音頻功率放大器課程設計

1、電子技術綜合訓練設計報告題目：音頻功率放大器姓名： 陳邈宏學號：11220408班級：自動化四班同組成員：趙斐 白治龍指導教師：駱作穎日期：設計題目音頻功率放大器學生姓名陳邈宏所在院系電子信息與電 氣工程學院專業(yè)、年級、班11級自動化四班一. 設計內容及技術要求：設計并制作一個音頻功率放大器，將MP3輸出的音樂信號放大。基本要求：1. 放大器有兩個MP3輸出輸入接口；2. 能夠使用電子開關進行音源選擇，并且能夠用發(fā)光二極管指示；3. 放大器設有音量控制，功率放大功能；4. 主要技術指標如下：（1）額定輸出功率：2X1 W （或 2X5W） （THD<=0.5%）（2）負載阻抗：8歐姆（3

2、）輸入阻抗:600歐姆5. 電源：220V/50HZ的工頻交流供電：（注：直流電源部分即完成設計即可，不許制作，用實驗室提供的穩(wěn)壓電源調試, 但要求設計的直流電源能夠滿足電路要求）6. 按照以上技術要求設計電路，繪制電路圖，對設計的電路用MULTISIM或 OrCAD/PspiceAD9.2進行仿真，用萬用板焊接元器件，制作電路，完成調試, 測試，撰寫設計報告。發(fā)揮部分：1. 設計均衡電路（音調電路）。2. 有電平指示功能。二. 提交成果1設計報告。2 作品。3電路原理圖：要求提交兩份，一份為CAD/EDA軟件繪制，另一份為手工繪制， 圖紙大小自定，但要符合標準，電路圖繪制要規(guī)范。三. 設計進

3、度1. 時間：三周。2. 進度安排：（1）第一周 選題，熟悉題目，分析要求，查找資料，選擇方案，優(yōu)化方案, 確定方框圖，單元電路設計，選擇元器件；（2）第二周 進行電路仿真，確定電路原理圖，畫出電路原理圖，購買元器 件，焊接電路；（3）第三周 電路調試，電路測試，繪制電路原理圖，完成設計報告，答辯。指導老師簽字:音頻功率放大器摘 要：設計了一個帶音調控制的音頻放大電路，該電路具有對音 頻信號放大的功能。該電路主要由前置放大電路、音調控制電路及 功率放大電路三部分構成，其中，前置放大電路采用反相比例運算 器來實現電壓的放大；音調控制電路采用負反饋式來實現音調控制; 功率放大電路采用DTA2030

4、功率放大器來實現功率放大。利用 Multisim 10對設計的電路進行仿真，可以得到放大后的不失真的波 形。關鍵詞：前置放大電路；功率放大器；音調控制1. 設計背景1.1學習了集成運放的應用1.2 了解了功率放大電路1.3 了解了 TDA2030 和 NE5532 的功能 2. 設計方案2.1任務分析2.2方案論證3. 方案實施3.1原理圖設計3.2電路仿真3.3安裝與調試4. 結果與結論5參考文獻6. 總結及體會7. 附件7.1電路原理圖7.2元器件清單7.3實物拍攝1. 設計背景1.1學習集成運放的運用集成型運算放大器是模擬集成電路中應用最廣泛的一種器件。在集成運算放大電 路與輸出之間接入

5、不同的反饋網絡，可實現不同用途的電路，例如利用集成運算放 大器可非常方便的完成信號放大、信號運算、信號處理以及波形的產生和變換。1.2 了解功率放大電路功率放大電路在多級放大電路中處于最后一級，乂稱輸出級。其主要作用是輸 出足夠大的功率去驅動負載，如揚聲器、伺服電機、指示表頭、記錄器等。功率放 大電路要求：輸出電壓和輸出電流的幅度都比較大、效率高。1.3 了解 TDA2030 和 NE5532P 的功能NE5532是高性能低噪聲運放，它具有很好的噪聲性能，優(yōu)良的輸出驅動能力及 相當高的小信號與電源寬帶。TDA2030是一塊性能十分優(yōu)良的功率放大集成電路， 其主要特點是上升速率高、瞬態(tài)互調失真小

6、，另一特點是輸出功率大，而保護性能 比較完善。2. 設計方案2.1任務分析根據課程設訃要求，分析可知，帶音調控制的音頻放大電路主要用來對音頻信 號進行放大，能帶動負載除，此還應該具備音調控制能力。要完成此次課程設計要 求，該電路必須包括前置放大電路、音調控制電路及功率放大電路三部分構成。為 了分別實現音頻放大電路的上述三部分的功能，構成電路時我們對應要采用到集成 運算放大器，電容、滑動變阻器、集成運放，和功率放大器。2.2方案論證在帶音調控制的音頻放大電路中，前置放大電路用來實現電壓的放大，可以用 NE5532或者LM741來實現，LM741和NE5532與很多標準運放相似，但NE5532 具

