模电课设音频功率放大器报告.docx

模电课设音频功率放大器报告.docx

《模电课设音频功率放大器报告.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《模电课设音频功率放大器报告.docx（23页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。

模电课设音频功率放大器报告

学号：

课程设计

题

目

音频功率放大器的设计仿真与实现

学

院

信息工程学院

专

业

班

级

姓

名

指导教师

年月日

课程设计任务书

学生姓名：

专业班级：

指导教师：

工作单位：

信息工程学院

题目:

音频功率放大器的设计仿真与实现

初始条件：

可选元件：

集成功放，电容、电阻、电位器若干；或自选元器件。

可用仪器：

示波器，万用表，毫伏表等。

要求完成的主要任务

（1）设计任务

根据技术指标和已知条件，选择合适的功放电路，如：

OCL、OTL或BTL电路。

完成对音频功

率放大器的设计、仿真、装配与调试，并自制直流电源。

（2）设计要求

1输出功率10W/8Ω；频率响应20~20KHz；效率>60﹪；失真小。

2选择电路方案，完成对确定方案电路的设计。

3利用Proteus或Multisim仿真设计电路原理图，确定电路元件参数、掌握电路工作原理并仿真实现系统功能。

4安装调试并按规范要求格式完成课程设计报告书。

5选做：

利用仿真软件的PCB设计功能进行PCB设计。

时间安排：

1、2016年12月查阅资料，确定设计方案；

2、2017年01月4日-2017年01月7日完成仿真、制作实物等；

3、2017年01月8日-2017年01月9日调试修改；

4、2017年01月9日-2017年01月10日完成课程设计报告；

5、2016年01月11日完成答辩。

指导教师签名：

年

月

日

系主任（或责任教师）签名：

年

月

日

摘要I...

1引言1

2音频功率放大器的工作原理及组成2..

前置放大电路2...

功率放大电路2...

3方案设计与选择4...

功率放大器的选择4...

OTL互补对称功率放大器4..

用集成器件TDA2030实现5..

基于TDA2030的双电源互补对称功放6.

基于TDA2030的双电源桥式推挽互补对称功放6.

比较与选择8...

整体电路8...

主要元件：

TDA20308..

放大电路的基本设计9..

各模块功能与设计1..0.

放大模块1..0.

输入模块1..1.

摘要

音响放大器的设计目的是为了更好的掌握集成功率放大器内部电路工作原理，学会其外围电路的设计与主要性能参数测量方法以及掌握音响放大器的设计与电子线路系统的装试和调试技术。

本文主要介绍了基于TDA2030以及LM324的音响功放电路和前置放大电路。

其中前置放大电路基于2N2222型号的BJT共集放大电路，功放电路基于TDA2030芯片，功放电路采用单电源互补对称放大电路。

关键词TDA2030、射级跟随器输入级、单电源供电的TDA2030基本应用电路

1引言

音频功率放大器是功率集成电路中的一个重要组成部分,并且广泛应用于消费类电子产品中。

我国是全球最大的消费类电子商品市场和生产基地,音频功放的需求日益增加,因此研究音频功率放大器具有非常重要的意义。

本文中介绍的是有前置放大电路和第二级功放电路构成的印象放大电路，其中前置放大电路主要作用是将通过音频插头传入的微弱音频信号进行放大，TDA2030基本应用电路的作用是将前置放大后的音频信号进行二次放大并带动扬声器发声。

