音頻功率放大器課程設(shè)計(jì)

1、電子技術(shù)綜合訓(xùn)練設(shè)計(jì)報(bào)告題目：音頻功率放大器姓名： 陳邈宏學(xué)號：11220408班級：自動化四班同組成員：趙斐 白治龍指導(dǎo)教師：駱作穎日期：設(shè)計(jì)題目音頻功率放大器學(xué)生姓名陳邈宏所在院系電子信息與電 氣工程學(xué)院專業(yè)、年級、班11級自動化四班一. 設(shè)計(jì)內(nèi)容及技術(shù)要求：設(shè)計(jì)并制作一個(gè)音頻功率放大器，將MP3輸出的音樂信號放大?；疽螅?. 放大器有兩個(gè)MP3輸出輸入接口；2. 能夠使用電子開關(guān)進(jìn)行音源選擇，并且能夠用發(fā)光二極管指示；3. 放大器設(shè)有音量控制，功率放大功能；4. 主要技術(shù)指標(biāo)如下：（1）額定輸出功率：2X1 W （或 2X5W） （THD<=0.5%）（2）負(fù)載阻抗：8歐姆（3

2、）輸入阻抗:600歐姆5. 電源：220V/50HZ的工頻交流供電：（注：直流電源部分即完成設(shè)計(jì)即可，不許制作，用實(shí)驗(yàn)室提供的穩(wěn)壓電源調(diào)試, 但要求設(shè)計(jì)的直流電源能夠滿足電路要求）6. 按照以上技術(shù)要求設(shè)計(jì)電路，繪制電路圖，對設(shè)計(jì)的電路用MULTISIM或 OrCAD/PspiceAD9.2進(jìn)行仿真，用萬用板焊接元器件，制作電路，完成調(diào)試, 測試，撰寫設(shè)計(jì)報(bào)告。發(fā)揮部分：1. 設(shè)計(jì)均衡電路（音調(diào)電路）。2. 有電平指示功能。二. 提交成果1設(shè)計(jì)報(bào)告。2 作品。3電路原理圖：要求提交兩份，一份為CAD/EDA軟件繪制，另一份為手工繪制， 圖紙大小自定，但要符合標(biāo)準(zhǔn)，電路圖繪制要規(guī)范。三. 設(shè)計(jì)進(jìn)

3、度1. 時(shí)間：三周。2. 進(jìn)度安排：（1）第一周 選題，熟悉題目，分析要求，查找資料，選擇方案，優(yōu)化方案, 確定方框圖，單元電路設(shè)計(jì)，選擇元器件；（2）第二周 進(jìn)行電路仿真，確定電路原理圖，畫出電路原理圖，購買元器 件，焊接電路；（3）第三周 電路調(diào)試，電路測試，繪制電路原理圖，完成設(shè)計(jì)報(bào)告，答辯。指導(dǎo)老師簽字:音頻功率放大器摘 要：設(shè)計(jì)了一個(gè)帶音調(diào)控制的音頻放大電路，該電路具有對音 頻信號放大的功能。該電路主要由前置放大電路、音調(diào)控制電路及 功率放大電路三部分構(gòu)成，其中，前置放大電路采用反相比例運(yùn)算 器來實(shí)現(xiàn)電壓的放大；音調(diào)控制電路采用負(fù)反饋式來實(shí)現(xiàn)音調(diào)控制; 功率放大電路采用DTA2030

4、功率放大器來實(shí)現(xiàn)功率放大。利用 Multisim 10對設(shè)計(jì)的電路進(jìn)行仿真，可以得到放大后的不失真的波 形。關(guān)鍵詞：前置放大電路；功率放大器；音調(diào)控制1. 設(shè)計(jì)背景1.1學(xué)習(xí)了集成運(yùn)放的應(yīng)用1.2 了解了功率放大電路1.3 了解了 TDA2030 和 NE5532 的功能 2. 設(shè)計(jì)方案2.1任務(wù)分析2.2方案論證3. 方案實(shí)施3.1原理圖設(shè)計(jì)3.2電路仿真3.3安裝與調(diào)試4. 結(jié)果與結(jié)論5參考文獻(xiàn)6. 總結(jié)及體會7. 附件7.1電路原理圖7.2元器件清單7.3實(shí)物拍攝1. 設(shè)計(jì)背景1.1學(xué)習(xí)集成運(yùn)放的運(yùn)用集成型運(yùn)算放大器是模擬集成電路中應(yīng)用最廣泛的一種器件。在集成運(yùn)算放大電 路與輸出之間接入

