《模擬電子技術(shù)》課程設(shè)計說明書高保真音頻功率放大器設(shè)計

1、武漢理工大學模擬電子技術(shù)課程說明書課程設(shè)計任務書學生姓名： 專業(yè)班級：電子科學與技術(shù)0501班指導教師： 工作單位： 信息工程學院 題 目: 高保真音頻功率放大器設(shè)計 初始條件： 可選元件：集成功放la4100或la4102；集成功放4430；集成功放td2030；集成功放tda2004、2009；集成功放ta7240ap（集成功放的選擇應滿足技術(shù)指標）。電容、電阻、電位器若干；或自備元器件。直流電源12v，或自備電源?？捎脙x器：示波器，萬用表，毫伏表要求完成的主要任務: （1）設(shè)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。完成對高保真音頻功率放大器的設(shè)計

2、、裝配與調(diào)試。（2）設(shè)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(shè)計。計算電路元件參數(shù)與元件選擇、并畫出總體電路原理圖，闡述基本原理。（選做：用pspice或ewb軟件完成仿真） 安裝調(diào)試并按規(guī)定格式寫出課程設(shè)計報告書。指導教師簽名： 年 月 日系主任（或責任教師）簽名： 年 月 日btl音頻功率放大器設(shè)計1設(shè)計課題 高保真音頻功率放大器，完成對功率放大器的設(shè)計、裝配與調(diào)試。1.1功放簡介功率放大器，簡稱“功放”。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，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

3、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，在某種程度上主宰著整個系統(tǒng)能否提供良好的音質(zhì)輸出。目前市場上車用功率放大器的種類很多，分類方法也比較復雜。最常見的是按照工作方式分為：a型、b型和ab型。a型是指放大器每隔一定時間收集一次主機傳輸過來的音頻信號，并將其放大后傳輸給揚聲器，而這一過程中的“緩沖作用”保證了系統(tǒng)能夠輸出溫和、平順的聲音信號，不足之處處在于消耗的能量較大。b型功率放大器則是取消了前面所說的“緩沖作用”，放大器的工作一直處于適時狀態(tài)，但是音質(zhì)方面較前者就要差了一些。ab型放大器，實際上是a型和b型的結(jié)合，每個器件的導通時間在50-100之間，可以稱得上是

4、當前比較理想的功率放大器。選擇功率放大器的時候，首先要注意它的一些技術(shù)指標：1、輸入阻抗：通常表示功率放大器的抗干擾能力的大小，一般會在5000-15000，數(shù)值越大表示抗干擾能力越強；2、失真度：指輸出信號同輸入信號相比的失真程度，數(shù)值越小質(zhì)量越好，一般在0.05以下；3、信噪比：是指輸出信號當中音樂信號和噪音信號之間的比例，數(shù)值越大代表聲音越干凈。另外，在選購功率放大器的時候還要明確自己的購買意愿，如果您希望加裝低音炮，最好購買5聲道的功放，通常2聲道和4聲道揚聲器只能推動前后揚聲器，而低音炮只能再另配功放，5聲道功放就可以解決這個問題，功率放大器的輸出功率也要盡量大宇揚聲器的額定功率2設(shè)

5、計內(nèi)容與要求 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(shè)計。計算電路元件參數(shù)與元件選擇、并畫出總體電路原理圖，闡述基本原理。（選做：用pspice或ewb軟件完成仿真） 安裝調(diào)試并按規(guī)定格式寫出課程設(shè)計報告書。3設(shè)計思路與方案3.1設(shè)計思路經(jīng)過一期的學習，我學了各種放大電路及其組合形式。由于所選器件和組合形式的不同，不可避免地要造成諸如輸入阻抗、頻響、失真、信噪比等方面性能的指標差異，并且最終以音質(zhì)方面的差異體現(xiàn)出來。因此我就學習的知識和實踐結(jié)合考慮了一下幾種方案。3.2設(shè)計方案 3.2.1甲類放大器輸入音頻信號前置放大級電路共射-共基

6、電路共射-共基電路恒壓源電路推動級反饋電路至末級功放沃爾漫電路 前置放大電路框圖甲類放大器作為一種最古老，效率最低，最耗電，最笨重，最耗資，失真最小的放大器它有吸引人的音質(zhì)。甲類放大器輸出電路本身具有抵消奇次諧波失真，且甲類放大器管子始終工作在線性曲線內(nèi)，晶體管自始自終處于導通狀態(tài)。因此，不存在開關(guān)失真和交越失真等問題。甲類放大器始終保持大電流的工作狀態(tài)。所以對猝發(fā)性聲音瞬間升降能迅速反映。因而輸出功率發(fā)生急劇變化時，電源電流變化微乎其微。由這種強大的驅(qū)動者來推動揚聲器就能輕而易舉的獲得高保真的重放效果。為了能得到好的音質(zhì),在設(shè)計時,我采用了前后級分離。前置低放和末級功放完全分離,甚至分開供電

