电子线路课程设计报告音频功率放大器.docx

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电子线路课程设计报告音频功率放大器

湖北民族学院

信息工程学院

课程设计报告

题目:

音频功率放大器

课程：

电子线路课程设计

专业：

电气工程及其自动化

班级：

学号：

学生姓名：

指导教师：

2016年11月15日

信息工程学院课程设计任务书

学号

学生姓名

专业（班级）

设计题目

音频功率放大器

设

计

技

术

参

数

1、最大输出不失真功率、失真度、信噪比、频率响应和效率

设

计

要

求

1、制作小功率集成音频功率放大器，输出功率大于1W

参

考

资

料

[1]康华光，陈大钦.电子技术基础—模拟部分（第五版）［M].北京：

高等教育出版社，2005

[2]邱关源，电路原理（第五版）。

北京:

高等教育出版社，2006

2016年11月15日

学生姓名：

学号：

专业（班级）：

课程设计题目：

音频功率放大器

成绩：

指导教师：

年月日

信息工程学院课程设计成绩评定表

摘要

本文介绍了音响的构成、功能、及工作原理，它由TDA2030芯片所组成的功放电路，本身具有电源电压范围宽，静态功耗小，可单电源使用，价格低廉等优点。

而TDA2030一款输出功率大，最大功率到达35W左右，静态电流小，负载能力强，动态电流大既可带动4-16Ω的扬声器，电路简洁，制作方便、性能可靠的高保真功放，并具有内部保护电路。

本设计的功能是将输入音频信号进行放大，可普遍用于家庭音响系统中，便于携带，适用性强。

关键词：

音频功放、TDA2030、输出功率、模拟电路

附录一：

元件清单16

附录二：

实物图17

1任务提出与方案论证

1.1设计任务

应用TDA2030设计一个简易音频功率放大器。

1.2设计要求

音频功率放大器满足如下要求：

1、最大输出不失真功率POM≥1W。

2、功率放大器的频带宽度BW≥50Hz~15KHz。

3、在最大输出功率下非线性失真系数≤3%。

4、输入阻抗Ri≥100kΩ。

5、具有音调控制功能：

低音100Hz处有±12dB的调节范围，高音10kHz处有±12dB的调节范围。

1.3方案设计与论证

采用集成功放设计功率放大器不仅设计简单，工作稳定，而且组装、调试方便，成本低廉，所以本设计选用集成功放实现。

目前常用的集成功放型号非常多，本设计选取SGS公司生产的TDA2030/2030A集成功放，该器件具有输出功率大、谐波失真小、内部设有过热保护，外围电路简单。

TDA2030A集成电路的另一特点是输出功率大，而保护性能以较完善。

根据掌握的资料，在各国生产的单片集成电路中，输出功率最大的不过20W，而TDA2030A的输出功率却能达18W，若使用两块电路组成BTL电路，输出功率可增至50W左右。

另一方面，大功率集成块由于所用电源电压高、输出电流大，在使用中稍有不慎往往致使损坏。

然而在TDA2030A集成电路中，设计了较为完善的保护电路，一旦输出电流过大或管壳过热，集成块能自动地减流或截止，使自己得到保护（当然这保护是有条件的，我们决不能因为有保护功能而不适当地进行使用）。

因而证明了利用TDA2030设计功率放大器的可行性。

2总体设计

2.1设计原理

由TDA2030/2030A构成的OCL功率放大器电路如图2-1所示。

该电路由TDA2030组成的负反馈电路，其交流电压放大倍数

（倍），满足设计要求。

二极管D1、D2起保护作用，一是限制输入信号过大，二是防止电源极性接反。

R4、C2组成输出相移校正网络，使负载接近纯电阻。

电容C1是输入耦合电容，其大小决定功率放大器的下限频率。

电容C3、C6是低频旁路电容，电容C5、C4是高频旁路电容。

电位器RP是音量调节电位器。

电路原理图如下：

图2-1TDA2030组成的功率放大电路

2.2元器件功能说明

1、集成功放TDA2030

TDA2030A在电源电压±14V，负载电阻为4Ω时输出14W功率（失真度≤0．5％）；在电源电压±16V，负载电阻为4Ω时输出18W功率（失真度≤0．5％）。

该电路由于价廉质优，使用方便，并正在越来越广泛地应用于各种款式收录机和高保真立体声设备中。

该电路可供低频课程设计选用。

TDA2030A内部原理结构图，如下图2-2所示:

图2-2TDA2030A内部原理结构图

TDA2030A实物接线引脚图，如下图2-3所示：

图2-3TDA2030A实物接线引脚图

引脚情况（如图2-3）:

