音响放大器设计与制作Word下载.docx
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II
1
电路工作模块的选择...................................................................................................................
1.1
放大电路的选择................................................................................................................
1.1.1
采用uA741运算放大器设计电路........................................................................
1.1.2
采用LM324通用四运算放大器............................................................................
1.1.3
方案选取................................................................................................................
2
1.2
功率放大的选择...............................................................................................................
1.2.1
OTA互补对称功率放大器....................................................................................
1.2.2
用芯片TDA2030实现...........................................................................................
3
1.2.3
方案选取...............................................................................................................
核心元器件介绍...........................................................................................................................
4
2.1
LM324的介绍....................................................................................................................
2.2TDA2030的介绍................................................................................................................
5
2.3
驻极体话筒的介绍...........................................................................................................
6
整体电路设计...............................................................................................................................
8
3.1
语音放大器的基本构成...................................................................................................
3.2
实验总体电路图...............................................................................................................
9
3.3
话筒模块的工作原理.......................................................................................................
3.4
前置放大的工作原理.....................................................................................................
10
3.5
功率放大的工作原理......................................................................................................
主要参数计算.............................................................................................................................
12
4.1
前置放大电路.................................................................................................................
4.2
功率放大电路.................................................................................................................
5软件仿真过程
..............................................................................................................................
13
5.1
前置放大的仿真与参数分析..........................................................................................
5.2
功率放大的仿真与参数分析.........................................................................................
心得体会.....................................................................................................................................
15
7
元件清单.....................................................................................................................................
16
参考文献.....................................................................................................................................
17
摘要
音响在日常生活中使用很广泛。
本文主要介绍了音响的构成、功能、及工作
原理，它由TDA2030芯片所组成的功放电路，LM324四运放大器为前置放大和音
调放大构成，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，是一种可普遍用于家庭音响系统、立体声唱机等电子系统中，便于携带，
适用性强。
关键词：
音响；
功率芯片TDA2030；
运算放大器LM324N；
Abstract
Thesoundiswidelyusedinourlives.Thisarticledescribesthesoundofthecomposition,function,andprinciple,itisformedbytheTDA2030chippoweramplifiercircuit,LM324quadopampasthepreampandtonetoenlargeconstituteitselfwithsupplyvoltagerange,thestaticpowerconsumptioncanbeasinglepoweruseandlowcostadvantages.TheTDA2030ahighoutputpower,maximumpowerreaches35Worso,thestaticcurrent,loadcapacity,dynamiccurrentcandrivelarge4-16Ωspeaker,circuitsimplicity,makingconvenientandreliablehigh-fidelitypoweramplifier,andaninternalprotectioncircuit.Thisdesignfeatureistheinputaudiosignalamplification,itisgenerallyavailableforhomeaudiosystems,stereoplayerandotherelectronicsystem,portableapplicability.