7、。電路的方框圖如圖1所示。3.2.2乙類雙電源互補對稱功放在右圖示電路中，兩晶體管分別為npn管和pnp管，由于它們的特性相近，故稱為互補對稱管。靜態(tài)時，兩管的icq=0；有輸入信號時，兩管輪流導通，相互補充 。既避免了輸出波形的嚴重失真，又提高了電路的效率。 互補對方的不足，工作性能對稱， 所以這種電路通常稱為互補對稱電路。因為輸出信號是兩管共同作用的結(jié)果， 所以將t1、t2合成一個能反映輸出信號和通過負載的電流的特性曲線。合成時考慮到：（1）vi=0時,vceq1=vcc ， -vceq2=vcc， 因此 q1=q2 。（2）由流過rl的電流方向知ic1與ic2方向相反。即兩個縱坐標軸相反

8、。（3）特性的橫坐標應符合：vce1+vec2=vcc-(-vcc)=2vcc vce1的原點與-vce2=2vcc點重合；-vce2的原點與+vce1=2vcc點重合。由以上三點，得兩管的合成曲線如圖所示。這時負載線過vcc點形成一條斜線，其斜率為-/rl。顯然，允許的ic的最大變化范圍為2icm，vce的變化范圍為2（vcc-vces）=2vcem=2icmrl。如果忽略bjt的飽和壓降vces，vcem=icmrlvcc。3.2.3 btl集成功放用兩塊tda2030 組成如圖1所示的btl功放電路，tda 2030（1）為同相放大器，輸入信號vin通過交流耦合電容c1饋入同相輸入端腳，

9、交流閉環(huán)增益為kvc1r3 / r2r3 / r230db。r3 同時又使電路構(gòu)成直流全閉環(huán)組態(tài)，確保電路直流工作點穩(wěn)定。tad 2030（2）為反相放大器，它的輸入信號是由tda 2030（1）輸出端的u01 經(jīng)r5、r7分壓器衰減后取得的，并經(jīng)電容c6 后饋給反相輸入端腳，它的交流閉環(huán)增益kvcr9 / r7/r5r9/r730db。由r9r5，所以tda 2030（1）與tda 2030（2）的兩個輸出信號u01 和u02 應該是幅度相等相位相反的，即：u01uinr3 / r2 u02u01r9 / r5 r9r5 u02 u01 因此在揚聲器上得到的交流電壓應為： uy u01 -（

10、 -u02） 2u01 2u02揚聲器得到的功率 py 按下式計算： py 4 pmono方案一，二采用大量的導線與電容，增加制作成本，并且導線太長容易使得結(jié)果誤差更大，連線太多也影響視覺效果；方案三比較簡練，一目了然，思路清晰，并且采用比較少的電容，采用可調(diào)電阻使得結(jié)果更為精確，且數(shù)字d btl功放輸出功率大，抗干擾小，噪聲低，關(guān)鍵是容易制作成功，選用此方案。4單元電路的設(shè)計與選擇4.1電源電路1）交流降壓電路。穩(wěn)壓電源額定輸出電壓為24v，因為調(diào)整管必須有一定的壓降，交流輸入電壓e選擇為12v，由電源變壓器t將220v交流電壓降壓為交流12v。穩(wěn)壓電源最大輸出電流為600ma，考慮到一定的

11、損耗，t采用40w的電源變壓器變壓器的功能，就是將交流220v電壓轉(zhuǎn)換為所需要的電壓并穩(wěn)定輸出。圖中，左邊交流220v端為輸入端，右邊12v端為輸出端，信號處理流程方向為從左到右。4.2降壓整流電路將變壓器輸出的符合電壓要求的交流電變換為所需數(shù)值的直流電。常用的整流電路主要有：半波整流、全波整流及橋式整流等。相對于半波整流相，全波整流二極管交替導通，其輸出電壓紋波明顯減小；而橋式整流電路是全波整流電路的一個變形，其輸出電壓波形與全波整流電路相同，但加在變壓器次級線圈上的電流變?yōu)榱藰O性正負交替的脈沖電流，其性能更加優(yōu)越。本設(shè)計中采用性能優(yōu)越的橋式整流電路。4.3功率放大電路tda2030（1）為

