数控音频功率放大器实训报告.docx

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数控音频功率放大器实训报告

《电子产品设计与制作综合实训》

数控音频功率放大器的设计与制作

姓名：

组号:

学号：

班级：

指导教师：

提交日期：

前言

数控音频功率放大器实训时间为5周，需要完成对音频功率放大器的设计与调试。

本次实训要求根据电路的设计要求设计出满足要求的电路，要熟练的运用ProterlDXP软件绘制原理图、元件、封装和PCB板。

熟悉每个模块的作用以及它的典型电路，了解每个模块中的芯片资料。

要求掌握电路的设计方法，能够独立的分析解决一般性质的问题，在设计与制作过程中能够从经济性和环保性等方面去考虑，在设计与制作中能大胆的实践，开拓创新，能够将自己的想法体现到实际电路当中去。

能够在电路调试时准确的找出故障所在点并且排除它。

更重要的是掌握基本的焊接技术，能够独立的完成简单电子产品的安装与焊接。

熟悉电子产品的安装工艺的生产流程，能够完成电子产品设计调试、故障排除到整机装配整个过程，能按照IPC工艺安装调试印制电路板，并且知道如何去编写一段复杂的程序。

同时培养了与同组同学的团队合作、共同探讨、共同前进的精神，为以后工作奠定了一定的基础。

此次实训的技术指标和功能要求：

输入电源：

18V/2A

输出功率：

≥5W（不失真功率RL=4Ω）

功放效率：

η≥35%

放大频率响应：

（Line）100Hz～15KHz（3dB带宽）

（Mic）300Hz～3.4KHz

失真度：

≤1%

信噪比：

≥80dB

音量控制分32级，并具有静音和音量参数的掉电保护功能

输入分为音频线路输入1Vpp和MIC话音输入20mVpp

目  录

第一章方案论证

1.1项目介绍

数控音频功率放大器的介绍：

数控音频功率放大器是一种常用的模拟电路。

数控音频功率放大器电路是一种可以采用数控方式产生计数脉冲实现音量调节的装置，从原理上讲是一种典型的数字电路和模拟集成电路的组合和综合运用，在各种音响设备中有着广泛应用。

