1、電子技術(shù)課程設(shè)計報告音頻放大器的設(shè)計學(xué) 院：機械與電子工程學(xué)院年級專業(yè)：機械電子工程102學(xué)2010012325姓名：楊建平指導(dǎo)教師：龍燕完成時間：2013.1.10成績：中國陜西楊凌摘要本次課程設(shè)計題目為音頻功率放人器，簡稱音頻功放。音頻功率放大器主耍 用于推動揚聲器發(fā)聲。兒乎所有發(fā)聲的電子產(chǎn)品屮都要用到音頻功放，比如于機、 MP4播放器、筆記本電腦、電視機.音響設(shè)備等，給我們的生活和學(xué)習(xí)工作帶 來了不可替代的方便拿受。這款功放采用了典型的OCL功放電路，具冇結(jié)構(gòu)簡單，輸出功率大，失真 小等特點，應(yīng)用十分廣泛。本設(shè)汁主要包括兩部分放大電路電路:前置放大電路、 OCL功率放大電路。前置放大級采

2、川的是集成運算放大器NE5532AP, NE5532AP 在噪聲、轉(zhuǎn)換速率、增益帶寬積等方面具冇優(yōu)界的指標(biāo)。OCL功率放人電路采 用TDA2030音頻放大器芯片，其性能優(yōu)良，由它組成的功率放人器可以很好的 滿足設(shè)計要求。木設(shè)計將通過電路分析設(shè)計.Nl Multisim電路仿厭及分析完成。關(guān)鍵詞：NE5532AP： TDA2030；失真小：音頻功率放大器1設(shè)計任務(wù)4L1設(shè)計目的和意義41.2放大指標(biāo)42系統(tǒng)設(shè)計42總體方案設(shè)計42.2具體電路設(shè)計5221前置放大電路的設(shè)計52.2.2功率放大電路的設(shè)計62.3系統(tǒng)總體電路72.4系統(tǒng)所用元器件83系統(tǒng)調(diào)試與仿真83前置放大器調(diào)試83.2 OCL功

3、率放大電路的調(diào)試113.3總電路調(diào)試124總結(jié)144本系統(tǒng)的優(yōu)缺點144.2心得體會14參考文獻141設(shè)計任務(wù)音頻功率放大器設(shè)計1.1設(shè)計目的和意義日常生活中涉及到發(fā)聲的電了設(shè)備人多數(shù)都要用到音頻功率放人器，木設(shè)計 的目的就是為了滿足其需耍，要求在較小失真的情況下滿足一定的放大倍數(shù)以推 動負(fù)載(如揚聲器)正常運行。1.2放大指標(biāo)1、最大不失真輸出功率：Pom0.5W2、負(fù)載電阻Rl=4Q2系統(tǒng)設(shè)計2.1總體方案設(shè)計根據(jù)設(shè)計課題的要求，該音頻功率放大器可由圖所示框圖實現(xiàn)。下血主要介 紹各部分電路的特點及要求。本設(shè)計的音頻功率放人器是-個多級放人系統(tǒng)。首先根據(jù)輸出功率的確定電 源人小和整個系統(tǒng)的増

4、益。因為音頻功率放人器的最大不失真輸出功率POM 0.5Wo所以音頻功率放大器的輸出幅值Vqm V(2POmRl)= V(2*0.5*4)=2 (V)。 當(dāng)輸入信號最小值為lmV時，整個放大系統(tǒng)的電壓放人倍數(shù)為： Av=VOM/Vi=2/(l*10A(-3)=2000 倍,即 20lg(2000)=66(dB)o 根據(jù)整個放大系統(tǒng)的電 壓增益，合理分配各級單元電路的增益。前置放人器的電壓放人倍數(shù)取80；功 率放人器級(采用集成功放)電壓放人倍數(shù)取30倍(考慮到實際屯路中冇衰減)。音頻功率放人器供電電源的選取主要從效率和輸出失真大小方面考慮。如上 所述，該系統(tǒng)的輸岀倍號幅值為11.3V,從提高效

