音頻功率放大器課程設(shè)計(jì)

1、文檔本電路設(shè)計(jì)采用前置放大電路和音頻功率放大電路相結(jié)合的放大模式， 前者采用 TL072 對(duì)電壓進(jìn)行放大，后者采用性能優(yōu)良的 TDA2616對(duì)電壓和電流放大，給音 響放大器的負(fù)載（揚(yáng)聲器）提供一定的輸出功率。當(dāng)負(fù)載一定時(shí)，希望輸出的功 率盡可能大，輸出的信號(hào)的非線形失真盡可能的小， 效率盡可能的高。 在前置放 大和功放之間加上一個(gè)滑動(dòng)變阻， 就保證了音量可調(diào)， 在滑動(dòng)變阻器之前再加上 一足夠大電阻， 這樣保證了信號(hào)不失真。 除此之外， 加上相應(yīng)的旁路電容又使得 電路具有雜音小， 有電源退偶，無自激等優(yōu)點(diǎn)。 根據(jù)實(shí)例電路圖和已經(jīng)給定的原 件參數(shù)，使用 multisim11 軟件模擬電路，并對(duì)其進(jìn)

2、行靜態(tài)分析，動(dòng)態(tài)分析，顯 示波形圖，計(jì)算數(shù)據(jù)等操作。關(guān)鍵詞： TL072 TDA2616 性能優(yōu)良 音量可調(diào) 雜音小目錄1 設(shè)計(jì)任務(wù)和要求 21.1 設(shè)計(jì)任務(wù) 21.2 設(shè)計(jì)要求 22 系統(tǒng)設(shè)計(jì) 32.1 系統(tǒng)要求 32.2 方案設(shè)計(jì) 32.3 系統(tǒng)工作原理 43 單元電路設(shè)計(jì) 63.1 前置放大電路 63.1.1 電路結(jié)構(gòu)及工作原理 63.1.2 元器件的選擇及參數(shù)確定 93.1.3 前級(jí)放大電路仿真 103.2 后級(jí)放大部分 103.2.1 電路結(jié)構(gòu)及工作原理 123.2.2 電路仿真 133.2.3 元器件的選擇及參數(shù)確定 153.3 音源選擇電路 153.3.1 電路結(jié)構(gòu)及工作原理 1

3、53.3.2 電路仿真 163.3.3 元器件的選擇及參數(shù)確定 163.4 電源 174 系統(tǒng)仿真 205 電路安裝、調(diào)試與測(cè)試 215.1 電路安裝 215.2 電路調(diào)試 235.3 系統(tǒng)功能及性能測(cè)試 23文檔5.3.1 測(cè)試方法設(shè)計(jì) 236結(jié)論 25參考文獻(xiàn) 26總結(jié)、體會(huì)和建議 27附 錄 281 設(shè)計(jì)任務(wù)和要求1.1 設(shè)計(jì)任務(wù)設(shè)計(jì)并制作一個(gè)音頻功率放大器，將 MP3輸出的音樂信號(hào)放大1.2 設(shè)計(jì)要求1. 放大器有兩個(gè) MP3 輸出輸入接口；2. 能夠使用電子開關(guān)進(jìn)行音源選擇，并且能夠用發(fā)光二極管指示；3. 放大器設(shè)有音量控制，功率放大功能；4. 主要技術(shù)指標(biāo)如下：（1）額定輸出功率：

4、 21W（或 25W）（THD0.5 ）（ 2）負(fù)載阻抗： 8（ 3）輸入阻抗：6005. 電源： 220V/50HZ的工頻交流電供電；（注：直流電源部分僅完成設(shè)計(jì)即可，不需制作，用實(shí)驗(yàn)室提供的穩(wěn) 壓電源調(diào)試，但要求設(shè)計(jì)的直流電源能夠滿足電路要求）6. 按照以上技術(shù)要求設(shè)計(jì)電路，繪制電路圖，對(duì)設(shè)計(jì)的電路用Multisim 或 OrCAD/PspiceAD9.2 進(jìn)行仿真，用萬用版焊接元器件， 制作電路，完成調(diào)試，測(cè)試，撰寫設(shè)計(jì)報(bào)告。發(fā)揮部分： 1.設(shè)計(jì)均衡電路（音調(diào)電路） ：文檔2. 有電平指示功能3.2 系統(tǒng)設(shè)計(jì) 2.1 系統(tǒng)要求1. 放大器有兩個(gè) MP3輸出輸入接口；2. 能夠使用電子開關(guān)

5、進(jìn)行音源選擇，并且能夠用發(fā)光二極管指示；3. 放大器設(shè)有音量控制，功率放大功能；4. 主要技術(shù)指標(biāo)如下：（1）額定輸出功率： 21W（或 25W）（THD0.5 ）（ 2）負(fù)載阻抗： 8（ 3）輸入阻抗：6005. 電源： 220V/50HZ 的工頻交流電供電；2.2 方案設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)方案分析根據(jù)推任務(wù)要求，設(shè)計(jì)總電路需要弱信號(hào)前置放大級(jí)電路和功 率放大電路兩個(gè)基本電路， 其中前置級(jí)主要完成小信號(hào)的電壓放大任 務(wù)；功率放大級(jí)則實(shí)現(xiàn)對(duì)信號(hào)的電壓和電流放大任務(wù)。 以一路聲道為 例，該音頻功率放大器可由圖 1 所示框圖實(shí)現(xiàn)。電路設(shè)計(jì)方案 :文檔圖 1 音頻功率放大器組成框圖2.3 系統(tǒng)工作原理原理框圖圖

