《音频功率放大器》课设论文.docx

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《音频功率放大器》课设论文

课程设计（论文）说明书

题目：

音频功率放大器

院（系）：

信息与通信学院

专业：

通信工程

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学号：

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职称：

讲师

2012年12月1日

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：

TDA2030；输出功率；

Abstract

Thisarticledescribesthesoundofthecomposition,function,andprinciple,itisformedbytheTDA2030chippoweramplifiercircuit,thestaticpowerconsumptioncanbeasinglepoweruseandlowcostadvantages.TheTDA2030ahighoutputpower,maximumpowerreaches35Worso,thestaticcurrent,loadcapacity,dynamiccurrentcandrivelarge4-16Ωspeaker,circuitsimplicity,makingconvenientandreliablehigh-fidelitypoweramplifier,andaninternalprotectioncircuit.Thisdesignfeatureistheinputaudiosignalamplification,isgenerallyavailableforhomeaudiosystems,portableapplicability.

Keywords：

TDA2030；Outputpower

1绪论

1.1引言

伴随着科学技术的迅速发展，人们生活水平的不断提高，对音频功率放大器的要求越来越高。

音频是多媒体中的一种重要媒体。

人能够听见的音频信号的频率范围大约是60Hz-20kHz其中语音大约分布在300Hz-4kHz之内，而音乐和其他自然声响是全范围分布的。

如何通过分析仪器让音频功放达到更高的要求是许多人为之努力的永恒的课题，声音经过模拟设备记录或再生，成为模拟音频，再经数字化成数字音频，音频分析就是以数字音频信号为分析对象以数字信号处理的各种理论为分析手段，提取信号在时域，频域内一系列特性的过程。

本文基于所学知识模拟制作音响功率放大器，践实所学知识掌握程度，并通过对所学知识来制造和改进相关产品，实际动手的过程中遇见了很多问题，但是在老师的指导和帮助下解决相应的问题。

同时在与同组人的讨论学习过程中加强了团队意识的培养，加强了相互间协调合作的能力，从而高质、高效的完成本项任务。

1.2音频放大器概述

音响技术的发展历史可以分为电子管、晶体管、集成电路、场效应管四个阶段。

1906年美国的德福雷斯特发明了真空三极管，开创了揉电声技术的先河。

1927年贝尔实验室发明了负反馈NFB（Negativefeedback）技术后，使音响技术的发展进入了一个崭新的时代，比较有代表性的如“威廉逊”放大器，而1947年威廉逊先生在一篇设计Hi-Fi（HighFidelity）放大器的文章中介绍了一种成功运用负反馈技术，成为了Hi-Fi史上一个重要的里程碑。

60年代由于晶体管的出现，使功率放大器步入了一个更为广阔的天地。

晶体管放大器细腻动人的音色、较低的失真、较宽的频响及动态范围等特点，，各种电路也相应产生，如：

“OTL（OutputTransformerLess）”无输出放大器、“OCL（OutputCapacitorLess）”放大器等。

直至70年代，晶体管放大技术的应用已相当成熟，各种新型电路不断出现，如：

较成功地解决了负反馈电路的瞬态失真和高频相位反转问题的无负反馈放大电路；成功地将甲、乙放大器的优点结合在一起的超甲类放大电路；具有输出功率大、失真小的电流倾注式放大电路等等。

从而使晶体管放大器成为音响技术发展中的主流。

在60年代初，美国首先推出音响技术中的新成员——集成电路，到了70年代初，集成电路以其质优价廉、体积小、功能多等特点，逐步被音响界所认识。

发展至今，厚膜音响集成电路、运算放大集成电路被广泛用于音响电路。

2设计方案

2.1电路实验综合设计流程

图2.1系统框图

2.2TDA2030

TDA2030A是德律风根生产的音频功放电路，采用V型5脚单列直插式塑料封装结构。

如图1所示，按引脚的形状引可分为H型和V型。

该集成电路广泛应用于汽车立体声收录音机、中功率音响设备，具有体积小、输出功率大、失真小等特点。

并具有内部保护电路。

意大利SGS公司、美国RCA公司、日本日立公司、NEC公司等均有同类产品生产，虽然其内部电路略有差异，但引出脚位置及功能均相同，可以互换。

电路特点：

[1].外接元件非常少。

　　[2].输出功率大，Po=18W（RL=4Ω）。

　　[3].采用超小型封装（TO-220）,可提高组装密度。

　　[4].开机冲击极小。

　　[5].内含各种保护电路，因此工作安全可靠。

主要保护电路有：

短路保护、热保护、地线偶然开路、电源极性反接（Vsmax=12V）以及负载泄放电压反冲等。

　　[6].TDA2030A能在最低±6V最高±22V的电压下工作在±19V、8Ω阻抗时能够输

出16W的有效功率，THD≤0.1%。

无疑，用它来做电脑有源音箱的功率放大部分或小型功放再合适不过了。

引脚情况（如图3-4）:

