音頻功率放大器的設(shè)計(jì)仿真與實(shí)現(xiàn)全解

1、學(xué)生姓名： 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、電位器若干；或自選元器件。直流電源±12V，或自選電源?？捎脙x器：示波器，萬(wàn)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)和已知條件，選擇合適的功放電路，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。（2）設(shè)計(jì)要求1 輸出功率10W/8；頻率響應(yīng)2020KHz；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

2、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)范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)行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)行驗(yàn)收和答辯。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1 設(shè)計(jì)任務(wù)與要求.1設(shè)計(jì)任務(wù).1設(shè)計(jì)要求.12設(shè)計(jì)方案.13 選擇器件與參數(shù)運(yùn)算2運(yùn)放NE5532介紹.2 TDA 2030介紹.4功率計(jì)算54單元電路設(shè)計(jì)6主電源電路.6調(diào)音電路6功率放大電路75電路設(shè)計(jì)仿真9.9.96 心得體會(huì).107 參考文

3、獻(xiàn).11附表一：電路原理圖.12附表二：元器件清單13附表三：實(shí)物圖141設(shè)計(jì)任務(wù)與要求根據(jù)技術(shù)指標(biāo)和已知條件，選擇合適的功放電路，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。 輸出功率10W/8；頻率響應(yīng)2020KHz；效率>60；失真小。 選擇電路方案，完成對(duì)確定方案電路的設(shè)計(jì)。 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。 安裝調(diào)試并按規(guī)范要求格式完成課程設(shè)計(jì)報(bào)告書。 選做：利用仿真軟件的PCB設(shè)計(jì)功能進(jìn)行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)行放大，然后輸出驅(qū)動(dòng)

4、揚(yáng)聲器。聲音源的種類有很多種，故輸出信號(hào)的電壓差別很大，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(guò)低的，功率放大器功率輸出不足，不能充分發(fā)揮功放的作用；加入輸入信號(hào)的幅值過(guò)大，功率放大器的輸出信號(hào)將嚴(yán)重過(guò)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部分組成。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NE553

5、2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/S； （8）大電源電壓范圍：±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 工作溫度范圍：TA 0

6、70存貯溫度：TSTG -65150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) TDA 2030介紹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)。 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

7、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)是基極電流的倍，是三極管的交流放大倍數(shù)，應(yīng)用這一點(diǎn)，若將小信號(hào)注入基極，則集電極流過(guò)的電流會(huì)等于基極電流的倍，然后將這個(gè)信號(hào)用隔直電容隔離出來(lái)，就得到了電流(或電壓)是原先的倍的大信號(hào)，這現(xiàn)象成為三極管的放大作用。經(jīng)過(guò)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(guó)生產(chǎn)的單片集成電路中，輸出功率最大的不過(guò)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。

8、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(guò)大或管殼過(guò)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)行使用）。 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(guò)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1 2 3 4 5 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

9、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(lái)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)放大低音部分。示意圖如圖4 圖4 TDA2030 示意圖 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(lái)表示。設(shè)輸出電壓的幅值為Vom，則 因?yàn)镮om=Vom/RL，所以.當(dāng)輸入信

10、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) 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。整流部分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)

11、字一一對(duì)應(yīng)相連。電路圖如圖6所示 圖6調(diào)音電路 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7 NE5532電路 TDA2030單聲道電路如圖8所示。 圖8 TDA2030單聲道電路5電路設(shè)計(jì)仿真采用仿真電路，如圖9所示 圖9 仿真電路左右聲道輸入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(guò)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)貫通其所學(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

12、程的基本原理和基本分析方法，進(jìn)一步把書本知識(shí)與工程實(shí)際需要結(jié)合起來(lái)，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(wèn)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(wàn)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(jué)到所學(xué)的東西還是很有用的，通過(guò)實(shí)踐不但鞏固

13、了學(xué)過(guò)的知識(shí)，而且其他的對(duì)所學(xué)知識(shí)進(jìn)行實(shí) 踐論證，及時(shí)的現(xiàn)了存在的許多不足。通過(guò)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(guò)程。 通過(guò)仿真發(fā)現(xiàn)分壓電阻阻值不對(duì)，而且部分買過(guò)來(lái)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(guò)檢查是因?yàn)殡娙莸恼?fù)交接反了，虛驚一場(chǎng)，不過(guò)經(jīng)過(guò)檢查后電路其他部分運(yùn)作正常。經(jīng)過(guò)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(guò)過(guò)程。中間我發(fā)現(xiàn)

14、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(guò)程。 總之，這次課程設(shè)計(jì)我們還是比較滿意的，學(xué)習(xí)到的東西也很多。7參考文獻(xiàn)1. 周澤義.電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)。武漢：武漢理工大學(xué)出版社，2001.52. 謝自美.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)出版社，2005 3. 梁宗善.新型集成電路的應(yīng)用-電子技術(shù)基礎(chǔ)課程設(shè)計(jì).華中科技大學(xué)，20044. 孫梅生.電子技術(shù)基礎(chǔ)課程設(shè)計(jì).高等教育出版社，20055. 黃繼昌，張海貴.實(shí)用單元電路及其應(yīng)用.人民郵電出版社，20066. 王衛(wèi)東，江曉安.模擬電子電路基礎(chǔ).西安電子科技大學(xué)出版社

15、，20037. .附表一：電路原理圖附表二：元器件清單CommentDesignatorFootprintQuantityK 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, C15C 10UF 100UF 2MM4104C7C 滌綸104 7MM1224C8C 滌綸122UC10, C16, C17C 10UF 100UF 2MM33300UC20, C21C 3300UF 8MM2100UC26, C27, C283CN01接線座6P 鏡像1CN02接線座6P1AINCN03立體聲音頻座1MP3CN04電源座3P1LOUT-GND-ROUTCN05音頻輸出4P1WOUTCN06接線端子2P15VOUTCN07插座2P1ACINCN08接線端子3P1D1, D2, D3D RL2073RL207x4D4D RL2071LEDD5D 發(fā)光二極管1NE5532IC1IC 8P1TDA2030IC2, IC3, IC4IC TDA203