5、不同的反饋網(wǎng)絡(luò)，可實(shí)現(xiàn)不同用途的電路，例如利用集成運(yùn)算放 大器可非常方便的完成信號放大、信號運(yùn)算、信號處理以及波形的產(chǎn)生和變換。1.2 了解功率放大電路功率放大電路在多級放大電路中處于最后一級，乂稱輸出級。其主要作用是輸 出足夠大的功率去驅(qū)動負(fù)載，如揚(yáng)聲器、伺服電機(jī)、指示表頭、記錄器等。功率放 大電路要求：輸出電壓和輸出電流的幅度都比較大、效率高。1.3 了解 TDA2030 和 NE5532P 的功能NE5532是高性能低噪聲運(yùn)放，它具有很好的噪聲性能，優(yōu)良的輸出驅(qū)動能力及 相當(dāng)高的小信號與電源寬帶。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

6、，另一特點(diǎn)是輸出功率大，而保護(hù)性能 比較完善。2. 設(shè)計(jì)方案2.1任務(wù)分析根據(jù)課程設(shè)訃要求，分析可知，帶音調(diào)控制的音頻放大電路主要用來對音頻信 號進(jìn)行放大，能帶動負(fù)載除，此還應(yīng)該具備音調(diào)控制能力。要完成此次課程設(shè)計(jì)要 求，該電路必須包括前置放大電路、音調(diào)控制電路及功率放大電路三部分構(gòu)成。為 了分別實(shí)現(xiàn)音頻放大電路的上述三部分的功能，構(gòu)成電路時(shí)我們對應(yīng)要采用到集成 運(yùn)算放大器，電容、滑動變阻器、集成運(yùn)放，和功率放大器。2.2方案論證在帶音調(diào)控制的音頻放大電路中，前置放大電路用來實(shí)現(xiàn)電壓的放大，可以用 NE5532或者LM741來實(shí)現(xiàn)，LM741和NE5532與很多標(biāo)準(zhǔn)運(yùn)放相似，但NE5532 具

7、有更好的噪聲性能，優(yōu)良的輸出驅(qū)動能力及相當(dāng)高的小信號帶寬，電源電壓范用 大等特點(diǎn)。因此NE5532很適合應(yīng)用在高品質(zhì)和專業(yè)音響設(shè)備、儀器、控制電路及電 話通道中。音調(diào)控制電路有三種：衰減式音調(diào)控制電路、負(fù)反饋音調(diào)控制電路、衰減負(fù)反饋混合式音調(diào)控制電路。負(fù)反饋式電路與衰減式電路相比，中音電平不需要做很大 衰減，并且噪聲和失真小一些。負(fù)反饋式電路與負(fù)反饋式電路與電路相比，結(jié)構(gòu)更 加簡單，更加穩(wěn)定，能抑制反饋環(huán)內(nèi)噪聲和干擾等優(yōu)點(diǎn)。因此，本設(shè)計(jì)選擇負(fù)反饋 音調(diào)控制電路。功率放大電路，除了對信號的電壓進(jìn)行足夠的電壓放大外，還要求對信號進(jìn)行 足夠的電流放大。因此，其在系統(tǒng)的中的重要作用不言而喻。TDA20

8、30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)上升速率高、瞬態(tài)互調(diào)失真小，輸出功 率大，而保護(hù)性能比較完善，外圍電路簡單，使用方便。所以功率放大電路釆用T DA2030。由于設(shè)計(jì)要求雙聲道，所以音調(diào)控制電路，前置放大電路，功率放大電路采用 兩套。以下說明均以某一聲道做分析說明。綜合各部分電路，電路結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示。信 號 的 輸 入音源選擇 電 路音調(diào) 控 制 電 路反比例 放 大 電 路電路結(jié)構(gòu)框圖3 方案實(shí)施3.1原理圖設(shè)計(jì)1、電壓放大電路設(shè)計(jì)在前置放大部分采用的是NE5532P,它是一種雙運(yùn)放高性能低噪聲運(yùn)算放大器。 -完整版學(xué)習(xí)資料分享-具有高精度、低噪音、高阻抗、高速、寬頻

9、帶、電源電壓范圍大等特點(diǎn)，并且在上 個(gè)世紀(jì)獲得過“運(yùn)放之皇”的美譽(yù)。NE5532參數(shù)如表1所示。表1 NE5532P極限參數(shù)表參數(shù)符號NE5532P單位電源電壓Vcc+22V差分輸入電壓Vdif±13V輸入電壓Vi提供電壓V功耗，TA=25°CPD1100mW工作溫度TOPR070°CNE5532P引腳如圖2所示。8765+V.OUT2-IN2：；+IN2：1OUT+IN1： -V圖2NE5532P引腳圖本次設(shè)汁采用如附圖1所示的前置放大電路，采用反向比例運(yùn)算。輸入電阻為 R7,R8/R7就是放大倍數(shù)，可以提高放大倍數(shù)，但也減小了輸入電阻。 R7=100K,R8=

