OCL功放課程設計

1、物理與電子信息學院模擬電路課程設計成績評定表專業(yè)：電氣工程及其自動化班級：13電氣學號： 姓名：張華賓 課題名稱OCL音頻功率放大器二設計任務與要求用集成運算放大器和集成功放塊設計OCL功放電路輸入信號為vi10mV, RI100K;額定輸出功率Po1W；負載阻抗RL=8； 頻率范圍f（3-5）KHz;用橋式整流電容濾波集成穩(wěn)壓塊電路設計電路所需的直流電源。設計報告成績評分標準：有合理的方案設計和論證、電路參數(shù)的計算、總原理圖和清單。（0-20分）電路板制作、調(diào)試規(guī)范，有詳細制作和調(diào)試過程。（0-10分）電路板測試合理，對性能指標測試數(shù)據(jù)完整，正確；進行數(shù)據(jù)處理規(guī)范，進行了誤差計算和誤差分析。

2、（0-15分）對課程設計進行了總結，有體會，并能提出設計的改進、建設性意見。 （0-5分）設計報告成績：電子作品成績評分標準：電路正確，能完成設計要求提出的基本功能。（0-30分）電路板焊接工藝規(guī)范，焊點均勻，布局合理。（0-20分） (其中直流電源部分占20%，功能部分80%)電子作品成績：課程設計成績 總成績： 指導教師：2015年1月9日模擬電路課程設計報告設計課題： OCL音頻功率放大器二 專業(yè)班級： 13電氣 學生姓名： 張華賓 學號：指導教師： 曾祥華 設計時間：2014.12-2015.1 OCL音頻功率放大器二一、設計任務與要求1用集成運算放大器和集成功放塊設計OCL功放電路；

3、2輸入信號為vi10mV, RI100K;額定輸出功率Po1W；負載阻抗RL=8；3頻率范圍f（3-5）KHz；4用橋式整流電容濾波集成穩(wěn)壓塊電路設計電路所需的直流電源。二、方案設計與論證（至少二個方案比較）題目目要求用集成運算放大器和集成功放塊實現(xiàn)電路設計，集成運算放大器對輸入信號進行處理包括選頻（f（3-5）kHz）信號放大（Ui10mV），輸入電阻（RI100K），集成功放塊實現(xiàn)輸出功率Po1W和信號放大作用，由要求Po1W，負載阻抗RL=8可求得Uo2.84V，即總電路輸入Ui10mV時應放大284倍以上，總體電路組成情況如下如上圖電路要求輸入電阻很大而且要進行信號放大可設計一個同相比

4、例運算電路，且要求頻率范f（3-5KHz）可選擇壓控電壓源二階帶通濾波電路，ocl集成塊可選擇tda1521雙聲道功放塊和tda2030a功放塊，直流電源可設計成可調(diào)式和不可調(diào)式。1. 方案一方案分析：Tda1521 2.5￥,可調(diào)電源部分 24￥其它部分相差不大。查閱數(shù)據(jù)手冊可知雙聲道tda1521OCL雙電源工作電壓1020V其經(jīng)典應用電路為16V，芯片在±15V電源下不能發(fā)揮其最佳性能。TDA1521主要特點: 1.電路設有等待、靜嘈狀態(tài)，具有過熱保護，低失調(diào)電壓高紋波抑制，而且熱阻極低，具有極佳的高頻解析力和低頻力度。2.TDA1521在電壓為±16V、阻抗為8時，

5、輸出功率為2×15W，此時的失真僅為0.5。方案二方案分析：TDA2030A 2￥；±12V電源部分20￥其它部分相差不大。由題意可求得由±12V電源提供的電壓完全能夠?qū)嶒炓笏枰碾妷?，因此?#177;12V電源是完全可行的。不會影響其實驗性能。TDA2030A主要特點: 1.外接元件非常少。2.輸出功率大。3.開機沖擊極小。4.內(nèi)含各種保護電路，因此工作安全可靠主要保護電路有：短路保護、熱保護、地線偶然開路、電源極性反接（Vsmax=12V）以及負載泄放電壓反沖等。5.TDA2030A能在最低±6V最高±22V的電壓下工作在±