1脚是正相输入端

　2脚是反向输入端

　　3脚是负电源输入端

　　4脚是功率输出端

　　5脚是正电源输入端。

2、扬声器

扬声器是本电路中重要的元器件之一。

它是一种能将电信号转换为声音或将声音转换为电信号的换能器件，这种器件能完成电能和声能的相互转换。

扬声器种类繁多，但最常用的是动圈式扬声器（又称电动式）。

而动圈式扬声器又分为内磁式和外磁式，因为外磁式便宜，所以本款音频功率放大器选用外磁式的扬声器，内阻为8Ω。

3、电位器

通过调节接入电路中的电阻的大小进而调节音频信号电流的大小，从而控制音量，简单、方便、快捷。

所选方案电路中选用的是100K的电位器。

3详细设计及仿真

3.1电路原理与Mulsitin仿真

TDA2030/2030A的外引线如图2-3所示。

1脚为同相输入端，2脚为反相输入端，4脚为输出端，3脚接负电源，5脚接正电源。

电路特点是引脚和外接元件少。

其主要特点为：

电源电压范围为6V18V，静态电流小于60A，频响为10Hz140kHz，谐波失真小于0.5，在VCC=14V，RL=4时，输出功率为14W。

在8负载上的输出功率为9W。

电路原理图如下：

图3-1TDA2030A组成功放电路Multisim仿真

功放电路Multisim仿真波形如下：

图3-2功放电路Multisim仿真波形图

3.2PCB制作

1、PCB的印制

运行AltiumDesinger软件，首先新建工程并保存，新建一个原理图文件并保存，在AltiumDesinger中再选择相应的元件，进行布局、连线，修改它所对应的封装（注意我们所选的封装类型一定要和我们选购的元器件型号相同），再导入原理图中，检查原理图无误后，生成网络表。

为该工程新建一个PCB文件并保存，导入前一步中生成的网络表，排查其中的错误直到能够成功导入。

对于导入的元件进行布局，尽量使电路板看起来紧凑美观一些，同时尽量不要线与线之间的交叉，减少不必要的跳线，使用手动布线之后再对照原理图检查多遍是否正确，然后去打印店打印PCB。

创新中心有印版的机器，在印制电路板前首先用砂纸将铜板打磨光滑方便印制和腐蚀，在印版时将电路板和打印的PCB纸紧密相贴，双手送入机器当中，反印两次之后就基本成功了，之后检查是否存在有断线，用油性笔将有断线的地方即使连接起来。

