模電課設(shè)高保真音頻功率放大器的設(shè)計(jì)制作

PAGEPAGE12模擬電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)論文題目：高保真音音頻頻功率放放大器器的設(shè)計(jì)計(jì)與制制作專業(yè)班級(jí)：1111級(jí)電子信信息息工程小組成員:趙儒桐220011000880500355孫敬周20111100880550288王華民20111100880110122指導(dǎo)老師：完成時(shí)間：200013年6月12日目錄一、設(shè)計(jì)目的3二、設(shè)計(jì)任務(wù)及及及要求3三、總體方案設(shè)設(shè)設(shè)計(jì)與論論證44四、單元電路設(shè)設(shè)設(shè)計(jì)與參參數(shù)計(jì)計(jì)算44.1前置放大大大電路444.2功率放大大大電路6五、總原理圖及及及元器件件清單單75.1總原原原理圖（見見附附圖1）775.2元件件件清單77六、用CAD畫畫畫電路原原理圖圖776.1、啟動(dòng)原原原理圖設(shè)設(shè)計(jì)服服務(wù)器77.6.222、原理圖布布線線86.4、生成網(wǎng)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)表86.333、檢查原理理圖圖8七、印刷電路板板板設(shè)計(jì)8八、綜合總結(jié)9九、參考文獻(xiàn)99附圖1：總原理理圖10高保真音頻功率率率放大器器的設(shè)設(shè)計(jì)與制制作【摘要】：以TTTDA220330A型電路為為核核心器件件構(gòu)成成高保真真音頻頻功率放放大器器的功率率放大大部分，推推動(dòng)動(dòng)揚(yáng)聲器器系統(tǒng)統(tǒng)放音，構(gòu)構(gòu)成成一種輸輸出功功率滿足10W//8Ω，頻率響響應(yīng)20~2200KHZ，失真小小的的有源音音響。使用模擬擬元元器件構(gòu)構(gòu)建成成一種實(shí)實(shí)用的的模擬電電子系系統(tǒng)，難難點(diǎn)不不是功能能電路路的設(shè)計(jì)計(jì)和分分析，而而是功功能電路路之間間的匹配配和協(xié)協(xié)調(diào)。高高保真真音頻功功率放放大器是是使用用TDA220030A做后級(jí)放放大大，uA7441做前級(jí)放放大大，構(gòu)成成一個(gè)個(gè)完整的的功率率放大器器?！娟P(guān)鍵詞】：：：帶通濾波波，功功率放大大，uA7441，TDA220030AA。一、設(shè)計(jì)目的1.1、學(xué)習(xí)基基基本理論論在實(shí)實(shí)踐中綜綜合運(yùn)運(yùn)用的初初步經(jīng)經(jīng)驗(yàn)，掌掌握CAD電路設(shè)計(jì)計(jì)的的基本方方法、設(shè)設(shè)計(jì)步驟驟，培培養(yǎng)綜合合設(shè)計(jì)計(jì)與調(diào)試試能力力。1.2、學(xué)會(huì)高高高保真功功率放放大器的的設(shè)計(jì)計(jì)方法。1.3、培養(yǎng)實(shí)實(shí)實(shí)踐技能能，提提高分析析和解解決實(shí)際際問題題的能力力。二、設(shè)計(jì)任務(wù)及及及要求2.1、制作作作一個(gè)高高保真真音頻功功率放放大器，輸輸出出功率10W//8Ω，頻率響響應(yīng)20~2200KHZ，效率>60﹪，失真小小；；2.2、利用用用集成運(yùn)運(yùn)算放放大器uA7441做前級(jí)放放大大，利用TDA220030A做后級(jí)放放大大，利用用實(shí)驗(yàn)驗(yàn)箱現(xiàn)成成電源源或自己己在實(shí)實(shí)驗(yàn)箱上上設(shè)計(jì)計(jì)電源，構(gòu)構(gòu)成成一個(gè)完完整的的功率放放大器器。