10、510K,Au=R8/R7=5.1 o人耳聽到的最低頻率是20HZ ,因此 f=l/2PiR7C5<20H乙C5>0.0&iF,山于沒有0.08uF電容，所以選擇與它接近的10uF電 容。2、音調(diào)控制電路的設(shè)計(jì)音調(diào)控制電路山三個(gè)10K的電阻兩個(gè)47nf的電容兩個(gè)2.2nf的電容一個(gè)1M的 滑動變阻器兩個(gè)和NE5532P以及l(fā)Ouf的電容構(gòu)成一個(gè)負(fù)反饋構(gòu)成。音調(diào)可控制電路 如附圖2所示。一般悄況下C1=C2,C2,C1分別起到低音提升和衰減的作用，C3起到高音提升和 衰減的作用，C3要遠(yuǎn)小于C1,C2.電路中各元器件滿足廣西是 R1 =R2=R4,R5=R6,C 1 =C2.

11、由電路可知，R1 =R2=R4= 10K,R5=R6= 1M, R4=3.3K, ill 于沒3.3K的電阻，我們4.7K的電阻。F(L2)二fL*2"2二400Hz,f(L1)二400/10二40Hz,f (Hl)二fH*2"2二2. 5KHz, f (H2)=10*f (Hl)=25Hz.fL為低頻頻率，fH為高頻頻率，f(Ll)為低頻轉(zhuǎn)折頻率，f(L2)為中低頻轉(zhuǎn)折頻 率，f(Hl)為中高頻轉(zhuǎn)折頻率，f(H2)為高頻轉(zhuǎn)折頻率。山此可知，帶寬達(dá)到4025KHz.由f (H2) =l/2PiC3R3=25KHz, C3=l. 9nF.因?yàn)橹荒苓x擇大于1. 9nF的電容，所

12、以 C32. 2nF.f(Ll)=l/2PiC2Rl=40Hz,計(jì)算出C3二C4=40Nf,由于沒有40nF的電容，所以選擇 47nF的電容。低音調(diào)節(jié)時(shí)，當(dāng)R5滑臂到左端時(shí)，C2被短路，C3對低音信號容抗很大，可視 為開路；低音信號經(jīng)過Rl、R4直接送入運(yùn)放，輸入量最大，而低音輸出則經(jīng)過R2、 R5、4負(fù)反饋送入運(yùn)放，負(fù)反饋量最小，因而低音提升最大；當(dāng)R5滑臂到右端時(shí)， 則剛好與上述悄形相反，因而低音衰減最大。不論R5的滑臂怎樣滑動，因?yàn)镃i、 C2對高音信號可視為是短路的，所以此時(shí)對高音信號無任何影響。高音調(diào)節(jié)時(shí)，當(dāng) R6滑臂到左端時(shí)，因C3對高音信號可視為短路，高音信號經(jīng)過R“ U直接送入

13、運(yùn) 放，輸入量最大。而高音輸出則經(jīng)過G、Ro. R3負(fù)反饋送入運(yùn)放，負(fù)反饋量最小，因而高音提升 最大；當(dāng)&滑臂到右端時(shí)，則剛好相反，因而高音衰減最大。不論R9的滑臂怎樣 滑動，因?yàn)?對中低音信號可視為是開路的，所以此時(shí)對中低音信號無任何影響。 普及型功放一般都使用這種音調(diào)處理電路。使用時(shí)必須注的是，為避免前級電路對 音調(diào)調(diào)節(jié)的影響，接入的前級電路的輸出阻抗必需盡可能地小，應(yīng)與本級電路輸入 阻抗互相匹配。3、功率放大電路根據(jù)題LI設(shè)計(jì)要求，可供選擇的功率放大器可山分立元件組成，也可山集成電 路完成。集成功放具有工作可靠，外圉電路簡單，保護(hù)功能較完善，易制作調(diào)試等優(yōu)點(diǎn)。許多性能優(yōu)異的集成功

