模电课程设计之音频功率放大器.docx
《模电课程设计之音频功率放大器.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《模电课程设计之音频功率放大器.docx（13页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。
模电课程设计之音频功率放大器
、设计题目：
音频功率放大电路二、设计的任务和要求
1、主要要求：
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8o
2、性能指标：
频带宽50氏〜20kHz,输出波形基本不失真；电路输出功率大于8四
输入灵敏度为100mV输入阻抗不低于47Ko
三、原理电路和程序设计
3、1、方案的确定及论证
1、OTA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T1是推动级（电压放大，也叫激励级）,其中Rbl、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:
输岀功率：
Po=Ulo=Ut7RL
._222
输出最大功率：
Rm=UIo—Uo/Rl二LL/2Rl二Vcc/8Rl
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Pom=V/8R
Ve二8*8*8'22.6V则电路所需的电源为22.6v。
2、用集成器件实现
Tda2030简介：
TDA203（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3-2）
[2].输出功率大，Po=18W（RL二④）。
[3]•采用超小型封装（T0-220），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（Vsmax二12V以及负载泄放电压反冲等。
[6].TDA2030A能在最低土6V最高土22V的电压下工作在土19V、8q阻抗时能够
输出16W的有效功率，THDC0.1%。
用它来做电脑有源音箱的功率放大部分或小
型功放再合适不过了。
[p更
mF
图3-2使用单电源供电的tda2030基本应用电路
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
TDA203（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。
3.2:
整体电路
1,主要元件：
TDA2030
TDA2030A的外形和引脚图如图3.1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。
TDA2030A
图3.1
TDA2030A3频集成功放主要参数如表3.1所
表3.1
电源电压Vcc
318V
输出峰值电流
3.5A
输入电阻
>0.5Mq
电压增益
30d
频响带宽（BW）
0-140kHz
2、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，输入端使共集放大电路增加输入阻抗。
vcc
-衣-
DI
+C7
±：
22pF
1114003
3.3、各模块功能与设计1、放大模块：
根据TDA203（的经典应用电路，在multisim中的电路如图3.3.1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Auf〜
1+R5/R4二32.9。
b）为了tda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1/2VCC022uf电容的电容是是VCCz2电压的滤波
电容，为防止1脚电压产生大波动。
输出端接的1欧电阻和0.luf电容式防止电路产生自激振荡。
c）2个二级管为保护TDA2030乍用，防止电源反接时流过电流运放过大。
R7为滑动变阻器，改变输入端的电组，可以改变输入信号的大小。
d）当电压Vcc=15v时，电路的输岀功率可以达到8w以上。
图3.31
2、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）
输岀电阻小（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；
VCC
Q1¥
C1
TF
IpF
图3.3.2
电路如图3.3.2所示示，其中三级管使用9013H144O放大倍数为220倍
9013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NPN
型硅三极管特性:
集电极电流Ic:
Max500mA
集电极-基极电压Vcbo：
40V
工作温度：
-55cto+150c
功率（W）:
0.625
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20k
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：
Ri=（rbe+（l+p）Re//RL）//R2
由于9013的rbe约为lk,Re为3K,R2为220k输入电阻作近似计算
Ri=（220*3）11220-159.9k
故此电路的输入阻抗近似为159.9k
4.1所示:
四、电路和程序调试过程与结果
根据要求，仿真软件选用multisim,在软件中连接电路如图
1,波特图输出如图
Oscilloscope-XSCl
I
Tias
Tirnc0400
sINOrns
1,250ms
^ThanrielLA
0.000v*
5.7Q8V
CtlSnnel^p1e.023mV1-
99,759mVX-
T2SlSl
Timebase
T£-T1
Scale：
500us/Div
Jtpos.Qsv）:
0
函画亟屈
5.7Q8V
ChannelA
Scale:
5
¥巴
¥pas,Qi呼0
91.736mVSave
Ext.trigger
OiarnelBTrigger
Scale：
PQmi/jDiv=Edge：
迂313囚冋[11Jypos.{[>v）i：
0Level:
gy
'I:
应冋陆]□心Type[s网.J[Nof.
[Auloj[Wne]
R.
由图可以看岀，其仿真的结果，在50Hz-20kHz内的波形放大能力基本保持不变化。
符合题目要求。
BodePlotte—XBP1
2,输入输出波形仿真
2.1选用信号源1kHz,输入lOOmvp将音量调节到50%勺位置。
用示波器观察仿
真电路的情况。
其中,
在仿真电路中Auf〜1+R5/R4二32.9由上图仿真可得，当输入为141mV时，输岀值为
4.Ivo
则放大倍数
Auf=4.1/0.141—29.lo与近似计算理论值32.9比较接近。
2.2.灵敏度测量：
当继续增大输入电压到123mvP时，输出波形开始出现失真的现象，此时在输入
端接入电压表，可以测量得电压为174mv则输入灵敏度为174mv五，实际测试
20khz下的输岀波形50hz下的输岀波形
图5a图5b
由图5a,和图5b可得，在输入lOOmvp频率为50Hz20kHz的正弦波下，输出波形
未见失真。
该电路在50Hz20kHz可正常工作。
当输入为lOOmvP时，电路的Auf二UO/U：
=2.2/（0.1/1.414）=31.0倍。
实际测试值与计算值32.9和仿真的值29.1比较接近，误差的主要来源于电路的元件的参数，比如电阻电容均存在误差，三级管的参数以及放大倍数也存在误差。
五、元件清单:
名称
规格
数量
名称
规格
数量
电阻
1
1
电解电容器
0.luf
1
电阻
3k
1
电解电容器
luf
3
电阻
4.7k
1
电解电容器
4.7uf
1
电阻
100k
3
电解电容器
22uf
1
电阻
220k
1
电解电容器
220uf
1
电位器
22k
1
电解电容器
2200uf
1
二极管
ln4003
2
集成运放
TDA2030
1
三极管
9013H144
1
万用版
1
六，总结
1、本次作品优缺点
优点：
元件和电路简单，电路原理易懂。
应用单电源15v即可使输出功率〉8wo
输入阻抗大于47k,输入灵敏度为147mv频带宽50Hz〜20kHz,输出波形基本不
失真。
缺点：
使用手工焊接，没有使用pcb版制作。
Tda2030发热比较严重，不能长时
间工作，需要解决散热问题。
可以假装散热片散热。
单电源的供电的效率比较低，并且功率不高，如果改用双电源供电，功率可以比
较大的提高。
使用2个tda2030可以制作立体声的音频放大器。
2、心得体会：
通过此次的课程设计，掌握的音频功率放大器的基本设计方法和一些常用
器件的使用方法。
对于模电的课程和一些内容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。
七、主要参考书目：
1、童诗白、华成英，《模拟电子技术基础》2、康华光，《电子技术基础》模拟部分
3、赵淑范王宪伟，《电子技术实验与课程设计》
升级会员 