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功率放大器
郑州科技学院
《模拟电子技术》课程设计
题目音频放大器___
专业班级12级电动一班____
学生姓名_____王芳芳________
学号201247003______
院(系)__电气工程学院_____
指导教师赵剑锷________
完成时间2014年5月9日_
目录
绪论2
1设计目的3
2设计任务与要求4
2.1设计任务4
2.2要求4
3设计方案与论证4
4设计电路介绍7
5电路仿真9
6总结10
7参考文献11
附录1:
总体电路原理图12
附录2:
元器件清单12
绪论
1906年美国的德福雷斯发明了真空三极管,开创了人类电声技术的先河。
1927年贝尔实验室发明了负反馈NFB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“威尔逊”放大器,而1947年威尔逊显示在一篇设计Hi-Fi放大器的文章中介绍了一种成功运用负反馈技术,成为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。
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。
70年代的中期,日本生产出第一只场效应功率管。
由于场效应功率管同时具有电子管纯厚,甜美的音色,以及动态范围达90dB,TDH<0.01%的特点,很快在音响界流行,现今的许多放大器中都采用了场效应管作为末级输出。
80年代,数字功放成为了新一代的宠儿。
音频放大器已经有快要一个世纪的历史了,最早的电子管放大器的第一个应用就是音频放大器。
然而直到现在为止,它还在不断地更新、发展、前进。
主要因为人类的听觉是各种感觉中的相当重要的一种,也是最基本的一种。
为了满足它的需要,有关的音频放大器就要不断地加以改进。
音频放大器类别:
A类(甲类)放大器、B类(乙类)放大器、AB类[甲乙类)放大器、C类(丙类)放大器、D类(丁类)放大器、E类(戊类)放大器、F类(己类)放大器、G类(庚类)放大器、H类[辛类)放大器、S类放大随着晶体管制造技术的不断提高和新技术的应用,各项实用性指标和可靠性指标都有很大改善,并不断在向更大的输出功率,更小的体积,更轻的重量,更多的功能和智能化方向发展。
1设计目的
音频功率放大器,简称音频功放,在家庭音响系统中处于核心地位,是电子爱好者,特别是音响“发烧友”最感兴趣的器件之一。
由于其工作在高电压,大电流的状态下,故障率极其高,所以,掌握其原理组装调试与维修是保证功率放大器正常工作的根本,也是广大电子爱好者和专业人士必备的技能。
随着电子技术的迅速发展,音频小信号功率放大器的用途也越来越广泛。
许多电子产品都要用到音频功率放大器,诸如音响、电视机、收音机等,均要
求放大电路的末级有足够的功率去推动扬声器(喇叭)音圈振动发出声音。
这
种用于向负载提供足够信号功率的放大电路称为功率放大电路,简称功放。
音
频功率放大器的作用是将微弱的声音电信号放大为功率或幅度足够大、且与原
来信号变化规律一致的信号,即进放大。
音频行不失真的功率放大器应用最广
的是音响技术领域,用于扬声器的发声,是音响设计与制作中必不可少的一部分。
2设计任务与要求
2.1设计任务
设计一个小功率语音放大器,既能放大语音信号,又能降低外来噪音。
2.2要求
1.根据设计要求和已知条件,确定前置放大电路,功率放大电路的方案,计算和选择单元电路的原件参数。
2.功率放大电路的组装与调试。
3.整体电路的联调与试听。
3设计方案与论证
方案一
用LM386组成的OTL功放电路如图1-2所示,信号从③脚同相输入端输入,从⑤脚经耦合(220μF)输出。
图1-3为LM386芯片的容,作用是作管脚图,⑦脚可以接电容。
①电为去耦滤波电阻、电容脚与⑧脚之间可以接用于调节电路的闭环电压增益。
①脚与⑧脚之间接滑动变阻器的话,可以通过改变电阻值,使集成功放的电压放大倍数发生变化。
R值越小,电压增益越大。
当需要高增益时,可取变阻器阻值=0。
图1-2输出端⑤脚所接10Ω电阻电容、
图2-2LM386构成的音频功率放大器图2-3LM386管脚图
方案一电路的优点:
LM386是一种低电压通用型音频集成功率放大器,应用广泛,大大减少了分立元件的使用,供电电压要求比较低,4~12V都可以驱动。