最后后利用用隨身聽聽作信信號(hào)源，利利用用實(shí)驗(yàn)箱箱自帶帶揚(yáng)聲器器，進(jìn)進(jìn)行功能能驗(yàn)證證。2.3、設(shè)計(jì)電電電路結(jié)構(gòu)構(gòu)，選選擇電路路元件件，計(jì)算算確定定元件參參數(shù)。2.4、用CAAAD畫出電路路原原理圖，并并生生成印刷刷電路路板。三、總體方案設(shè)設(shè)設(shè)計(jì)與論論證設(shè)計(jì)原理總框圖圖圖如下所所示：：小信號(hào)輸入小信號(hào)輸入前置放大器有源帶通濾波器功率放大器3.1、前置放放放大器起起匹配配作用，其其輸輸入阻抗抗高（不不小于10kΩ），可以以將將前面的的信號(hào)號(hào)大部分分吸收收過去，輸輸出出阻抗低低（幾幾十Ω以下），可可可以將信信號(hào)大大部風(fēng)傳傳送出出去。同同時(shí)，它它本身又又是一一種電流流放大大器，將將輸入入的電壓壓信號(hào)號(hào)轉(zhuǎn)化成成電流流信號(hào)，并并給給予適當(dāng)當(dāng)?shù)姆欧糯?。前前置放放大電路路還包包括一個(gè)個(gè)有源源帶通濾濾波器器，把相相同元元件壓控控電壓壓源濾波波器的的LPF和HPF串連起來來實(shí)實(shí)現(xiàn)抑制制低于于20HZ和高于20KHHZ的信號(hào)。3.2、功率放放放大器起起關(guān)鍵鍵作用，它它將將驅(qū)動(dòng)放放大器器送來的的電流流信號(hào)形形成大大功率信信號(hào)，帶帶動(dòng)揚(yáng)聲聲器發(fā)發(fā)聲，它它的技技術(shù)指標(biāo)標(biāo)決定定了整個(gè)個(gè)功率率放大器器的技技術(shù)指標(biāo)標(biāo)。方案一：甲類放放放大器作作為一一種最古古老，效效率最低低，最最耗電，最最笨笨重，最最耗資資，失真真最小小的放大大器它它有吸引引人的的音質(zhì)。甲甲類類放大器器輸出出電路本本身具具有抵消消奇次次諧波失失真，且且甲類放放大器器管子始始終工工作在線線性曲曲線內(nèi)，晶晶體體管自始始自終終處于導(dǎo)導(dǎo)通狀狀態(tài)。因因此，不不存在開開關(guān)失失真和交交越失失真等問問題。甲甲類放大大器始始終保持持大電電流的工工作狀狀態(tài)。但但是甲甲類放大大器通通常需要要偏置置電壓才才能工工作，放放大輸輸出的電電壓幅幅度不能能超出出偏置范范圍，所所以能量量轉(zhuǎn)換換效率很很低，理理論上最最高不不超過50%；方案二:乙類放放放大器雖雖然不不需要偏偏置，靠靠信息本本身來來導(dǎo)通放放大管管，理想想效率率高達(dá)78.55%，但這種種放放大電路路存在在交越失失真；；方案三：甲乙類類類放大器器即在在B類電路的的基基礎(chǔ)上略略加一一點(diǎn)偏置置，這這樣一來來，效效率也隨隨之下下降。我們?cè)O(shè)計(jì)的高保保保真音頻頻功率率放大器器，前前級(jí)選用用作uA7441做3倍左右的的前前置放大大，后后級(jí)功放放選用用高保真真集成成芯片TDA220030A。四、單元電路設(shè)設(shè)設(shè)計(jì)與參參數(shù)計(jì)計(jì)算4.1前置放大大大電路前置放大電路主主主要是由由集成成運(yùn)放uA7441組成的，它它它具有輸輸入阻阻抗高而而輸出出阻抗較較低的的特點(diǎn)。uA741通用用用高增益益運(yùn)算算放大器器是早早些年最最常見見的運(yùn)放放之一一，運(yùn)用用非常常廣泛。它它具具有零飄飄調(diào)整整管腳，典典型型電路如如下圖圖1所示，再再調(diào)調(diào)零端2、7之間接一一個(gè)個(gè)調(diào)整失失調(diào)電電壓電位位器，當(dāng)當(dāng)接成比比例運(yùn)運(yùn)算、求求和運(yùn)運(yùn)算電路路時(shí),調(diào)零電位位器器用于閉閉環(huán)調(diào)調(diào)零。