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。

图2.2TDA2030引脚图

2.3功率放大器的选择

TDA2030芯片所组成的功放电路，它是一款输出功率大，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。

本课题要求音响放大器的输出功率为0.5W，带动负载为4Ω，故选用TDA2030芯片。

频率响应fL～fH＝50Hz～20kHz，而单电源供电音频功率放大器已经达到所需要的目标。

并且它较少元件组成单声道音频放大电路、装置调整方便、性能指标好等特点。

3Multisim电路仿真

3.1Multisim

按照原理设计的电路，往往不一定能按照要求正常工作，因此要借助辅助工具来进行检验，看其是否能正常工作，若不能工作，就进行调试或者是更换原理等。

Multisim是一款功能强大的仿真软件，元件库里元件丰富，简单好学好用。

通过绘出电路原理图接上输入信号和各种测量仪器，通过仿真的测试和调整，可发现和纠正设计方案的不足，并查出电路安装中的错误，然后采取措施加以改进和纠正，就可使之达到预定的技术要求。

3.2功率放大器仿真

功率放大器（简称功放）的作用是给音响放大器的负载RL（扬声器）提供一定的输出功率。

当负载一定时，希望输出的功率尽可能大，输出信号的非线性失真尽可能地小，功率尽可能的高。

功率放大器，简称“功放”。

很多情况下主机的额定输出功率不能胜任带动整

个音响系统的任务，这时就要在主机和播放设备之间加装功率放大器来补充所需的功率缺口，而功率放大器在整个音响系统中起到了“组织、协调”的枢纽作用，在某种程度上主宰着整个系统能否提供良好的音质输出。

当负载一定时，希望其输出的功率尽可能大，其输出信号的非线性失真尽可能地小，效率尽可能高，功放的常见电路有OTL（OutputTransformerless）电路和OCL（OutputCapacitorless）电路。

有用集成运算放大器和晶体管组成的功放，也有专用集成电路功放。

图3.1功放仿真电路

图3.2功放仿真波形

4电路板的制作及调试

4.1PCB的印制和电路板的制作

运行Protel99se软件，首先新建工程，新建一个原理图文件，在Protel99se中再选择相应的元件，进行布局、连线，修改它所对应的封装，再导入原理图中，检查原理图无误后，生成网络表。

新建一个PCB文件，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一些，同时减少线与线之间的交叉，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。

科协有印版的机器，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。

之后将浓盐酸、双氧水和水按照一定的比例配置成腐蚀液，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。

4.2电路板的调试过程及所遇问题的解决方案

电路所设计的功能能否实现，电路板制作的好坏也起了很大的作用。

在接通电源前，我先对电路中的主要线路进行了测量，包括电源线，地线，芯片之间的连线，然后就接上5V电源，开始对电路中的功能进行检测。

接通5V电源后，首先示波器观察波形变换电路的输出是否正确，能否将各种波形都转换成为相同频率的方波，并测量相应输出信号的幅度，看其是否超出了单片机所能承受的电压，再将其接到单片机的时钟输入端，观察运行结果。

在这次的调试过程中，从最开始的制作PCB到后来的电路板进行实物检测，我都遇到了很多的问题，以下是我对这些问题的解决过程以及从中获得的心得体会

4.2.1元件的封装

由于Protel99se配备的元件库已经很旧了，因此在电路板的制作之前最好先买好元器件用游标卡尺对各个管脚的宽度进行测量，确定各个管脚的功能和封装是否能够对应，不然在焊好元件之后发现封装错误只好重做，这也需要平时多动手，多熟悉各种元件的管脚功能，毕竟元器件店卖的芯片型号很多，实现的功能也可能和课本上的不一样。

