音頻功率放大器設(shè)計報告

1、實(shí)驗(yàn)報告課程名稱：模擬電子電路實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)名稱：音頻功率放大器的設(shè)計與實(shí)現(xiàn)班級：12047512學(xué)號：12041231 12041234姓名：鄒焱 高焓怡實(shí)驗(yàn)日期：2013年11月至12月1、 實(shí)驗(yàn)?zāi)康模涸O(shè)計并制作一個音頻功率放大電路（電路形式不限），負(fù)載為揚(yáng)聲器，阻抗8。要求直流穩(wěn)壓電源供電，多級電壓、功率放大，所設(shè)計的電路滿足以下基本指標(biāo)：（1）頻帶寬度50Hz20kHz，輸出波形基本不失真；（2）電路輸出功率大于8W；（3）輸入阻抗：10k；（4）放大倍數(shù)：40dB；（5）具有音調(diào)控制功能：低音100Hz處有±12dB的調(diào)節(jié)范圍，高音10kHz處有±12dB的調(diào)節(jié)范圍；（

2、6）所設(shè)計的電路具有一定的抗干擾能力；（7）具有合適頻響寬度、保真度要好、動態(tài)特性好。發(fā)揮部分：（1）增加電路輸出短路保護(hù)功能；（2）盡量提高放大器效率；（3）盡量降低放大器電源電壓；（4）采用交流220V，50Hz電源供電。二、實(shí)驗(yàn)原理及實(shí)驗(yàn)內(nèi)容根據(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(shí)現(xiàn)。下面主要介紹各部分電路的特點(diǎn)及要求。 圖1 音頻功率放大器組成框圖1、 前置放大器 由于聲音源的種類有多種，輸出信號的電壓差別很大，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如果直接輸入到功率放大器中的話，對于輸入過低的信號，功率放大器輸出功率不足，不能充

3、分發(fā)揮功放的作用；假如輸入信號的幅值過大，功率放大器的輸出信號將嚴(yán)重過載失真。 所以音頻功率放大系統(tǒng)必須設(shè)置前置放大器，前置放大器的主要功能使話筒的輸出阻抗與前置放大器的輸入阻抗相匹配；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。前置放大器輸入級的噪聲對整個放大器的信噪比影響很大，所以采用低噪聲電路。足夠?qū)挼念l帶，以保證音頻信號進(jìn)行不失真的放大。 本實(shí)驗(yàn)采取集成運(yùn)算放大器構(gòu)成前置放大器，選擇低噪聲、低漂移的集成運(yùn)算放大器。2、音調(diào)控制電路 為了控制放音音色，以適應(yīng)不同聽眾對音色的不同愛好。補(bǔ)償信號中所欠缺的頻率分量，使音質(zhì)得到改善，從而提高放音系統(tǒng)的放音效果。高、低音從最強(qiáng)調(diào)到最

4、弱的整個過程中，中音信號（一般指1kHz）不發(fā)生明顯的幅值變化，以保證音量在音調(diào)控制過程中不至于有太大的變化。 (1)音調(diào)控制電路的選擇: 衰減式音調(diào)控制及電路：調(diào)節(jié)范圍可以做得較寬，但由于中音電平也要作很大的衰減，并且在調(diào)節(jié)過程中整個電路的阻抗也在變化，所以噪聲和失真較大。 負(fù)反饋式音調(diào)控制電路：噪音和失真較小，并且在調(diào)節(jié)音調(diào)時，其轉(zhuǎn)折頻率保持固定不變，而特性曲線的斜率卻隨之改變。所以本實(shí)驗(yàn)選擇了負(fù)反饋式音調(diào)控制電路。 (2)負(fù)反饋式音調(diào)控制器的工作原理由于集成運(yùn)算放大器具有電壓增益高、輸入阻抗高等優(yōu)點(diǎn)，用它制作的音調(diào)控制電路具有電路結(jié)構(gòu)簡單、工作穩(wěn)定等優(yōu)點(diǎn).3、功率放大器功率放大器的作用是