6、 2.3.1 圖 2.3.1 系 統(tǒng) 結(jié) 構(gòu) 框 圖 圖 2.3.1 系 統(tǒng) 結(jié) 構(gòu) 框 圖 系 統(tǒng) 結(jié) 構(gòu) 框 圖弱信號(hào)前置放大級(jí) 弱信號(hào)前置放大電路必須由低噪聲、高保真、高增益、快響應(yīng)、寬帶音響 集成電路構(gòu)成。 符合上述條件的集成電路有： M5212、LM5213、LLM1875、TDA1514、 NE5532、 NE5534、TL072 等。本系統(tǒng)設(shè)計(jì)選用 TL072，因?yàn)橥姸嗟倪\(yùn)放相比 , NE5532具有高精度、低噪音、高阻抗、高速、寬頻帶等優(yōu)良性能。這種運(yùn)放的 高速轉(zhuǎn)換性能可大大改善電路的瞬態(tài)性能 , 較寬的帶寬能保證信號(hào)在低、 中、高 頻段均能不失真輸出 , 使電路的整體指標(biāo)大

7、大提高。由于 MP3有兩路信號(hào)輸入， 分別為左右聲道，所以放置兩路前置放大電路，為后級(jí)放大做電壓放大。功率放大級(jí)根據(jù)題目設(shè)計(jì)要求， 可供選擇的功率放大器可由分立元件組成， 也可由集成 電路完成。由分立元件組成的功放，如果電路選擇得好，參數(shù)恰當(dāng)，元件性能優(yōu)文檔越，且制作和調(diào)試得好， 則性能很可能高過較好的集成功放。 許多優(yōu)質(zhì)功放均是 分立功放。 但其中只要有一個(gè)環(huán)節(jié)出現(xiàn)問題或者搭配不當(dāng)， 則性能很可能低于一 般集成功放，為了不至于因過載、過流、過熱等損壞還得加復(fù)雜的保護(hù)電路?，F(xiàn) 在市場(chǎng)上有許多性能優(yōu)異的集成功放芯片，如 TDA2040A、LM1875、LM386等。集 成功放具有工作可靠，外圍電

8、路簡(jiǎn)單，保護(hù)功能較完善，易制作調(diào)試等優(yōu)點(diǎn)，雖 不及頂級(jí)功放的性能， 但滿足并超過本設(shè)計(jì)的要沒有問題的。 另外集成運(yùn)放還有 性價(jià)比高的特點(diǎn)。 本電路中 LM386是一種音頻集成功放， 具有自身功耗低、 電壓 增益可調(diào)整、電源電壓圍大、外接元件少和總諧波失真小等優(yōu)點(diǎn)的功率放大器， 廣泛應(yīng)用于錄音機(jī)和收音機(jī)之中。 靜態(tài)功耗低，約為 4mA，可用于電池供電。 其 特點(diǎn)是工作電壓圍寬， 4-12V 或者 5-18V ，外圍元件少， 電壓增益可調(diào)，20-200， 低失真度，符合本電路的設(shè)計(jì)要求。音源選擇根據(jù)題目設(shè)計(jì)要求，兩個(gè) MP3作為輸入，有音源選擇電路控制其中一路的輸 出。要求沒有延遲，不會(huì)有信號(hào)的衰

9、減和失真。而每個(gè) MP3有兩路信號(hào)輸入，分 別為左右聲道，兩個(gè) MP3有 4 路信號(hào)輸入，選擇方式一般有機(jī)械式，繼電器式， 電子式。機(jī)械式通過撥動(dòng)選擇開關(guān)選通某一音源， 繼電器式是用繼電器及相應(yīng)的 驅(qū)動(dòng)電路代替機(jī)械式選擇開關(guān)， 電子式是用電子線路構(gòu)成模擬式電子開關(guān)來選擇 音源。機(jī)械式雖然電路簡(jiǎn)單，聲道隔離度好，但其對(duì)選擇開關(guān)要求較高，否則頻 繁的撥動(dòng)選擇開關(guān)容易使開關(guān)老化， 影響整機(jī)性能。 繼電器式聲道隔離度好， 但 裝配較復(fù)雜， 另外還有一定的電磁干擾， 一般采用的不多。 電子式選擇電路設(shè)計(jì) 靈活，裝配方便，應(yīng)用比較廣泛， 許多半導(dǎo)體公司都生產(chǎn)出了這種用途的多路開 關(guān)電路。這種方式的缺點(diǎn)是通

10、道隔離度稍低， 但在一般情況下足以滿足要求。 故 本實(shí)驗(yàn)采用電子式音源選擇電路 。我們學(xué)選擇 CD4066,作為選擇電路的核心元 件，CD4066 是四雙向模擬開關(guān)， 主要用作模擬或數(shù)字信號(hào)的多路傳輸。 CD4066 由四個(gè)相互獨(dú)立的雙向開關(guān)組成， 每個(gè)開關(guān)有一個(gè)控制信號(hào)端， 開關(guān)可以相互獨(dú) 立地開斷，互補(bǔ)影響。電源部分音頻功放的電源部分是很重要的組成部分，一般選擇穩(wěn)定的單相橋式整流 電路做功放的電源， 由于實(shí)驗(yàn)室提供了穩(wěn)定的直流源， 經(jīng)過測(cè)試后滿足功放系統(tǒng)文檔的設(shè)計(jì)要求，所以不再詳細(xì)設(shè)計(jì)電源部分3 單元電路設(shè)計(jì)3.1 前置放大電路3.1.1 電路結(jié)構(gòu)及工作原理前置放大器 音頻功率放大器的作用