6、19V、8阻抗時能夠輸出16W的有效功率，THD0.1%。無疑，TDA2030A能在最低±6V最高±22V的電壓下工作在±19V、8阻抗時能夠輸出16W的有效功率，THD0.1%。由以上可知在完成實驗情況下，方案一所需的價格將超過方案二所需價格6元，并且方案二所需的實驗器件比方案一所需的的實驗器件少，且方案二比方案一在性能方面更優(yōu)越。通過分析，結合設計電路性能指標、器件的性價比，本設計電路選擇方案二。三、單元電路設計與參數(shù)計算1.直流穩(wěn)壓電源電路直流電源由電源變壓器，整流電路，濾波電路，穩(wěn)壓電路四部分構成穩(wěn)壓電源的組成框圖3-1所示。 + 電 源 + 整 流 +

7、濾 波 + 穩(wěn) 壓 u1 u2 u3 uI U0 _ 變壓器 _ 電 路 _ 電 路 _ 電 路 圖3-1 穩(wěn)壓電源的組成框圖（1）整流，濾波電路右圖為單相橋式整流電路和部分濾波電路圖，輸出電壓的平均值得解得U 解的 U24.3V輸出電流平均值最大整流電流和最高反向工作電壓分別為電容濾波電路簡單，紋波也較小，它的缺點是輸出特性較差，故適用于負載電壓較高，負載變動不大的場合。由于變壓器副端輸出為27V交流電，電容及二極管耐壓值要U>1.12U計算得耐壓值為42.01V電容越大越好，其級別應在千uF以上。濾波原理如上圖圖所示，濾波之后電壓平均值上式表明，當負載開路，即=時，當C=（35）T/

8、2時 （2）穩(wěn)壓電路此段電路主要由集成穩(wěn)壓器電路和保護電路組成，C9C10C15C14的作用為濾波。由于所需輸出電壓為+12V且輸入電流較大所以用w7812，w7912。其中右圖三端穩(wěn)壓器并聯(lián)二極管是為了保護三端穩(wěn)壓器，防止由于由于電容放電燒壞三端穩(wěn)壓器，使電容放電能夠從二極管流過而不從穩(wěn)壓器流過。 直流穩(wěn)壓電路圖如圖3-1所示。 圖3-1 直流穩(wěn)壓電路圖2.功能部分電路（1）同相比例放大電路電路中運放的同相輸入端接信號vi，反向輸入端通過電阻 R3接地,vo與vs同相，根據(jù)虛短、虛斷的概念vN= vP，iN= iP=0于是求得vo=（1+R2/R3)vs同相比例放大電路具有高輸入電阻低輸出電

9、阻的特性放大倍數(shù)Au1= （1+R2/R3），題目要求功放輸出功率大于Po>1W，題目要求第一級輸入Ui<10mV，為使其能響應10mv左右的信號，同相比例放大設置為14倍，即Rf/R=13，取Rf=13k，R= 1k （2）帶通濾波電路將低通濾波器和高通濾波器串聯(lián)就可得到帶通濾波器右圖為實用壓控電壓源二階帶通濾波電路。當C1=C2=C，R1=R，R2=2R時，電路的傳遞函數(shù)令f。=1/(2RC),當f=f。時得出通帶放大倍數(shù)上下限截止頻率通頻帶題目要求（35）kHz中心頻率f。=4kHz，帶寬fb=2kHz，令品質(zhì)因數(shù)Q=1比例系數(shù)為Auf=2，則f=fo時得到通帶增益Aup=2

