车载音频功率放大器的设计.doc

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车载音频功率放大器的设计

本科生毕业论文

（设计）

题目：

车载音频功率放大器的设计

原创性声明

兹呈交的学位论文，是本人在导师指导下独立完成的研究成果。

除文中已经明确标明引用或参考的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的研究成果。

本人依法享有和承担由此论文而产生的权利和责任。

声明人（签名）：

日期：

年月日

车载音频功率放大器的设计

摘要该方案采用飞利浦公司的TDA1514A芯片,飞利浦公司继TDA1521之后推出的一种改进型音频放大芯片TDA1514A作为主要元件，TDA1514A的工作电压为±9V～±30V,在电压为±25V、RL=8Ω时，输出功率达到50W，总谐波失真为0.08%。

本文介绍一种基于TDA1514A设计的车载音频放大器，电路有静音保护，过热保护，低失调电压高波纹抑制等功能，而且热阻极低，高频解析力强，低频有力度，音色通透纯正，低频丰满，高频透亮，具有胆味。

该电路设计新颖、功能强大、结构简单。

音频信号从前置放大进入，经音调板于话筒混响送入后级放大，最后通过保护板送入音箱。

电路简单高效，可行性高。

关键词：

车载音频放大器音调S5532TDA1514A

DesignofCarAudioAmplifiers

AbstractTheprogramusesPhilipsTDA1521,TDA1514AchipsafterPhilipsintroducedfollowinganimprovedaudioamplifierchipasthemaincomponentsTDA1514A,TDA1514Atheoperatingvoltageof±9V~±30V,thevoltageis±25V,RL=8Ω,theoutputpowerof50W,0.08%totalharmonicdistortion.

ThisarticledescribesthedesignofthecarbasedonTDA1514Aaudioamplifiermutecircuitprotection,thermalprotection,lowoffsetvoltageandhighripplesuppressionandotherfunctions,andlowthermalresistance,highfrequencyresolutionandstrong,lowfrequency,intensity,puretonetransparent,lowfat,hightranslucent,withbiletaste.Thecircuitdesignofnew,powerful,simplestructure.Audiosignalfromthepreampinto,thetoneplatereverbonthemicrophoneintothebackstageamplification,andfinallyintothespeakerthroughtheprotectionplate.Circuitissimpleandefficient,highfeasibility.

Keywords:

CarAudioAmplifiersAudioAdjustmentS5532　TDA1514A

目录

引言 1

第一章开发工具ProtelDxp2004 2

1.1ProtelDxp2004软件 2

1.1.1ProtelDxp2004软件简介 2

1.2本章小结 2

第二章系统概述 3

2.1系统硬件描述 3

第三章系统硬件设计 4

3.1伺服稳压电路 4

3.2前级放大电路 6

3.3负反馈音调电路 12

3.4后级放大电路 13

3.5话筒输入混响电路 14

3.6电路连接完整图及电路测试 16

3.7本章小结 21

结论 22

致谢语 23

参考文献 24

24

引言

功放是一套好的音响必不可少的组成。

主机上所带的功放往往不能很真实地放大声音电流，所以要想有好的音乐感受就必须加装功放。

一般来说，功放的功率要大于喇叭的功率。

很多车主认为加装功放只是为了有更震撼的听感，而实际上其实忽略了汽车在运行中发动机等等造成的干扰，无论什么档次的车也会有外界影响存在，不可能做到完全的与外界隔断，在行驶过程中音乐的低音部分会有不同程度的衰减，所以增加独立功放可使功率加大，补充音质的损失，减小失真。

由于车载功放连接了主机和扬声器，因此功放必须考虑和主机与扬声器之间的配合，它直接关系着音乐重放的效果和器材的寿命。

车载功放的匹配主要有阻抗匹配、功率匹配。

功放对音质的影响很大。

对于市面上现有的音频功率放大器，要应用到车载上，普遍具有价格高昂、效果普通、以及安装繁琐等情况。

本设计针对于现有情况，对于车载音频功率放大器进行针对性设计，具有音质出众、效率高、抗干扰性优秀、安装简便、移动性好等优点。

第一章开发工具ProtelDxp2004

1.1ProtelDxp2004软件

1.1.1ProtelDxp2004软件简介[1]

2004年2月Altium公司推出了Protel2004。

Protel2004的功能在ProtelDXP版本的基础上得到进一步增强，以支持FPGA及其他可编程器件设计及其在PCB集成。

具有改进的稳定性、增强的图形功能和超强的用户界面等特点。

Protel2004的功能有SCH（原理图）的设计系统、PCB（印制电路板）设计系统、FPGA设计系统、VHDL设计系统。

Protel2004的特点有：

支持针对PCB版级或FPGA级的设计的解决方案。

可以直接从原理图编辑环境运行混合信号，SPICE3f5/XSpice仿真，并且可以完整地实现仿真分析。

信号完整性分析内置于Protel2004设计规则中，允许将信号完整性问题作为通用的板级DRC检查过程中的一项。

并且可以基于FPGA设计的现场交互式开发。

能在PCB和FPGA项目之间的自动FPGA引脚同步。

具有规则驱动的板级布线和编辑功能。

含有综合集成化的库。

改进的Situs型自动布线和完整的CAM输出和编辑性能。

1.2本章小结

本章主要简单介绍了研究本课题需要用到的仿真软件Proteus和Proteldxp2004，了解了这两种软件发展，功能和初步用法，了解了Proteus的四大功能模块，以及ProtelDxp2004的特点等，为以后设计打好基础。