11、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 的種類有多種，如傳聲器（音源） 、電唱機(jī)、錄音機(jī)（放音磁頭） 、CD 唱機(jī)及線 路傳輸?shù)龋@些聲音源的輸出信號(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(hào)如果直接輸入到 功率放大器中的話， 對(duì)于輸入過低的信號(hào)， 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(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，這樣將失去了音頻放大的意義。 所以一個(gè)實(shí)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(hào)，或放大，或衰減，或進(jìn)行 阻抗變換， 使其

12、與功率放大器的輸入靈敏度相匹配。 另外在各種聲音源中， 除了 信號(hào)的幅度差別外， 它們的頻率特性有的也不同， 如電唱機(jī)輸出信號(hào)和磁帶放音 的輸出信號(hào)頻率特性曲線呈上翹形， 即低音被衰減， 高音被提升。 對(duì)于這樣的輸 入信號(hào)，在進(jìn)行功率放大器之前， 需要進(jìn)行頻率補(bǔ)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(duì)于音源和線路輸入信號(hào)， 一般只需將輸入信號(hào)進(jìn)行放大和衰減， 不需要進(jìn) 行頻率均衡。前置放大器的主要功能 : 一是使音源的輸出阻抗與前置放大器的輸 入阻抗相匹配；二是使前置放大器的輸出電壓幅度與功率放大器的輸入靈敏度相 匹配。由于音源輸出信號(hào)非常微弱，一般只有 10

13、0V幾毫伏，所以前置放大器 輸入級(jí)的噪聲對(duì)整個(gè)放大器的信噪比影響很大。 前置放大器的輸入級(jí)首先采用低 噪聲電路， 對(duì)于由晶體管組成的分立元件組成的前置放大器， 首先要選擇低噪聲 的晶體管， 另外還要設(shè)置合適的靜態(tài)工作點(diǎn)。 由于場(chǎng)效應(yīng)管的噪聲系數(shù)一般比晶文檔體管小，而且它幾乎與靜態(tài)工作點(diǎn)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(chǎng)效應(yīng)管組成放大器是合理的選擇。 如果采用集成運(yùn)算放大器構(gòu) 成前置放大器， 一定要選擇低噪聲、 低漂移的集成運(yùn)算放大器。 對(duì)于前置放大器 的另外一要要有足夠?qū)挼念l帶， 以保證音頻信號(hào)進(jìn)行不失真的放大。 圖 2 為前置 放大電路原理圖。圖2 前置放大電路原理

14、圖在前置放大電路元件的選擇上，我們選擇了低噪聲JFET輸入運(yùn)算放大器，以下圖、圖 4為 TL072的封裝管腳圖和部結(jié)構(gòu)圖：文檔圖 3 TL072 封裝管腳圖圖 4 TL072 部結(jié)構(gòu)圖以下是 TL072 的功能說明表文檔由于 TL072是電壓放大型器件，所以在前置放大電路， TL072用于電壓放大。 在參數(shù)方面， 完全能夠滿足設(shè)計(jì)需求， 尤其是低阻特性， 較寬的響應(yīng)頻帶而且考 慮到成本的限制， 所以選擇了價(jià)格較低的 TL072做前級(jí)核心元件。 在前置放大電 路中， TL072分別為差分式放大電路的前級(jí)放大器，在原理圖中為 U1和 U2的位 置。由于左右聲道原理和元件及結(jié)構(gòu)都相同， 所以只以左聲

15、道為例， 列出原理圖 及結(jié)構(gòu)圖。在二級(jí)放大中想經(jīng)過電壓放大的信號(hào)進(jìn)行電流放大，再二級(jí)放大中，使用 NPN和 PNP三極管分別對(duì)差分電路的兩路進(jìn)行二級(jí)放大。三極管型號(hào)分別為NPN型 2SD667和 PNP型 2SB647。3.1.2 元器件的選擇及參數(shù)確定在前級(jí)放大時(shí)，首先需要對(duì)電壓進(jìn)行放大， 綜上所述， TL072 為電壓放大器， 所以可以滿足設(shè)計(jì)要求，而且成本較低，所以選擇 TL072 為前置放大電路的核 心放大元件。在二級(jí)放大中想經(jīng)過電壓放大的信號(hào)進(jìn)行電流放大， 再二級(jí)放大中， 使用 NPN 和 PNP三極管分別對(duì)差分電路的兩路進(jìn)行二級(jí)放大。電容選擇：在音頻電路中，信號(hào)電容應(yīng)該越大越好，首

16、先可以對(duì)負(fù)載進(jìn)行保 護(hù)，防止直流滲透進(jìn)負(fù)載，將揚(yáng)聲器燒壞，其次，音效好，可以將低頻拉低，有 很好的下潛度，和彈性，收放自如。但在前級(jí)沒有較大的直流產(chǎn)生，前級(jí)的放大 接近 1，所以前級(jí)輸出電容選擇 47F 電解電容，在此注意電容正負(fù)極，選擇電 解電容也不會(huì)對(duì)后級(jí)有較大影響，前級(jí)主要起濾波和整理輸入信號(hào)的作用，在 TL072的供電部分，使用 47F 電解電容并聯(lián)一個(gè) 0.1 F的瓷片電容，在首次 調(diào)試中，沒有瓷片電容，發(fā)現(xiàn)，有較多的高次諧波產(chǎn)生，而且負(fù)反饋深度不夠， 所以將之前輸入的 1000電阻降為 200，目的是展寬通頻帶， 在展寬通頻帶的同 時(shí)又有較大的放大電壓，所以為了減輕放大倍數(shù)增高所有

