模电课程设计仿真 音频放大电路.docx
《模电课程设计仿真 音频放大电路.docx》由会员分享,可在线阅读,更多相关《模电课程设计仿真 音频放大电路.docx(12页珍藏版)》请在冰豆网上搜索。
![模电课程设计仿真 音频放大电路.docx](https://file1.bdocx.com/fileroot1/2023-4/17/df652dea-21d6-4428-a57d-bee6395dab77/df652dea-21d6-4428-a57d-bee6395dab771.gif)
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).