音頻功率放大電路課程設(shè)計報告

1、1、 設(shè)計題目：音頻功率放大電路二、設(shè)計的任務(wù)和要求1、主要要求：設(shè)計并制作用晶體管和集成運算放大器組成的音頻功率放大電路，負載為揚聲器，阻抗8。2、性能指標：頻帶寬50HZ20kHZ，輸出波形基本不失真；電路輸出功率大于8W；輸入靈敏度為100mV，輸入阻抗不低于47K。三、原理電路和程序設(shè)計3.1、方案的確定及論證 1、OTA互補對稱功率放大器 OTL 電路通常由兩個對稱的異型管構(gòu)成，因此又稱為互補對稱電路，圖 3-1 為單電源 OTL 互補對稱功率 放大電路。電路中 T1 是推動級（電壓放大，也叫激勵級），其中Rb1、Rb2是 T1 的基極偏置電阻，Re為 T1發(fā)射極電阻，Rb為 T1集

2、電極負載電阻，它們共同構(gòu)成 T1 的穩(wěn)定靜態(tài)工作點；T2、T3 組成互補對稱功率放大電路的輸出級，且 T2、T3工作在乙類狀態(tài)；C2 為輸出耦合電容。功率放大器采用射極輸出器，提高了輸入電阻 和帶負載的能力。性能分析：乙類互補推挽功放(OTL)的輸出功率的計算公式如下：輸出功率：Po=UoIo=Uo2/RL輸出最大功率：Pom=UoIo=Uo2/RL =Uom2/2RL=VCC2/8RL顯然Pom與電源電壓及負載有關(guān)當輸入功率為8w，阻抗8w時，有Pom=VCC2/8R VCC =8*8*822.6v 則電路所需的電源為22.6v。2、 用集成器件實現(xiàn) Tda2030簡介：TDA2030是德律

3、風根生產(chǎn)的音頻功放電路，采用V型5 腳單列直插式塑料封裝結(jié)構(gòu)。該集成電路廣泛應(yīng)用于汽車立體聲收錄音機、中功率音響設(shè)備，具有體積小、輸出功率大、失真小等特點。并具有內(nèi)部保護電路。電路特點：1.外接元件非常少。（基本應(yīng)用電路圖3-2） 2.輸出功率大，Po=18W(RL=4)。 3.采用超小型封裝（TO-220）,可提高組裝密度。 4.開機沖擊極小。 5.內(nèi)含各種保護電路，因此工作安全可靠。主要保護電路有：短路保護、熱保護、地線偶然開路、電源極性反接（Vsmax=12V）以及負載泄放電壓反沖等。 6.TDA2030A能在最低±6V最高±22V的電壓下工作在±19V、8

4、阻抗時能夠輸出16W的有效功率，THD0.1%。用它來做電腦有源音箱的功率放大部分或小型功放再合適不過了。 圖3-2使用單電源供電的tda2030基本應(yīng)用電路 通過比較，使用分立元件需要的元件較多，且必須考慮三級管的各種性能上的差異，和保護電路，并且該電路所需要的電源要求較高，功耗也比較大，輸出效率比較低。使用集成電路，外圍電路簡單，容易實現(xiàn)各項功能。運用集成芯片TDA2030完成音頻功率放大電路的設(shè)計，能夠更好地達到設(shè)計任務(wù)和要求。3.2： 整體電路1，主要元件：TDA2030 TDA2030A的外形和引腳圖如圖3.1所示。1-同相輸入端，2-反相輸入端，3-負電源端，4-輸出端，5-正電源

5、端。TDA2030A音頻集成功放主要參數(shù)如表3.1所示：表3.1電源電壓輸出峰值電流3.5 A輸入電阻>0.5 M電壓增益30 d頻響帶寬(BW)0-140 kHz2、放大電路的基本設(shè)計整體電路設(shè)計：使用TDA2030加少量外圍元件，輸入端使共集放大電路增加輸入阻抗。3.3、各模塊功能與設(shè)計1、放大模塊：根據(jù)TDA2030的經(jīng)典應(yīng)用電路，在multisim中的電路如圖3.3.1所示。a）電路工作原理：該電路使用15v的單電源供電，TDA2030作為功率放大器，電阻R5和R4構(gòu)成電壓串聯(lián)負反饋電路，其電壓放大倍數(shù)Auf1+R5/R4=32.9。b）為了tda能夠正常工作，1腳和2腳的電壓必

6、須相同。其中R2和R3起分壓作用，使1腳的工作電壓1/2Vcc。22uf電容的電容是是VCC2電壓的濾波電容，為防止1腳電壓產(chǎn)生大波動。輸出端接的1歐電阻和0.1uf電容式防止電路產(chǎn)生自激振蕩。c）2個二級管為保護TDA2030作用，防止電源反接時流過電流運放過大。R7為滑動變阻器，改變輸入端的電組，可以改變輸入信號的大小。d）當電壓Vcc=15v時，電路的輸出功率可以達到8w以上。圖3.31Uo2、輸入模塊： 基本共集放大電路：共集放大電路又叫射極跟隨器，放大電路的放大倍數(shù)接近1，該放大電路的輸出跟輸入信號相同，即輸出信號隨輸入信號的變化發(fā)生相同的變化，具有“跟隨”的作用。它具有輸入電阻大（

