模電課程設(shè)計(jì)方案(音頻功率放大電路)

1、1、設(shè)計(jì)題目：音頻功率放大電路 2、設(shè)計(jì)任務(wù)目的與要求: 要求: 設(shè)計(jì)并制作用晶體管和集成運(yùn)算放大器組成的音頻功率放大電路, 載為揚(yáng)聲器，阻抗8。 指標(biāo)：頻帶寬50HZ20kHZ,輸出波形基本不失真；電路輸出功率大于8W； 入靈敏度為lOOmV,輸入阻抗不低于47K。 3、整體電路設(shè)計(jì)： (1)方案比較： 利用運(yùn)放芯片LM1875和各元器件組成音頻功率放大電路，有保護(hù)電路， 電源分別接+30v和-30v并且電源功率至少要50w,輸出功率30wo 利用運(yùn)放芯片TDA2030和各元器件組成音頻功率放大電路，有保護(hù)電路， 電源 只需接+19v,另一端接地，負(fù)載是阻抗為8的揚(yáng)聲器，輸出功率大于8wo

2、通過比較，方案的輸岀功率有30w,但其輸入要求比較苛刻，添加了實(shí)驗(yàn) 難 度。而方案的要求不高，并能滿足設(shè)計(jì)要求，所以選取方案來進(jìn)行設(shè) 計(jì)。整體電路框圖： 元器件和電 元器件和接地 單元電路設(shè)計(jì)及元器件選擇： 單元電路設(shè)計(jì)：功率放大器按輸岀級靜態(tài)工作點(diǎn)的位置可分為甲類、乙類 和甲乙類三種；若按 照輸岀級與負(fù)載的耦合方式，甲乙類又可分為電容耦合 OTL耦合)、直接耦 合OCL電路)和變壓器耦合三種。變壓器耦合容易實(shí) 現(xiàn)阻抗匹配，但體積大，較笨重。又OCL電路電源輸入要求較高，所以采用 OTL電路。采用單電源的OTL電路不需要變壓器中間抽頭，但需要在輸岀端 接上大電容，且低頻特性不 如OCL好。根據(jù)

3、“虛短”、“虛斷”的原理， 利用電阻的比值，可求得電路所需的放大倍數(shù)，其中可加入一個(gè)電位器替代 反饋電阻，這樣就能夠?qū)崿F(xiàn)電路放 大倍數(shù)的調(diào)整。因?yàn)楣β史糯箅娐肥亲非?在電源電壓確定的情況下，輸岀盡可 能大的功率，可以采取OTL電路來實(shí) 現(xiàn)。為了提高轉(zhuǎn)換功率，我們要對電路進(jìn) 行改善，這主要圍繞功率放大電路 頻率響應(yīng)的改善和消除非線性失真來改進(jìn)電路，因此要用到若干個(gè)電阻電容 來保護(hù)電路。OTL電路會產(chǎn)生交越失真，為了 消除這種失真，應(yīng)當(dāng)設(shè)置合適的靜態(tài)工作點(diǎn)，使電路中的兩只放大管均工作 在 臨界導(dǎo)通或微導(dǎo)通的狀態(tài)，這可以通過加入兩個(gè)二極管來實(shí)現(xiàn)，因?yàn)槎O 管具有單向?qū)щ娦?。或者將兩個(gè)有一定對稱性的N

4、PN和PNP三極管的基極 分別和 TDA2030的兩個(gè)電源輸入端相連。最后在輸岀端，還要加一個(gè)大電容來保證電 路的低頻性良好。在接有感性負(fù)載揚(yáng)聲器時(shí)還要加入一個(gè)電阻和一個(gè)電容來 減少電路的自激振蕩，確保咼頻穩(wěn)定性。 元器件選 擇：如下面的系統(tǒng)原理圖所示，C2為輸入耦合電容，應(yīng)選取較小的電解電 容；Rl、R2、R3和C7的作用是組成運(yùn)放TDA2030的輸入偏置電路，取 R1=R2=R, 3可計(jì)算得TDA2030正向輸入端的電壓為0. 5VCC,而電容C7的 作用是可以穩(wěn)定這個(gè) 電位。另外，R3是為了防止輸入信號被C7短接到地 而設(shè)的。C6是高頻退耦電容，應(yīng)選用較小的陶瓷電容或獨(dú)石電容；C3是 濾