5、率的和度考慮，電源電壓越接 近11.3V越好，但這樣輸出信號的失真將增人；從減小失真的角度考慮，可適當(dāng) 的提高電源電壓。綜合考慮，音頻功率放大器整個系統(tǒng)的電源電圧采用15V供 電。下面將對兩個放大電路分別進行詳細的分析和設(shè)計。2.2具體電路設(shè)計2.2.1前置放人電路的設(shè)計前置電路的作用：將節(jié)目源輸出的電信號進行加工處理和不失真電壓放大, 使Z達到一定幅度去推動功率放人器，確保功率放人器正常工作，并能對重放聲 音的音調(diào)、音量、響度和立體聲進行一系列控制。聲音源的種類冇多種，如傳聲器（話筒）、電唱機、錄音機（放音磁頭）、CD 唱機及線路傳輸?shù)?，這些肖音源的輸出信號的電壓差別很大，從零點兒毫伏到兒

6、百毫伏。一般功率放大器的輸入靈敏度是一定的，這些不同的聲音源信號如果直 接輸入到功率放大器屮的話，對于輸入過低的信號，功率放大器輸出功率不足, 不能充分發(fā)揮功放的作用；假如輸入信號的幅值過人，功率放大器的輸出信號將 嚴(yán)熏過載失真,這樣將失去了音頻放大的意義。所以一個實用的音頻功率放大系 統(tǒng)必須設(shè)置前置放大器，以便使放大器適應(yīng)不同的的輸入信號，或放大，或衰減， 或進行阻抗變換，使其與功率放人器的輸入靈敬度相匹配。另外在各種尹音源中, 除了信號的幅度差別外，它們的頻率特性有的也不同,如電唱機輸出信號和磁帶 放音的輸出信號頻率特性曲線呈上翹形，即低音被衰減，高音被捉升。對于這樣 的輸入信號，在進行功

7、率放人器Z前，需要進行頻率補償，使其頻率特性曲線恢 復(fù)到接近平坦的狀態(tài)，即加入頻率均衡網(wǎng)絡(luò)放大器。對于話筒和線路輸入信號，一般只需將輸入信號進行放大和衰減，不需要進 行頻率均衡。前置放大器的主要功能一是使話筒的輸出阻抗與前置放大器的輸入 阻抗相匹配；：是使前趕放大器的輸岀電壓帕度打功率放大器的輸入靈敏度相匹 配。由丁-話筒輸出倍號非常微弱， 般只有l(wèi)oop vTL亳伏，所以前置放人器輸 入級的噪聲對整個放人器的信噪比影響很人。前置放大器的輸入級首先采用低噪 聲電路，對于由晶體管組成的分立元件組成的前置放人器，首先耍選擇低噪聲的 晶體管，另外還要設(shè)置合適的靜態(tài)工作點。由丁場效應(yīng)管的噪聲系數(shù)-般比

8、晶體 管小，而且它兒乎與靜態(tài)工作點無關(guān)，在要求高輸入阻抗的前置放大器的情況下, 采用低噪聲場效應(yīng)管組成放人器是合理的選擇。如果采用集成運算放人器構(gòu)成前 置放人器，一定要選擇低噪聲、低漂移的集成運算放人器。對于前置放大器的另 外一要求是要有足夠?qū)挼念l帶，以保證音頻信號進行不失真的放大。根據(jù)音頻信號的特點，前置放大器選擇山NE5532AP集成運算放大器構(gòu)成的 屯壓放人器完成。NE5532AP在噪聲、轉(zhuǎn)換速率、增益帶寬積等方面具冇優(yōu)界的 指標(biāo)，由它組成的電壓放大器可以很好的滿足設(shè)計要求，電路如圖2所示。前置放人器山兩級放大器組成，第一級采用NE5532AP構(gòu)成的電壓串聯(lián)負(fù)反 饋電路，具冇輸入阻抗裔的

9、特點。第二放人器采用NE5532AP組成的電壓并聯(lián)負(fù) 反饋電路，該電路具有輸出電阻小、抗共模干擾信號強的特點。第一級放大器的電壓放大倍數(shù)為：1+&/21+47/1O5.7；第二級放大器的電 床放人倍數(shù)為：戶20；電容C5、C6的作用是高頻濾波，電容C3、C4是去耦 電容，消除低頻自激振蕩。前置放大器的下限頻率由電容C】和電阻&決定。信號經(jīng)前置放大電路加工處理和不失真電壓放大，進入功率放大電路。VO1 端作為功率放大電路的輸入級直接與V2端直接相連。2.2.2功率放大電路的設(shè)計功率放人器的常見電路形式冇OTL電路和OCL電路。冇用運算放人器和晶 體管組成的功率放人器，也冇專集成電路功率放大器。木

