音頻功率放大器的設(shè)計仿真與實現(xiàn)全解

/課程設(shè)計任務(wù)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(shè)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(wù):〔1設(shè)計任務(wù)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(shè)計、裝配與調(diào)試?！?設(shè)計要求1輸出功率10W/8Ω；頻率響應(yīng)20~20KHz；效率>60﹪；失真小。2選擇電路方案.完成對確定方案電路的設(shè)計。3利用Proteus或Multisim仿真設(shè)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(shè)計報告書。5選做：利用仿真軟件的PCB設(shè)計功能進行PCB設(shè)計。時間安排：1第18周前半周.完成仿真設(shè)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(shè)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HYPERLINK1設(shè)計任務(wù)與要求……………..1HYPERLINK1.1設(shè)計任務(wù)…………………...1HYPERLINK1.2設(shè)計要求…………………...1HYPERLINK2設(shè)計方案………………………...1HYPERLINK3選擇器件與參數(shù)運算………………………2HYPERLINK3.1運放NE5532介紹……………………..2HYPERLINK3.2TDA2030介紹………….4HYPERLINK3.3功率計算……………………5HYPERLINK4單元電路設(shè)計…………………6HYPERLINK4.1主電源電路………………..6HYPERLINK4.2調(diào)音電路……………………6HYPERLINK4.3功率放大電路……………7HYPERLINK5電路設(shè)計仿真…………………9HYPERLINK5.1仿真電路圖………………..9HYPERLINK5.2仿真結(jié)果………….96心得體會……………………….107HYPERLINK參考文獻……………………….11附表一：電路原理圖HYPERLINK………….12HYPERLINK附表二：元器件清單……………………13附表三：實物圖…………141設(shè)計任務(wù)與要求1.1設(shè)計任務(wù)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(shè)計、裝配與調(diào)試。1.2設(shè)計要求=1\*GB3①輸出功率10W/8Ω；頻率響應(yīng)20~20KHz；效率>60﹪；失真小。②選擇電路方案.完成對確定方案電路的設(shè)計。③利用Proteus或Multisim仿真設(shè)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(shè)計報告書。⑤選做：利用仿真軟件的PCB設(shè)計功能進行PCB設(shè)計。2設(shè)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(shè)置前置放大器.以便使放大器適應(yīng)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；

〔4DC電壓增益：50000；

〔5AC電壓增益：10KHz時2200；

〔6電源帶寬：140KHz；

〔7轉(zhuǎn)換速率：9V/μS；

〔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。

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)3.2TDA2030介紹TDA2030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TDA2030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(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β倍.β是三極管的交流放大倍數(shù).應(yīng)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β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β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.而TDA2030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TDA2030集成電路中.設(shè)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12345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4Ω時輸出14瓦功率〔失真度≤0．5％；在電源電壓±16V.負載電阻為4Ω時輸出18瓦功率〔失真度≤0．5％。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(yīng)用于各種款式收錄機和高保真立體聲設(shè)備中。該電路可供低頻課程設(shè)計選用。本設(shè)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。示意圖如圖4圖4TDA2030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(shè)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(shè)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(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7NE5532電路TDA2030單聲道電路如圖8所示。圖8TDA2030單聲道電路5電路設(shè)計仿真5.1仿真電路圖采用Multisim11.0仿真電路.如圖9所示圖9Multisim11.0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(shè)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(yīng)社會的要求。而這次課程設(shè)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(shè)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。掌握了功率放大器電路的設(shè)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(guān)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(shè)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.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(shè)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(shè)計制作過程?？傊?這次課程設(shè)計我們還是比較滿意的.學習到的東西也很多。7參考文獻周澤義.電子技術(shù)實驗。XX：XX理工大學出版社.2001.5謝自美.《電子線路設(shè)計·實驗·測試》第三版.華中科技大學出版社.2005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》.華中科技大學.2004孫梅生.《電子技術(shù)基礎(chǔ)課程設(shè)計》.高等教育出版社.2005黃繼昌.張海貴.《實用單元電路及其應(yīng)用》.人民郵電出版社.2006王衛(wèi)東.江曉安.《模擬電子電路基礎(chǔ)》.XX電子科技大學出版社.2003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固定孔1221C1,C2,C12,C13C獨石5MM4223C3,C4C瓷片5MM2104C5,C11,C18,C19,C22,C23,C24,C25C獨石5MM84U7C6,C9,C14,C15C10UF100UF2MM4104C7C滌綸1047MM1224C8C滌