TDA2030的输出功率大，失真小，有内部保护电路，最大输出功率能够达到35W左右，

其静态电流小，带负载能力强，可带动4~16Ω的扬声器。

共集放大电路则具有以下特性：

1、输入输入信号与输出信号同相；

2、无电压放大作用，电压增益小于1且接近于1，因此共集电极电路又有“电压跟随器”之称；

3、电流增益高，输入回路中的电流；

4、有功率放大作用；

5、适用于作功率放大和阻抗匹配电路。

2音频功率放大器的工作原理及组成

音频功率放大器最主要组成部分是音频放大器，用于对各种音源输出的音频信号进行加工处理和不失真的放大，使之达到一定功率，然后去推动扬声器发声。

音频功率放大器一般由两部分组成，第一部分是前置放大器，第二部分是功率放大器。

音频功率放大器的系统框图如图。

功放电路

（对音频信号进一步放大并推动扬声器发声）

图音响放大器的系统框图

前置放大电路

日常生活中话筒的输出信号非常小，若直接通过功放电路输出则可能达不到功率要求，故应采用前置放大电路对输入信号进行第一次放大。

前置放大器是把音频信号放大，使放大后的信号在功率放大器的输入范围内。

音响放大器输入的声音差别很大，输出电压范围也很大。

前置放大器的主要作用有以下两个：

第一是阻抗相匹配，第二是电压幅度和灵敏度相匹配。

前置放大器的要求一是功率管的噪声要很低，二是保证它的频带足够宽，这样才可以保证信号不失真的输出。

功率放大电路

功放应该具有向负载输出大信号功率的能力，即负载电阻上的信号电流、电压的幅度都要求较大。

功率放大器的主要任务是向额定的负载输出额定的“不失真”信号功率。

功率放大器是整个放大器系统的主体部分。

它的设计制作水平对整个系统的音质起着十分重要的作用。

功率放大电路的性能指标有以下几个：

（1）输出功率：

输出功率是指功率放大器负载上所能获得的功率。

直接决定了功率放大电路的放大效果，是评定功放电路的主要性能指标。

本次课程设计所要求的输出功率为8W。

2）频率响应：

当频率超出放大电路的通频带时输出信号会有明显的衰减，所以在设计中应该尽可能的是功放电路的通频带包含20Hz~20kHz的人可以听见的频率范围（本次课程设计要求20Hz~20kHz），功放电路的频率响应特性决定了音响电路对不同频率的音频信号的输出效果。

3）输入阻抗：

输入阻抗越大则其索取信号能力越强，所以较高的输入电阻可以减少信号的损失。

3方案设计与选择

音频功率放大器电路设计已经比较成熟，前置放大器主要是对信号进行初步放大原理基本相同，效果相差不大故在此采用较为实用的基本共集电极放大电路。

功率放大电路采用基于TDA2030的放大电路，在此对几种普遍使用的功放电路进行介绍并对其主要特性进行比较。

功率放大器的选择

OTL互补对称功率放大器

OTL电路通常由两个对称的异型管构成，因此又称为互补对称电路，图3-1为单电源OTL互补对称功率放大电路。

电路中是推动级（电压放大，也叫激励级），其中、是的基极偏置电阻，为发射极电阻，为集电极负载电阻，它们共同构成的稳定静态工作点；、组成互补对称功率放大电路的输出级，且、工作在乙类状态；为输出耦合电容。

功率放大器采用射极输出器，提高了输入电阻和带负载的能力。

图单电源OTL互补对称功率放大电路

性能分析：

乙类互补推挽功放（OTL）的输出功率的计算公式如下：

输出功率：

输出最大功率：

显然Pom与电源电压及负载有关当输入功率为8W，阻抗8W时，有：

另则电路所需的电源为。

用集成器件TDA2030实现

TDA2030简介：

TDA2030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。

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。

电路特点：

[1].外接元件非常少。

（基本应用电路图）

[2].输出功率大，=18W（=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（）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≤%。

