高保真音頻功率放大器設(shè)計報告書

1、武漢理工大學(xué)模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)課程設(shè)計說明書學(xué) 號： 0121209330131課 程 設(shè) 計題 目高保真音頻功率放大器設(shè)計學(xué) 院信息工程學(xué)院專 業(yè)電子科學(xué)與技術(shù)班 級 電子1201班姓 名指導(dǎo)教師2014年1月15日課程設(shè)計任務(wù)書學(xué)生姓名： 袁娜 專業(yè)班級：電子 電子1201 指導(dǎo)教師： 吳友宇 工作單位： 信息工程學(xué)院 題 目: 高保真音頻功率放大器的設(shè)計 一、設(shè)計目的根據(jù)設(shè)計要求，完成對高保真音頻功率放大器的設(shè)計。進(jìn)一步加強(qiáng)對Protel軟件的應(yīng)用和對模擬電子技術(shù)知識的理解。二、設(shè)計內(nèi)容和要求根據(jù)技術(shù)指標(biāo)和已知條件，選擇合適的功放電路，如：OCL、OTL或BTL電路。完成對高保真音頻功率放

2、大器的設(shè)計、裝配與調(diào)試。 輸出功率10W/8；頻率響應(yīng)2020KHz；效率>60；失真小。 選擇電路方案，完成對確定方案電路的設(shè)計。計算電路元件參數(shù)與元件選擇、并畫出總體電路原理圖，闡述基本原理。（選做：用PSPICE或EWB軟件完成仿真） 安裝調(diào)試并按規(guī)定格式寫出課程設(shè)計報告書。三、初始條件可選元件：集成功放LA4100或LA4102；集成功放4430；集成功放TD2030；集成功放TDA2004、2009；集成功放TA7240AP（集成功放的選擇應(yīng)滿足技術(shù)指標(biāo)）。電容、電阻、電位器若干；或自備元器件。直流電源±12V，或自備電源?？捎脙x器：示波器，萬用表，毫伏表四、時間安排

3、1、2014年1月13日集中，作課設(shè)具體實(shí)施計劃與課程設(shè)計報告格式的要求說明。2、2014年1月13日至2009年1月14日，查閱相關(guān)資料，學(xué)習(xí)電路的工作原理。3、2014年1月14日至2014年1月15日，電路裝配與調(diào)試。4、2014年1月15日至2014年1月16日，撰寫課程設(shè)計報告書。5、2009年1月17日課程設(shè)計成果及報告，同時進(jìn)行答辯。課設(shè)答疑地點(diǎn)：鑒主14樓電子科學(xué)與技術(shù)實(shí)驗(yàn)室。指導(dǎo)教師簽名： 年 月 日系主任（或責(zé)任教師）簽名： 年 月 日目 錄摘要I1 設(shè)計內(nèi)容及要求11.1設(shè)計目的及主要任務(wù)11.2設(shè)計思想12 方案論證及整體電路工作原理22.1 方案確定與論證22.2 整

4、體電路工作原理23 電路單元模塊設(shè)計33.1音頻輸入的設(shè)計33.2集成功放的設(shè)計34 器件選擇及參數(shù)計算44.1輸入電容的選取44.2自舉電容的選取44.3反饋電阻電容的計算44.4音頻輸出器的選擇55 電路安裝與調(diào)試55.1電路的安裝55.2電路的調(diào)試與數(shù)據(jù)測定56 設(shè)計電路的特點(diǎn)及改進(jìn)意見66.1設(shè)計電路的特點(diǎn)66.2電路改進(jìn)意見77元件列表78心得體會7參考文獻(xiàn)8摘要 本文介紹了采用集成功放芯片TEA2025設(shè)計高保真音頻功率放大器的原理與方法，闡述了集成芯片的比較選取，重點(diǎn)分析了TEA2025功放電路的結(jié)構(gòu)，記錄了其各項(xiàng)性能指標(biāo)。該功放的設(shè)計避免了單立元件組合電路布線復(fù)雜，輸出信號失真

5、大的缺點(diǎn)，TEA2025單聲道功率放大集成電路，該電路具有聲道分離度高、電源接通時沖擊噪聲小、外接元件少，最大電壓增益可由外接電阻調(diào)節(jié)等特點(diǎn)。關(guān)鍵詞：TEA2025；高保真；失真??；效率高71 設(shè)計內(nèi)容及要求1.1設(shè)計目的及主要任務(wù)1.1.1設(shè)計目的 要求了解集成功率放大器內(nèi)部電路工作原理，掌握其外圍電路的設(shè)計與主要性能參數(shù)的測試方法。要求掌握音頻功率放大器的設(shè)計方法與小型電子線路系統(tǒng)的裝調(diào)技術(shù)。1.1.2 設(shè)計任務(wù)及主要技術(shù)指標(biāo)根據(jù)技術(shù)指標(biāo)和已知條件，選擇合適的功放電路，如：OCL(Output Capacitorless)、OTL(Output Transformerless)或BTL(B