10、文設(shè)計的是一個OCL 功率放人器，該放人器采JIJTDA2030音頻放人器芯片，TDA2030音頻放人器電 路是最常用到的功率放大器，英內(nèi)部電路包含輸入級，中間級和輸出級，且冇短 路保護和過熱保護，可確保電路丁作安全可靠。采川正輸出單電源供電。是f塊 性能十分優(yōu)良的功率放人集成電路，其主要特點是上升速率高、瞬態(tài)互調(diào)失真小, 在目前流行的數(shù)十種功率放大器中，規(guī)定瞬態(tài)互調(diào)失真指標(biāo)的僅有包括TDA2030 在內(nèi)的兒種。我們知道，瞬態(tài)互調(diào)欠其是決定放大器品質(zhì)的重要因索，該集成功 放的一個重要優(yōu)點。TDA2030集成電路的另一特點是輸出功率大，而保護性能比較完善。根據(jù)掌 握的資料，在各國生產(chǎn)的單片集成電

11、路中，輸出功率最大的不過20W,而TDA2030 的輸出功率卻能達18W,若使用兩塊電路組成BTL電路，輸出功率可增至35Wo 另-方面，大功率集成塊由于所川電源電壓高，輸出電流大，在使川中稍有不慎 往往致使損壞。然而在TDA2030集成電路中，設(shè)計了較為完整的保護電路，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C得到保護（當(dāng) 然這保護是冇條件的，我們決不能因為冇保護功能而不適當(dāng)?shù)剡M行使用）。 TDA2030集成電路的第三個特點是外圍電路簡單，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，這就給使用帯來不少方便。本設(shè)計選取S

12、GS公司生產(chǎn)的TDA2030/2030A集成功放，該器件具彳j輸出功 率大、諧波失其小、內(nèi)部設(shè)冇過熱保護，外用電路簡單，可以作OTL使用，也可 作OCL使用。TDA2030/2030A的外引線如圖3所示。1腳為同相輸入端，2腳為反相輸入端，4 腳為輸出端，3腳接負(fù)電源，5腳接正電源。電路特點是引腳和外接元件少。其 主要特點為：電源電壓范囤為6V-18V,靜態(tài)電流小于60A,頻響為10Hz140kHz, 諧波失真小于0.5,在VCC=14V, Rl=4Q時，輸出功率為14Wo在4Q負(fù)載上的輸 出功率為10WoLTDA2030圖3 TDA2030管腳圖SV5反相輸入 MHU同相輸入圖4 TDA20

13、30組成的OCL功率放人器電路111 TDA2030/2030A構(gòu)成的OCL功率放人器電路如圖4所示。該電路山 TDA2030組成的負(fù)反饋電路，其交流電壓放大倍數(shù)4滬1+/?i/?2“+22/0.68233 （倍），滿足設(shè)計耍求。丄極管6、起保護作用，丄是限制輸入信號過人，丄 是防止電源極性接反。局、C2組成輸出相移校正網(wǎng)絡(luò)，使負(fù)載接近純電阻。電容 C是輸入耦合電容，其大小決定功率放大器的下限頻率。電容C3、C6是低頻旁 路電容，電容C5、C4是高頻旁路電容。電位器Rp是音量調(diào)節(jié)電位器。2.3系統(tǒng)總體電路wrrlrrrw人HP io r圖5音頻放大器中電路圖2.4系統(tǒng)所用元器件水系統(tǒng)所用的元器

14、件清單如表1所示。表1木系統(tǒng)所用的元器件元器件名稱數(shù)量集成功放TDA20301集成運放NE5532AP2二極管 1N40012示波器XSC21電容C13電阻R11滑動變阻器1正弦信號電壓源1電源VCC6導(dǎo)線若干3. 系統(tǒng)調(diào)試與仿真3.1前置放大器調(diào)試安裝電路時注總電解電容的極性不要接反.電源電壓的極性不要接反。同時 不加入交流借號(DC:lmV)時，用力用農(nóng)測量何級放人器的靜態(tài)輸出值；然后用示 波器觀察毎級輸出有無自激振蕩現(xiàn)象。加入幅值lmV、頻率1kHz的交流正弦波 信號，測量前置放大器的輸出大小，驗證前置放大器的電壓放大倍數(shù)。Clvcc15V |、:VCC :aw町以看出 Ui=-553.