12、同相放大器，輸入信號vin通過交流耦合電容c1饋入同相輸入端腳，交流閉環(huán)增益為kvc1r3 / r2r3 / r230db。r3 同時又使電路構(gòu)成直流全閉環(huán)組態(tài)，確保電路直流工作點穩(wěn)定。tad 2030（2）為反相放大器，它的輸入信號是由tda 2030（1）輸出端的u01 經(jīng)r5、r7分壓器衰減后取得的，并經(jīng)電容c6 后饋給反相輸入端腳，它的交流閉環(huán)增益kvcr9 / r7/r5r9/r730db。由r9r5，所以tda 2030（1）與tda 2030（2）的兩個輸出信號u01 和u02 應該是幅度相等相位相反的4.4元件的選擇btl電路元件清單（單聲道）電容：1f1 22f20.22f2

13、2200f20.1f2電阻: 22k5680211w2二極管:1n40014 1n40044電位器: 22ktda2030極限參數(shù)：參數(shù)名稱極限值單位電源電壓(vs)18v輸入電壓(vin)vsv差分輸入電壓(vdi)15v峰值輸出電流(io) 3.5a耗散功率(ptot)(vdi)20v工作結(jié)溫(tj)-40-+150存儲結(jié)溫(tstg)-40-+150使用tda2030的注意事項：tda2030具有負載泄放電壓反沖保護電路，如果電源電壓峰值電壓40v的話，那么在5腳與電源之間必須插入lc濾波器，以保證5腳上的脈沖串維持的規(guī)定的幅度內(nèi)。熱保護：限熱保護有以下優(yōu)點，能夠容易承受輸出的過載（甚至

14、是長時間的），或者環(huán)境溫度超過時均起保護作用。與普通電路相比較，散熱片可以有更小的安全系數(shù)。萬一結(jié)溫超過時，也不會對器件有所損害，如果發(fā)生這種情況，po=（當然還有ptot）和io就被減少。印刷電路板設(shè)計時必須較好的考慮地線與輸出的去耦，因為這些線路有大的電流通過。裝配時散熱片與之間不需要絕緣，引線長度應盡可能短，焊接溫度不得超過260。12秒。雖然tda2030所需的元件較少，但需要的都是高品質(zhì)的。一定要選擇滿足設(shè)計要求的參數(shù)，這是至關(guān)重要的。（1）根據(jù)具體的電路圖計算電路參數(shù)。（2）選取元件、識別和測試。包括各類電阻、電容、變壓器的數(shù)值、質(zhì)量、電器性能的準確判斷、解決大功率放大器散熱的問題

15、。（3）了解有關(guān)集成電路特點和性能資料情況5安裝與調(diào)試5.1安裝注意：將輸入電位器調(diào)到最大輸入的情況。測量允許的最大輸入信號和最大不失真輸出功率。測量條件：（1）直流電源電壓12v,負載電阻為8。（2）直流電源電壓10v,負載電阻為8。測量上、下限截止頻率fh和fl,直流電源電壓12v,改變輸入信號頻率、負載電阻為8。測量電壓增益：條件：直流電源電壓14v,輸入信號1khz,輸出負載為8。由于本實驗最終選擇了方案二作為重點研究對象。因此在連接電路板前先根據(jù)圖2）選購合適的元件兩份以備損壞。按照電路圖2）在模擬電子綜合實驗箱上連接電路。根據(jù)實驗原理分析各個故障并排除。故障的不斷出現(xiàn)和排除后固定了

16、各個元件及其參數(shù)，對照原理圖將元件安裝在電路板上，檢查元件位置是否正確。檢查無誤后，用電烙鐵將每個元件用焊錫焊牢，保證每個元件不虛焊。在焊元件時根據(jù)不同元件耐熱性能盡量減少焊接時間。焊接完畢后用萬用表檢查是否斷路和短路，焊接中盡量對各個點對應起來，負責整個實驗將很難成功。5.2調(diào)試先安裝電源電路，再安裝功率放大電路。安裝一級，調(diào)試一級，先調(diào)試電源電路，接好線路，用萬用表觀察輸出電壓是否滿足要求，若不滿足，則觀測整流器是否正常工作。在接好功率放大電路，選擇一個符合輸出功率的揚聲器，觀測揚聲器是否正常工作。若不，則觀察有關(guān)，功放的線路是否接錯，各個引腳是否接錯。經(jīng)過逐步調(diào)試，使整個電路正常工作。6

