音頻功率放大器電路設(shè)計(jì)(共10頁)

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上一、設(shè)計(jì)的題目及其要求（1）設(shè)計(jì)題目音頻功率放大器電路仿真設(shè)計(jì)（2）課程設(shè)計(jì)的目標(biāo)、基本要求及其功能：設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)OTL功率放大器，功率放大器的作用是給音響放大器的負(fù)載RL（揚(yáng)聲器）提供一定的輸出功率。當(dāng)負(fù)載一定時(shí)，希望輸出的功率盡可能大，輸出的信號的非線形失真盡可能的小，效率盡可能的高。用multisim軟件對OTL功率放大器進(jìn)行仿真實(shí)現(xiàn)。根據(jù)實(shí)例電路圖和已經(jīng)給定的原件參數(shù)，使用multisim軟件模擬電路，并對其進(jìn)行靜態(tài)分析，動態(tài)分析，顯示波形圖，計(jì)算數(shù)據(jù)等操作。二、設(shè)計(jì)的基本思路及其設(shè)計(jì)出發(fā)點(diǎn)（1）設(shè)計(jì)的基本思路功率放大器的作用是給負(fù)載RL提供一定的輸出功率，當(dāng)R

2、L一定時(shí)，希望輸出功率盡可能大，輸出信號的非線性失真可能小，且效率盡可能高。由于OTL電路采用直接耦合方式，為了保證電路工作穩(wěn)定，必須采取有效措施抑制零點(diǎn)漂移。為了獲得足夠大的輸出功率驅(qū)動負(fù)載工作，故需要有足夠高的電壓放大倍數(shù)。因此，性能良好的OTL功率放大器應(yīng)由輸入級、推動級和輸出級等部分組成。（2）芯片的選擇TDA 2030 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TDA 2030 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(gè)重要優(yōu)點(diǎn)。 TDA2030

3、 集成電路的另一特點(diǎn)是輸出功率大，而保護(hù)性能以較完善。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TDA 2030的輸出功率卻能達(dá)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TDA 2030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)行使用）。TDA2030 集成電路的第三個(gè)特點(diǎn)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

4、于最少的一類，總共才5端，外型如同塑封大功率管，這就給使用帶來不少方便。 TDA2030 在電源電壓±14V，負(fù)載電阻為4時(shí)輸出14瓦功率（失真度05）；在電源電壓 ±16V，負(fù)載電阻為4時(shí)輸出18瓦功率（失真度05）。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。三、工作原理該電路是由前置輸入級、中間級和輸出級三部分組成的。 前置輸入級是由集成運(yùn)放1/4PC324C組成的源級輸出器，它具有輸入阻抗較高而輸出阻抗較低的特點(diǎn)。 中間級是由集成運(yùn)放1/4PC324C以及由R4、R5、R6；C4、C5、C6；

5、Rw2、Rw3、組成的選頻網(wǎng)絡(luò)一起構(gòu)成的電壓并聯(lián)負(fù)反饋式音調(diào)控制放大電路。它具有高低音提升或衰減功能。其工作原理如下：輸入信號通過C4耦合，分兩路輸入運(yùn)放，一路由R4、C4、Rw3輸入到5反相端。集成運(yùn)放B輸出端經(jīng)過R6、C5反饋到反相端，形成電壓并聯(lián)反饋；另一路由Rw2、C6、 R5、輸入到反相端。在此電路中，選頻網(wǎng)絡(luò)中電容量較大的C4、C5對高頻信號（高音）可看作短路，電容量叫小的C6對低頻信號(低音)可看作開路，所有這些電容對中頻信號（中音）可認(rèn)為開路。根據(jù)反相比例運(yùn)算關(guān)系可知，當(dāng)Rw2、Rw3滑臂在中點(diǎn)時(shí)，放大倍數(shù)為-1。當(dāng)Rw3滑點(diǎn)在A端，C4被短路，C5、Rw3并聯(lián)與R6串聯(lián)后阻抗

6、增加，對低頻信號來說負(fù)反饋增強(qiáng)，增益下降，其低音衰減過程，當(dāng)Rw2滑至C處，R5、R6和R3并聯(lián)后的阻抗減小，對高頻信號負(fù)反饋削弱，增益提高，對高音起提升作用；在D點(diǎn)，R5、C6與R6并聯(lián)后的阻抗減小，并聯(lián)后阻抗減小,對高頻信號負(fù)反饋增強(qiáng)，對高音起衰減作用。輸出級是功率放大器，它由集成運(yùn)放TDA2030和橋式整流電路組成，其中組件C8、R9為電源退耦電路。圖1集成功率放大器電路圖用兩塊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，交流閉環(huán)增益為KVC1R3 / R2R3 / R230dB。R3 同時(shí)又使電

7、路構(gòu)成直流全閉環(huán)組態(tài)，確保電路直流工作點(diǎn)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(gè)輸出信號U01 和U02 應(yīng)該是幅度相等相位相反的，即： U01Uin·R3 / R2U02U01·R9 / R5 R9R5 U02 U01因此在揚(yáng)聲器上得到的交流電壓應(yīng)為：êUYç U01 -（ -U02） 2U01 2U02揚(yáng)