圖1uA74441典型電路路前置放大電路中中中包括有有源濾濾波電路路，有有源濾波波電路路是用有有源器器件與RC網(wǎng)絡(luò)組成成的的濾波電電路，種種類很多多，按按其帶通通的性性能劃分分，可可分為低低通濾濾波器、高高通通濾波器器和帶帶通濾波波器。根根據(jù)本設(shè)設(shè)計(jì)的的要求應(yīng)應(yīng)該選選用一帶帶寬與與實(shí)際輸輸入有有用信號(hào)號(hào)相一一致的有有源帶帶通濾波波器。帶通濾波器的帶帶帶寬越窄窄，選選擇性越越好，也也就是電電路的的品質(zhì)因因數(shù)Q值越高（Q=），高Q值的濾波波器器有大的的輸出出電壓；；反之之，低Q值的濾波波器器帶寬較較寬，有有較小的的輸出出電壓。我們所熟悉的RRRC橋式振蕩蕩電電路其實(shí)實(shí)就是是一個(gè)選選擇性性很好的的有源源帶通濾濾波器器。該電電路在在滿足R1=RR22=R，C1=CC22=C的條件下下，Q值與中心心頻頻率f,0分別為：式中：另外，也可以用用用一個(gè)低低通濾濾波器和和一個(gè)個(gè)高通濾濾波器器串聯(lián)起起來組組成一帶帶通濾濾波器，用用該該方法構(gòu)構(gòu)成的的帶通濾濾波器器通帶較較寬，截截止頻率率易于于調(diào)整，多多用用作測(cè)量量信號(hào)號(hào)噪聲比比的音音頻帶通通濾波波器。如如圖2所示的帶帶通通濾波器器，頻頻率范圍300HHzz-300000Hz，整個(gè)通通帶帶增益為8dB，非常適適合合語(yǔ)音放放大。UUO圖2帶通濾波波電路路4.2功率放大大大電路功率放大電路主主主要是由由集成成運(yùn)放TDA220030A組成，它它具具有輸出出功率率大，靜靜態(tài)電電流小，動(dòng)動(dòng)態(tài)態(tài)電流大大，負(fù)負(fù)載能力力強(qiáng)等等特點(diǎn)，音音色色中規(guī)中中矩，無無明顯個(gè)個(gè)性，特特別適合合制作作輸出功功率中中等的高高保真真功放。TDA220030A可以采用用單單電源或或雙電電源工作作，本本設(shè)計(jì)采采用的的是雙電電源。電電路圖如如圖3所示：圖3TDAA22030AAA內(nèi)部電路路TDA203000A的主要參參數(shù)數(shù)：工作電壓：正負(fù)負(fù)負(fù)15-2222V，靜態(tài)電流：<5550mAA,輸出功率：1888W，當(dāng)V=正負(fù)15-2222V時(shí)，諧波失真：0...05%，當(dāng)f=155kkHZ，RL=8Ω時(shí)，閉環(huán)增益：2666dB，當(dāng)=1kHHZ時(shí)，開環(huán)增益：8000dB,,當(dāng)=1kHHZ時(shí)，頻響范圍：4000-1440000HZ。五、總原理圖及及及元器件件清單單5.1總原原原理圖（見見附附圖1）5.2元件件件清單元件序號(hào)型號(hào)元件數(shù)量元件序號(hào)型號(hào)元件數(shù)量R110KΩ1C10.068uFFF4R227KΩ2C20.1uF3R347KΩ2C31uF1R48.2KΩ4C4100uF2R522KΩ2C522uF1R6680Ω1D140012R71Ω1CA31051UA7411TDA203000A1揚(yáng)聲器1六、用CAD畫畫電路路原理圖圖6.1、啟動(dòng)原原原理圖設(shè)設(shè)計(jì)服服務(wù)器，裝入所需需的的元件庫(kù)庫(kù)，放置元件件根據(jù)實(shí)際電路的的的需要，到到元元件庫(kù)中中找出出所需的的元件件。