5、給音響放大器的負(fù)載（一般是揚(yáng)聲器）提供所需要的輸出功率。功率放大器的主要性能指標(biāo)有最大輸出不失真功率、失真度、信噪比、頻率響應(yīng)和效率。由于集成功率放大器使用和調(diào)試方便、體積小、重量輕、成本低、溫度穩(wěn)定性好，功耗低，電源利用率高，失真小，具有過流保護(hù)、過熱保護(hù)、過壓保護(hù)及自啟動、消噪等功能，所以本實(shí)驗(yàn)選擇集成功率放大器。仿真圖形：全局圖三、實(shí)驗(yàn)儀器、器件、材料： 銅板、油紙、轉(zhuǎn)熱機(jī)、打孔器、環(huán)保腐蝕劑、焊錫工具、函數(shù)信號發(fā)生器、實(shí)驗(yàn)箱、示波器 放大器個數(shù)電容個數(shù)電阻個數(shù)二極管個數(shù)Ne5532422uf21歐21n40013Tda2030147uf 21k210uf 45.1k30.02uf 47

6、.5k21000pf 210k3100uf 322k60.1uf351k222uf286k2100k滑阻2200k滑阻3200k 24、 實(shí)驗(yàn)過程1、 前置放大、音調(diào)控制、功率放大電路的分別設(shè)計畫出原理圖與波形仿真。2、 三級連的仿真及調(diào)試3、 確定所需器件4、 SCH文件生成與打印輸出5、 制作PCB板6、 檢查器件及焊接7、 前置放大、音調(diào)控制、功率放大電路的分別測試8、 三級連在一起后的測試7、 整機(jī)試聽五、實(shí)驗(yàn)中出現(xiàn)的問題：1、 第一次設(shè)計電路時，放大倍數(shù)的分配不合理，第一級取了30多倍，第二級取了100多倍，這樣會造成 后級電路的壓力過大，后改為前級100倍，后級放大30倍，這樣既保

7、證了輸出，有使各級的放大倍數(shù)分配的合理性。2、 音頻電路在開始設(shè)計的時候，由于開始舍不得計算，所以畫出來的電路始終不符合實(shí)驗(yàn)要求，最后靜下心來和隊友一起計算，終于設(shè)計出了符合實(shí)驗(yàn)要求的電路。3、 Cadence中級聯(lián)之后發(fā)現(xiàn)輸出信號出現(xiàn)了衰減，調(diào)試電路問題始終沒有得到解決，結(jié)果后來檢查電路，發(fā)現(xiàn)時第三級的輸出部分少了一個點(diǎn)。在cadence中改正后，問題得到解決。4、 畫PCB時發(fā)現(xiàn)沒有TDA2030和NE5532的封裝，后來在陳南星的幫助下問題得到了解決。5、 焊接滑動變阻器時，滑動變阻器的腳的位置和PCB的不吻合，后來將其改過就可以了。6、 找不到實(shí)驗(yàn)所用的電阻和電容。就用了其它阻值和容值

8、的替代。7、 制版的時候油紙和銅板之間有氣泡，導(dǎo)致了油墨沒有印到銅板上，后來重做，將油紙和銅板反復(fù)碾壓后，在換熱機(jī)上加熱足夠久的時間后，終于得到了效果好的銅板。8、 第二級音調(diào)控制電路進(jìn)行調(diào)試時，發(fā)出了異味，關(guān)閉電源檢查，NE5532被燒壞，推測原因：電源的正負(fù)極接反了六、思考題1、對一個音頻功率放大器的前置級有什么要求？對于功率放大級有什么要求？答：對音頻功率放大器的前置級要求輸入阻抗高、輸出阻抗小、頻帶寬、噪聲小。對功率放大級的要求是輸出效率高，輸出功率大。2、 何為D類功率放大器？D類功率放大器有什么特點(diǎn)？請列舉出目前常用的D類集成音頻功率放大器的芯片型號。答：D類功率放大器是一種將輸入

