模电课程设计仿真 音频放大电路.docx

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模电课程设计仿真音频放大电路

电子科技大学

《模拟电路基础》电子线路应用设计报告

设计题目：

功率放大电路

学生姓名：

学号：

教师姓名：

日期：

2016.12.27

1、设计任务

设计要求：

设计并制作用晶体管和集成运算放大器组成的音频功率放大电路，负载为扬声器，阻抗RL=8Ω。

性能指标：

频率：

20Hz～20kHz

输出功率：

≥8W

放大倍数：

30dB

失真：

≤10%

2、电路原理

2.1电路整体方案

2.1.1方案的确定及论证

一、OCL互补对称功率放大器

如图所示放大电路是由两个射极输出器组成的，T1和T2分别为NPN型管和PNP型管，两管的材料和参数相同（即特性对称），且电源由对称的双电源+VCC和-VCC提供。

图中，两管基极没有偏置电流，静态损耗为0，电路工作在乙类状态，信号从基极输人，从射极输出，RL为负载，输出端没有耦合电容。

所以，把图4-35所示的电路称为无输出电容的功率放大电路，简称OCL电路。

图2.1.11OCL电路

静态时，UEQ＝UBQ＝0

输入电压的正半周：

＋VCC→T1→RL→地

输入电压的负半周：

地→RL→T2→－VCC

OCL电路的输出功率的计算公式如下：

最大输出功率：

转换效率：

二、用集成器件实现

TDA2030集成功放芯片：

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。

图2.1.1-2TDA2030芯片

TDA2030管脚功能：

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2.1.1-3TDA2030芯片

图2.1.1-4TDA2030典型参数

TDA2030特点:

1.开机冲击极小。

2.外接元件非常少。

3.TDA2030输出功率大，Po=18W（RL=4Ω）。

4.采用超小型封装（TO-220）,可提高组装密度。

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%。

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。

2.1.2整体电路

整体电路设计：

使用TDA2030加少量外围元件，输入端使用高通滤波。

图2.1.2-1音频功放电路

2.2各部分电路原理

一、输入部分

图2.2-1输入部分电路

R3是直流平衡电阻，同时与C3构成高通响应，用以滤除低频信号。

二、放大部分

图2.2-2放大部分电路

R1、R2和C2构成负反馈电路，决定电路的电压增益及低端截止频率。

Au=R1/R2

三、输出部分

输出部分负载为扬声器，阻抗RL=8Ω。

四、保护部分

图2.2-3保护部分电路

R4和C7可以稳定频率，防止电路自激。

D1、D2用以保护集成块

2.3电路参数选择依据

阐述电路整体方案、各部分电路原理和电路参数选择依据

3、电路仿真和结果

根据要求，仿真软件选用multisim，在软件中连接电路如图4.1所示：

图3-1电路仿真图

一、波特图输出

图3-2波特图

由图可以看出，其仿真的结果，在20Hz-20kHz内中后段的波形放大能力基本保持不变化，且放大倍数约为30dB。

符合题目要求。

二、输出功率

图3-3输出回路上探针数据图3-4输出功率图

输出功率为8.662W，≥8W，满足要求。

三、失真分析

图3-5失真分析图

失真为0.014%，≤10%。

满足要求。

选择的器件及其参数

给出部分和整体电路仿真截图，给出仿真结果及结论。

4、电路加工及测试（可选）

阐述制作电路（画图、焊接）的过程及注意事项，给出PCB版图、实物图。

阐明所用的测试仪表、测试方法，给出测试结果。

在最后，针对这次DIY，也有些收获和感悟。

其中最重要的一点就是功放单点接地的问题！

一定得慎之慎之处理处理不好功放会有底噪。

图中R1、R2是输入落地电阻，C2是直流反馈电容，接地点是小信号地，标记为蓝色，；C3、C4、C6、C7是退耦电容，接地端标记为红色，属电源地。

正确的接地方式为：

三个小信号接地点可混合在一条地线上，四个电源地汇集为另一条地线，电源地与小信号地在总接地点处汇合，除总接地点外，两种地不得有其他连通点。

5、问题解答

1、为什么共射放大电路不宜用作功率放大电路？

共射主要用于放大电压信号，其输出功率和效率都很低；而功放不仅需要有放大的电压信号，还需要有放大的电流信号，只有电压信号和电流信号都足够大，才能满足功放的要求，所以共射放大不宜用作功率放大电路。