17、可能產(chǎn)生的自激振蕩， 在TL072第4腳和第 8腳各并聯(lián)一個(gè) 0.1F瓷片電容，并聯(lián)后，效果明顯提升， 由于放大倍數(shù)約為 1，所以，放大效果不好，但是相頻特性已有較大改觀，在用 耳機(jī)測(cè)試時(shí)，已有較高的聲音素質(zhì)，高頻明亮，但沒有沖頭感，中頻段一般，沒 有多少特色， 低頻段，下潛度較好，低頻彈性也較好，測(cè)試耳機(jī)接DT235，音文檔源為筆記本音源， 曲目為加州旅館 WAV格式音源。 考慮到負(fù)載要求， 還需要接后 級(jí)電路。因此接入后級(jí)放大。3.1.3 前級(jí)放大電路仿真如圖 5 所示當(dāng)輸入正弦波幅值為 2V 時(shí)，經(jīng)放大電路放大后輸出正弦波的幅值為 22V（圖中縱坐標(biāo)為每格 10V），則仿真結(jié)果與計(jì)算結(jié)果

18、吻合。圖 5 前級(jí)放大電路波形仿真3.2 后級(jí)放大部分 功率放大級(jí)的作用是將來自前置放大器的信號(hào)進(jìn)行功率放大。 功率放大級(jí)可以由 集成放大器組成， 也可以由分離元件組成， 一般后者性能優(yōu)于前者， 但為使實(shí)驗(yàn) 簡(jiǎn)單，采用集成功率放大器。 集成功率放大器的種類很多， 本系統(tǒng)采用 TDA1521A 構(gòu)成集成功率放大電路。TDA2616 是 PHILIPS 公司生產(chǎn)的雙聲道功放，可單電源工作，也可雙電源 工作，在16V 電源時(shí)可獲得 212W 功率。部設(shè)置了過熱保護(hù)及靜噪電路， 接通 或斷開瞬間有靜噪功能， 可以在接通或斷開瞬間抑制不需要的輸入， 保護(hù)功放及 喇叭。該集成功率放大電路性能優(yōu)良， 外圍電

19、路簡(jiǎn)單， 廣泛應(yīng)用于大屏幕電視機(jī) 的音頻信號(hào)放大電路，以及其它音頻設(shè)備。 TDA2616 是 TDA1521 的替代型號(hào)。 其各引腳功能如下：文檔tda2616引 腳功能 TDA2616 引腳功能及參考電壓： 1 腳： 10V信號(hào)輸入 12 腳： 5V靜噪（低電平靜噪） 3腳： 10V1/2 基準(zhǔn)電壓 4腳： 10V 信 號(hào)輸出 15腳：0V地6腳：10V信號(hào)輸出 27腳：20V電源 8腳：10V 負(fù)向輸入端 9 腳： 10V信號(hào)輸入 2vctda2616引腳功能TDA2616 引腳功能及參考電壓：1腳：10 V信號(hào)輸入 12腳：5V靜噪（低電平靜噪）3腳：10V 1/2 基準(zhǔn)電壓4腳：10V

20、 信號(hào)輸出 15 腳：0V地6 腳：10V 信號(hào)輸出 27 腳：20V電源8腳：10V負(fù)向輸入端9腳：10V 信號(hào)輸入 2文檔圖 5 TDA2616 管腳圖及管教說明表3.2.1 電路結(jié)構(gòu)及工作原理文檔3.2.2 電路仿真由于 Multisim 仿真軟件中找不到 TDA2616，故我們方針是根據(jù)其部結(jié)構(gòu)， 構(gòu)造出部元件及其接線方式， 以完成 TDA2616的仿真。圖 7 即為搭建的后級(jí)放大 電路原理圖，圖 8 是 Multisim 仿真出的波形圖，當(dāng)輸入波形幅值為 100mV時(shí)， 輸出波形幅值為 300mV左右，則放大倍數(shù)約為 31.6 倍（增益約為 30dB）。文檔圖 8 后級(jí)放大電路仿真波

21、形文檔3.2.3 元器件的選擇及參數(shù)確定圖中中接線簡(jiǎn)單，為TDA2616 的典型用法，采用正 16V單電源供電。其中 C10、 C11為耦合電容，取 22nF；C14、C15為濾波電容,取1000uF；R13（取 10歐） 與 C15、R14（取 10 歐）與 C16 組成吸收回路（ C15、C16 可取 0.1 F）。3.3 音源選擇電路3.3.1 電路結(jié)構(gòu)及工作原理 音源選擇電路有兩路雙刀雙擲開關(guān)和四雙向模擬開關(guān) CD4066 構(gòu)成， CD4066 是四雙向模擬開關(guān)， 主要用作模擬或數(shù)字信號(hào)的多路傳輸。 CD4066 由四個(gè)相互 獨(dú)立的雙向開關(guān)組成，每個(gè)開關(guān)有一個(gè)控制信號(hào)端，開關(guān)可以相互獨(dú)

