yùn)算放大電路的基礎(chǔ)之上發(fā)展起來(lái)的，其內(nèi)部的電路和原理與集成運(yùn)算放大電路基本類似。但是它又和集成運(yùn)放有很大的不同，這在于它的安全性，

5、高效性，低失真上優(yōu)于集成運(yùn)放，并且輸出功率大。電路內(nèi)部多施加深度負(fù)反饋。集成功率放大器廣泛應(yīng)用于各種各樣的電器中，輸出功率由幾百毫瓦到幾十瓦。除了單片集成功放電路外，還有集成功率驅(qū)動(dòng)器，它與外配的大功率管及少量阻容元件構(gòu)成大功率放大電路，有的集成電路本身包含兩個(gè)功率放大器，稱為雙聲道功放。集成功率放大器不僅具有體積小，重量輕，成本低，外圍元件少，安裝調(diào)試簡(jiǎn)單，使用方便等優(yōu)點(diǎn)；而且在性能上也優(yōu)于分立元件，例如溫度穩(wěn)定性好，功耗小，失真小，特別是集成功率放大器內(nèi)部還設(shè)置有過(guò)熱，過(guò)電流，過(guò)電壓等自動(dòng)保護(hù)功能的電路對(duì)電路自行進(jìn)行保護(hù)。通過(guò)比較，由于使用分立元件所用的單個(gè)器件比較多，從而考慮的各種反饋電

6、路和保護(hù)電路會(huì)比較多，實(shí)現(xiàn)起來(lái)會(huì)相對(duì)復(fù)雜；另外，集成器件在很多方面明顯優(yōu)于分立元件。所以我們運(yùn)用集成芯片TDA2030完成音頻功率放大電路的設(shè)計(jì)，能夠更好地達(dá)到設(shè)計(jì)任務(wù)和要求。TDA2030簡(jiǎn)介：TDA2030是一塊性能十分優(yōu)良的功率放大集成電路，它是德律風(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)。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(diǎn)。并具有內(nèi)部保護(hù)電路。意大利SGS公司、美國(guó)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

7、。TDA2030功率放大器采用晶體三極管的電流放大作用將電源的輸入功率轉(zhuǎn)換為按照輸入信號(hào)變化的放大電流。聲音可以看做不同振幅和不同頻率的波，即交流信號(hào)電流，三極管的集電極電流是基極電流的倍，是三極管的交流放大倍數(shù)，基于這個(gè)原理，若將小信號(hào)注入基極，則集電極的電流等于基極電流的倍，接著將這個(gè)信號(hào)用隔直電容隔離出來(lái)，就可以得到電流是原先的倍的放大信號(hào)，這就是晶體三極管的放大作用。經(jīng)過(guò)接連不斷的電流放大，就可以實(shí)現(xiàn)功率的放大。據(jù)統(tǒng)計(jì)，已生產(chǎn)成的各種單片功率集成電路中，輸出功率最大的不過(guò)20W，但是TDA 2030的輸出功率卻可以達(dá)到18W，倘若把兩塊集成電路組成BTL電路，那么輸出功率可以達(dá)到35W

8、。另外，大功率集成電路由于所需的電源電壓很高，輸出的電流很大，在使用過(guò)程中如果不小心很可能使它燒壞，不過(guò)在TDA 2030集成電路中，內(nèi)部設(shè)計(jì)了較為完善的自我保護(hù)電路，一旦輸出電流過(guò)大或管殼過(guò)熱，集成電路能自動(dòng)地減流或截止，使自己得到保護(hù)。電路特點(diǎn)：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(kāi)機(jī)沖擊極小。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(kāi)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

9、壓下工作在±19V、8阻抗時(shí)能夠輸出16W的有效功率，THD0.1%。無(wú)疑，用它來(lái)做電腦有源音箱的功率放大部分或小型功放再合適不過(guò)了。引腳情況：1腳是正相輸入端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。TDA2030示意圖：（2）整體電路框圖的確定元器件和電源TDA2030輸入輸出 元器件和接地（3）元件選擇ComponentDescriptionFamilyU1TDA2030OPAMPD11N4001DIODED21N4001DIODER1100 KRESISTORR2100 KRESISTORR3100 KRESISTORR468KRESISTORR5

