低频功率放大器.docx
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低频功率放大器
《模拟电路》课程设计说明书
低频功率放大器设计
院、部：
电气与信息工程学院
学生姓名：
何宙
指导教师：
职称
专业：
自动化
班级：
自本1003
完成时间：
2011年12月
1绪论
1.1设计作用与目的
功率放大器在家电、数码产品中的应用越来越广泛，与我们日常生活有着密切关系。
随着生活水平的提高，人们越来越注重视觉，音质的享受。
在大多数情况下，增强系统性能，例如更好的声音效果，是促使消费者购买产品的一个重要因素。
低频功率放大器作为音响等电子设备的后即放大电路，它的主要作用是将前级的音频信号进行功率放大以推动负载工作，获得良好的声音效果。
同时低频功率放大器又是音响等电声设备消耗电源能量的主要部分。
因此设计出实用、简洁、低价格的低频功率放大器是一个发展方向。
功率放大器随着科技的进步是不断发展的，从最初的电子管功率放大器到现在的集成功率放大器，功率放大器经历了几个不同的发展阶段：
电子管功放晶体管功放集成功放。
功放按不同的分类方法可分为不同的类型，按所用的放大器件分类，可分为电子管式放大器、晶体管式功率放大器（包括场效应管功率放大器）和集成电路功率放大器（包括厚膜集成功率放大器），目前以晶体管和集成电路式功率放大器为主，电子管功率放大器也占有一席之地。
电子管功率放大器俗称胆机，电子管功放的生产工艺相当成熟，产品的稳定性很高，而离散性极小，特别是它的工作机理决定了它的音色十分温柔，富有人情味，因而成为重要的音响电路形式。
电子管电路的设计、安装、调试都比较简单，期缺点是输出变压器、电源变压器的绕制工艺稍麻烦，耗电大、体积大、有一定的使用期限。
因此在实际使用中有一定的局限性。
现在大功率晶体管种类很多，优质功放电路也层出不穷，因此晶体管功率放大器是应用最广泛的形式。
人们研制出许多优质新型电路使功放的谐波失真，很容易减少到0.05%以下。
场效应管是一种很有潜力的功率放大器件，它具有噪声小、动态范围大、负温度特性等特点，音色和电子管相似，保护电路简单。
场效应管生产技术还在不断发展，场效应管放大器将有更为强大的生命力。
由于集成电路技术的迅速发展，集成电路功率放大器也大量涌现出来，其工艺和指标都达到了很高水平，它的突出特点是体积小、电路简单、性能优越、保护功能齐全等。
由于在很多情况下主机的额定输出功率不能胜任带动整个音响系统的任务，这时就要在主机和播放设备之间加装功率放大器来补充所需的功率缺口，而功率放大器在整个音响系统中起到了“组织、协调”的枢纽作用，在某种程度上主宰着整个系统能否提供良好的音质输出。
现今功率放大器不仅仅是消费产品（音响）中不可缺少的设备,还广泛应用于控制系统和测量系统中。
然而低频功率放大器已经是一个技术相当成熟的领域,几十年来,人们为之付出了不懈的努力,无论从线路技术还是元器件方面,乃至思想认识上都取得了长足的进步。
目前市场上的集成功放产品价格已经很低并且种类也很多,典型的有LM1875、TDA2030、TDA1514等。
这些优质功放模块体积小、性能优越、保护功能齐全、外围电路简单、易制作易调试。
最近，一种应用砷化钾MESFET制成的功率放大器MMIC，在移动电话和个人数据终端领域中应用越来越广泛，一片尺寸为2.5×3.48平方毫米的MMIC输出功率可达1.1W，工作频率达950MHZ。
本文给出一种简单实用、制作成本低廉的实用低频功率放大器的设计方案,并给出实际测试结果。
功率放大可由分立元件组成,也可由集成电路完成。
由分立元件组成功率放大器，如果进行精心的设计，则在效率和失真方面更优于集成的，价格方面便宜一点，但如果电路选择和参数设置不恰当时,元件性能就不能很好的表现出来,制作调试比较困难。
从电路的简单性和易调性，集成电路更好些。
本次设计功放采用集成电路完成。
在电子电路中，输入信号常常受各种因素的影响而含有一些不必要的成份（即干扰），或者输入信号是不同频率信号混合在一起的信号，对前者应设法将不必要的成份衰减到足够小，而后者应设法将需要的信号提取出来。