5、波電容，應(yīng)選用較大的電解電容。C4、R4、和R11構(gòu)成交流負(fù)反饋， 控制交流增益，對于音頻信號，可以近似地認(rèn)為C4短路，所以功放的增 益為有效部 分）/R4l+100/3. 3=31.3。對于直流信號，可認(rèn)為 C4斷路，所有輸岀信號反饋到反向輸入端，所以直流增益為lo取R6二R8 和C8可起著保證TIP31和TIP32的基極電壓相等，從而減少了推挽電路 的交越失真。而R7和C5可以濾除TDA2030輸出的高頻信號。二極管D1、 D2保護(hù)運(yùn)放免受揚(yáng)聲器的感應(yīng)電壓而造 成損害。電容C1是輸出耦合電容， 能夠改善電路的低頻特性，要用容值較大的電解電容。C9和R10能對揚(yáng)聲 器的相位進(jìn)行補(bǔ)償，能夠較少

6、電路的自激振蕩，確保高頻穩(wěn)定性。運(yùn)放 TDA2030內(nèi)含各種保護(hù)電路，需要外接元件非常少，且 電路的頻帶寬較寬， 并能在最低土 6V最高土 22V的電壓下工作。另外，它輸岀功率較大，在 19V、8Q阻抗時(shí)能夠輸出16W的有效功率，THDW0.1%,所以 選用 TDA2030能夠?qū)崿F(xiàn)電路的要求。而TIP31C和TIP32C是一對互補(bǔ)性較好的 NPN和PNP三極管，集電極和發(fā)射極之間所承受的電壓也可以高達(dá)100V,集 電 極的電流為3A左右，每只管的功耗也只有40W左右而已，所以用它們來搭 建OTL電路比較合適。 系統(tǒng)的電路總圖: IR1 TIP32等元器件跟仿 真軟件所表現(xiàn)出來的特性不是完全一樣

7、的。同時(shí)，音頻集 成放大芯片發(fā)熱量比 較大，比較容易受到周圍環(huán)境溫度的影響，從而也導(dǎo)致了 一定的誤差。另外， 在實(shí)測中讀數(shù)時(shí)會產(chǎn)生誤差。 測量最大不失真功率： 根據(jù)理論可得最大不失真功率為,Uo為輸出電壓峰峰值。經(jīng) 過測試，在19V 的直流電源，8負(fù)載作用下，調(diào)節(jié)電位器R11,使其允許的最大不失真輸入 信號為Ui=600mv,其最大不失真功率為:Po=8. 4w8wo也滿足“電路輸岀功 率大于8W”條件。 測量輸入靈敏度為100mV時(shí)的輸入阻抗：在信號輸入端接上兩個(gè)萬用表， 分別測量輸入端的電壓和電流，得Ui7071mV , Ii716. 48nA,所以輸 入阻抗為Ri=Ui/Ii =98.

8、69K 47K ,明 顯也滿足“輸入靈敏度為100mV, 輸入阻抗不低于47K ”的條件。 5、總結(jié)和體會： 方案和作品的優(yōu)點(diǎn)為: 焊接板排版較為縝密，焊接沒有跳線； 作品所用元器件較少，電源輸入要求較低，頻帶寬6. 41HZ127481kHZ,輸 出波形基本不失真，電路輸出功率大于8W,輸入靈敏度為lOOmV,輸入阻抗 高于47K ,能夠基本實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)的任務(wù)要求； 電路中有TDA2030的保護(hù)電路，另外在輸岀部分能對揚(yáng)聲器的相位進(jìn)行補(bǔ) 償，從而能夠較少電路的自激振蕩，確保高頻穩(wěn)定性； 作品用了 TIP31C和TIP32C組成的推挽放大電路，能夠較少TDA2030的功 耗，使TDA2030的發(fā)熱量減少； 電位器RU能夠?qū)崿F(xiàn)電路增益的調(diào)整。缺點(diǎn)有： 功率不是很高，最大輸岀功率只有8. 4W； TIP31C和TIP32C的功耗都比較大，集電極電流輸岀不是很大； 2.2mf的電解電容存在電感，電路的低頻特性不是很好；電路的電源輸入 由于沒有保護(hù)電路，若在調(diào)試時(shí)正負(fù)電源接反可能會把芯片 燒壞。 針對4個(gè)缺點(diǎn)各自的改進(jìn)方案： 缺點(diǎn)1：采用雙電源供電的OCL電路或者用LM1875或TDA2050等運(yùn)放和元 器件搭建的電路； 缺點(diǎn)2： 2SA1444、2SC3694的功耗只有30W左