7、有更好的噪聲性能，優(yōu)良的輸出驅動能力及相當高的小信號帶寬，電源電壓范用 大等特點。因此NE5532很適合應用在高品質和專業(yè)音響設備、儀器、控制電路及電 話通道中。音調控制電路有三種：衰減式音調控制電路、負反饋音調控制電路、衰減負反饋混合式音調控制電路。負反饋式電路與衰減式電路相比，中音電平不需要做很大 衰減，并且噪聲和失真小一些。負反饋式電路與負反饋式電路與電路相比，結構更 加簡單，更加穩(wěn)定，能抑制反饋環(huán)內噪聲和干擾等優(yōu)點。因此，本設計選擇負反饋 音調控制電路。功率放大電路，除了對信號的電壓進行足夠的電壓放大外，還要求對信號進行 足夠的電流放大。因此，其在系統(tǒng)的中的重要作用不言而喻。TDA20

8、30是一塊性能 十分優(yōu)良的功率放大集成電路，其主要特點上升速率高、瞬態(tài)互調失真小，輸出功 率大，而保護性能比較完善，外圍電路簡單，使用方便。所以功率放大電路釆用T DA2030。由于設計要求雙聲道，所以音調控制電路，前置放大電路，功率放大電路采用 兩套。以下說明均以某一聲道做分析說明。綜合各部分電路，電路結構框圖如圖1所示。信 號 的 輸 入音源選擇 電 路音調 控 制 電 路反比例 放 大 電 路電路結構框圖3 方案實施3.1原理圖設計1、電壓放大電路設計在前置放大部分采用的是NE5532P,它是一種雙運放高性能低噪聲運算放大器。 -完整版學習資料分享-具有高精度、低噪音、高阻抗、高速、寬頻

9、帶、電源電壓范圍大等特點，并且在上 個世紀獲得過“運放之皇”的美譽。NE5532參數如表1所示。表1 NE5532P極限參數表參數符號NE5532P單位電源電壓Vcc+22V差分輸入電壓Vdif±13V輸入電壓Vi提供電壓V功耗，TA=25°CPD1100mW工作溫度TOPR070°CNE5532P引腳如圖2所示。8765+V.OUT2-IN2：；+IN2：1OUT+IN1： -V圖2NE5532P引腳圖本次設汁采用如附圖1所示的前置放大電路，采用反向比例運算。輸入電阻為 R7,R8/R7就是放大倍數，可以提高放大倍數，但也減小了輸入電阻。 R7=100K,R8=

10、510K,Au=R8/R7=5.1 o人耳聽到的最低頻率是20HZ ,因此 f=l/2PiR7C5<20H乙C5>0.0&iF,山于沒有0.08uF電容，所以選擇與它接近的10uF電 容。2、音調控制電路的設計音調控制電路山三個10K的電阻兩個47nf的電容兩個2.2nf的電容一個1M的 滑動變阻器兩個和NE5532P以及l(fā)Ouf的電容構成一個負反饋構成。音調可控制電路 如附圖2所示。一般悄況下C1=C2,C2,C1分別起到低音提升和衰減的作用，C3起到高音提升和 衰減的作用，C3要遠小于C1,C2.電路中各元器件滿足廣西是 R1 =R2=R4,R5=R6,C 1 =C2.

11、由電路可知，R1 =R2=R4= 10K,R5=R6= 1M, R4=3.3K, ill 于沒3.3K的電阻，我們4.7K的電阻。F(L2)二fL*2"2二400Hz,f(L1)二400/10二40Hz,f (Hl)二fH*2"2二2. 5KHz, f (H2)=10*f (Hl)=25Hz.fL為低頻頻率，fH為高頻頻率，f(Ll)為低頻轉折頻率，f(L2)為中低頻轉折頻 率，f(Hl)為中高頻轉折頻率，f(H2)為高頻轉折頻率。山此可知，帶寬達到4025KHz.由f (H2) =l/2PiC3R3=25KHz, C3=l. 9nF.因為只能選擇大于1. 9nF的電容，所

12、以 C32. 2nF.f(Ll)=l/2PiC2Rl=40Hz,計算出C3二C4=40Nf,由于沒有40nF的電容，所以選擇 47nF的電容。低音調節(jié)時，當R5滑臂到左端時，C2被短路，C3對低音信號容抗很大，可視 為開路；低音信號經過Rl、R4直接送入運放，輸入量最大，而低音輸出則經過R2、 R5、4負反饋送入運放，負反饋量最小，因而低音提升最大；當R5滑臂到右端時， 則剛好與上述悄形相反，因而低音衰減最大。不論R5的滑臂怎樣滑動，因為Ci、 C2對高音信號可視為是短路的，所以此時對高音信號無任何影響。高音調節(jié)時，當 R6滑臂到左端時，因C3對高音信號可視為短路，高音信號經過R“ U直接送入