而且随着社会的发展，在我们的日常生活中也经常会出现一系列的问题：
如在检修各种机器设备的时候，我们要根据故障设备的异常声来寻找故障，这种异常的声响的频谱覆盖面往往很广；同时另外的一种情况我们在打电话的时候，有时往往因声音或干扰太大而难以听清对方的声音，这时我们就需要一种既能放大语音信号又能降低外来噪声的仪器。
而且语音放大电路目前的运用很广泛：
适用于很多的家用电器上面的运用。
例如：
便携式收音机、对讲机等很多方面的运用。
为了达到这样的一个目的，我们就要考虑到设计一个能识别20Hz—20KHz频率范围内的小信号放大系统，我们可以用设计一个集成运算放大器组成的语音放大电路。
1.2设计任务与要求
1.2.1设计任务
设计一个具有音调控制、音量控制及功率放大的低频功率放大器。
技术指标要求：
①输出功率不小于
；
②频率响应50-20KHz；
③效率
，失真小。
（注：
要有幅频、相频特性曲线，设计要有分析过程，设计电路系统由自己决定。
）
电路设计
1.3系统概述
本次课程设计（低频功率放大器设计）由四部分组成：
前置放大级、音调控制级、音量控制级、功率放大级。
前置放大级的主要任务是完成小信号电压放大任务，同时要求低噪声、低温漂；音调控制主要任务是调节音调、要求要音调可调范围大、音量控制主要任务是控制音量大小的输出、要求是音量控制跨度大、功率放大级主要任务是在允许的失真限度内,尽可能高效率地向负载提供足够大的功率，要求是输出功率要大、效率要高；直流稳压电源为整个电路供电。
通过资料查询和方案论证后，我选择通过集成运放NE5532、TDA2030、的配套使用来使本电路系统设计简洁、实用并且达到高增益、高保真、高效率、低噪声、宽频带、快响应的指标。
（各部分之间关系具体请见下图2.2.1）
1.4框图设计
◆
图2.2.1
1.4.1前置放大器设计
前置放大电路可以采用集成运算放大器构成的前置放大器,也可以采用专用前置放大器IC构成的前置放大器电路,从经济方面考虑本设计采用的是集成运算放大器方案,设计前置放大器可供选用的集成运算放大器有很多,有LF347、LF353、LF357、LF356、0P-16、OP-37、NE5532、NE5534等。
主要考虑的技术指标是带宽、电压增益、转换速率、噪声和电流消耗等。
为提高前置放大器电路输入电阻和共模抑制性能,减少输出噪声,采用运算放大器构成前置放大器电路时,应该采用同相放大电路结构,电路如图3所示。
但在该实验中，为简化电路结构，我们采用NE5532反相比例放大电路来实现对输入电压的放大。
电路图如下（2.2）所示：
（图2.2.1.前置放大级图）（2.2.2.前置放大仿真）
1.5.1衰减式音调控制典型电路
高音、低音分开调节：
C3.C4.RW1构成高音调节器，R5.R6.C5.C6.RW2构成低音调节器。
W1旋到A点时高音提升，旋到B点时高音衰减。
RW2旋到C点时低音提升，旋到D点时低音衰减。
组成音调电路的元件值必须满足下列关系：
（1）RR1≥RR2；
（2）RW1和RW2的阻值远大于R5.R6；
（3）与有关电阻相比，C3.C4的容抗在高频时足够小，在中、低频时足够大；而C5.C6的容抗则在高、中频时足够小，在低频时足够大。
C3.C4能让高频信号通过，但不让中、低频信号通过；而C5.C6则让高、中频信号都通过，但不让低频信号通过。
只有满足上述条件，衰减式音调控制电路才有足够的调节范围，并且RW1.RW2分别只对高音、低音起调节作用，调节时中音的增益基本不变，其值约等于R6/R5。
R5与R6的比值越大，高、低音的调节范围就越宽，但此时中音的衰减也越大。
改变R1或R2后，如要保持原来的控制特性，有关电容器的容量也要作相应改变，为了避免高、低音调节时互相牵制，有的衰减式音调电路还加进了隔离电阻。
作衰减式音调调节的电位器宜用指数型（Z型），此时，频响平直的位置大致在电位器的机械中点。
（图2.2.3）音调调节级（图2.2.4.）音量控制级
1.6功率放大级