22、立地開斷， 互補(bǔ)影響。這種結(jié)構(gòu)消除了開關(guān)晶體管閾值電壓隨輸入信號(hào)的變化，因此在整 個(gè)工作信號(hào)圍導(dǎo)通阻抗比較低。 CD4066 引出端排列與 CC4016 一致，但具有 比較低的導(dǎo)通阻抗。另外，導(dǎo)通阻抗在整個(gè)輸入信號(hào)圍基本不變。與單通道開 關(guān)相比，具有輸入信號(hào)峰值電壓圍等于電源電壓以及在輸入信號(hào)圍導(dǎo)通阻抗比 較穩(wěn)定等優(yōu)點(diǎn)。但若應(yīng)用于采保電路，仍推薦 CD4016 。當(dāng)模擬開關(guān)的電源電壓采用雙電源時(shí)，例如 = 5V， =5V（均對(duì)地 0V 而言），則輸入電壓對(duì)稱于 0V 的正、負(fù)信號(hào)電壓（ 5V 5V）均能傳輸。這 時(shí)要求控制信號(hào) C=“1”為+5V ，C=“0”為-5V，否則只能傳輸正極性的信號(hào)

23、電壓 CD4066 的引腳功能下圖所示。每個(gè)封裝部有 4 個(gè)獨(dú)立的模擬開關(guān)，每個(gè)模擬 開關(guān)有輸入、輸出、控制三個(gè)端子，其中輸入端和輸出端可互換。當(dāng)控制端加 高電平時(shí)，開關(guān)導(dǎo)通；當(dāng)控制端加低電平時(shí)開關(guān)截止。模擬開關(guān)導(dǎo)通時(shí)，導(dǎo)通 電阻為幾十歐姆；模擬開關(guān)截止時(shí)，呈現(xiàn)很高的阻抗，可以看成為開路。模擬 開關(guān)可傳輸數(shù)字信號(hào)和模擬信號(hào)，可傳輸?shù)哪M信號(hào)的上限頻率為40MHz 。各開關(guān)間的串?dāng)_很小，典型值為 50dB 。文檔3.3.2 電路仿真由于 CD4066 在 Muitisim 中沒有該原件， 在電路中 CD4066的功能近似于一個(gè)雙 刀雙擲開關(guān)，所以仿真有一個(gè)雙刀雙擲開關(guān)組成。3.3.3 元器件的選

24、擇及參數(shù)確定CD4066 是四雙向模擬開關(guān)， 集成塊 SCR1SCR4為控制端， 用于控制四雙向模 擬開關(guān)的通斷。當(dāng) SCR1 接高電平時(shí)，集成塊、腳導(dǎo)通， 12VK1 集成 塊、腳 電源負(fù)極使 K1 吸合；反之當(dāng) SCR1 輸入低電平時(shí)，集成塊、 腳開路，K1 失電釋放， SCR2SCR4輸入高電平或低電平時(shí)狀態(tài)與 SCR1相同。 以及單刀雙擲開關(guān) 2 個(gè)。文檔3.4 電源3.4.1 電路結(jié)構(gòu)及工作原理直流電源為放大器各部分電路提供能量。 電路的各部分對(duì)電源可能有不同的 要求，因此，應(yīng)根據(jù)電路對(duì)電壓、電流、穩(wěn)壓系數(shù)、波紋電壓等參數(shù)的不同要求 來設(shè)計(jì)直流電源。本實(shí)驗(yàn)中若選擇 TDA1521A

25、為功率放大器，則選功率放大器 電源為16V，另外，選擇 12V 為運(yùn)放供電，邏輯電路電源為 +5V ，因此，該電 路系統(tǒng)的電源電壓等級(jí)為 16V，12V，+5V 。FUSEAC220VTR1A/250V4BR+16V4700 F4700N6MC7805 1Vin +5VDNGN7LM7812 1C190.1 FVin +12VDNG+C21220F+5VC220.1 F+12V+ C23C24220 F 0.1 FC200.1 F2DNGVin -12V+ C25C26220 F 0.1 F-12V在音頻電路中， 通常功率放大級(jí)電流較大， 對(duì)電源的電壓和電流有一定的要 求，但對(duì)穩(wěn)壓系數(shù)和波紋系

26、數(shù)要求不高， 因此可直接用整流濾波后的直流脈動(dòng)電 壓供電，當(dāng)然，如果要提高音質(zhì)，可用穩(wěn)壓電源為功放級(jí)供電。一般情況下，前 級(jí)功耗較小， 三端穩(wěn)壓器提供的電流足以滿足要求， 因此用三端穩(wěn)壓器為前級(jí)提 234 供穩(wěn)壓電源，如圖 3.1.1 所示。-16VN8LM7912圖 3.1.1 電源電路原理圖3.4.2 電路仿真電路仿真如圖 3.1.2（a）、（b）、（c）所示 （a、b圖中縱坐標(biāo)為每格 5V，c 圖中縱坐標(biāo)每格為 10V）文檔圖 3.1.2（ a）正 5V 直流電源仿真圖圖 3.1.2 （ b）正負(fù) 12V 直流電源仿真圖圖 3.1.2（ c）正負(fù) 16V 直流電源仿真圖3.1.3 元器件

