功率放大器.doc

四川航天職業(yè)技術(shù)學(xué)院電子工程系課程設(shè)計專業(yè)名稱： 課程名稱： 課題名稱： 設(shè)計人員： 指導(dǎo)教師： 年 月 日課程設(shè)計報告書評閱頁課題名稱：班 級：姓 名： 200 年 月 日指導(dǎo)教師評語：考核成績： 指導(dǎo)教師簽名：200 年 月 日 功率放大電路 課程設(shè)計 任務(wù)書一、課題名稱：功率放大電路二、技術(shù)指標(biāo)：1輸出功率:1020W（額定功率）；2頻率響應(yīng)：20HZ100KHZ（3dB）；3諧波失真： 1%（10W，30HZ20KHZ）4輸出阻抗：0.165輸出靈敏度：600mV（1000HZ，額定輸出）。三、要求：1寫出設(shè)計過程，畫出邏輯圖，簡要說明電路的工作原理；2自擬測試調(diào)整步驟和選用電子測量儀表；3畫出原理圖，生成PCB圖和封裝圖。指導(dǎo)教師：王艷學(xué) 生：電子工程系2013 年 12 月 9 日課程設(shè)計格式要求1 用紙規(guī)格：A4；2 正文要求：正文字體為小四號宋體，章節(jié)標(biāo)題為四號黑體；正文內(nèi)容字數(shù)為3000-5000字。3 摘要及關(guān)鍵詞（中文）：標(biāo)題為三號黑體，內(nèi)容為小四號楷體；摘要內(nèi)容字數(shù)在200-300字，關(guān)鍵詞在3-5個；4 行間距： 1.5倍行距；5 封面、任務(wù)書、評閱頁：按系里下發(fā)統(tǒng)一格式要求；6 目錄：內(nèi)容用小四號仿宋，1.5倍行間距，標(biāo)明頁碼；7 參考文獻：標(biāo)題四號黑體，內(nèi)容為五號宋體，不少于5個；8 圖紙要求：三圖齊全（軟件繪制），A4紙張。9 裝訂順序：封面-評閱頁-任務(wù)書-摘要-目錄正文-附錄-參考文獻。 電子工程系 2009年5月20日摘要在現(xiàn)代音頻普及中，人們因生活層次、文化習(xí)俗、音樂修養(yǎng)、欣賞口味的不同，對相同電氣指標(biāo)的音頻設(shè)備得出不同的評價。所以，就高效率音頻功率放大器而言，應(yīng)該達到電氣指標(biāo)與實際聽音指標(biāo)的平衡與統(tǒng)一。音頻放大器的發(fā)展已經(jīng)有快要一個世紀的歷史了，從最早的電子管放大器的第一個應(yīng)用就是音頻放大器。然而直到現(xiàn)在為止，它還在不斷的更新、發(fā)展、前進。主要因為人類的聽覺是各種感覺中的相當(dāng)重要一種，也是最基本的一種。為了滿足它的需要，有關(guān)的音頻放大器就要不斷的加以改進。音頻功率放大器是音頻系統(tǒng)中最重要的組成部分，它的作用是對各種音源設(shè)備送來的微弱音頻信號進行放大，并進行控制、加工和處理,使其達到一定的功率，去推動揚聲器音箱發(fā)出聲音。而音頻功率放大器一般由前置放大器、推動級、功率輸出級組成，也簡稱功放。在設(shè)計中采用了TDA2030功放芯片，使電路的可靠性提高。本文介紹了家用功放的基本結(jié)構(gòu)及工作原理，設(shè)計了一款具有音調(diào)控制，適用于家用的簡易音頻放大器，并介紹了主要性能參數(shù)的測試方法。關(guān)鍵詞：低音控制；高音控制；音頻功率放大器目錄第1章 設(shè)計任務(wù)及要求 功率放大電路 課程設(shè)計 任務(wù)書一、課題名稱：功率放大電路二、技術(shù)指標(biāo)：1輸出功率:1020W（額定功率）；2頻率響應(yīng)：20HZ100KHZ（3dB）；3諧波失真： 1%（10W，30HZ20KHZ）4輸出阻抗：0.165輸出靈敏度：600mV（1000HZ，額定輸出）。三、要求：1寫出設(shè)計過程，畫出邏輯圖，簡要說明電路的工作原理；2自擬測試調(diào)整步驟和選用電子測量儀表；3畫出原理圖，生成PCB圖和封裝圖。課程設(shè)計格式要求1 用紙規(guī)格：A4；2 正文要求：正文字體為小四號宋體，章節(jié)標(biāo)題為四號黑體；正文內(nèi)容字數(shù)為3000-5000字。