6、alanced Transformerless)電路。完成對高保真音頻功率放大器的設(shè)計、裝配與調(diào)試。 輸出功率10W/8；頻率響應(yīng)2020KHz；效率>60；失真小。 選擇電路方案，完成對確定方案電路的設(shè)計。計算電路元件參數(shù)與元件選擇、并畫出總體電路原理圖，闡述基本原理。（選做：用PSPICE或EWB軟件完成仿真） 安裝調(diào)試并按規(guī)定格式寫出課程設(shè)計報告書。1.2設(shè)計思想本次設(shè)計首先在眾多集成功率放大器中選出符合設(shè)計要求且工作性能最佳的集成芯片。而整個設(shè)計的核心部分就在功放模塊電路的設(shè)計，該模塊完成的功能主要包括放大輸入音頻以及調(diào)節(jié)輸出音頻。隨后運(yùn)用仿真軟件中的仿真功能對其予以仿真，從仿真

7、的結(jié)果中分析程序的正確性。待所有模塊的功能正確之后，運(yùn)用原理圖搭建頂層電路并進(jìn)行整體仿真直至達(dá)到最初的設(shè)計要求，最后再在實(shí)驗(yàn)箱上檢驗(yàn)設(shè)計的正確與否。2 方案論證及整體電路工作原理2.1 方案確定與論證功率放大器的常見電路形式有單電源供電的OTL電路和正負(fù)雙電源供電的OCL電路。有集成運(yùn)放和晶體管組成的功率放大器，也有專用集成電路功率放大器芯片。根據(jù)設(shè)計指標(biāo)及要求，選擇TEA2025B功放芯片的OTL典型電路，該芯片具有音色甜美動聽、性能優(yōu)良，工作可靠，外圍元件少以及安裝方便等特點(diǎn)，電源電壓從2.2V到16.8V均可以正常工作，對電源電壓的適應(yīng)范圍很寬，靜態(tài)電流小，電源電壓增高時，輸出功率增大。

8、另有一種方案為集成功放芯片的OCL電路，這種電路采用正負(fù)雙電源供電，該電路全部是直流耦合的，當(dāng)某一級電路某一點(diǎn)出現(xiàn)故障時，多數(shù)情況下都將造成其余放大級電路靜態(tài)工作點(diǎn)的牽連變化，出現(xiàn)聲音失真甚至燒機(jī)。2.2 整體電路工作原理由一片TEA2025B接成OTL功率放大器，電路書要分為電源輸入、音頻輸入、TEA2025功放主體電路和音頻輸出。 TEA2025 集成功放電路圖1為設(shè)計電路整體框圖：直流穩(wěn)壓電源 音頻 輸出 音頻 輸入圖13 電路單元模塊設(shè)計3.1音頻輸入的設(shè)計音頻輸入用一般的耳機(jī)輸出線改裝而成。去掉耳機(jī)頭，刮掉信號線表面膠漆，直接到集成功放輸入端。3.2集成功放的設(shè)計3.2.1 TEA2

9、025B的OTL電路TEA2025集成電路的輸出功率由電源電壓和負(fù)載阻抗大小決定。既可以構(gòu)成單聲道OTL功放，又可以組成BTL功放。本次課程設(shè)計采用其OTL典型電路，應(yīng)用電路如圖2所示： 圖2 TEA2025B的OTL電路下面以表格的形式對各引腳做功能說明： 表1 TEA2025集成電路的引腳功能及數(shù)據(jù)說明 引腳 功能電壓（V） 引腳 功能電壓（V） 1BTL輔助輸出，雙聲道時懸空 9接地線端 2功放電路2信號輸出端 4.5 10功放電路1信號輸入端 3功放電路2自舉端 8.7 11功放電路1負(fù)反饋元件端 4功放電路接地線1 0 12功放電路接地線3 5功放電路接地線2 0 13功放電路接地線

10、4 6功放電路2負(fù)反饋元件端 14功放電路1自舉端 7功放電路2信號輸入端 15功放電路1信號輸出端 8紋波濾波元件連接端 16工作電源電壓輸入端 4 器件選擇及參數(shù)計算4.1輸入電容的選取該電路要加一輸入耦合電容，以減小噪聲輸入選取一小電容足矣，故取0.22F瓷片電容。4.2自舉電容的選取自舉電容使輸出幅值增加。建議值為100uF。自舉電容器避免減少輸出信號。此外，在低頻和低電源電壓時，有較好的減小失真的作用。4.3反饋電阻電容的計算 圖3 TEA2025反饋電路輸出電壓由電阻人R1、R2、C1決定，其增益由(1)式?jīng)Q定： （1）當(dāng)Rf=0，C1=100F，f=32Hz時，增益為46dB。4