27、的選擇及參數(shù)確定濾波電容的容量可由計(jì)算而得， 但是在工程設(shè)計(jì)中， 一般按經(jīng)驗(yàn)選取， 而且文檔音頻功率放大器的電源濾波電容通常選得較大，故圖 3-20 中 C17、C18 選用 4700F的電解電容器，耐壓應(yīng)大于 161.4=22.4V，取 25V（工程上，電容耐壓 通常取電路額定工作電壓的 1.42倍以上），C21、C23、C25取 220F，耐壓大 于 121.4=16.8V，取 25V， C19、 C20、C22、 C24、C26 為高頻退耦電容，同 時(shí)還可以降低電源的高頻阻， 一般選取聚酯或聚丙烯電容， 要求不高的地方也可 選用價(jià)格較低的滌綸電容， 耐壓選 63V 。該放大器的功耗主要在

28、功率放大級(jí)，小 信號(hào)部分功耗相對(duì)較小，所以估算電源變壓器容量時(shí)，主要考慮功率放大部分。 該功放額定工作電流 IO=1.5A（見 TDA1521 的 DATA SHEET），加上小信號(hào)電路 的功耗，取 IOMAX=3A ，所以變壓器次級(jí)輸出功率為：P0 = 16 3= 48W設(shè)變壓器效率為 =0.8，則變壓器輸出功率P = 48 0.8= 60W如果兩個(gè)聲道同時(shí)使用，則取變壓器功率為 120W。電源變壓器次級(jí)繞組（雙繞 組）輸出電壓為Uo = 161.2= 13.3 V取 Uo = 13V 。故電源變壓器可選用 120W，次級(jí)輸出為雙 13V，或次級(jí)輸出 26V， 但有中心抽頭的變壓器。保險(xiǎn)絲選

29、用 1A/250V，整流二極管選用 3A/50V 。由于電源有實(shí)驗(yàn)室給出， 且滿足放大電路設(shè)計(jì)要求， 所以講不在另行設(shè)計(jì)文檔4 系統(tǒng)仿真系統(tǒng)整體電路如所示，其功放輸出端仿真波形如圖所示。 當(dāng)輸入幅值為 30mV 時(shí)， 則輸出端波形幅值約為 9V。 .圖 4（ b）系統(tǒng)整體電路仿真圖該圖包含了本系統(tǒng)除電源和模擬開關(guān)外的所有單元電路。在使用 Multisim 進(jìn)行仿真時(shí)，需要從前置放大的輸入端送入一個(gè)正弦波信號(hào)，設(shè)定其幅值應(yīng)為 25mV 左右，然后再放大級(jí)輸出端觀察所屬出的波形信號(hào)的幅值為多少。經(jīng)仿真 后引入探針或者運(yùn)用示波器觀察后得知其輸出正弦波的幅值 300mV 左右，則仿 真結(jié)果與理論計(jì)算的

30、結(jié)果相吻合，說明前置放大基本達(dá)到了設(shè)計(jì)要求。繼續(xù)在均衡輸出端引入探針或者使用示波器觀察輸出波形的幅值， 則可檢測(cè) 到輸出正弦波幅值為 280mV 左右，則說明均衡部分增益稍有損失，可認(rèn)為其放 大倍數(shù)基本為 1。同時(shí)調(diào)節(jié)均衡電位器與音量電位器，觀察示波器波形變化與波 特圖儀曲線變化。最后把探針或者示波器接入功率放大的輸出端， 檢測(cè)輸出波形的幅值， 結(jié)果 大約應(yīng)為 7000mV 左右，則說明功放基本合適。 再把功放輸出端接在電平指示的 輸入端上，觀察電平指示的二極管發(fā)光情況。文檔5 電路安裝、調(diào)試與測(cè)試5.1 電路安裝5.1.1 元件選擇三大模塊：第一模塊是 RC振蕩電路產(chǎn)生正弦波，電壓過零比較器

31、產(chǎn)生方波，積 分電路產(chǎn)生三角波；第二模塊為由 cd4051 構(gòu)成的開關(guān)電路；第三模塊為由 74ls148 、cd4511、及共陰氣段數(shù)碼管構(gòu)成的數(shù)字信號(hào)發(fā)生部分。5.1.2 焊接對(duì)焊接點(diǎn)的基本要求 ：1、焊點(diǎn)要有足夠的機(jī)械強(qiáng)度，保證被焊件在受振動(dòng)或沖擊時(shí)不致脫落、松動(dòng) 不能用過多焊料堆積，這樣容易造成虛焊、焊點(diǎn)與焊點(diǎn)的短路。2、焊接可靠，具有良好導(dǎo)電性，必須防止虛焊。虛焊是指焊料與被焊件表面沒 有形成合金結(jié)構(gòu)。只是簡(jiǎn)單地依附在被焊金屬表面上。3、焊點(diǎn)表面要光滑、清潔 ， 焊點(diǎn)表面應(yīng)有良好光澤，不應(yīng)有毛刺、空隙， 無污垢，尤其是焊劑的有害殘留物質(zhì)，要選擇合適的焊料與焊劑。手工焊接的基本操作方法1

32、、前準(zhǔn)備 準(zhǔn)備好電烙鐵以及鑷子、剪刀、斜口鉗、尖嘴鉗、焊料、焊劑等工具 , 將電烙鐵及焊件搪錫，左手握焊料，右手握電烙鐵，保持隨時(shí)可焊狀態(tài)。2、用烙鐵加熱備焊件。3、送入焊料，熔化適量焊料。4、移開焊料。5、當(dāng)焊料流動(dòng)覆蓋焊接點(diǎn)，迅速移開電烙鐵。掌握好焊接的溫度和時(shí)間。在焊接時(shí)，要有足夠的熱量和溫度。如溫度過低， 焊錫流動(dòng)性差，很容易凝固，形成虛焊；如溫度過高，將使焊錫流淌，焊點(diǎn)不易 存錫，焊劑分解速度加快， 使金屬表面加速氧化， 并導(dǎo)致印制電路板上的焊盤脫 落。尤其在使用天然松香作助焊劑時(shí)， 錫焊溫度過高， 很易氧化脫皮而產(chǎn)生炭化， 造成虛焊。文檔拆焊的方法 :在調(diào)試、維修過程中， 或由于焊