4.2.2断线和虚焊

由于科协做板的人很多，因此大家都是放在一起腐蚀，难免会有许多的剐蹭，因此腐蚀好的电路板出现断线也就在所难免，因此在做完电路板，焊接好元件之后就要对线路进行全面的检查，用万用表对着原理图来测量，不能光凭肉眼判断。

在这次的课设中，在焊好元件后我已经对线路进行了检查，然后在后来的调试过程中发现原来检查好的线路上又出现了断线，应该是在调试的过程中剐蹭造成的，因此在电路不能实现功能时要及时进行线路的检查。

在焊接的技术不是很熟练的时候，虚焊很容易出现，而且与断线相比，它不容易被发现，特别是对于多管脚的芯片，由于前面打孔的时候没打好，芯片插进去的时候就会很困难，很容易出现一些管脚没有完全穿过去的情况，这个时候就最容易出现虚焊，在这次课设的过程中，就是有一个芯片的管脚没有插好导致电路没有实现功能。

4.2.3万用表的使用

由于这次我做的课设是属于数字逻辑电路部分，因此对于电路的输入和输出管脚能否达到应有的高电平或是低电平就很重要，这时就需要记录万用表的读数来判断其是否达到了预期的输入电压，或是超过了额定的电压使芯片烧坏了。

同时利用万用表检查断线和虚焊。

5结论

这次的课设时间很充裕，在这一过程中我也学到了很多。

刚开始我到网上搜索了一下相关内容，顺便到学校图书馆借相关书籍，经过不断比较与讨论，最终敲定了音频功率放大器的电路原理图，并且询问了学长们关于元器件的参数情况，为下步实物连接打好基础。

通过仿真从理论上调试好电路后，接下来，开始了我的实物焊接阶段。

之前的电工实习让我简单的接触到了焊接实物，以为会比较轻松，但实际焊接起来才发现此次与电工实习中的焊接实物有很大的不同，要自己对焊板上元件进行布置和焊接电路元件连线，增加了很大的难度。

由于采用了电路板，为了使步线美观、简洁，还真是费了我们不少精力，经过不断的修改与讨论，最终结果还比较另人满意。

经过这段课程设计的日子，我发现从刚开始的protel到现在的Multisim，不管是学习哪种软件，都给我留下了很深的印象。

由于没有接触，开始学得很费力，但到后来就好了。

在每次的课程设计中，遇到问题，最好的办法就是问别人，因为每个人掌握情况不一样，不可能做到处处都懂，发挥群众的力量，复杂的事情就会变得很简单。

这一点我深有体会，在很多时候，我遇到的困难或许别人之前就已遇到，向他们请教远比自己在那冥思苦想来得快。

尽管现在只是初步学会了音频功率放大器设计，离真正掌握还有一定距离，但学习的这段日子确实令我收益匪浅，不仅是巩固了先前学的电路、模电的理论知识，而且也培养了我的动手能力，更令我的创造性思维得到拓展。

希望今后类似这样课程设计、类似这样的锻炼机会能更多些!

谢辞

这次课程设计能够成功达到预先制定的目标，首先和梁红玉老师对我及时的指导是密不可分，当然也离不开同学们在我遇到问题时，给予我十分及时的帮助，还有在做电路板的过程中，科协的同学为我们提供了十分齐全的设备，使得我在制板和测试的时候免去了很多苦恼。

在此次课程设计中我们得到老师的指点，班上同学和各位学长的帮助，还有大家共同努力，组员的团结协作，我们才得以圆满地完成此次设计，在此对给予支持与关怀的人士表示衷心的感谢！

参考文献

[1]王卫东高频电子电路北京：

电子工业出版社2009.03

[2]王卫东模拟电子电路北京:

电子工业出版社2010.05

[3]周茜电路分析基础北京：

电子工业出版社2010.01

[4]李仲秋黄荻电子电路分析与实践指导教程北京：

清华大学出版社2011.05

附录

1.设计相关附图

元器件清单：

电阻100K3个

电阻150K1个

电阻4.7K1个

电阻11个

滑动变阻器22K1个

电解电容1uf1个

电解电容22uf2个

电解电容100uf1个

电解电容2200uf1个

瓷片电容0.1uf2个

二极管1N40012个

TDA20301个

排针1个

图1.1元件清单

图1.2原理图

图1.3PCB

图1.4电路板实物图

图1.5输入信号

图1.6电源电压

图1.7输出波形