10、3.6KRESISTORR61RESISTORC12.2uFCAPACITORC2104nFCAPACITORC3220uFCAPACITORC410uFCAPACITORC5224nFCAPACITORC62.2mFCAPACITORVCCVCCPOWER-SOURCES（4）總的電路圖四、電路調(diào)試過(guò)程與結(jié)果（1）.測(cè)試工具：信號(hào)發(fā)生器，示波器，數(shù)字萬(wàn)用表（2）.測(cè)試數(shù)據(jù)：輸出電壓：Uo=Ui*（1+R4/R5）輸出功率：Po=Uo2 /Ro放大倍數(shù)：Au =1+R4/R519.9測(cè)試條件：直流電源電壓15v，輸入信號(hào)100mv，輸入頻率1KHz，負(fù)載電阻8。理論數(shù)據(jù)：UiUoPo100mv

11、1.99v0.49w300mv5.97v4.46w由上表可以求得輸出電壓放大倍數(shù)：Au19.9實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)：UiUoPo100mv2v0.5w300mv6v4.5w由上表可以求得輸出電壓放大倍數(shù)：Au>19.9（3）.誤差分析：從波形圖中可以看出實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)與理論數(shù)據(jù)存在誤差，電壓放大倍數(shù)不是理論上的20倍，而是有所偏大。因?yàn)殡娐钒宓脑碓O(shè)計(jì)不是很合理，元件的數(shù)值與理論有一定的差距，元件相互之間的影響，還有集成功放芯片會(huì)發(fā)熱，周圍環(huán)境溫度對(duì)它會(huì)產(chǎn)生影響，從而也導(dǎo)致了一定的誤差。（4）.波形圖：運(yùn)用Multisim仿真就得到了仿真的波形：在下圖中，波形小的為輸入波形Ui，輸入端為B端；大的為輸出波

12、形Uo，輸入端為A端。由圖形可以看出在一定的范圍內(nèi)信號(hào)得到了放大，達(dá)到了實(shí)際的效果，基本上完成了任務(wù)的要求。五、總結(jié)優(yōu)點(diǎn)：僅需一個(gè)集成功放和較少的外部元件就可以組成一個(gè)電路，以完成音頻功率放大的功能，簡(jiǎn)單易行，并且裝置調(diào)整方便、性能指標(biāo)好。而核心元件TDA2030具有體積小、輸出功率大、失真小等特點(diǎn)，并且內(nèi)部設(shè)計(jì)有完整的保護(hù)電路，能自我保護(hù)。缺點(diǎn)：電路板的原理設(shè)計(jì)不是很合理，元件的數(shù)值和理論有些偏差，加上集成功放芯片會(huì)發(fā)熱，從而導(dǎo)致測(cè)得的數(shù)值與理論的數(shù)值存在誤差。改進(jìn)方案：在下次的設(shè)計(jì)中，使電路板的原理設(shè)計(jì)更加合理，盡量使元件的數(shù)值接近理論的數(shù)值，并且想辦法安裝散熱器，使周圍環(huán)境溫度對(duì)集成功放產(chǎn)生的影響降到最低。心得體會(huì)：通過(guò)這次模擬電子課程設(shè)計(jì)，我學(xué)到了很多東西，受益匪淺。第一，學(xué)到了在模電理論方面和實(shí)踐方面的知識(shí)；第二，鍛煉了自己的動(dòng)手能力；第三，鞏固了對(duì)Multisim仿真軟件的應(yīng)用；第四，加深了對(duì)模電元器件認(rèn)識(shí)；第五，使我對(duì)這門課程設(shè)計(jì)非常感興趣?？偟膩?lái)說(shuō)，使我認(rèn)識(shí)到課本上的知識(shí)只有應(yīng)用到實(shí)踐中，才會(huì)真正地體會(huì)到知識(shí)的力量，它是多么的奧妙。以前對(duì)模電的知識(shí)有許多疑惑的地方，通過(guò)這次課程設(shè)計(jì)，都很快豁然開(kāi)朗了。原來(lái)模電是應(yīng)用性這么強(qiáng)的一門學(xué)科，如果透徹掌握它的話，就可以設(shè)計(jì)出許多可以實(shí)現(xiàn)各種各樣功能的電路，然后做出實(shí)物來(lái)。多么美妙啊，使我對(duì)它的