相信通过后面的学习会有更深体会。

第二章系统概述

2.1系统硬件描述

本音频放大系统是由S5532作为前级，经过负反馈音调，最后进入TDA1514A后级放大。

麦克风输入经过M65850送入TDA1514A与音乐信号进行混合。

电源部分由NE5532以及7815、7915组成的伺服稳压电源为整个系统供电。

硬件框图如图1：

伺服稳压

麦克风混响

前置放大

负反馈音调

后级放大

音箱输出

图1系统硬件框图

第三章系统硬件设计

3.1伺服稳压电路[8]

前面用4个整流二极管1N4007（其他整流管通用）整流，然后用2个电解电容滤波并且分别并联两个0.1μF的小电容，作用是吸收高频杂波，减少电容温升，这个地方只要简单整流滤波，对元件要求不高。

后面用两个三端稳压7815、7915做稳压，并用高速运放伺服纠正误差 ，实际上就是输出波纹经过运放反向放大后，改变稳压管基准点，用来修正误差R1、R3（R2、R4）是运放的反馈网络比例越大，灵敏度越高。

也就是说，越大越灵敏，越小越稳定。

C3、C4为反馈补偿电容，这里用33pF，当然22pF、47pF都可以。

C5、C6作用是隔离直流信号，在稳定的时候，两端电压等数输出电压。

在输出不稳定的时候，电压信号会直接影响运放，从而纠正输出。

稳压管输出并联电解电容滤除残存干扰波，这个电容影响音色,一般100uF～470uF就可以，本方案使用220uF。

前级运放S5532[7]为标准OCL放大器，需双电源供电。

最简单的电源设备可以用双电源变压器直接经过整流桥或者4个整流整流二极管，并在用两个电解电容滤波得到双电源。

虽然这种电源结构简单并可以提供较大的瞬间电流，但是电源的稳定性以及抗干扰能力较差。

一般情况下大功率功放选用这种电源而功率比较小且对电源质量比较严格的前级放大器用这种电源就不适合。

而相对比较合适的就是线性稳压电路了。

NE5532理想电压为双15V，对于±15V电源有专用的三端稳压IC，使用起来非常方便，比如7815、7915系列。

基本的稳压电路如图2

图2基本稳压电路图

双15V变压器三线经过D1 、D2、 D3、 D4 四个整流二极管和C05 、C06两个滤波电容形成基本的整流滤波电路结构，在大电解上并联小电容这样做可以降低电容高频内阻减少电容温升提高电容寿命，而且对瞬间放点电流也有提升。

此时，电容C05、C06两端分别有大约21V的直流电压，形成双21V电源。

三端稳压管[2]可以理解成一个具备分压功能的可变电阻，这个电阻会根据参考端与输出端之间的电压对内部分压电阻进行动态调整，使得输出与参考之间的电压维持在一个定值。

7815与7915分别是+15V以及-15V的稳压管，将参考端接地输入双21V电源通过两个IC便可以得到稳定的双15V电源。

为了降低电源内阻提高电源瞬态相应，再输出端分别并联了两个小电解，同样在电解上也并联了小电容。

虽然用三端稳压构成的稳压电源相对于直接整流滤波的电源要好很多，但是还是存在一些弊端。

三端稳压虽然稳定但是波纹抑制却不是很出色，输出电压检测灵敏度也不够强。

于是又做了一个用运放做伺服的稳压电路。

伺服稳压电路如图3

图3伺服稳压电路图

第一步还是先对交流电进行整流滤波，交流电通过4个二极管形成的整流桥进行整流， 然后给滤波电容充电，实际电路中在4个二极管上分别并联有小电容。

对于二极管来说类似旁路电容的电容，因为后面的滤波电容的存在，二极管是在前方交流电电压值大于后面电容电压值0.7V左右时开启的。

二极管波形类似方波，方波含有大量奇次谐波，而电容的作用就是过滤掉这些谐波。

C14、C15参数取104 。

后面的滤波电容同样并联有小电容。

电容后面接三端稳压管，而稳压管的参考端并没有接在公共地上，取而代之的是运放的输出端。

这个运放便是伺服电路的核心 。

前面说到稳压管的功能是始终保证输出与参考端电压不变。

但是在临界状态下输出端快速而小幅度的变化IC本身并不能快度的所出反应。

这里用运放构造了一个反向放大电路，参考点为地，输入端经过C10、C1910μF电容接到输出电源上。

这样，在输出端形成小范围的微弱变化会被运算放大器经过34被放大作用在三端稳压的参考端上，相当于对误差值进行了35倍放大，从而提高了对误差信号检测的灵敏度，也提高了整个电源电路对交流波纹的抑制，增加了电源的稳定性。

稳压管输出依然和前面的电路一样并联小电解，同样