10、，根據(jù)f。=1/(2RC)令C=3.3nf，得R1=R3=12.5k，R2=2R1=25 k。理論上fp1=3kHz，fp2=5 kHz（3）功放部分電路電路中運放的同相輸入端接信號vi3，反向輸入端通過電阻 R10接地,vo3與vi3同相，根據(jù)虛短、虛斷的概念vN= vP，iN= iP=0于是求得vo3=（1+R11/R10)vi3右圖輸入信號為U，輸出信號為則=（1+R11/R10) U 這里設置為11倍即R11/R10=10求得R10=1k,R11=10k，Vcc=12V，RL=8歐姆。旁路元件作用C3隔直，兩個二極管輸出電壓正負限幅保護，R10R11閉環(huán)增益設置。 功能部分電路如圖3-

11、2所示。 圖3-2 音頻功率放大電路四、總原理圖及元器件清單1總原理圖圖4-1 總原理電路2元件清單表1 元件清單表一 直流電源部分元件序號型號主要參數(shù)數(shù)量備注（單價）1變壓器220V15V110元2C13300uf21.6元3C20.33uf20.1元4C3220uf20.2元5C40.1uf20.2元6LM7812Uo=12V、Io=100mA10.8元7LM7912Uo=-12V、Io=100mA10.8元81N4007耐壓值1000V，I=1A40.1元9R1k20.1元10LED1.5V2.0V，10mA20mA20.4元11電源線1跟1.5元12保險管1個1元總價19.7元表二 功

12、率放大部分元件序號型號主要參數(shù)數(shù)量備注（單價）1R10k20.1元2R50k電位器80.53R1k20.1元4C22uf20.3元5C3.3nf20.1元6C1uf10.1元7D1N400720.1元8Uua74122元9TDA2030aTDA2030a12元總價11.5元五、安裝與調(diào)試1.電路安裝電源電路和功能部分電路分開安裝焊接。電源部分正負極具對稱性，電源在長期工作的時候變壓器和穩(wěn)壓塊容易發(fā)熱，在排布的時候應考慮散熱問題，穩(wěn)壓塊應加散熱片，元件間隔盡量不要排布的太緊密。焊接時應合理布局，太疏體積大，太密元件可能相互影響，焊接時特別注意穩(wěn)壓塊三個腳輸W7812：1腳輸入，2腳接地，3腳輸出

13、；W7912 1腳接地，2腳輸入，3腳輸出，注意濾波電容極性接反容易爆炸，一般電解電容側身白條標有負號那個腳即是負極，發(fā)光二級管長腳為正。功能部分有三級電路分別是放大電路、濾波電路、功放電路。Tda2030a發(fā)熱比較嚴重，考慮到電路要求一些特殊阻值的電阻，在實際焊接時可能要用電位器代替，要求對每一級電路都要測試并留出夾子。本來想三級電路電源線合并，考慮到功放電路中TDA2030A容易發(fā)熱，因此功放部分單獨引出電源線，從各級電路來看，接地的比較多比較復雜，合并在一起可能對接地電阻會有影響，從而影響單級測試數(shù)據(jù)。2.電路調(diào)試（1）靜態(tài)調(diào)試電源調(diào)試時即表現(xiàn)良好，電壓精確。功放部分在無輸入信號時輸出檢

14、測不到電流。說明靜態(tài)工作良好，無噪音干擾。（2）動態(tài)調(diào)試功能部分安老師要求分級調(diào)試，第一級電路分開單獨調(diào)試數(shù)據(jù)正常放大倍數(shù)在41倍少一點。第二級濾波在fo=4kHz時電壓增益理論上是輸入電壓的兩倍，實際上是減小一點。第三級電路增益正常在11倍多一點。六、性能測試與分析1.直流電源測試與分析（1） 測試步驟先調(diào)好±12再測量電網(wǎng)電壓，變壓器副端電壓，穩(wěn)壓塊輸入電壓，穩(wěn)壓塊輸出電壓。（2） 測試數(shù)據(jù)項目數(shù)據(jù)穩(wěn)壓塊變壓器副端（V）穩(wěn)壓塊輸入（V）穩(wěn)壓塊輸出（V）W781227.018.012.03W791217.911.97（3）誤差計算：根據(jù)數(shù)據(jù)求得與準確的對比可得百分比：正向輸出電壓：