15、941uVU2=622.469mV圖6前置放大電路仿真一級二級靜態(tài)輸出分別如下圖:S3萬用表XMM2圖7前置放大電路各級靜態(tài)輸出（左：5;右：U2）示器XSC1p匕pC 二.T2-T1-nr t|54T.B32.555 mV空伺 |浜4Ext Thjje*r5 153 uV/D： vpY (0pT b/a|b| !pc o |pc a|pc o 1dc| | e 即 zg| e| ae： tF3 22.2 F -&.774 uV圖8各級波形輸出（A通道：第一級：B通道：第二級） 由上圖町以看出級和二級放人均無無口激振蕩現(xiàn)象。&示波器XSC1圖9前置放人電路示波器輸出圖(A通訟 輸出信號；B通道

16、：輸入信號)前置放大電路的電壓放大倍數(shù)為：56.289/(681.325*10A(-3)=78.2倍，符合設(shè)計耍求。3.2 OCL功率放大電路的調(diào)試R1圖10 OCL功率放大電路靜態(tài)測試。將功率放大器的輸入信號接地，測量輸出端對地的電位應(yīng)為0V左 右，電源提供的靜態(tài)電流一般為幾十mA左右。若不符合要求，應(yīng)仔細檢查外圍 元件及接線是否冇誤；若無誤，町考慮更換集成功放器件。(2)動態(tài)測試。在功 率放人器的輸出端接額定負(fù)載電阻&(代替揚聲器)條件廠功率放人器輸入端加 入1 mV/lkHz的正弦波信號，調(diào)節(jié)輸入信號的大小，觀察輸出信號的波形。若輸 出波形變粗或帶冇毛刺，則說明電路發(fā)生自激振蕩，應(yīng)嘗試改

17、變外接電路的分布 參數(shù)，直至I激振蕩消除。然后逐漸增人輸入電壓，觀察測屋輸出電壓的失真及幅值，計算輸出最大不失真功率。圖11功率放大電路輸出波形由上圖可以看出，該電路沒冇發(fā)生自激振蕩。Umax=29.542mV,所以最大不失真輸出功率為 POm=(29.542*10a(-3)a2)/4=7.39W3.3總電路調(diào)試將每個單元電路互和級聯(lián)，進行系統(tǒng)調(diào)試。將頻率等于1kHz,幅值等于lmV 的止弦波信號接入音頻功率放人器的輸入端，觀察其輸出端的波形有無自激振蕩 和失真，測量輸出最大不失真電壓幅度，計算最大不失真輸岀功率。圖12總電路Multisim仿真圖圖13系統(tǒng)總電路輸出波形由上圖町以看出.輸出沒

18、有出現(xiàn)口激振蕩和失真現(xiàn)象，說明設(shè)計符合耍求。輸出最大不失真電壓為Uom=2.414V,所以最大不失真輸岀功率為： Pom=（2.414a2）/4=1.46W,符合預(yù)先設(shè)計要求。4. 總結(jié)4.1本系統(tǒng)的優(yōu)缺點本系統(tǒng)電路各環(huán)節(jié)放人電路各項參數(shù)指標(biāo)經(jīng)過檢驗均符合設(shè)計要求：放人倍 數(shù)和最大不失真功率均達到要求并且失真較小。該電路使用了 NE5532AP集成運 放和TDA2030集成功放，電路結(jié)構(gòu)簡單明了，能很好的滿足設(shè)計需要。但是， 由于本系統(tǒng)只設(shè)置了兩個放人電路，沒有穩(wěn)壓電源和音調(diào)控制環(huán)節(jié)，輸出信號不 夠穩(wěn)定，不能對輸出音頻信號進行調(diào)節(jié)和優(yōu)化。4.2心得體會本次課程設(shè)計至此已經(jīng)接近尾聲，設(shè)計的時間雖然不是很長，但在整個設(shè)計 過程屮收茯頗豐。整個課程設(shè)計過程屮首先對模擬電路這門課程有了更深的了解, 因為課程設(shè)計木身要求將以詢所學(xué)的理論知識運用到實際的電路設(shè)計當(dāng)屮去，在 電路的設(shè)計過程中，無形中便加深了對模擬電路的了解及運用能力，對課本以及 以前學(xué)過的知識有了 一個更好的總