3 摘要及關(guān)鍵詞（中文）：標(biāo)題為三號黑體，內(nèi)容為小四號楷體；摘要內(nèi)容字數(shù)在200-300字，關(guān)鍵詞在3-5個；4 行間距： 1.5倍行距；5 封面、任務(wù)書、評閱頁：按系里下發(fā)統(tǒng)一格式要求；6 目錄：內(nèi)容用小四號仿宋，1.5倍行間距，標(biāo)明頁碼；7 參考文獻：標(biāo)題四號黑體，內(nèi)容為五號宋體，不少于5個；8 圖紙要求：三圖齊全（軟件繪制），A4紙張。9 裝訂順序：封面-評閱頁-任務(wù)書-摘要-目錄正文-附錄-參考文獻。第二章 方案選擇2.1 系統(tǒng)框圖（見附錄）2.2. 方案比較2.2.1 方案一：采用A類、B類、AB類功率放大器。這幾種放大電路的共同特點是晶體管都工作在線性放大區(qū)中，它按輸入音頻信號的大小控制著輸出信號，但自身也在消耗電能。A類功率放大器的特點是線性好、失真小且失真成分以偶次諧波為主，通常需要偏置電壓才能工作，能量轉(zhuǎn)換效率很低，輸出功率一般較小并且理論效率只有50%，所以不行。B類功率放大器雖然不需要偏置電壓，靠信號本身來導(dǎo)通放大管，理論效率可達78.5%，但電路在小信號時失真嚴重。通常，在電路中略加一點偏置形成AB類功率放大器，雖然效率略有下降，但保真度高、小信號時失真減弱。傳統(tǒng)的模擬音頻功放保真度高，但效率低、能耗大，且要求有良好的散熱設(shè)備。以性價比較高、音質(zhì)較好、價格較低、外圍元件較少、應(yīng)用較方便的集成功放TDA2030為核心設(shè)計相關(guān)硬件。2.2.2 方案二：集成運放的種類很多，而且每塊集成電路根據(jù)引腳的數(shù)量不同而集成的運放的個數(shù)不同，有單片集成電路集成四個運放的。集成運放可以用來組成對模擬量進行各種數(shù)學(xué)運算功能的電路，例如比例、加減、積分和微分、對數(shù)和指數(shù)、乘除等運算電路。由于放大電路只限于放大音頻輸入信號，且放大倍數(shù)也不高，因此采用單片集成電路集成四個運放的LM324較為合適。2.2.3 方案三：首先確定整機電路的級數(shù)，再根據(jù)各級的功能及技術(shù)指標(biāo)要求分配電壓增益，然后分別計算各級電路參數(shù)，通常從功放級開始向前逐級計算?；谀M功放TDA2030的音頻放大器如圖2-1所示，主要由電源模塊、前置放大模塊、音量控制模塊及功率放大模塊和揚聲器組成。 音 頻 信 號前 置 發(fā) 大 模 塊音 量 控 制 模 塊功 率 放 大 模 塊揚 聲 器電 源 模 塊圖2-1 基本組成框圖各部分的基本功能如下：1.前置放大模塊前置放大模塊是把音頻信號放大至功率放大器所能接受的輸入范圍。它具有兩個功能：一是要選擇所需要的音源信號，并放大到額定電平；二是要進行各種音質(zhì)控制，以美化聲音。其基本組成由音源選擇、輸入放大和音質(zhì)控制等電路。2.音量控制模塊音量控制模塊是將前置放大后的信號通過電位器來控制TDA2030A芯片的輸入信號的大小，用來控制整個音量的大小。3.功率放大模塊給音頻放大器的負載RL(揚聲器)提供一定的輸出功率。當(dāng)負載一定時，希望輸出功率盡可能大，輸出信號的非線性失真盡可能小，效率盡可能大。2.3 方案選定根據(jù)方案規(guī)劃及任務(wù)指標(biāo)設(shè)計基本組成框圖，如圖2-2所示。左音頻輸入前置放大模 塊音量控制模塊功率放大模 塊右音頻輸入前置放大模 塊音量控制模塊功率放大模 塊揚聲器揚聲器電 源 模 塊圖2-2音頻放大器的基本組成框圖首先電源模塊經(jīng)整流濾波后，為前置放大器LM324和功率放大器TDA2030提供17.5V的雙電源，將音頻信號分別輸入到左右輸入端，信號經(jīng)前置放大器對電壓和電流進行放大，同時對信號進行高低音的提升或衰減控制，輸出信號經(jīng)音量控制電位器對功率放大器的輸入信號進行大小調(diào)節(jié)，最后信號經(jīng)功率放大器輸出合適后幅度的音頻信號，驅(qū)動揚聲器工作。第3章單元模塊設(shè)計3.1 前置放大模塊設(shè)計前置放大模塊基本組成是有輸入放大和音質(zhì)控制等電路。其作用一是要選擇所需要的音源信號，并放大到額定電平；二是要進行各種音質(zhì)控制，以美化聲音。