33、接錯(cuò)誤對(duì)元器件進(jìn)行更換時(shí)就需拆焊。 拆焊方 法不當(dāng)，往往會(huì)造成元器件的損壞、 印制導(dǎo)線的斷裂或焊盤的脫落。 良好的拆焊 技術(shù)，能保證調(diào)試、 維修工作順利進(jìn)行， 避免由于更換器件不得法而增加產(chǎn)品故 障率。通過電路設(shè)計(jì)圖。我們就可以購買器件進(jìn)行安裝焊接，安裝時(shí)先將各模塊器 件放上電路板進(jìn)行合理分配。 分配好后， 按照各模塊分別連接和檢驗(yàn)， 待各模塊 連接好后再總體連在一起。 焊接時(shí)要注意先接器件的引腳再接其他導(dǎo)線， 準(zhǔn)確按 照設(shè)計(jì)圖連接，千萬不能接錯(cuò)，更不能短路。焊接注意事項(xiàng)： 待鍍面應(yīng)該保持清潔。溫度要足夠高。 要使用有效的焊劑。要注意焊烙鐵的安全使用。 謹(jǐn)防焊接短路。在焊接過程中要理清接線，必

34、要時(shí)做標(biāo)記。 元器件引線成型注意事項(xiàng)：所有元器件引線均不得從根部彎曲。 彎曲一般不要成死角，圓弧半徑應(yīng)大于直徑的 1 倍到 2 倍。 要盡量將有字符的元器件面置于容易觀察的位置。元器件插裝注意事項(xiàng)： 貼板與懸空插裝。安裝應(yīng)注意元器件字符標(biāo)記方向一致，容易讀出。 安裝時(shí)不要用手直接碰元器件引線和印刷板上銅箔。 插裝后為了固定可對(duì)引線進(jìn)行彎折處理。焊接步驟： 1. 準(zhǔn)備施焊 2. 加熱焊件 3. 融化焊料 4. 移開焊錫5. 移開烙鐵焊前處理： 減去多余引線，注意不要對(duì)焊點(diǎn)施加剪切力以外的其它力。文檔檢查印制板上所有元器件引線焊點(diǎn)，修補(bǔ)缺陷。根據(jù)工藝要求選擇清潔液清洗印制板。 一般使用松香焊劑的

35、印刷版不用清 洗。5.2 電路調(diào)試?yán)?5V，15V電源進(jìn)行調(diào)試，將電路板和電源箱正確接線，確保線沒接反， 輸出端可與示波器相連進(jìn)行調(diào)試。調(diào)試是也按每個(gè)小模塊進(jìn)行檢測(cè)。若出 現(xiàn)結(jié)果失真，依據(jù)理論知識(shí)調(diào)整參數(shù)即可；若連結(jié)果都不出現(xiàn)，則要按模 塊逐個(gè)檢查電路：首先檢查接線是否有誤，再檢查是否有短路或虛焊的地 方，可用萬用表或發(fā)光二極管（看二極管是否亮或亮度變化）進(jìn)行檢測(cè)。 不斷調(diào)試，直到成功為止。調(diào)試中遇到的問題 ： 電路焊接完成后的調(diào)試中，波形產(chǎn)生部分出現(xiàn)的問題主要是實(shí)際的結(jié)果與 仿真產(chǎn)生的結(jié)果有較大懸殊，主要是器件的參數(shù)性能以及周圍環(huán)境問題導(dǎo) 致，而且示波器上的顯示出現(xiàn)了跳躍以及毛刺等現(xiàn)象，有

36、時(shí)還會(huì)伴有幅值 以及頻率的無規(guī)則變化，這應(yīng)該主要是由于示波器本身工作精度以及電路 焊接問題導(dǎo)致的干擾，特別是電容 、電阻等器件的連接不牢固以及器件本 身參數(shù)性能。對(duì)于譯碼顯示電路部分，首先就是數(shù)碼管的上拉電阻問題，上面已經(jīng) 闡述并且找到解決方法。其次是兩個(gè)集成塊的連接問題，用萬用表進(jìn)行逐 一檢測(cè)。5.3 系統(tǒng)功能及性能測(cè)試5.3.1 測(cè)試方法設(shè)計(jì)在確認(rèn)以上級(jí)連調(diào)試正常無誤后， 在線路輸入端加入一音源信號(hào)， 檢查并試 聽各項(xiàng)功能。具體測(cè)試時(shí)可以用 8/3W 的揚(yáng)聲器代替負(fù)載電阻 RL。將一 Mp3的 輸出信號(hào)或幅值約為 25mV 的音頻信號(hào)接入到音頻功率放大器， 調(diào)節(jié)音量控制電 位器，應(yīng)能改變音

