兰州理工大学《电子技术综合训练》音频功率放大器报告Word文档下载推荐.docx
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关键词:
音频功率放大;
TDA2030;
LM324AD
1设计任务和要求………………………………………………………………4
1.1设计任务…………………………………………………………………4
1.2设计要求…………………………………………………………………4
1.3系统要求…………………………………………………………………4
2系统设计……………………………………………………………………5
2.1系统要求…………………………………………………………………5
2.2方案设计…………………………………………………………………5
2.3系统工作原理……………………………………………………………5
3单元电路设计………………………………………………………………6
3.1音源选择电路…………………………………………………………7
3.2前置放大电路…………………………………………………………7
3.2.1电路结构及工作原理…………………………………………………7
3.2.2电路仿真………………………………………………………………9
3.2.3元器件的选择及参数确定…………………………………………10
3.3功率放大电路…………………………………………………………10
3.3.1电路结构及工作原理………………………………………………10
3.3.2电路仿真……………………………………………………………11
3.3.3元器件的选择及参数确定…………………………………………12
4电路仿真……………………………………………………………………13
5电路安装、调试与测试……………………………………………………13
5.1电路安装………………………………………………………………13
5.2电路调试………………………………………………………………13
5.3系统功能及性能测试…………………………………………………14
5.3.1测试方法设计………………………………………………………14
5.3.2测试结果及分析……………………………………………………14
6结论………………………………………………………………………14
7参考文献…………………………………………………………………15
8总结、体会和建议………………………………………………………15
9附录…………………………………………………………………………18
1.设计内容及技术要求
1.1设计任务:
设计并制作一个音频功率放大器,将MP3输出的音乐信号放大。
1.2设计基本要求:
1、放大器有两个MP3输出输入接口;
2、能够使用电子开关进行音源选择,并且能够用发光二极管指示;
3、放大器设有音量控制、功率放大功能;
4、主要技术指标如下:
(1)额定输出功率:
2×
1W(或2×
5W)(THD≤0.5%)
(2)负载阻抗:
8Ω
(3)输入阻抗:
>
>
600Ω
5、电源:
220V/50HZ的工频交流电供电;
(注:
直流电源部分仅完成设计即可,不需制作,用实验室提供的稳压电源调试,但要求设计的直流电源能够满足电路要求)
6、按照以上技术要求设计电路,绘制电路图,对设计的电路用Multisim或OrCAD/PspiceAD9.2进行仿真,用万用板焊接元器件,制作电路,完成调试、测试,撰写设计报告。
7、发挥部分:
(1)设计均衡电路(音调电路);
(2)有电平指示功能。
8.时间:
三周
9、进度安排:
(1)第一周选题,熟悉题目,分析要求,查找资料,选择方案,优化方案,确定原理方框图,单元电路设计,选择元器件;
(2)第二周进行电路仿真,确定电路原理图,画出电路原理图,购买元器件,焊接电路;
(3)第三周电路调试,电路测试,绘制电路原理图,完成设计报告,答辩。
2.系统设计
2.1系统要求:
课题要求设计并制作一个音频放大电路,将MP3输出的音乐信号放大,设计均衡电路实现对音源信号进行高低频调音,设计电子开关实现两个音源间的选择。
基本性能指标要求为:
输出最小功率:
1W或5W;
输出阻抗:
RL=8Ω;
输入阻抗:
600Ω;
2.2方案设计:
通过查阅音频功率放大器的相关书籍和学习的前提下,与同组成员讨论,初步设计方案如下:
根据推任务要求,设计总电路需要弱信号前置放大级电路和功率放大电路两个基本电路,其中前置级主要完成小信号的电压放大任务;
功率放大级则实现对信号的电压和电流放大任务。
2.3系统工作原理:
将来自MP3的音频信号经过音源选择电路选择后送入前置放大器进行电压放大,先由音源选择电路选择音源,音源经由功率放大器进行功率放大后推动扬声器工作,该设计具有音源选择、放音扩大功能。
首先确定整机电路的级数,再根据各级的功能及技术指标要求分配电压增益,然后分别计算各级电路参数,通常从功放级开始向前逐级计算。
音频放大器原理图如图2.1所示,主要由音源选择模块、前置放大模块、音量控制模块及功率放大模块和扬声器组成。
图2.1系统原理方框图
各部分的基本功能如下:
1.前置放大模块
前置放大模块是把音频信号放大至功率放大器所能接受的输入范围。
它具有两个功能:
一是要选择所需要的音源信号,并放大到额定电平;
二是要进行各种音质控制,以美化声音。
其基本组成由音源选择、输入放大和音质控制等电路。
2.音量控制模块