13、運 放，輸入量最大。而高音輸出則經過G、Ro. R3負反饋送入運放，負反饋量最小，因而高音提升 最大；當&滑臂到右端時，則剛好相反，因而高音衰減最大。不論R9的滑臂怎樣 滑動，因為6對中低音信號可視為是開路的，所以此時對中低音信號無任何影響。 普及型功放一般都使用這種音調處理電路。使用時必須注的是，為避免前級電路對 音調調節(jié)的影響，接入的前級電路的輸出阻抗必需盡可能地小，應與本級電路輸入 阻抗互相匹配。3、功率放大電路根據題LI設計要求，可供選擇的功率放大器可山分立元件組成，也可山集成電 路完成。集成功放具有工作可靠，外圉電路簡單，保護功能較完善，易制作調試等優(yōu)點。許多性能優(yōu)異的集成功

14、放芯片，如TDA2040A、LM1875、LM386等。TDA2030 是一塊性能十分優(yōu)良的功率放大集成電路，也是LI前音質較好、價格較低、外圍元 件較少、應用較方便的一款性價比較高的集成功放。它的電氣性能穩(wěn)定、可鼎、能 適用長時間連續(xù)工作，集成塊內部具有過載保護和熱切斷保護電路，不會損壞器件。 在單電源使用時，散熱片可直接固定在金屬板上與地線相通，無需絕緣，使用十分 方便。功率放大電路可由附圖3所示的電路圖實現。其中，Di、D2是為了防止電源正 負極性加反，滑動變阻器實現了對其響度的控制。Au=l+R10/R 13=33倍。TDA2030引腳排列如圖6所示，各腳阻值如表2所示，參數如表3所示

15、。圖2 TDA2030引腳圖-反相輸入+同相輸入表2 TDA2030各腳阻值表引腳12345阻值黑表筆接3腳4m4k£203kQ3kQ紅表筆接5腳0000018kQ3kQ表3 TDA2O3OA主要技術指標參數參數名稱符號單位參數最小典型最大測試條件電源電壓VccV+、-6+ . -18靜態(tài)電流IccmA4060Vcc=+-18.RL=4 歐輸出功率PoV1214RL=4,THD=0.5%W89RL=& THD=0.5頻響B(tài)WHz10140kPo=12w.RL=4.輸入阻抗RiM0.55卄壞，f=lkHz4,音源選擇電路音源選擇電路主要II174LS160N, 74LS138和

16、模擬開關組成。原理圖詳見附圖4.3.2電路仿真在各單元電路設計的基礎上，按照總體電路圖在仿真軟件Multisim上一一選擇 芯片并進行連接，然后啟動開關觀察。將電路在Multisim上連接好后，為各個電阻 和電容選取適當值，為各個開關設置好適當的鍵盤打開數值連接，然后打開Multisim 的開關，根據輸出波形的情況判斷電路是否正常。通過仿真，我們的電路原理圖無 誤，可以制板。仿真電路圖如圖5所示，本電路仿真結果的波形如圖6所示。經測量輸入電壓Ui=70.6924mV,輸出電壓U2=8.965V, Au=127.根據仿真結果可知電路原理無誤，可以進行PCB板布線。3.3安裝與調試在安裝好所有的芯

17、片和電路原件后，按照電路圖逐一檢查電路有沒有漏焊的問 題，接下來用萬用表逐一檢查有沒有虛焊或線路斷路或線路短路。在解決了檢查出 來有些地方存在虛焊的問題后，再次確認線路沒有問題的情況下接通+15V和-15V 的直流穩(wěn)壓工作電源電源進行調試，最后發(fā)現8Q的喇叭能夠正常工作，說明電路板 可以正常工作，達到了預期效果。4.結果與結論利用NE5532和TDA2030芯片來設計的功率放大器，經過仿真，并利用示波器 觀察波形，得到了一個放大后的正弦波；將焊接好的電路加上+15V和-15V的直流 穩(wěn)壓工作電源，接上8Q的喇叭，插入音頻信號輸入，喇叭能夠實現放大的作用?？?體說來，這次課程設計對我們的動手能力

18、有所提高，也引導了我們將專業(yè)知識的理 論與實際的結合。5. 參考文獻1、教材電子技術實驗與課程設計（第三版），畢滿清，機械工業(yè)出版社，2005,7-完整版學習資料分享-2、參考書(1)電子線路設計實驗測試(第4版)，謝自美r高等教育出版社f 2009 , 3(2 )電子設計指南r孫肖子r高等教育出版社r 2006 f 10(3 )電子技術基礎實驗電子電路實驗設計仿真(第四版),陳大欽，高等教育出版社, 2006 , 5(4 )模擬電子技術基礎(第四版，)華成英童詩白，高等教育出版社，2006 , 5(5 )閻 石 數字電子技術基礎(第五版)，高等教育出版社，2006 r 5(6 )電子技術基礎模擬部分(第五版),康華光，高等教育出版社，2006 f 1(7 )電子技術基礎一數字部分(第五版),康華光，高等教育出版社，2006 r 1總結及體會通過這次課程設計，使我受到了一