15、u=(12.0312)/12=0.25% 反向輸出電壓：u=(1211.97)/12=0.25%（4）結論分析： 誤差分析：1.我們用的集成成塊不是理想器件；2.焊接的電路板有些焊點的接觸性不是很好，同時連接的導線有阻值；3.試驗時間過長溫度發(fā)生變化，使得一些元件的電阻發(fā)生變化；4.可調(diào)電阻阻值不穩(wěn)定。2.功能電路測試與分析（1）測試步驟第一級放大電路，第二級帶通濾波，第三級功放電路。Us(mV)10.637Ui(mV)10.6410.53Uo(mV)150.47R20k（2）測試數(shù)據(jù)第一級放大電路第二級帶通濾波Ui=152.56(mv)頻率f（kHz）0.010.121.222.052.99

16、4.065.036.487.448.8310.19Uo(mV)0.4844.5148.696.4191.1294.3211.4130.3102.880.665.7Au0.00320.0290.3180.631.251.071.930.850.670.530.43第三級功放電路f=4.058khz Ui=296.4mV Uo=3.31V（3）數(shù)據(jù)處理第一級放大電路 放大倍數(shù)Au1=14.1 R為定值電阻取20K,輸入電阻計算公式Ri=RUi/(Us-Ui), 輸入電阻平均值Ri=1968.2k.第二級帶通濾波 通帶放大倍數(shù)Au2=1.93, 帶寬BW=2khz Q=2 下限截止頻率fp1=2.9

17、93khz中心頻率fo=4.058khz上限截止頻率fp2=5.0327khz根據(jù)數(shù)據(jù)畫出波特圖第三級功放電路放大倍數(shù)Au3=11.3輸出功率Po=1.37w Au=Au1*Au2*Au3=307.5（3） 誤差計算根據(jù)數(shù)據(jù)求得與準確的對比可得百分比： 放大倍數(shù)Au1的相對誤差=0.7% 放大倍數(shù)Au2的相對誤差=3.5% 放大倍數(shù)Au3的相對誤差=2.7%（4）結論分析（包含誤差分析）1.正負電源不對稱；2.元器件不是理想的定值；3.我們用的集成成塊不是理想器件；4.測量儀器本身的系統(tǒng)誤差；5.輸入的信號不穩(wěn)定；6.接的電路板有些焊點的接觸性不是很好，同時連接的導線有阻值；7.試驗時間過長溫

18、度發(fā)生變化，使得一些元件的電阻發(fā)生變化；七、結論電路組成部分: 由直流電源、同向比例運算電路、帶通濾波電路、功率放大電路組成。實現(xiàn)的功能直流電源：主要是為后面的整個功率放大電路提供正負12伏的電源電壓；同向比例運算電路：是整個功率放大器的放大部分，實現(xiàn)了14倍的信號放大，使得功放電路在小信號輸入的情況下能夠得到理想的電壓值；帶通濾波電路：實現(xiàn)范圍f（3-5）KHz的輸入信號通頻帶寬，并且實現(xiàn)1.93倍的運算放大；功率放大電路:實現(xiàn)了信號11.3倍的放大，使得在輸入296.4mV的情況下輸出電壓為3.31V，使得輸出功率為1.37w.電路的優(yōu)點及不足直流電源部分比較容易實現(xiàn)，設計難度小，但是電壓與理想電壓值之間存在一定的誤差，容易使后面的電路因為壓值過大而燒壞；自身的穩(wěn)壓管也很容易燒壞。同向比例運算電路比較容易實現(xiàn)，設計難度小，器件少不容易出問題，性能比較穩(wěn)定。帶通濾波電路不但可以濾波，還可以實現(xiàn)電壓放大，但是元器件的選擇比較麻煩。功率放大電路TDA2030A所需的元件很少，但對焊接技術要求較高并且所選的元件必須是品質(zhì)有保障的元件，TDA2030A很容易燒壞。問題及解決方法1.第一次焊接直流