音量控制模块是将前置放大后的信号通过电位器来控制TDA2030芯片的输入信号的大小,用来控制整个音量的大小。
3.功率放大模块
给音频放大器的负载(扬声器)提供一定的输出功率。
当负载一定时,希望输出功率尽可能大,输出信号的非线性失真尽可能小,效率尽可能大。
3.单元电路设计
3.1音源选择电路:
在音频功率放大器中,设有两路外部音源输入,通过相应的音源选择电路选择其中的某一路音源输出,本设计采用六角自锁开关,音源选择原理图
如图3.1所示。
图3.1音源选择原理图
3.2前置放大电路:
3.2.1电路结构及工作原理:
前置放大器是将音源信号进行线形放大,满足后级功放级对输入信号幅度的要求,前置放大器可由运放或分离元件构成。
本设计选用集成运放LM324AD构成前置放大器,如图3.2所示。
图3.2前级放大电路图
LM324为四运放集成电路,采用14脚双列直插塑料封装,LM324AD管脚图如图3.3,引脚功能如表3-1所示。
图3.3LM324AD管脚图
表3-1LM324AD引脚功能表
引脚
功能
1
输出1
8
输出3
2
反向输入1
9
反向输入3
3
正向输入1
10
正向输入3
4
电源
11
接地
5
正向输入2
12
正向输入4
6
反向输入2
13
反向输入4
7
输出2
14
输出4
LM324内部有四个运算放大器,有相位补偿电路。
它的内部包含四组形式完全相同的运算放大器,除电源共用外,四组运放相互单独。
每一组运算放大器可用如图所示的符号来表示,它有5个引出脚,其中“+”、“-”为两个信号输入端,“V+”、“V-”为正、负电源端,“Vo”为输出端。
两个信号输入端中,Vi-(-)为反相输入端,表示运放输出端Vo的信号与该输入端的相位相反;
Vi+(+)为同相输入端,表示运放输出端Vo的信号与该输入端的相位相同。
3.2.2电路仿真
前级放大电路仿真如图3.4所示。
图3.4前级放大电路仿真图
3.2.3元器件的选择及参数确定
运算放大器可选用LM324AD,采用15V电源供电。
3.3功率放大:
3.3.1电路结构及工作原理:
功率放大器是音频系统中一个不可缺少的重要部分,其主要任务是将音频信号放大到足以推动外接负载如扬声器、音箱等。
不同于前置放大器的功率放大器不仅对音频电压信号进行放大,而且放大了音频电流信号,以满足外接负载的功率需求。
音频功率放大器的类型很多,根据使用的器件不同,为纯电子管、晶体管、集成电路、场效应管功率放大器。
一般认为电子管功率放大器的音色优于晶体管功率放大器音色。
晶体管放大器的频响宽,低频可延伸至直流,是目前输出功率最大的功率放大器。
场效应管功率放大器的音色是晶体管机中音色最好的一种。
集成电路功率放大器则以其制作简单、性能稳定、功能齐全、价格低廉而使其成为数量最多的一种。
TDA2030集成音频功率放大器就是其中的一种,本文中就选取TDA2030集成音频功率放大器做为功放电路。
TDA2030是一块性能十分优良的功率放大集成电路,其主要特点是上升速率高、瞬态互调失真小,在目前流行的数十种功率放大集成电路中,规定瞬态互调失真指标的仅有包括TDA2030在内的几种。
瞬态互调失真是决定放大器品质的重要因素,也是该集成功放的一个优点。
TDA2030集成电路的另一特点是输出功率大,而保护性能以较完善。
TDA2030集成电路的第三个特点是外围电路简单,使用方便。
在现有的各种功率集成电路中,它的管脚属于最少的一类,总共才5端,外型如同塑封大功率管,这就给使用带来不少方便。
TDA2030的电气性能稳定、可靠、能适用长时间连续工作,集成块内部具有过载保护和热切断保护电路,不会损坏器件。
在单电源使用时,散热片可直接固定在金属板上与地线相通,无需绝缘,使用十分方便。
是目前音质较好、价格较低、外围元件较少、应用较方便的一款性价比较高的集成功放。
TDA2030的引脚排列如图3.5所示。
图3.5TDA2030的引脚排列图
根据设计任务本次TDA2030采用15V电源供电,画出相应的电路图,如图3.6所示:
图3.6功率放大级电路
3.3.2电路仿真
本设计采用的是软件Mulitisim来进行的仿真,首先按照音频功率放大器的设计原理图在仿真软件中连接原理图,并连接原理图的过程中注意元件的参数设置。
在Mulitisim仿真软件中连接好原理图后,设置好参数,经过电气规则检测无误,然后用示波器检测输入端输出波形。
在最大不失真的时候,低音信号的输入输出与高音信号的输入输出比较,如图3.7所示。
图3.7后级放大电路仿真图
3.3.3元器件的选择及参数确定
功率放大器选用TDA2030,采用正负15V双电源供电,电解电容选用铝电解电容,耐压均选25V,薄膜电容均选用聚脂膜电容,耐压选50V或63V。
电阻选碳膜电阻器,或金属膜电阻。
电位器选用碳膜电位器。
4.电路仿真
图4.1音频功率放大电路仿真图
5.电路的安装、调试与测试
5.1电路安装:
图4就是整个系统的电路原理图。
音频功率放大器是一个小型电路系统,安装前要将各级进行合理布局,一般按照电路的顺序一级一级地布局,功放应远离输入级,每一级地线尽量接在一起,连线尽可能短,否则很容易出现自激。
安装前应检查元器件的质量,安装时特别要注意功放块要添加散热片,运算放大器,电解电容等主要器件的引脚和极性,不能接错。
从输入级开始依次向后级安装,也可以从功放
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