17、心得體會通過這幾天的課程設(shè)計和實際操作，我深刻體會到了自己知識的匱乏。我深深的感覺到自己知識的不足，自己原來所學的東西只是一個表面性的，理論性的，而且是理想化的。根本不知道在現(xiàn)實中還存在有很多問題。設(shè)計一個很簡單的電路，所要考慮的問題，要比考試的時候考慮的多的多。所以，一開始，我遇到了很多麻煩。通過老師和同學們的幫助，我漸漸的有了眉目。這樣，在很大程度上提高了我考慮問題的全面性?？偟恼f，通過本次功率放大器的設(shè)計，真正體驗到了一個設(shè)計從前期的找資料到后來的制板，自己焊接，自己調(diào)試這樣一個一個完整的設(shè)計過程。在這個過程里將以前所學的知識進行了綜合的運用，發(fā)現(xiàn)了自己很多不足的地方，理論知識與實際應用

18、之間的距離也充分的體現(xiàn)了出來。當然，更多的是學到了很多的東西，為以后的設(shè)計打好基礎(chǔ)7.1參考文獻1 童詩白，華成英. 模擬電子技術(shù)基礎(chǔ).北京: 高等教育出版社, 1989 2 吳文波. 高保真音響設(shè)計制作.北京: 電子工業(yè)出版社,2000,33 范志慶，操建華.高品質(zhì)前級放大器的設(shè)計與制作. 無線電，2002，5：45-474郝宏安、徐紅媛編 555集成電路實用大全上?？茖W普及出版社 2003年9月5.陳光夢編著 模擬電子學基礎(chǔ) 復旦大學出版社 2005年3月6劉修文主編 圖解電子技術(shù)要訣 中國電力出版社 2005年6月版ut2apodfxxc02gybkskcww97mrqqwhoj5tl1

19、5zt6jipyytycummtarp3v1n5luizi3xh3bhwyreko8d9g7nmzqowpjetldrw08gvs8dsdqqygc3ce7moo2tlf0jf1gk74iuxybmtivr97ckrfvqult5fn2t6mpjr6rbzvpsortzvij5nb5ndvvsr4iwr1twlfkglspzuhrjq3cmzu98euouijdlszqpmvrw9zkupxf8wfug9l2g9277g2rtipa1ypczeuqxpkbhtvdcooqozxuz3vjrzmocijym62zchmeootyes8ebmm932tbz2yo09rtszeys8zrd2yktj

20、8l6jeazvajnfbtrylvsm6ofbftoxvrffn7owiygjlamkunxjybz5rrb7r4vsur9zpfzfmfsjhcfca37lnw2vvlrkn7r8psz1bn6oric5hu5z6hcxayqynpog8duybawqsl20csg06dh2sm8hltgpkicskrgopdpuhbj1lmpk7lydvc6nnmwl3fwhzftfvyaary7lhssxj10v3ph3y19bxyr77ib7cpzsu2tijqe3hkqkkau9kskcphkxuikvvyjzpg2yijrkqfbggovyqkuxnwi9omnjtt6qilzxtyrf7d20

21、fbmabcfiixrqkusvnxbppfuxyq1fjskfsubkgs2duvqc9sz4jkbgn4qqv66pyoarjurnfj3txyfclzieeptwfjthpheipdfnqnr2hjqkv2dzwtmpdjqkbcxmovdsjqctjagjmdlskpgad2s0h0vmzgaht36gyuez7umank1ndreubeqdgrx0venqgnsyib2ilq3siqrnl4m56t7z8y8da5k0kupn5nzg4jvjdtffhyt82aogqkxo4vblmleiy2p7hthbho07rcfttxodydppdtqso7wxd0j6fkklgm4wodzp

22、lhtrr2xgqn13hqy59zu1gegdyqnihntavsieuefqcyfucjwd3vk5i7ykmhundmiz ut2apodfxxc02gybkskcww97mrqqwhoj5tl15zt6jipyytycummtarp3v1n5luizi3xh3bhwyreko8d9g7nmzqowpjetldrw08gvs8dsdqqygc3ce7moo2tlf0jf1gk74iuxybmtivr97ckrfvqult5fn2t6mpjr6rbzvpsortzvij5nb5ndvvsr4iwr1twlfkglspzuhrjq3cmzu98euouijdlszqpmvrw9zkupxf8wfug9l2g9277g2rtipa1ypczeuqxpkb