通過Tab鍵或雙擊擊原原件調(diào)出出屬性性對(duì)話框框，在在Attrriibuttess頁(yè)設(shè)置原原件件標(biāo)號(hào)、參參數(shù)數(shù)、型號(hào)號(hào)等，其其中的關(guān)關(guān)鍵項(xiàng)項(xiàng)為封裝裝名稱稱和原件件序號(hào)號(hào)；然后后根據(jù)據(jù)元件之之間的的連接關(guān)關(guān)系進(jìn)進(jìn)行位置置調(diào)整整，使電電路圖圖的布局局整齊齊美觀，走走線線簡(jiǎn)潔合合理，達(dá)達(dá)到設(shè)計(jì)計(jì)要求求。6.2、原理圖圖圖布線由高保真音音頻頻功率放放大器器的總原理理圖圖，利用Protteel999SE提供的各各種種工具、指指令令進(jìn)行布布線，將將工作平平面上上的器件件用具具有電氣氣意義義的導(dǎo)線線、符符號(hào)連接接起來來，完成成一個(gè)個(gè)完整的的電路路原理圖圖。6.3、檢查原原原理圖使用Proteell99SE的電氣規(guī)規(guī)則則，即執(zhí)執(zhí)行菜菜單命令Tooll//ERC，對(duì)畫好好的的電路原原理圖圖進(jìn)行電電氣規(guī)則檢查查。若若有錯(cuò)誤誤，根根據(jù)錯(cuò)誤誤報(bào)告告進(jìn)行改改正。6.4、生成網(wǎng)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)表網(wǎng)絡(luò)表是是電電路原理理圖設(shè)設(shè)計(jì)和印印刷電電路板設(shè)設(shè)計(jì)之之間的橋橋梁，執(zhí)執(zhí)行菜單單命令令Desiiggn/CCreeateeNeetliistt可以生成成具具有元件件名、元元件封裝裝、參參數(shù)及元元件之之間連接接關(guān)系系的網(wǎng)絡(luò)絡(luò)表Sheeett1.eercc。七、印刷電路板板板設(shè)計(jì)圖4PCCB電電路板電路設(shè)計(jì)的最終終終目的是是為了了設(shè)計(jì)出出電子子產(chǎn)品，而而電電子產(chǎn)品品的物物理結(jié)構(gòu)構(gòu)是通通過印刷刷電路路板來實(shí)實(shí)現(xiàn)的的。Protteel999SE為設(shè)計(jì)者者提提供了一一個(gè)完完整的電電路板板設(shè)計(jì)環(huán)環(huán)境，使使印刷電電路板板的設(shè)計(jì)計(jì)更加加方便有有效。上圖4為已經(jīng)完完成的PCB電路板圖5覆銅后的PCBBB板為了使電路路板板更加美觀觀觀、結(jié)實(shí)實(shí)、減減少外界界干擾擾，使電電路運(yùn)運(yùn)行更加加穩(wěn)定定可靠，特特意意給PCB電路板進(jìn)進(jìn)行行了多邊邊形覆覆銅。上上圖5為多邊形形覆覆銅后的PCB板。八、綜合總結(jié)通過這次電子技技技術(shù)課程程設(shè)計(jì)計(jì)，讓我我們了解了設(shè)設(shè)計(jì)計(jì)電路的的程序序.通過本次次實(shí)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)計(jì)電路路原理圖圖，對(duì)對(duì)protteel999see有了初步步的的了解，能能獨(dú)獨(dú)立完成成電路路圖的繪繪制，在在設(shè)計(jì)電電路圖圖過程中中充分分了解各各芯片片和元器器件的的功能作作用。通通過這次次電子子技術(shù)課課程設(shè)設(shè)計(jì),使我們對(duì)模擬電電子子技術(shù)和和數(shù)字字電子技技術(shù)在在實(shí)踐中中的應(yīng)應(yīng)用有了了更深深刻的理理解。通通過該課課程設(shè)設(shè)計(jì)，把把死板板的課本本知識(shí)識(shí)變得生生動(dòng)有有趣，激激發(fā)了了學(xué)習(xí)的的積極極性。九、參考文文獻(xiàn)獻(xiàn)[1]路勇電子電路路實(shí)實(shí)驗(yàn)及仿仿真[M]]清華大學(xué)學(xué)出出版社20004