7、索取信號能量的能力大），輸出電阻小（給予負載信號能量的能力大）的特點，可以做多級放大器的輸入級；圖3.3.2電路如圖3.3.2所示示，其中三級管使用9013 H144。放大倍數(shù)為220倍 9013是一種最常用的普通三極管。它是一種低電壓,大電流,小信號的NPN型硅三極管 特性：集電極電流Ic：Max 500mA 集電極-基極電壓Vcbo：40V 工作溫度：-55 to +150 功率(W):0.625理論計算： 由圖可計算得，共集放大電路的放大倍數(shù)約等于1。RL負載電阻約為20k 其中輸入阻抗的計算，由共集放大電路的輸入阻抗公式可得：Ri=(rbe+（1+）Re/RL)/R2由于9013的rb

8、e約為1k，Re為3K，R2為220k 輸入電阻作近似計算Ri=（220*3）/220159.9k故此電路的輸入阻抗近似為159.9k四、電路和程序調(diào)試過程與結(jié)果根據(jù)要求，仿真軟件選用multisim，在軟件中連接電路如圖4.1所示：1，波特圖輸出如圖由圖可以看出，其仿真的結(jié)果，在50Hz-20kHz內(nèi)的波形放大能力基本保持不變化。符合題目要求。 50Hz20kHz的輸出波特圖。2，輸入輸出波形仿真2.1選用信號源1kHz，輸入100mvp，將音量調(diào)節(jié)到50%的位置。用示波器觀察仿真電路的情況。其中，在仿真電路中Auf1+R5/R4=32.9由上圖仿真可得，當輸入為141mv時，輸出值為4.1

9、v。則放大倍數(shù)Auf=4.1/0.14129.1。與近似計算理論值32.9比較接近。2.2.靈敏度測量：當繼續(xù)增大輸入電壓到123mvp時，輸出波形開始出現(xiàn)失真的現(xiàn)象，此時在輸入端接入電壓表，可以測量得電壓為174mv。則輸入靈敏度為174mv五，實際測試20khz下的輸出波形50hz下的輸出波形圖5b圖5a 由圖5a，和圖5b可得，在輸入100mvp，頻率為50Hz-20kHz的正弦波下，輸出波形未見失真。該電路在50Hz-20kHz可正常工作。 當輸入為100mvp時，電路的Auf=U0/UI=2.2/(0.1/1.414)=31.0倍。實際測試值與計算值32.9和仿真的值29.1比較接近

10、，誤差的主要來源于電路的元件的參數(shù)，比如電阻電容均存在誤差，三級管的參數(shù)以及放大倍數(shù)也存在誤差。五、元件清單：名稱規(guī)格數(shù)量名稱規(guī)格數(shù)量電阻1 1電解電容器0.1uf1電阻3k1電解電容器1uf3電阻4.7k1電解電容器4.7uf1電阻100k3電解電容器22uf1電阻220k1電解電容器220uf1電位器22k1電解電容器2200uf1二極管1n40032集成運放TDA20301三極管9013 H1441萬用版1六，總結(jié)1、本次作品優(yōu)缺點優(yōu)點：元件和電路簡單，電路原理易懂。應(yīng)用單電源15v即可使輸出功率8w。輸入阻抗大于47k，輸入靈敏度為147mv，頻帶寬50HZ20kHZ，輸出波形基本不失

11、真。缺點：使用手工焊接，沒有使用pcb版制作。Tda2030發(fā)熱比較嚴重，不能長時間工作，需要解決散熱問題?？梢约傺b散熱片散熱。單電源的供電的效率比較低，并且功率不高，如果改用雙電源供電，功率可以比較大的提高。使用2個tda2030可以制作立體聲的音頻放大器。2、 心得體會： 通過此次的課程設(shè)計，掌握的音頻功率放大器的基本設(shè)計方法和一些常用器件的使用方法。對于模電的課程和一些內(nèi)容有了更加深刻的認識，電子設(shè)計和需要扎實的理論基本功，同時也需要有一定的動手能力。理論加上實踐，才能做等更好。 從選擇題目到開始著手去做，才發(fā)現(xiàn)自己的在模電的知識以及忘得差不多了。先是在模電中選了OTA電路，幾次的仿真以及理論的推敲，發(fā)現(xiàn)如果僅僅只是應(yīng)用分立元件，既要考慮三級管的合適的靜態(tài)工作點，避免輸出波形失真，又要考慮到輸出功率以及放大倍數(shù)等問題，很難達到要求。而后又在網(wǎng)上發(fā)現(xiàn)了TDA2030的集成運放，便想用集成運放來實現(xiàn)。在網(wǎng)上找了些資料，便開始制作。由于模電的知識不牢固，前期的分析還是比較的困難的。于是重新復習了模電，包括基本放大電路的知識，多級放大器