9、模擬音頻信號或PCM數(shù)字信息變換成PWM(脈沖寬度調(diào)制)或PDM(脈沖密度調(diào)制)的脈沖信號,然后用PWM或PDM的脈沖信號去控制大功率開關(guān)器件通/斷音頻功率放大器，也稱為開關(guān)放大器。D類功率放大器的特點(diǎn)：具有很高的效率，通常能夠達(dá)到85%以上。 體積小，可以比模擬的放大電路節(jié)省很大的空間。 無裂噪聲接通。低失真，頻率響應(yīng)曲線好。外圍元器件少，便于設(shè)計調(diào)試。目前常用的D類集成音頻功率放大器的芯片型號：新日本無線公司生產(chǎn)的NJU8721、NJU8725,TI公司的TPA2000D4等. 雅瑪哈公司的 YDA131-E,Tripath公司的TA2021、TI公司的TPA2000D2,ST微電子公司的

10、TDA7480等.路數(shù)據(jù)表中所推薦使用的MOS-FET.最近,日本三洋電機(jī)開發(fā) 出了專門用于功率級的混合集成電路STK210-030.3、 試畫出利用TDA2030/2030A實(shí)現(xiàn)的OTL功率放大器電路？若要輸出8W的功率，對電源電壓有什么要求？若要求進(jìn)一步提高輸出功率，TDA2030/2030A可接成BTL結(jié)構(gòu)，試畫出BTL電路圖，并說明其工作原理。答：OTL電路圖：若要輸出功率8W，則要求電源電壓正負(fù)絕對值不低于11.3V。BTL電路圖：工作原理: 用兩塊TDA2030 組成如圖1所示的BTL功放電路，TDA 2030（1）為同相放大器，輸入信號Vin通過交流耦合電容C1進(jìn)入同相輸入端腳，

11、交流閉環(huán)增益為KVC1R3 / R2R3 / R230dB。R3 同時又使電路構(gòu)成直流全閉環(huán)組態(tài)，確保電路直流工作點(diǎn)穩(wěn)定。TAD 2030（2）為反相放大器，它的輸入信號是由TDA 2030（1）輸出端的U01 經(jīng)R5、R7分壓器衰減后取得的，并經(jīng)電容C6反饋給反相輸入端腳，它的交流閉環(huán)增益KVCR9 / R7/R5R9/R730dB。由R9R5，所以TDA 2030（1）與TDA 2030（2）的兩個輸出信號U01 和U02 應(yīng)該是幅度相等相位相反的，即： U01Uin·R3/R2，U02U01·R9 / R5，R9R5，U02 U01因此在揚(yáng)聲器上得到的交流電壓應(yīng)為：U

12、01-（-U02）2U012U02揚(yáng)聲器得到的功率 PY4PMONO4、 什么是自激振蕩現(xiàn)象？如果電路一旦出現(xiàn)自激振蕩，將如何解決？答：自激振蕩就是內(nèi)部等效元件構(gòu)成正反饋產(chǎn)生的振蕩現(xiàn)象，一種是人為的在放大線路中加入移相元件，如L、C，那是想要的產(chǎn)生的交變信號，還有一種是本來是一個正常電路，但由于設(shè)計參數(shù)不當(dāng)或器件內(nèi)部有寄生電容等移相元件，結(jié)果不希望出現(xiàn)但卻發(fā)生了自己振蕩使電路不能工作，比如電臺伴隨的嘯叫。電路出現(xiàn)自激震蕩可以使用二極管元件限制輸出最大電壓。5、如果一個音源信號的幅值為500mV，則允許該音源信號直接輸入到本課題設(shè)計的音頻功率放大器上嗎？直接輸入將會出現(xiàn)什么現(xiàn)象？如何解決？答：不能直接相連，因?yàn)榘捶糯蟊稊?shù)計算輸出會大于放大器的電源電壓，會出現(xiàn)輸出波形，應(yīng)該在前級加分壓電阻或者去掉放大器的第一級直接從第二級音頻控制電路輸入即可。注意事項(xiàng)：1、 衰減式音調(diào)控制電路噪聲和失真較大，不采用。2、 畫PCB板的時候注意布局，盡量不要有呈直角的連線，連線不能重疊。3、 在制作PCB板時注意不要有氣泡在油紙與銅板之間，以免影響復(fù)印效果。4、 安裝電路時注意電解電容的極性不要接反，電源電壓的極性不要接反。5、 不加入交流信號時，用萬用表測量每級放