8、聲器得到的功率 PY 按下式計(jì)算：PY =4pmono四、仿真設(shè)計(jì)分析（1）仿真軟件Multisim是加拿大圖像交互技術(shù)公司（Interactive Image Technoligics簡稱IIT公司)推出的以Windows為基礎(chǔ)的仿真工具，適用于板級的模擬/數(shù)字電路板的設(shè)計(jì)工作。它包含了電路原理圖的圖形輸入、電路硬件描述語言輸入方式，具有豐富的仿真分析能力。工程師們可以使用Multisim交互式地搭建電路原理圖，并對電路進(jìn)行仿真。Multisim提煉了SPICE仿真的復(fù)雜內(nèi)容，這樣工程師無需懂得深入的SPICE技術(shù)就可以很快地進(jìn)行捕獲、仿真和分析新的設(shè)計(jì)，這也使其更適合電子學(xué)教育。通過Mul

9、tisim和虛擬儀器技術(shù)，PCB設(shè)計(jì)工程師和電子學(xué)教育工作者可以完成從理論到原理圖捕獲與仿真再到原型設(shè)計(jì)和測試這樣一個(gè)完整的綜合設(shè)計(jì)流程。（2）仿真軟件優(yōu)點(diǎn)及應(yīng)用范圍1. 通過直觀的電路圖捕捉環(huán)境, 輕松設(shè)計(jì)電路；2. 通過交互式SPICE仿真, 迅速了解電路行為；3. 借助高級電路分析, 理解基本設(shè)計(jì)特征；4. 通過一個(gè)工具鏈, 無縫地集成電路設(shè)計(jì)和虛擬測試；5. 通過改進(jìn)、整合設(shè)計(jì)流程, 減少建模錯誤并縮短上市時(shí)間。NI Multisim軟件結(jié)合了直觀的捕捉和功能強(qiáng)大的仿真，能夠快速、輕松、高效地對電路進(jìn)行設(shè)計(jì)和驗(yàn)證。憑借NI Multisim，您可以立即創(chuàng)建具有完整組件庫的電路圖，并利用

10、工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)SPICE模擬器模仿電路行為。借助專業(yè)的高級SPICE分析和虛擬儀器，您能在設(shè)計(jì)流程中提早對電路設(shè)計(jì)進(jìn)行的迅速驗(yàn)證，從而縮短建模循環(huán)。與NI LabVIEW和SignalExpress軟件的集成，完善了具有強(qiáng)大技術(shù)的設(shè)計(jì)流程，從而能夠比較具有模擬數(shù)據(jù)的實(shí)現(xiàn)建模測量。（3）仿真音頻功率放大器圖2 輸入電壓為1V的波形圖2為輸入電壓時(shí)1V的交流電，1KHZ。失真嚴(yán)重。分析為輸入電壓太大。調(diào)節(jié)電壓，不斷減小電壓值，當(dāng)輸入電壓為0.3V，1KHZ時(shí)，輸出曲線不再失真，而功率值也達(dá)到了要求的10W值。于是確實(shí)輸入電壓。從圖3也可以看出，輸入波形相對于輸出其峰值微不可見，可見放大倍數(shù)之大。圖3 輸

11、入電壓為0.3V的波形圖4 輸入電壓為20HZ的交流電的波形圖5 輸入電壓為20KHZ的交流電的波形（4）仿真結(jié)論分析 從仿真可以看出，該電路圖的設(shè)計(jì)是成功的，達(dá)到了設(shè)計(jì)要求，輸入交流電壓為0.3伏時(shí)，可以是功率最大達(dá)到24W。五、電路的實(shí)際應(yīng)用音頻功率放大器是一個(gè)技術(shù)相當(dāng)成熟的領(lǐng)域，在現(xiàn)代音響普及中，得到很大的發(fā)展和應(yīng)用。音頻功率放大器不僅僅是消費(fèi)產(chǎn)品（音響）中不可缺少的設(shè)備，還廣泛應(yīng)用于控制系統(tǒng)和測量系統(tǒng)中。六、結(jié)束語此次設(shè)計(jì)過程中，一方面，通過原理圖的設(shè)計(jì)與繪制，鞏固了這學(xué)期所學(xué)的電子電路設(shè)計(jì)和Multisim的相關(guān)知識，在PCB電路板的制作中也順利地解決了出現(xiàn)的一些困難，在此次設(shè)計(jì)完成后，我已對利用Multisim軟件繪制電路原理圖的方法、步驟等流程都有了較為全面的掌握。另外，通過電路中各參數(shù)的具體分析比較和計(jì)算，以及電路的原理、工作方式的深入細(xì)化學(xué)習(xí)，回顧了模擬電路的有關(guān)運(yùn)放的相關(guān)知識，當(dāng)時(shí)一些不懂的概念也在這次設(shè)計(jì)中得到了補(bǔ)充，對模擬電路的相