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。

图使用单电源供电的TDA2030基本应用电路

基于TDA2030的双电源互补对称功放

图基于TDA2030的双电源互补对称功放

基于TDA2030的双电源桥式推挽互补对称功放

图双电源桥式推挽功放电路

桥式推挽功放电路利用双电源供电，最大效率可达%，并且使用使用双电源由计算公式：

（）知使用双电源时为单电源的2倍，可以获得更大的输出功率。

如图5为双电源互补对称放大电路的图解。

图双电源互补对称放大电路图解

比较与选择

通过比较，使用分立元件需要的元件较多，且必须考虑三级管的各种性能上的差异，和保护电路，并且该电路所需要的电源要求较高，功耗也比较大，输出效率比较低。

使用集成电路，外围电路简单，容易实现各项功能。

运用集成芯片TDA2030完成音频功率放大

电路的设计，能够更好地达到设计任务和要求。

而桥式推挽功放在相同的条件下，电源利用率（理想情况下）是100%，比OTL或OCL

电路提高了50%，TL输出功率是OCL或OTL的四倍但电路形式更为复杂，使用不方便。

综上本次课程设计，单电源互补对称放大电路只需要一个电源，并且要求的输出功率为，单电源互补对称放大电路和桥式推挽功放两种电路均可以满足，故采用单电源互补放大电路。

整体电路

主要元件：

TDA2030

TDA2030A的外形和引脚图如图所示。

1-同相输入端，2-反相输入端，3-负电源端，4-输出端，5-正电源端

图T图DA3.21030A引脚图

TDA2030A音频集成功放主要参数如表所示：

表TDA2030A音频集成功放主要参数

电源电压VCC

3~18V

输出峰值电流

A

输入电阻

>MΩ

电压增益

30dB

0-140kHz

频响带宽（BW）

放大电路的基本设计

整体电路设计：

使用TDA2030加少量外围元件，输入端使用共集放大电路增加输入阻抗。

图放大器Multisim仿真图

各模块功能与设计

放大模块

根据TDA2030的经典应用电路，在Multisim中的电路如图所示。

a）电路工作原理：

该电路使用15v的单电源供电，TDA2030作为功率放大器，电阻R5和R4构成电压串联负反馈电路，其电压放大倍数：

（）其值为。

b）为了TDA2030能够正常工作，1脚和2脚的电压必须相同。

其中R2和R3起分压作用，使1脚的工作电压。

22uF的电容是电压的滤波电容，为防止1脚电压产生

大波动。

输出端接的1Ω电阻和电容式防止电路产生自激振荡。

c）2个二级管为保护TDA2030作用，防止电源反接时流过电流运放过大R7为滑动变阻器，改变输入端的电阻，可以改变输入信号的大小。

d）当电压=15V时，电路的输出功率可以达到8W以上。

图TDA基本应用电路Multisim仿真

输入模块

基本共集放大电路：

共集放大电路又叫射极跟随器，放大电路的放大倍数接近1，该

放大电路的输出跟输入信号相同，即输出信号随输入信号的变化发生相同的变化，具有“跟随”的作用。

它具有输入电阻大（索取信号能量的能力大），输出电阻小（给予负载信号能量的能力大）的特点，可以做多级放大器的输入级。

图以共射放大电路作为输入级的Multisim仿真

NPN型硅

电路如图所示，其中三级管使用2N2222A。

放大倍数为100~300倍2N2222A是一种最常用的普通三极管。

它是一种低电压，大电流，小信号的三极管

特性：

封装：

TO92极性：

NPN

主要参数：

60V，，500mW，300MHZ，HFE=100～300理论计算：

由图可计算得，共集放大电路的放大倍数约等于1。

RL负载电阻约为20kΩ

其中输入阻抗的计算，由共集放大电路的输入阻抗公式可得：

由于2N2222的约为1k，为3K，为200k对输入电阻作近似计算

=（200*3）

[1]基于NE5532和TDA2030集成电路的音响放大器[J].电子制作，2014，14期.

[2]

ST原厂资料.TDA2030.[

官方网站.

[3]

ON公司原厂资料.LM324.[

官方网站

[4]

吴友宇.模拟电子技术基础

.北京：

科学出版社，2004.

[5]

铃木雅臣.晶体管电路设计

[M].彭军.北京：

科学出版社，

2004.

本科生课程设计成绩评定表

姓名

袁子航性别男

专业、班级

电信1502班

课程设计题目：

音频功率放大器的设计仿真与实现

课程设计答辩或质疑记录：

（不少于3个问题）

1）

评定项目

评分成绩

1．选题合理、目的明确（10分）

2．设计方案正确，具有可行性、创新性（20分）

3．设计结果（软件程序）（20分）

4．态度认真、学习刻苦、遵守纪律（15分）

5．设计报告的规范化、参考文献充分（不少于5篇）（10分）

6．答辩（25分）

总分

最终评定成绩（以优、良、中、及格、不及格评定）

指导教师签字：

年月日