2、TDA2030使用时对电路有什么要求？

TD2030使用时类似于集成运放，需要用负反馈电路。

3、如何实现电路的实物制作？

根据电路图绘制PCB→将PCB文件导出为PDF文档格式，采用1：

1导出→将PDF打印到菲林上，采用实际大小打印→将打印好PCB菲林平铺在感光板上，准备曝光→用11W的日光台灯曝光约15分钟→曝光完毕后用显影液进行显影→准备好腐蚀溶液进行腐蚀→腐蚀结束，钻孔，准备焊接→焊接元件

6、总结

通过此次的课程设计，我增进了对功率放大电路的了解、掌握了音频功率放大电路的基本设计方法，对于仿真软件Multisim也用得更加得心应手，此外我还新学会了利用软件AltiumDesigner绘出PCB版图。

同时对于模电的课程的内容也有了更加深刻的认识。

电子设计和需要扎实的理论基本功，同时也需要有一定的动手能力。

理论加上实践，才能做等更好。

从选择题目到开始着手去做，我才发现自己的模电知识掌握得并不牢固，于是花了很多时间去读教材相关内容，包括基本放大电路的知识，多级放大器，放大电路的反馈和功率放大器等章节，总算是有了大概的想法和思路。

而后便查阅各种论文和书籍资料，浏览各样的电子、电工论坛，看到别人的一些见解和讨论，启发了我的思路。

最终发现了TDA2030的集成运放具有很大的优点，便想用集成运放来实现。

我选择了TDA2030典型电路中的双电源电路来实现，并揣摩该电路的设计思路和意图，最终看出了其中的道理。

之后便是应用仿真软件来实现。

制作实物电路图又是一次挑战。

首先我询问了一些搞电子设计的同学如何实现实物，得知要先绘出PCB布线再印制、最终把元件焊上去并调试。

软件AltiumDesigner的使用对我来说又是一项新鲜事物，我不断尝试，学会了如何利用软件布线。

学校开放实验室给了我们很大的支持和鼓励，元件的找寻以及板子的印制都不再成为困扰我们的问题。

我在没课的时候就呆在那里焊板子，最终做出了实物。

虽然我做出来的电路满足了设计要求，但是我仍觉得有些遗憾，那就是这个电路图我是直接用的TDA2030典型电路，并没有在此基础上做什么改进和变化。

我想，以后我要更加注重模电这样的课程的学习，掌握扎实的基础，才有创新思考的能力。

同时我也认识到，电子设计也需要有一定的动手能力。

理论加上实践，才能做得更好。

电路设计、仿真、加工、测试过程中的收获和体会，对课程的理解，对实际电路的认识等等。

说明：

正文小四号宋体。

图表采用五号宋体，图表分别按顺序编号。

表1选用的元器件型号和数量

图1xxx仿真电路图

参考文献

[1].童诗白，华成英.模拟电子技术基础[M].第四版.北京：

高等教育出版社，2006.

[2].周文.浅谈TDA2030集成音频功率放大器的制作[J].课程教育研究,2013，

（2）.

[3].朱李明.线性集成电路——TDA2030A[J].集成电路应用，1986,（3）.

[4].张燕玉，陈国志.实用OCL集成音频功率放大器的分析方法[J].科技资讯，2010，（3）.

[5].芮新芳，朱朝霞，牛耀国.使用AltiumDesignerWinter09设计印刷电路板之常见问题及使用技巧[J].电脑与电信,2011，（9）.

[6].吴中华.AltiumDesigner10使用快速入门[J].电子制作,2012，（6）.