這里的前置電路是由集成運放和外圍元件組成的。3.1.1 集成運放集成運放的應(yīng)用十分廣泛，包括模擬信號的產(chǎn)生、放大、濾波以及進行各種線性和非線性的處理。集成運放的種類很多，而且每塊集成電路根據(jù)引腳的數(shù)量不同而集成的運放的個數(shù)不同，有單片集成電路集成四個運放的，如LM324、TLC27M4、UPC324C、LF347N、LM2902N等，也有單片集成電路集成一個運放的，如UA741、UA709、LM301、LM308、TD07、LF356、OP07、OP37、MAX427等。集成運放可以用來組成對模擬量進行各種數(shù)學(xué)運算功能的電路，例如比例、加減、積分和微分、對數(shù)和指數(shù)、乘除等運算電路。由于放大電路只限于放大音頻輸入信號，且放大倍數(shù)也不高，因此采用單片集成電路集成四個運放的LM324較為合適。3.1.2 LM324簡介LM324為四運放集成電路，采用14腳雙列直插塑料封裝，其引腳圖和實物圖如圖3-1和引腳功能如表3-1所示。 a) 引腳圖 b) 實物圖圖3-1 LM324的引腳圖和實物圖表3-1 LM324引腳功能表引腳功能引腳功能1輸出18輸出32反向輸入19反向輸入33正向輸入110正向輸入34電源11接地5正向輸入212正向輸入46反向輸入213反向輸入47輸出214輸出4LM324內(nèi)部有四個運算放大器，有相位補償電路。電路功耗很小，LM324工作電壓范圍寬，可用正電源330V，或正負雙電源1.5V15V工作。它的輸入電壓可低到地電位，而輸出電壓范圍為OVcc。它的內(nèi)部包含四組形式完全相同的運算放大器，除電源共用外，四組運放相互單獨。每一組運算放大器可用如圖所示的符號來表示，它有5個引出腳，其中“+”、“-”為兩個信號輸入端，“V+”、“V-”為正、負電源端，“Vo”為輸出端。兩個信號輸入端中，Vi-（-）為反相輸入端，表示運放輸出端Vo的信號與該輸入端的相位相反；Vi+（+）為同相輸入端，表示運放輸出端Vo的信號與該輸入端的相位相同。LM124、LM224和LM324引腳功能及內(nèi)部電路完全一致。LM124是軍品，LM224為工業(yè)品，而LM324為民品。由于LM324四運放電路具有電源電壓范圍寬，靜態(tài)功耗小，可單電源使用，價格低廉等特點，因此它被非常廣泛的應(yīng)用在各種電路中。3.1.3 輸入放大電路1.電路原理圖前置放大電路可以用晶體管也可采用集成運放來完成。本文中采用集成運放并采用雙電源供電，電路原理圖如圖3-2所示。2.參數(shù)計算與元件選擇放大器電壓放大倍數(shù)Av僅由外接電阻R12、R11決定：Av=- R11/R12。負號表示輸出信號與輸入信號相位相反。按圖3-2中所給數(shù)值，Av=-2。此電路輸入電阻為R12。一般情況下先取R12與信號源內(nèi)阻相等，然后根據(jù)要求的放大倍數(shù)再選定R11 。C16和C12為級間耦合電容。集成運放交流放大器只放大交流信號，輸出信號受運放本身的失調(diào)影響較小，因此不需要調(diào)零。沒有必要加接調(diào)零電路。圖3-2 同相輸入放大電路元件的選擇：R12取10K，由Av=-R11/R12可知R11取100K，R13為平衡電阻，根據(jù)平衡電阻的概念，R13=R12/R11=1K的電阻，C16一般取幾微法，本文中取4.7F/25V的電解電容。綜上所述,四個前置放大器都用運放來完成，因此可用一個單片集成電路集成四個運放的集成運放，這類型的常用四運放也很多，如UPC324C、TLC27M4、LF347N、LM324等，本文中就選取LM324作為前置放大器。3.1.4 音調(diào)控制電路負反饋式高低音調(diào)節(jié)的音調(diào)控制電路比較簡單，圖中只畫出了一個聲道的電路,如圖3-3所示。不同電容量在低音、中音、高音時的容抗值如表3-1所示。所謂音調(diào)控制就是人為地改變信號里高、低頻成分的比重，以滿足聽者的愛好、渲染某種氣氛、達到某種效果或補償揚聲器系統(tǒng)及放音場所的音頻不足。音調(diào)控制電路用以改變放大器的頻率特性，補償整個放音系統(tǒng)頻率特性的偏差，也用