14、放芯片，如TDA2040A、LM1875、LM386等。TDA2030 是一塊性能十分優(yōu)良的功率放大集成電路，也是LI前音質(zhì)較好、價(jià)格較低、外圍元 件較少、應(yīng)用較方便的一款性價(jià)比較高的集成功放。它的電氣性能穩(wěn)定、可鼎、能 適用長時(shí)間連續(xù)工作，集成塊內(nèi)部具有過載保護(hù)和熱切斷保護(hù)電路，不會損壞器件。 在單電源使用時(shí)，散熱片可直接固定在金屬板上與地線相通，無需絕緣，使用十分 方便。功率放大電路可由附圖3所示的電路圖實(shí)現(xiàn)。其中，Di、D2是為了防止電源正 負(fù)極性加反，滑動變阻器實(shí)現(xiàn)了對其響度的控制。Au=l+R10/R 13=33倍。TDA2030引腳排列如圖6所示，各腳阻值如表2所示，參數(shù)如表3所示

15、。圖2 TDA2030引腳圖-反相輸入+同相輸入表2 TDA2030各腳阻值表引腳12345阻值黑表筆接3腳4m4k£203kQ3kQ紅表筆接5腳0000018kQ3kQ表3 TDA2O3OA主要技術(shù)指標(biāo)參數(shù)參數(shù)名稱符號單位參數(shù)最小典型最大測試條件電源電壓VccV+、-6+ . -18靜態(tài)電流IccmA4060Vcc=+-18.RL=4 歐輸出功率PoV1214RL=4,THD=0.5%W89RL=& THD=0.5頻響B(tài)WHz10140kPo=12w.RL=4.輸入阻抗RiM0.55卄壞，f=lkHz4,音源選擇電路音源選擇電路主要II174LS160N, 74LS138和

16、模擬開關(guān)組成。原理圖詳見附圖4.3.2電路仿真在各單元電路設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上，按照總體電路圖在仿真軟件Multisim上一一選擇 芯片并進(jìn)行連接，然后啟動開關(guān)觀察。將電路在Multisim上連接好后，為各個(gè)電阻 和電容選取適當(dāng)值，為各個(gè)開關(guān)設(shè)置好適當(dāng)?shù)逆I盤打開數(shù)值連接，然后打開Multisim 的開關(guān)，根據(jù)輸出波形的情況判斷電路是否正常。通過仿真，我們的電路原理圖無 誤，可以制板。仿真電路圖如圖5所示，本電路仿真結(jié)果的波形如圖6所示。經(jīng)測量輸入電壓Ui=70.6924mV,輸出電壓U2=8.965V, Au=127.根據(jù)仿真結(jié)果可知電路原理無誤，可以進(jìn)行PCB板布線。3.3安裝與調(diào)試在安裝好所有的芯

17、片和電路原件后，按照電路圖逐一檢查電路有沒有漏焊的問 題，接下來用萬用表逐一檢查有沒有虛焊或線路斷路或線路短路。在解決了檢查出 來有些地方存在虛焊的問題后，再次確認(rèn)線路沒有問題的情況下接通+15V和-15V 的直流穩(wěn)壓工作電源電源進(jìn)行調(diào)試，最后發(fā)現(xiàn)8Q的喇叭能夠正常工作，說明電路板 可以正常工作，達(dá)到了預(yù)期效果。4.結(jié)果與結(jié)論利用NE5532和TDA2030芯片來設(shè)計(jì)的功率放大器，經(jīng)過仿真，并利用示波器 觀察波形，得到了一個(gè)放大后的正弦波；將焊接好的電路加上+15V和-15V的直流 穩(wěn)壓工作電源，接上8Q的喇叭，插入音頻信號輸入，喇叭能夠?qū)崿F(xiàn)放大的作用?？?體說來，這次課程設(shè)計(jì)對我們的動手能力

18、有所提高，也引導(dǎo)了我們將專業(yè)知識的理 論與實(shí)際的結(jié)合。5. 參考文獻(xiàn)1、教材電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)與課程設(shè)計(jì)（第三版），畢滿清，機(jī)械工業(yè)出版社，2005,7-完整版學(xué)習(xí)資料分享-2、參考書(1)電子線路設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)測試(第4版)，謝自美r高等教育出版社f 2009 , 3(2 )電子設(shè)計(jì)指南r孫肖子r高等教育出版社r 2006 f 10(3 )電子技術(shù)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)電子電路實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)仿真(第四版),陳大欽，高等教育出版社, 2006 , 5(4 )模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)(第四版，)華成英童詩白，高等教育出版社，2006 , 5(5 )閻 石 數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)(第五版)，高等教育出版社，2006 r 5(6 )電子技術(shù)基礎(chǔ)模擬部分(第五版),康華光，高等教育出版社，2006 f 1(7 )電子技術(shù)基礎(chǔ)一數(shù)字部分(第五版),康華光，高等教育出版社，2006 r 1總結(jié)及體會通過這次課程設(shè)計(jì)，使我受到了一