Keywords:
audio;
powerchipTDA2030;
operationalamplifierLM324N;
1电路工作模块的选择
1.1放大电路的选择
1.1.1采用uA741运算放大器设计电路
图1-1
采用uA741运算放大器设计电路，uA741通用高增益运算通用放大器,早些年最常用的运放之一.应用非常广泛,双列直插8脚或圆筒8脚封装。
工作电压±
22V,差分电压±
30V,输入电压±
18V,允许功耗500mW。
1.1.2采用LM324通用四运算放大器
图1-2
采用LM324通用四运算放大器，双列直插8脚封装，的内部包含四组形式完全相同的运算放大器,除电源共用外,四组运放相互独立。
它有5个引出脚,其中“+”、“-”为两个信号输入端,“V+”、“V-”为正、负电源端,“Vo”为输出端。
两个信号输入端中,Vi-（-）为反相输入端,表示运放，输出端Vo的信号与该输入端的位相反;
Vi+（+）为同相输入端,表示运放输出端Vo的信号与该输入端的
相位相同。
1.1.3方案选取
uA741是通用放大器,性能不是很好,满足一般需求，而LM324四运放大器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，本设计放大倍数不高，LM324能达到f=10KHz的频响要求，故选用LM324四运放大器。
1.2功率放大的选择
1.2.1OTA互补对称功率放大器
图1-3
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T1是推动级（电压放大，也叫激励级），其中Rb1、Rb2是T1的基极偏置电阻，Re为T1发射极电阻，Rb为T1集电极负载电阻，它们共同构成T1的稳定静态工作点；
T2、T3组成互补对称
功率放大电路的输出级，且T2、T3工作在乙类状态；
C2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。
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：
P=UI=U/R
L
oooo
/8RL
输出最大功率：
Pom=UoIo=Uo
/RL=Uom
/2RL=VCC
显然Pom与电源电压及负载有关
1.2.2用芯片TDA2030实现
图1-4
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：
外接元件非常少；
输出功率大，Po=18W（RL=4Ω）；
采用超小型封装
（TO-220）,可提高组装密度；
开机冲击极小；
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。
1.2.3方案选取
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%。
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。
2核心元器件介绍
2.1LM324的介绍
LM324系列器件带有差动输入的四运算放大器。
与单电源应用场合的标准运算放大器相比，它们有一些显著优点。
该四放大器可以工作在低到3.0伏或者高到32伏的电源下，静态电流为MC1741的静态电流的五分之一。
LM324系列由四个独立的，高增益，内部频率补偿运算放大器，其中专为从单电源供电的电压范围经营。
从分裂电源的操作也有可能和低电源电流消耗是独立的电源电压的幅度。
应用领域包括传感器放大器，直流增益模块和所有传统的运算放大器可以更容易地在单电源系统中实现的电路。
例如，可直接操作的LM324系列，这是用来在数字系统中，轻松地将提供所需的接口电路，而无需额外的±
15V电源标准的5V电源电压。
LM324的引脚排列见图（俯视图）
图2-1
2.2TDA2030的介绍
功率放大的主要作用是向负载提供所需的功率，在信号不失真的前提下，要
求输出功率尽可能大，转换效率尽可能高。
我们在设计时采用了TDA2030作为功
率放大芯片。
TDA2030是目前音质较好、价格较低、外围元件较少、应用较方便的一款性
价比较高的集成功放。
它的电气性能稳定、可靠、能适用长时间连续工作，集成
块内部具有过载保护和热切断保护电路，不会损坏器件。
在单电源使用时，散热片可直接固定在金属板上与地线相通，无需绝缘，使用十分方便。
（1）TDA2030主要参数：
参数名称
符号
单位
参数最
典型
最大
测试条件
小
电源电压
Vcc
V
+、-6
+-18
静态电流
Icc
mA
40
60
Vcc=+-18,RL=4欧
输出功率
Po
W
14
RL=4,THD=0.5%
RL=8,THD=0.5%
频响
BW
Hz
140k
Po=12w,RL=4,
输入阻抗
Ri
M
0.5
开环，f=1kHz
谐波失真
THD
%
0.2
Po=0.1-12W,RL=4
表2-1
图2-2
（2）电路特点：
a）外接元件非常少。
b）输出功率大，Po=18W（RL=4Ω）。
c）采用超小型封装（TO-220）,可提高组装密度。
d）开机冲击极小。
e）内含各种保护电路，因此工作安全可靠。
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。
f）TDA2030A能在最低±
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。
（3）引脚情况：
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。
2.3驻极体话筒的介绍
驻极体话筒具有体积小、结构简单、电声性能好、价格低的特点，广泛用于
盒式录音机、无线话筒及声控等电路中。
属于最常用的电容话筒。
由于输入和输
出阻抗很高，所以要在这种话筒外壳内设置一个场效应管作为阻抗转换器，为此
驻极体电容式话筒在工作时需要直流工作电压。
图2-3
主要参数：
（1）工作电压（UDS）。
这是指驻极体话筒正常工作时，所必须施加在话筒两端的最小直流工作电压。
该参数视型号不同而有所不同，即使是同一种型号也有较
大的离散性，通常厂家给出的典型值有1.5V、3V和4.5V这3种。
（2）工作电流（IDS）。
这是指驻极体话筒静态时所通过的直流电流，它实际上
就是内部场效应管的静态电流。
和工作电压类似，工作电流的离散性也较大，通常在0.1～1mA。
（3）最大工作电压（UMDS）。
这是指驻极体话筒内部场效应管漏、源极两端所能够承受的最大直流电压。
超过该极限电压时，场效应管就会被击穿损坏。
（4）频率响应。
也称频率特性，是指话筒的灵敏度随声音频率变化而变化的特性，常用曲线来表示。
一般说来，当声音频率超出厂家给出的上、下限频率时，话筒的灵敏度会明显下降。
驻极体话筒的频率响应一般较为平坦，其普通产品频
率响应较好（即灵敏度比较均衡）的范围在100Hz～10kHz，质量较好的话筒为
40Hz～15kHz，优质话筒可达20Hz～20kHz。
（5）输出阻抗。
这是指话筒在一定的频率（1kHz）下输出端所具有的交流阻抗。
驻极体话筒经过内部场效应管的阻抗变换，其输出阻抗一般小于3kΩ。
（6）固有噪声。
这是指在没有外界声音时话筒所输出的噪声信号电压。
话筒的固有噪声越大，工作时输出信号中混有的噪声就越大。
一般驻极体话筒的固有噪声都很小，为微伏级电压。
3整体电路设计
3.1语音放大器的基本构成
话筒信号输入前置放大功率放大
麦克→前置放大电路→功率放大电路→喇叭
图3-1
根据要求，输出功率P=0.5W，电阻R=4Ω，由功率公式可得U=1.4V，对TDA2030
输入75mv电压时，可达到设计要求。
另外，由于语音通过话筒输入信号为5mv，放大后要求达到75mv，放大倍数
需在15倍以上，由电路设计要求得知，该放大器由一级组成，其总的电压增益
AUf=AUf1。
应根据放大器所需的总增益AU，来合理分配电压增益AUf1。
为了提
高信噪比S/N，前置放大器的增益要适当取大。
为了使输出波形不致产生饱和失
真，输出信号的幅值应小于电源电压。
3.2实验总体电路图
图3-2
3.3话筒模块的工作原理
图3-3
语音信号输入模块采用了驻极体话筒构成的语音输入电路，将语音信号变成
5mv的交流电压输出，用电容的隔直流功能，滤掉直流成分，就可以得到交流的
由于驻极体话筒需要加入一个直流偏置电压，声波的音频信号会叠加
到这个偏置电压上，信号是从正极输出。
故在话筒上加上一个5v直流电压源提
供偏执电压。
3.4前置放大的工作原理
图3-4
R2，R7：
提供偏置电压，为放大器建立静态工作点；
C12，C11：
隔直通交，滤掉直流成分；
整个电路形成一个同向比例放大电路，放大倍数R3/R4；
电流从运放同向输入端3输入，从1端输出放大信号，经过电
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