37、量的大小。調(diào)節(jié)高、低音控制電位器，應(yīng)能明顯聽出高、低音文檔調(diào)的變化。 敲擊電路板應(yīng)無聲音間斷和自激現(xiàn)象。 如果達(dá)到這些要求， 則可說明 本系統(tǒng)基本設(shè)計(jì)成功。5.3.2 測(cè)試結(jié)果及分析由于設(shè)備資源與本系統(tǒng)特性限制， 測(cè)試圖形未能具體給出。 現(xiàn)將測(cè)試中出現(xiàn) 的現(xiàn)象及解決方法簡(jiǎn)要敘述如下：（1）電路板焊接完成之后，我們把電源接通，但是揚(yáng)聲器沒有聲音輸出， 由于前級(jí)放大器電源選擇耐壓過小，導(dǎo)致與電容并聯(lián)的一個(gè)33電阻燒毀，后來經(jīng)過重新計(jì)算后， 選擇耐壓較大的電容后問題解決， 一般電容耐壓選擇的使用 值比在電路中計(jì)算的耐壓值大 1/3 或 1/2.（2）換掉已毀壞的電容后，我們繼續(xù)測(cè)試，揚(yáng)聲器仍然未有聲

38、音輸出。于 是我們改用單元測(cè)試， 首先把音源信號(hào)接入前置放大電路， 在其輸出端進(jìn)行測(cè)試， 發(fā)現(xiàn)有輕微的音樂聲， 此刻證明前置放大功能正常。 繼續(xù)把揚(yáng)聲器接入均衡的輸 出端進(jìn)行測(cè)試， 發(fā)現(xiàn)也有輕微的音樂聲， 但是音量稍低于前置放大的輸出， 此系 均衡損失所致， 屬正?，F(xiàn)象。 最后把揚(yáng)聲器再次接入功放輸出端， 可聽到清晰悅 耳的音樂聲。至此單通道的前置放大部分與音調(diào)電路部分和功率放大電路部分已 調(diào)試成功。（3）在調(diào)試另外一個(gè)通道的時(shí)候，揚(yáng)聲器聲音輸出又消失了，按上述步驟 進(jìn)行單元調(diào)試檢查發(fā)現(xiàn)前置放大部分有虛焊現(xiàn)象。 之后再把揚(yáng)聲器接入功率輸出 端可聽到音樂聲。至此兩個(gè)通道均已完成調(diào)試與測(cè)試。（4）

39、電子開關(guān)部分調(diào)試對(duì)我們來說相當(dāng)麻煩，首先是觸發(fā)器部分，在一切 接好之后， 借開關(guān)給以觸發(fā)脈沖時(shí)， 音源選擇指示部分不能很好的工作。 最后我 們更換觸發(fā)器集成塊， 更改原理接線圖方使其性能得到改善。 其次是模擬開關(guān)部 分，在接入音源信號(hào)后，其輸出沒有聲音，經(jīng)更換模擬開關(guān) CD4066 后，輸出才 能正常工作。（5）電平指示部分本書拓展容，但是由于我們?cè)磉x擇欠妥，其不能很好的進(jìn)行高低電平的指示，鑒于答辯之日將近，故此部分待日后完善文檔6結(jié)論本系統(tǒng)為音頻功率放大器的制作，我們組經(jīng)過查閱相關(guān)資料，設(shè)計(jì)原理方案，購買元器件，以及進(jìn)行焊接調(diào)試測(cè)試，最終完成了該模擬電子電路的制作，并使其達(dá)到了任務(wù)要求的各

40、項(xiàng)性能指標(biāo)。如下：1、具有音源切換功能，并進(jìn)行指示； 2、具有音量控制功能，通過調(diào)節(jié)電位器 實(shí)現(xiàn)；3、輸出功率 2 3W（THD0.5%）；4、負(fù)載阻抗： 8；輸入阻抗： 47K； 5、設(shè)有電平指示功能，用發(fā)光二極管被點(diǎn)亮的個(gè)數(shù)進(jìn)行音高指示。以上即為音頻功率放大器設(shè)計(jì)的基本要求， 在此基礎(chǔ)之上我們還有很大的擴(kuò)展空 間。此外我們?cè)O(shè)計(jì)的電平指示功能還不能很好的進(jìn)行工作， 這就需要我們以后繼 續(xù)努力，使該系統(tǒng)的設(shè)計(jì)更加完善。 最后我們組斗膽提出一些自己對(duì)本次設(shè)計(jì)的 認(rèn)識(shí)：首先，我們對(duì)技術(shù)指標(biāo)的要求方面未能準(zhǔn)確理解，例如，要求額定輸出功 率為 2 3W,我們?cè)谶x擇功放集成塊的時(shí)候就感到萬般苦惱；還有就

41、是電平指示 方面我們理解為該指示與音量調(diào)節(jié)同步。 其次，我們?cè)谶x擇工作場(chǎng)所的時(shí)候未能 達(dá)到統(tǒng)一，以至于我們走了很多“冤枉路” 。最后就是經(jīng)費(fèi)的問題，由于設(shè)計(jì)經(jīng) 驗(yàn)不足，缺乏社會(huì)生存能力，在購買器件是，花了很多冤枉錢，經(jīng)常買到很不劃 算的器材，而且由于電路設(shè)計(jì)的失誤， 導(dǎo)致采購次數(shù)較多， 整個(gè)設(shè)計(jì)進(jìn)度被拖延， 這也是我們存在的問題。文檔參考文獻(xiàn)【1】童詩白，華成英 主編 . 模擬電子技術(shù)基礎(chǔ) . 第 4版 . 高等教育， 2006 .【2】閻石 主編 . 數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ) . 第5版 . 高等教育， 2006 .【3】 肖子，鄧建國 主編 . 電子設(shè)計(jì)指南 . 第1版 . 高等教育.2006.

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