功率放大电路可由分立元件组成也可以由集成功放组成。
分立元件组成的功率放大电路，如果电路选择得好，参数选择恰当，元件性能优良，设计和调试的好，则性能也很优良。
在分立元件组成功率放大电路中由三极管、二极管、电阻、电容等器件组成的核心电路，提供了自由调整的余地。
但分立元件组成的功率放大电路只要其中一个环节出现问题，则性能会低于一般集成功率放大电路。
而且为了不致过载、过流、过热等损坏元件，需要加以复杂的保护电路。
集成功率放大电路成熟，低频性能好，内部设计具有复合保护电路，可以增加其工作的可靠性，尤其集成厚膜器件参数稳定，无须调整，信噪比较小，而且电路布局合理，外围电路简单，保护功能齐全，还可外加散热片解决散热问题。
以下介绍采用集成芯片构成的的功率放大器。
采用集成功放TDA2O30构成的低频功率放大器电路如下图所示。
TDA2030是一个输出功率最大可达到35W（双电源BTI接法）的音频功率放大器，Avo为90dB,失真率为0.015%（1KHz,20W），带宽为70KHz，具有AC和DC短路保护电路和热保护电路，电源电压范围为6—40V，元件封装采用高密度（TO—220）。
（图2.3.1）功率放大级
2电路调试
低频功率放大器的整机电路：
采用NE5532前置放大；衰减式音调控制典型电路；单电位器音量控制；TDA2030功率放大，四级电路实现。
图3.1.1整机电路
图3.1.2仿真波型图
图3.1.3频率响应图
致谢及参考文献
在课程设计的这两周时间里，由于我们对电路知识的匮乏，软件操作的不熟练，使我们在设计过程中遇到一个又一个问题，有好多次这些问题都让我几乎失去信心，它们让我的工作停滞不前，使我无法继续下去。
在这里我要感谢我的指导老师****************************************************************************************************************************************
参考文献
[1]胡翔骏电路分析（第二版）北京：
高等教育出版社2007
[2]华成英、童诗白模拟电子学基础（第四版）北京：
高等教育出版社2006
[3]高吉祥全国大学生电子设计竞赛培训系列教程之模拟电子线路设计北京：
电子工业出版社2007
[4]黄智伟全国大学生电子设计竞赛系统设计北京：
北京航空航天大学出版社2006
[5]谭博学、苗汇静集成电路原理及应用（第二版）北京：
电子工业出版社2008
[6]夏路易、石宗义电路原理图与电路板设计教程PROTEL99SE北京希望电子出版社2002
[7]谷丽华、辛晓宁、么旭东实用低频功率放大器的设计沈阳化工学院学报2005年01期
[8]NE5532、LM339、TDA2030等器件的DATASHEET
心得与体会
通过此次课程设计，使我更加扎实的掌握了有关低频功率放大电路各个方面的知识，在设计过程中虽然遇到了一些问题，但经过一次又一次的思考，一遍又一遍的检查终于找出了原因所在，也暴露出了前期我在这方面的知识欠缺和经验不足。
实践出真知，通过亲自动手制作，使我们掌握的知识不再是纸上谈兵。
过而能改，善莫大焉。
在课程设计过程中，我们不断发现错误，不断改正，不断领悟，不断获取。
最终的检测调试环节，本身就是在践行“过而能改，善莫大焉”的知行观。
这次课程设计终于顺利完成了，在设计中遇到了很多问题，最后在老师的指导下，终于游逆而解。
在今后社会的发展和学习实践过程中，一定要不懈努力，不能遇到问题就想到要退缩，一定要不厌其烦的发现问题所在，然后一一进行解决，只有这样，才能成功的做成想做的事，才能在今后的道路上劈荆斩棘，而不是知难而退，那样永远不可能收获成功，收获喜悦，也永远不可能得到社会及他人对你的认可！
课程设计诚然是一门专业课，给我很多专业知识以及专业技能上的提升，同时又是一门讲道课，一门辩思课，给了我许多道，给了我很多思，给了我莫大的空间。
同时，设计让我感触很深。
使我对抽象的理论有了具体的认识。