之后配置腐蚀液，将印制好的电路板放入其中，用手晃动盛有腐蚀液的容器可以加快反应速度。

在反应完后取出电路板，用清水清洗之后就可以开始打孔了，打孔的时候要对准，不然在之后插元件尤其是多管脚的芯片时会很困难，也不要磨针，不然很容易就会断。

在打完孔之后，用砂纸打磨一遍，再涂上松香防止腐蚀，就可以开始对电路板进行元件的焊接了，焊接时应注意要焊稳，防止虚焊的产生。

在AltiumDesinger中生成PCB图如下：

图3-3功放PCB图

图3-4功放电路三维模型

2、焊接时注意事项

良好的焊接是实验成功的重要保证；反过来说，焊接不良，往往会使实验失败，甚至损毁元器件。

虽然焊接技术并不复杂，但如果认为它操作简单而掉以轻心，也会造成种种不良后果。

所以应注意以下几点：

（1）电烙铁焊接TDA2030A的时候，一定要等电烙铁加热后，拔掉电源插头，用电烙铁的余热焊。

否则，温度过高的焊接，会烫坏TDA2030A。

（2）焊接扬声器的时候，一定要将连接电源正、负极的导线分别焊接在扬声器标有“＋”、“—”符号的一端。

扬声器的下方还有两个类似焊点的地方，如果错将导线焊在那儿，扬声器就会损坏，不能使用了。

（3）烙铁使用日久后，烙铁头容易被“烧死”，即在表面出现一层黑色氧化物，而且变得凹凸不平。

“烧死”的烙铁头很难熔化和沾取焊锡，需用锉刀将它重新挫亮。

尽量使用市场上出售的空心焊锡丝，它是将焊锡做成直径2～4毫米的细管状，在管内装进松香粉。

使用这种焊锡丝，能保护烙铁头不易被“烧死”。

（4）使用电烙铁一定要注意安全，使用前用万用表测一下电烙铁电源插头两端的电阻是否为正常值。

正常时20w烙铁的电阻约2000Ω，45Ω的为1000Ω，75w的为600Ω，100w的约500Ω。

电源插头与电烙铁外壳、烙铁头之间的电阻应接近无穷大，否则说明这把电烙铁漏电，不能使用。

3.3硬件调试

1、功率放大器测试：

（1）通电观察。

接通电源后，先不要急于测试，首先观察功放电路是否有冒烟、发烫等现象。

若有，应迅速切断电源，重新检查电路，排除故障。

（2）静态测试。

将功率放大器的输入信号接地，测量输出端对地的电位应为0V左右，电源提供的静态电流一般为几十mA左右。

若不符合要求，应仔细检查外围元件及接线是否有误；若无误，可考虑更换集成功放器件。

（3）动态测试。

在功率放大器的输出端接额定负载电阻RL（代替扬声器）条件下，功率放大器输入端加入频率等于1kHz的正弦波信号，调节输入信号的大小，观察输出信号的波形。

若输出波形变粗或带有毛刺，则说明电路发生自激振荡，应尝试改变外接电路的分布参数，直至自激振荡消除。

然后逐渐增大输入电压，观察测量输出电压的失真及幅值，计算输出最大不失真功率。

改变输入信号的频率，测量功率放大器在额定输出功率下的频带宽度是否满足设计要求。

4总结

历时四周的电子线路课程设计结束了，这给我带来了不可磨灭的深刻印象，尤其是对于未知的探索，对错误的寻找，这个过程是充满乐趣和成就感的，在连接电路的过程中，遇到了不少问题，包括原理的理解，实验电路的设计，以及在电路连接过程中不可避免的与设计思想相违背，不能出现实验结果的情况，经过对问题的分析及对线路，对实验器材的进一步调试，才一步一步地解决了问题，并最终得出实验结果。

在这四周的课程设计中，我的收获是巨大的。

第一，在专业知识的理解与掌握上更进了一步，通过对所不理解的专业知识的查找，并最终将其理解掌握，而且融入到设计理念中，这是一个不断成长和成熟的过程。

第二，我学会了怎么去做一个设计者，再设计的过程中，我们必须不断提高，必须通过不间断的学习来解决一个又一个难题，更重要的是遇到难题时我们应该抱有一个平淡而又严谨的心态，以一个寻求答案的，渴望的思想去找到解决问题的方法，最终将问题解决。

第三，我明白了基本的理论知识和实践设计的差别，好多理论上可以执行的东西有时候是调试不出来的，这时候就要去自己寻找错误，有时候是电路连接，有时候是实验设备的问题。

而且把理论知识运用到实践中时也是一个很大的挑战，需要不断的探寻和调试才可以达到目的。

第四，在焊接实物电路时，一定要先画出接线图，最好把管脚、正负极性也标上，焊接时一定要检查一下原件安放是否正确了之后才能开始焊接，这样可以减小焊接时出错的概率。

焊接结束后，最好再对电路进行一次彻底的检查，看看没有没漏焊的线或是接错的管脚，保证检查无误了，然后再去调试电路。

第五，其次，我明白了基本的理论知识和实践设计的差别，这时候就要去自己寻找错误，有时候是电路连接，有时候是实验原件的问题。

而且把理论知识运用到实践中时也是一个很大的挑战，需要不断的探索才可以。

第六，再次，通过这次课程设计对音频功率放大器的设计与制作,锻炼了我的实践动手能力，让我了解了设计电路的程序，也让我了解了关于音频功率放大器的原理与设计理念，要设计一个电路首先要仿真成功之后才算是进入第一步，初步的参数也才可以开始确立，同时，实际接线结果也不一定与仿真结果完全一致，因为还有很多现实存在的因素是电脑仿真没法考虑进去的，所以也不能完全依赖仿真出来的结果。

我知道了很多，也扩展了视野。

我也收获很多，我更熟练的掌握使用在这里选用了Multisim进行仿真，虽然Multisim不是很难学，但由于自己对multisim还没有熟练的掌握，仿真过程中还是会有一定的误差，此外仿真时无法插入音频信号，无法对声音部分的仿真，所以只能对后面部分电路进行仿真。

当然，仿真结果失败了也不一定就是完全行不通，因为有些原件有自己的特性的，在现实电路中是可以成功的，因此，这两方面的因素都应该考虑。

最后，这次课程设计让我得到了很多在课堂上无法获得的知识，以及解决问题的方法，对我来说，这是一次相对比较成功的课程设计，也许过程中有诸多不完美的地方，但我始终相信实践，永远是熟练自己知识的最根本的方法，永远是检验真理的唯一标准。

参考文献

[1]康华光，陈大钦.电子技术基础—模拟部分（第五版）［M].北京：

高等教育出版社，2005

[2]邱关源，电路原理（第五版）。

北京:

高等教育出版社，2006

附录一

1、元件清单：

位号

名称

规格

数量

R1

电阻

680Ω

1

R2、R3

电阻

22k

2

R4

电阻

1Ω

1

Rp

电位器

100k

1

D1、D2

二极管

1N4001

2

C1

电容

10uf

1

C2

电容

22uf

1

C3、C4

电容

100uf

2

C5、C6

电容

0.1uf

2

集成功放

TDA2030

1

喇叭

8Ω

1

PCB接线端子

3

PCB板

7*10

1

短导线

1

附录二

1、实物图：

图7-1功放实物图

图7-2功放实物图