音頻功率放大器的設(shè)計(jì)仿真及實(shí)現(xiàn)全解

..課程設(shè)計(jì)任務(wù)書學(xué)生：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、電位器假設(shè)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)和條件，選擇適宜的功放電路，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?！?〕設(shè)計(jì)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(duì)確定方案電路的設(shè)計(jì)。3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。4安裝調(diào)試并按規(guī)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)展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)展驗(yàn)收和辯論。指導(dǎo)教師簽名：年月日系主任〔或責(zé)任教師〕簽名：年月日目錄HYPERLINK1設(shè)計(jì)任務(wù)與要求……………..1HYPERLINK1.1設(shè)計(jì)任務(wù)…………………...1HYPERLINK1.2設(shè)計(jì)要求…………………...1HYPERLINK2設(shè)計(jì)方案………………………...1HYPERLINK3選擇器件與參數(shù)運(yùn)算………………………2HYPERLINK3.1運(yùn)放NE5532介紹……………………..2HYPERLINK3.2TDA2030介紹………….4HYPERLINK3.3功率計(jì)算……………………5HYPERLINK4單元電路設(shè)計(jì)…………………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(jì)仿真…………………9HYPERLINK5.1仿真電路圖………………..9HYPERLINK5.2仿真結(jié)果………….96心得體會(huì)……………………….107HYPERLINK參考文獻(xiàn)……………………….11附表一：電路原理圖HYPERLINK………….12HYPERLINK附表二：元器件清單……………………13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)和條件，選擇適宜的功放電路，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=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(duì)確定方案電路的設(shè)計(jì)。③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。④安裝調(diào)試并按規(guī)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)展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)展放大，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)的電壓差異很大，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缺乏，不能

充分發(fā)揮功放的作用；參加輸入信號(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局部組成。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〕輸出驅(qū)動(dòng)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(shí)2200；

〔6〕電源帶寬：140KHz；

〔7〕轉(zhuǎn)換速率：9V/μS；

〔8〕大電源電壓圍：±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(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TDA2030在的幾種。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β倍，β是三極管的交流放大倍數(shù)，應(yīng)用這一點(diǎn)，假設(shè)將小信號(hào)注入基極，那么集電極流過的電流會(huì)等于基極電流的β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β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(dá)18W，假設(shè)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(jì)了較為完善的保護(hù)電路，一旦輸出電流過大或管殼過熱，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)展使用〕。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(fù)載電阻為4Ω時(shí)輸出14瓦功率〔失真度≤0．5％〕；在電源電壓±16V，負(fù)載電阻為4Ω時(shí)輸出18瓦功率〔失真度≤0．5％〕。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)放大低音局部。示意圖如圖4圖4TDA2030示意圖

3.3功率計(jì)算計(jì)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，那么

因?yàn)镮om=Vom/RL，所以.當(dāng)輸入信號(hào)足夠大，使Vim=Vom=Vcem=VCC-VCES≈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。整流局部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，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(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。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(jì)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(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)貫穿

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

本原理和根本分析方法，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，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)踐不但穩(wěn)固了學(xué)過的知識(shí)，而且其他的對(duì)所學(xué)知識(shí)進(jìn)展實(shí)踐論證，及時(shí)的現(xiàn)了存在的許多缺乏。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)，而且局部買過來的電阻負(fù)載功率不夠，電容耐壓數(shù)值不夠，在接電測(cè)試時(shí)，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)過檢查后電路其他局部運(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)我們還是比擬滿意的，學(xué)習(xí)到的東西也很多。7參考文獻(xiàn)周澤義.電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)。：理工大學(xué)，2001.5自美."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)，2005梁宗善."新型集成電路的應(yīng)用-電子技術(shù)根底課程設(shè)計(jì)".華中科技大學(xué)，2004梅生."電子技術(shù)根底課程設(shè)計(jì)".高等教育，2005黃繼昌，海貴."實(shí)用單元電路及其應(yīng)用".人民郵電，2006王衛(wèi)東，江曉安."模擬電子電路根底".電子科技大學(xué)，2003華成英、童詩白.模擬電子技術(shù)根底.第四版.:高等教育,2006.5附表一：電路原理圖附表二：元器件清單mentDesignatorFootprintQuantityK固定孔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,C15C10UF100UF2MM4104C7C滌綸1047MM1224C8C滌綸2247.3MM122UC10,C16,C17C10UF100UF2MM333