通过这次课程设计，我掌握了常用元件的识别和测试；熟悉了常用仪器、仪表；了解了电路的连线方法；以及如何提高电路的性能等等，掌握了焊接的方法和技术，通过查询资料，也了解了收音机的构造及原理。
我认为，在这学期的实验中，不仅培养了独立思考、动手操作的能力，在各种其它能力上也都有了提高。
更重要的是，在实验课上，我们学会了很多学习的方法。
而这是日后最实用的，真的是受益匪浅。
要面对社会的挑战，只有不断的学习、实践，再学习、再实践。
这对于我们的将来也有很大的帮助。
以后，不管有多苦，我想我们都能变苦为乐，找寻有趣的事情，发现其中珍贵的事情。
就像中国提倡的艰苦奋斗一样，我们都可以在实验结束之后变的更加成熟，会面对需要面对的事情。
课程设计做到这里，我不禁有些感慨，经历了将近三周的艰难时光，一个最初的简单设想，到现在变得有血有肉。
现在，当我翻看这份报告的时候，心中充满莫名的感动。
也许有一天，当我再次翻开这份设计的时候，我可能都不会相信自己曾经这么专注过去做一件事情。
这毕竟是我亲自操刀上阵，完成的一项之前从未经历过的大事件，它注定会为我带来无限的惊喜和烦恼。
附录A元件清单
部件类型
元件标号
封装
部件类型
元件标号
封装
电阻
R7
AXIAL-0.4
电容
C8
RAD-0.2
电阻
R6
AXIAL-0.4
电容
C7
RAD-0.2
电阻
R8
AXIAL-0.4
电容
C1
RAD-0.2
电阻
R10
AXIAL-0.4
电容
C2
RAD-0.2
电阻
R9
AXIAL-0.4
电容
C3
RAD-0.2
电阻
R2
AXIAL-0.4
电解电容
C12
RB-.2/.4
电阻
R1
AXIAL-0.4
电解电容
C10
RB-.2/.4
电阻
R3
AXIAL-0.4
电解电容
C11
RB-.2/.4
电阻
R5
AXIAL-0.4
电解电容
C13
RB-.2/.4
电阻
R4
AXIAL-0.4
TDA2030
TDA2030
TO-220-5V
电容
C6
RAD-0.2
电位器
RW3
VR-4
电容
C5
RAD-0.2
电位器
RW2
VR-4
电容
C4
RAD-0.2
电位器
RW1
VR-4
电容
C9
RAD-0.2
NE5532
NE5532
DIP-8
附录BTDA2030的资料
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。
如图1所示，按引脚的形状引可分为H型和V型。
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。
意大利SGS公司、美国RCA公司、日本日立公司、NEC公司等均有同类产品生产，虽然其内部电路略有差异，但引出脚位置及功能均相同，可以互换。
下图是TDA2030的一些参数。
1.电路特点：
1.外接元件非常少；
2.输出功率大，Po=18W（RL=4Ω）。
3.采用超小型封装（TO-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=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%。
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。
2.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。
3.注意事项：
1.TDA2030具有负载泄放电压反冲保护电路，如果电源电压峰值电压40V的话，那么在5脚与电源之间必须插入LC滤波器，以保证5脚上的脉冲串维持在规定的幅度内。
2.热保护：
限热保护有以下优点，能够容易承受输出的过载（甚至是长时间的），或者环境温度超过时均起保护作用。
3.虽然TDA2030所需的元件很少，但所选的元件必须是品质有保障的元件。
三、NE5532的极限参数
参数
符号
NE5532
单位
电源电压
Vcc
±22
V
差分输入电压
Vdif
±13
V
输入电压
Vi
提供电压
V
功耗，TA=25℃
PD
1100
mW
升级会员 