方案一电路的缺点:
使用LM386集成块之后,设计要求无法达到,不能通过二级放大来实现音频信号的输出,可调范围减小,整机效率都可能减小。
图3-1
方案二
用TDA集成攻放组成互补推挽电路由正负电源供电。
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。
我们知道,瞬态互调失真是决定放大器品质的重要因素,该及成功访的一个重要优点。
TDA2030A是电话机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。
1脚是正向输入端
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
该电路由于价廉质优,使用方便,并正在越来越广泛的应用于各种款式收录机和高保真立体声设备中。
热保护:
限热保护有以下优点,能够容易承受输出的过载(甚至是长时间的),或者环境温度超过时均起保护作用。
与普通电路相比较,散热片可以有更小的安全系数。
万一结温超过时,也不会对器件有所损害,如果发生这种情况,Po=(当然还有Ptot)和Io就被减少。
印刷电路板设计时必须较好的考虑地线与输出的去耦,因为这些线路有大的电流通过。
装配时散热片与之间不需要绝缘,引线长度应尽可能短,焊接温度不得超过260℃,12秒。
虽然TDA2030A所需的元件很少,但所选的元件必须是品质有保障的元件该电路可供低频课程设计选用。
图3-2
经过对比选择方案二,方案二用的元器件有100pF电容一个,0.1u电容两个,2.2uF电容两个,22uF电容一个,22KΩ电阻两个,1Ω8Ω680Ω电阻各一个,TDA2030一个,TDA2030集成电路的另一个特点是输出功率大,而保护性以较完善。
根据掌握的资料,在各国生产的单片集成电路中,输出功率最大的是不过20W,而TDA2030的输出功率却恩呢该达18W,若使用两块电路组成BTL电路,输出功率可增至35W,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TDA2030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,集成块能自动的减流或截止,是自己得到保护(当然者保护是有条件的,我们决不能因为有保护功能而不适当地进行使用)。
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,外形如同塑封大功率管,这就给使用带来不少方便。
4设计电路介绍
A类
当对效率要求不高的时候,大多数小信号线性放大器会设计成甲类(A类),即输出级元件总是处于导通区。
甲类(A类)放大器一般比其它类型线性度更好,也较为简单,但效率非常低。
这类放大器最常用于小信号级或低功率(例如驱动耳机)应用中。
D类
丁类(D类)放大器使用开关来达到很高的功耗效率(在现代设计中大于90%)。
通过允许每个输出器件完全导通或关断,能量损失达到最小化。
像脉冲宽度调制这类简单方法有时还在使用;然而,高性能的开关放大器使用数字技术,比如∑-Δ调制,来达到更高的性能。
早先由于有限的带宽和相当大的失真,它们仅用于亚低音用扩音器。
半导体器件的进展已经使开发高保真、全声音频带丁类(D类)放大器的开展成为可能,使得它们的信噪比(S/N)和失真度与其它线性器件相近
功率放大电路是在大信号下工作,所以不可避免地会产生非线性失真,而且同一功放管输出功率越大,非线性失真往往越严重,这就使输出功率和非线性失真成为一对主要矛盾。
但是,在不同场合下,对非线性失真的要求不同,例如,在测量系统和电声设备中,这个问题显得重要,而在工业控制系统等场合中,则以输出功率为主要目的,对非线性失真的要求就降为次要问题。
原理:
集成功率放大器实际上是一个集成化的互补推挽功率放大电路。
DA2030集成功放的实物图如图,输出功率是负载上电压和电流的乘积,输入功率则为放大器输入电压和输入电流的乘积。
非线性是真度是被测信号中除基波以外各次谐波电压总的有效值与基波电压有效值的百分比。
在介入负载电阻之前,先接通直流电源,测量各端直流电压,特别是输出端电压。
如果输出电压不为零,要仔细查明原因,然后才能介入负载。
5电路仿真
确定好电路图后,开始进行仿真,仿真开始先初步熟悉这个过程,仿真过程中遇到很多问题,在找元器件的时候可能会找不到需要的型号,这时就得自己
