音頻功率放大器的設(shè)計(jì)仿真與實(shí)現(xiàn)全解

1、課程設(shè)計(jì)任務(wù)書學(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。直流電源由2V, 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/8Q;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，確定電路元件參數(shù)、掌握電

2、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: 系主任(或責(zé)任教師)簽名:目錄設(shè)計(jì)任務(wù)與要求錯(cuò)誤！未定義書簽。設(shè)計(jì)任務(wù)錯(cuò)誤！未定義書簽。設(shè)計(jì)要求錯(cuò)誤！未定義書簽。設(shè)計(jì)方案錯(cuò)誤！未定義書簽。3選擇器件與參數(shù)運(yùn)算錯(cuò)誤！未定義書簽。運(yùn)放NE5532介紹錯(cuò)誤！未定義書簽。 TOC o 1-5 h z HYPERLINK l bookmark50 o Current Document

3、TDA 2030 介紹4 HYPERLINK l bookmark0 o Current Document 功率計(jì)算5 HYPERLINK l bookmark52 o Current Document 單元電路設(shè)計(jì)6, HYPERLINK l bookmark54 o Current Document 主電源電路6 HYPERLINK l bookmark58 o Current Document 調(diào)音電路6 HYPERLINK l bookmark60 o Current Document 功率放大電路7 HYPERLINK l bookmark62 o Current Document

4、電路設(shè)計(jì)仿真9- HYPERLINK l bookmark64 o Current Document 仿真電路圖:.9 HYPERLINK l bookmark66 o Current Document 仿真結(jié)果.9 HYPERLINK l bookmark68 o Current Document 心得體會(huì).10 HYPERLINK l bookmark70 o Current Document 參考文獻(xiàn).11 HYPERLINK l bookmark72 o Current Document 附表一：電路原理圖 錯(cuò),誤！未定義書簽。 HYPERLINK l bookmark75 o Cur

5、rent Document 附表二：元器件清單錯(cuò)誤！未定義書簽。 HYPERLINK l bookmark36 o Current Document 附表三：實(shí)物圖141設(shè)計(jì)任務(wù)與要求設(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。設(shè)計(jì)要求輸出功率10W/8Q;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

6、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)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)的幅值過大，功率放大器的輸出信號(hào)將嚴(yán)重 過載失真。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。

7、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i音頻放大器組成框圖3選擇器件與參數(shù)運(yùn)算3.1運(yùn)放NE5532介紹NE5532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： 320V。極限參數(shù)： TOC o 1-5

8、h z 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 0c70 c存貯溫度：TSTG -65C150c結(jié)溫：Tj 150c功耗（ 5532F6： PD 1000mW引線溫度（焊接,10S） 300c直流電氣參數(shù)：如圖2所示。據(jù)染料煉出法條作5E1532 5532ANI5532 5532Am ?或中范g起itLAgJ.T)工電源I*:息過溫j050.14mV33mV5100510150jiV V nA300lwqA100200PA 1 A電渣la門1球總200400200SOOM570051QOOnAnA L電好電向Icc416mA13mA，甩

9、檢一用V2*12=匚土的VB010070t Adfi1010100pVV，.二：_：；AVCL11S50252?15IDOVmVV tnV401530過部2010VmV出播M心樂VOUTRl_KKV二山12V5V過孤=12iUVRL.2Kn.ifl*口上13上10*13V3030030300KH出枇彘I*IQ31。弱60mA圖2直流電氣參數(shù)交流電氣參數(shù)如圖3所示VB.內(nèi)試上怦NE $E 外 325532A*儻1大就熊翔dB.沏*EOKHz. RlYQOfi電豚探的孤03SI姓.2100wmCfiOOpF. R1 邙031fo中英?-10KHzjjV.mV用寬Cl-(XF, RL-6&0GWMH

10、i料掩埋點(diǎn)9vgVtoWtWKHz電源帚塞V0UT1OV, R1=6KK1100KHz1VccTW圖3交流電氣參數(shù)3.2 TDA 2030 介紹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，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

11、電流永遠(yuǎn)是基極電流的 B倍，B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，則集電極流過的電流會(huì)等 于基極電流的B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B倍的大信號(hào)，這現(xiàn)象成為三極管的放大作用。經(jīng)過不斷的電流及 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

12、輸出電流過大或管殼過熱，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勺管腳的分布對(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為功率放大器額的輸出端，5為功率放大器的電源線的接入端。TDA2030

13、在電源電壓土 14V,負(fù)載電阻為4Q時(shí)輸出14瓦功率（失真度& 0.5%）;在電源電壓 16V,負(fù)載電阻為4Q時(shí)輸出18瓦功率（失真度0 0.5%） 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3.3功率計(jì)算計(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V I 月 44 寧隼上匕* * * 72 72 2因?yàn)镮om=Vom/RL所以.當(dāng)輸

14、入信號(hào)足夠大，使Vim=Vom= Vcem= VCC- VCESVCCf口 Iom=Icm時(shí)，可獲得最大的輸出功率2& 2Rl 2Rt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RL4單元電路設(shè)計(jì)主電源電路如圖5所示，采用交流雙 12V, 30W變壓器，市電從 ACIN輸入，VCC 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，VCCtzhI M-680R J_(=!D2D1C26 100UC24104C22 C20 104 3300U-C27LOOUC25104CN08

15、ACINvss 680R3300URL207x4D4 D3 C21R27圖5主電源電路調(diào)音電路本設(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)字一一對(duì) 應(yīng)相連。電路圖如圖 6所示圖6調(diào)音電路功率放大電路電路分左聲道，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。K15 R16 22K5

16、60當(dāng)CIO22UCN06WOUT圖8 TDA2030單聲道電路5電路設(shè)計(jì)仿真仿真電路圖采用Multisim 11.0仿真電路，如圖 9所示圖9 Multisim 11.0仿真電路仿真結(jié)果左右聲道輸入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

17、這次設(shè)計(jì)中，我們確實(shí)遇了很多難以解決的問題，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)，感覺到所學(xué)的東西還是很有用的， 通過實(shí)踐不但鞏固了學(xué)過的知識(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程。通

18、過仿真發(fā)現(xiàn)分壓電阻阻值不對(duì)，而且部分買過來(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)過檢查是因?yàn)殡娙莸恼?fù) 交接反了，虛驚一場(chǎng)，不過經(jīng)過檢查后電路其他部分運(yùn)作正常。經(jīng)過了這次的課程實(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)試的整過過程。中問我發(fā)現(xiàn)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

19、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，20053,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，20037.華成英、童詩(shī)白,模擬電子技術(shù)基礎(chǔ).第四版,北京:高等教育出版社,2006.5附表一：電路原理圖三m心爛聊工05T22UEZH I XII ltK 蹦 制附表二：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 224 7.3MM122UC10, C16, C17C 10UF 100UF 2MM33300UC20,