11、.4音頻輸出器的選擇本設(shè)計選取了810W大紙盆喇叭。5 電路安裝與調(diào)試5.1電路的安裝按照電路設(shè)計圖，在線路板上合理布局后，將元件焊接在線路板上，安裝過程中，注意將電容盡量焊得離主芯片近些，另外要避免虛焊。這樣制作出的TEA2025B單聲道OTL電路。其音效好，音質(zhì)高，失真??；功率達(dá)標(biāo)；響應(yīng)頻帶寬；效率高。5.2電路的調(diào)試與數(shù)據(jù)測定要想功放各項(xiàng)指標(biāo)都達(dá)到要求，要求：(1)要求輸入、輸出濾波好。濾波不好，會輸出很大噪音或者產(chǎn)生嚴(yán)重失真。音頻信號輸入端串接了0.22F瓷片電容，輸出端串接100F電解電容，并聯(lián)0.10F瓷片電容，起到了很好的濾波作用。 (2).要求喇叭性能好。經(jīng)試音比較，選取了大紙

12、盆喇叭，音質(zhì)更好。5.2.1 輸出電壓的測定用函數(shù)發(fā)生器給安裝好的電路提供頻率為1KHz，峰峰值為300mV的正弦交流電壓，用示波器觀察輸出端的波形，記錄此時輸出波電壓的有效值，并記錄下此時的波形圖。實(shí)際調(diào)試過程中，測得輸出電壓的值為176.8mV。5.2.2 輸出功率的計算在加8負(fù)載的情況下，根據(jù)功率計算公式求得輸出功率為=4mW。5.2.3 效率的計算根據(jù)上面測量計算出的輸出功率和電源供電功率，可根據(jù)公式=，可計算出實(shí)際測試的效率只有6.06%。5.2.4 輸出電壓波形圖根據(jù)5.2.1節(jié)的條件，示波器上顯示的輸出電壓的波形圖如下：圖4 輸出電壓波形6 設(shè)計電路的特點(diǎn)及改進(jìn)意見6.1設(shè)計電路

13、的特點(diǎn)本次課程設(shè)計所用的電路具有性能優(yōu)良，工作可靠，外圍元件少以及安裝方便等特點(diǎn)，電源電壓從2.2V到16.8V均可以正常工作，對電源電壓的適應(yīng)范圍很寬，靜態(tài)電流小，電源電壓增高時，輸出功率增大。6.2電路改進(jìn)意見因在調(diào)試電路過程中發(fā)現(xiàn)輸出功率和效率都不夠指標(biāo)的要求，分析電路可知，TEA2025B所構(gòu)成的電路本身提供的輸出功率就小，為了滿足設(shè)計指標(biāo)，可考慮添加電路中TEA2025B芯片的數(shù)量，也可擴(kuò)展其外圍電路，使得輸出功率及效率滿足設(shè)計要求。7元件列表表2 元 件 列 表元件名稱及規(guī)格數(shù)量TEA2025B1片100uF電解電容6個0.22uF瓷片電容1個0.1uF瓷片電容1個0.01uF瓷片

14、電容1個200電阻1個音頻輸出線1根810W喇叭1個8心得體會這次課程設(shè)計基本完成，在這次課程設(shè)計中，我對模擬電路這門課程有了更深的了解，課程設(shè)計本身就是要求將以前所學(xué)的理論知識運(yùn)用到實(shí)際的電路設(shè)計當(dāng)中去，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(yùn)用能力，對課本以及以前學(xué)過的知識有了一個更好的總結(jié)與理解；以前的模電實(shí)驗(yàn)只是針對某一個小的功能設(shè)計，而此次課程設(shè)計對我們的總體電路的設(shè)計的要求更嚴(yán)格，需要通過翻閱復(fù)習(xí)以前學(xué)過的知識來確定實(shí)驗(yàn)總體設(shè)計方案，然后逐步進(jìn)行各模塊的設(shè)計，最終我們可以做出我們的作品。通過這次課程設(shè)計，我的動手能力及獨(dú)立思考能力有了一定的提高，同時也對仿真軟件的使用變的熟練。同時，感謝指導(dǎo)老師以及同學(xué)的支持與幫助。參考文獻(xiàn)1康華光模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)武漢：高等教育出版社，20062鄭國川，李洪英電子管功放設(shè)計和裝調(diào)技術(shù)福州：福建科學(xué)技術(shù)出