找相近的替代。
仿真完成后开始排元器件,安装元件之前需要对电子元件的引脚进行加工,即需要把电子元件的引脚弯曲,使之适合电路板上的孔距。
具体做法是:
用大拇指顶住引脚与电子元件连接段,用力使引脚弯曲,弯曲呈弧形。
将加工好的电子元件安装在电路板上指定的位置,以便焊接。
安装的时候应注意,大功率的电子元件应与电路板相隔一定的距离,以便散热,TAD2030需要与散热器相连。
之后开始焊接,焊接前需要将元器件的阴险砂光,便于焊接,全新的电子元件可以不进行砂光。
焊接的时候先焊接大功率的电子元件,后焊接小功率的电子元件,这样可以有效的避免焊接大功率电子元件的时候将小功率的电子元件烧坏。
电烙铁与水平面呈45°角,先用电烙铁对引脚进行预热,预热结束后,将锡丝接触电烙铁使其融化,待锡汁包围引脚,同时铜箔上的锡饱满就可以先移开锡丝,随后把电烙铁沿引脚向上提,以移开引脚,焊接即完成。
当焊接不足或者虚焊的时候需按照以上方法进行补焊或者用电烙铁把已经焊好的锡溶化,用吸锡器吸掉后再进行焊接。
焊接完成后需要把长的引脚剪掉。
电路板焊接完成后,先进行全面的检查。
检查无误后,开始进行电路板的有源调试。
输出波形的调试:
先利用函数信号发生器,将信号送入音频功率放大器。
在喇叭的两端通过测试线连接到数字双踪示波器,接通电源后,观察示波器的波形,并记录输出功率的大小。
画出波形图。
通频带的调试:
测量放大器通频带,测的是放大器增益随频率变化的情况。
在改变输入信号频率时,保持输入信号幅度不变,输出信号幅度值的变化正比于增益的变化。
在调试时,将函数信号发生器连接好,数字双踪示波器接到喇叭的两端。
改变输入信号的频率,保持输出信号幅度不变,通过示波器记录下输出信号幅度值,多次测量后,与设计要求数据进行比较。
6总结
将加工好的电子元件安装在电路板上指定的位置,以便焊接。
安装的时候应注意,大功率的电子元件应与电路板相隔一定的距离,以便散热,TAD2030需要与散热器相连。
从设计到调试,每一步都是困难重重,从中体会最深刻的就是坚持就是胜利。
特别是在调试过程中,试尽了方法,还是找不出故障的原因时,真想放弃,但还是挺过来了,最终还是完成了,这就是坚持的力量。
通过对音频功率放大器的制作,让我知道了电路设计及制作,了解了一些电子元器件的使用程序和规格。
通过实训,让我们学习怎么安装电阻,电容,电位器。
让我们学习了互相团结,合作的精神,成功不是一个人的,使我们大家齐心协力的结果。
在实验中我们也有很多不足的地方,慢慢来就会改进了。
这次实训课,让我知道了凡事都要自己做才能懂得其中的奥妙,老师只是将知识教给我们,但接下来具体怎么做还是要靠我们自己。
此次课程设计是我大学生活重要的一步。
从最初的选题,期间,查找资料,与同学交流,反复修改,每一个过程都是对自己能力的一次检验和充实。
通过这次事件,我了解了音频功率放大器用途及工作原理。
熟悉了音频功率放大器的设计步骤,锻炼了设计实践能力,培养了自己能力。
此次课程设计是对我我专业知识和专业基础知识一次实际检验和巩固,课程设计收获很多,比如学会了查找相关资料相关标准,分析数据,提高了自己的制作能力。
这一周的课程设计就那么快的过去了,经过这一周,我真的觉得自己学的东西还很少,只是在模电这个知识领域里的皮毛的皮毛。
通过这次课程设计,我了解TDA2030各个引脚的功能以及用它做功放电路的优势。
知道要保证电路功率的放大作用,要尽量减小失真,防止产生自激振荡。
其次,让我真正领悟到了细节决定成败,就是小小的一根接触不良,也会使整个电路失败。
再有让我学会了冷静思考问题。
在调试时因无法找到故障原因而纠结。
确实,每遇到难以解决的问题时,我们都会很烦躁,但是遇到问题时我们应该要冷静面对,思考问题,问题才能解决。
参考文献
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附录1:
总体电路原理图
附录2:
元器件清单
序号
名称
型号规格
数量
1
电阻
22kΩ
2
2
电阻
680Ω
1
3
电阻
1Ω
1
4
电容
2.2pF
1
5
电容
22uF
1
6
电容
100pF
1
7
电容
0.1uF
3
8
扬声器
8Ω
1
9
功放
TDA2030
1
10
导线
若干
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