1.2整体框图

1.3方案论证：

图1-1结构框图

方案一：

图1-2方案一图

方案二：

图1-3方案二图

1.4芯片比较

1.4.1话音大电路芯片的选择（芯片LM358与LM324）

此部分为话音放大电路，话音放大实现的是把输入的信号进行不失真的放大。

所以选择了这两款芯片LM358与LM324。

芯片LM358

LM358特性（Features）：

●内部频率补偿。

●直流电压增益高（约100dB）。

●单位增益频带宽（约1MHz）。

●电源电压范围宽：

单电源（3—30V）；双电源（±1.5一±15V）。

●低功耗电流，适合于电池供电。

●低输入偏流。

●低输入失调电压和失调电流。

●共模输入电压范围宽，包括接地。

●差模输入电压范围宽，等于电源电压范围。

●输出电压摆幅大（0至VCC-1.5V）。

LM358主要参数

●输入偏置电流45nA

●输入失调电流50nA

●输入失调电压2.9mV

●输入共模电压最大值VCC~1.5V

●共模抑制比80dB

●电源抑制比100dB

芯片LM358

LM324为四运放集成电路，采用14脚双列直插塑料封装。

，内部有四个运算放大器，有相位补偿电路。

电路功耗很小，LM324工作电压范围宽，可用正电源3～30V，或正负双电源±1．5V～±15V工作。

它的输入电压可低到地电位，而输出电压范围为O～Vcc。

它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，四组运放相互单独。

因为LM324是四运放集成电路，而我们这里所要的是双运放集成电路，所以我们选择LM358。

图1-4LM358DIP塑封引脚图引脚功能图1-5LM358圆形金属壳封装管脚图

LM358内部结构图

图1-6LM358内部电路原理图

LM358提供电源分类：

图1-7LM358单电源图1-8LM358双电源

1.4.2输入信号电路芯片的选择（CD4053与CD4051）

此部分为输入信号选择，我们要对输入进来的信号进行选择，也可以区分模拟数字信号，使其互不干扰。

静音功能也靠这部分实现。

所以我们选择CD4053和CD051。

芯片CD4053/CC4053

CD4053/CC4053是三组两路数字控制模拟开关，有三个独立的数字控制输入端A、B、C和INH输入，具有低导通阻抗和低的截止漏电流。

幅值为4.5～20V的数字信号可控制峰-峰值至20V的数字信号。

例如若VDD＝+5，VSS＝0，VEE＝-13.5V，则0～5V的数字信号可控制-13.5～4.5V的模拟信号。

这些开关电路在整个VDD-VSS和VDD－VEE电源范围内具有极低的静态功耗，与控制信号的逻辑状态无关。

当INH输入端＝“1”时，所有通道截止。

控制输入为高电平时，“0”通道被选，反之，“1”通道被选。

●引脚排列

图1-9CD4053引脚排列

表1-1CD4053引脚功能说明

●真值表

表1-2CD4053真值表

●封装尺寸：

图1-10CD4053封装尺寸

芯片CD4051

CD4051是单8通道数字控制模拟电子开关，有A、B和C三个二进制控制输入端以及INH共4个输入，具有低导通阻抗和很低的截止漏电流。

幅值为4.5～20V的数字信号可控制峰值至20V的模拟信号。

例如，若VDD=+5V，VSS=0，VEE=-13.5V，则0～5V的数字信号可控制-13.5～4.5V的模拟信号。

这些开关电路在整个VDD-VSS和VDD-VEE电源范围内具有极低的静态功耗，与控制信号的逻辑状态无关。

因为CD4053的工作电压为5V，所以我们选择CD4053。

1.4.3数字电位器电路芯片的选择（芯片X9313与X9511）

此部分为数字音量控制电路，主要实现电路音量的上升与下降，音量控制分32级。

所以我们选择芯片X9313和X9511。

芯片X9313

●引脚排列

图1-11X9313引脚排列

表1-3X9313引脚说明

●X9313应用注意事项

（1）当X9313作为输入电阻与运放构成单端输入的放大器时,输入端易受低频信号的干扰。

可通过VL端对地接6800pF的电容进行有效的抑制。

（2）U/D端悬空时,阻值不可控。

（3）避免长时间使器件对于极限参数条件下工作,否则会造成器件永久性损坏。

（4）因电子器件的分散性,为了进行精确的阻电阻的增量值）进行实测。

最好采用数字万用表以减少读数误差。

例如X9313W在实测的各抽头间电阻值中最小值为240Ω,而最大值为400Ω（额定抽头间电阻为323Ω）。

●时序图：

图1-12X9313时序图

●封装尺寸

图1-13X9313封装尺寸

芯片X9511

X9511就是XICOR公司生产的理想按键式数字电位器，它内含31个串联电阻阵列和32个轴头。

轴头位置由两个按键控制，并且可以被存储在一个E2PROM存储器中，以供下一次通电时重新调用，并自动恢复轴头位置，X9511有1kΩ和10kΩ的X9511Z和X9511W两种规格。

因为X9313应用范围广且经常被使用，所以选X9313。

1.4.4功率放大电路芯片的选择（芯片TDA2003与TDA2030）

此部分电路为音频功率放大器，此部分需要将信号放大到最大，随着输出功率的增大，电容也得增大，电容太小会导致效率降低。

功率放大器必须用散热器辅助散热。

选择芯片TDA2003和TDA2030。

芯片TDA2003

TDA2003电流输出能力强,谐波失真和交越失真小,各引脚都有交,直流短路保护,使用安全,负载上电压可冲至40V.，最大额定值Tamb=25，电源峰值电压（50mS）Vccp40V，直流电源电压Vcc28V，工作电源电压Vcc18V，输出重复峰值电压Io3.5A，输出不重复峰值电压Io4.5A，功耗T=90PD20W，储存温度Tstg-40+150度，焊接温度Tj-40+150度

●管脚排列及功能：

图1-14TDA2003引脚图1-15TDA2003外观图

●典型应用电路：

图1-16TDA2003应用图

●封装尺寸：

表1-4TDA2003封装

图1-17TDA2003封装

芯片TDA2030

TDA2030是一款18W高保真音频功率放大和35W音频功率驱动电路，其良好的静态特性使它特别适用于无稳压电源的音频功率放大器，也可作为功率驱动器。

当Vcc=44V时，用少量的外围元器件加一对互补输出晶体管就可构成一个35W以上的功率放大器。

因为要输出功率为5W，不选TDA2030，而选择TDA2003。

1.4.5MCU控制电路芯片的选择（STC89C51与AT89C51）

单片机主要进行按键操作，按键控制单片机，在单片机中下载程序实现电路性能。

选择STC89C51和AT89C51。

芯片STC89C51

●89C51的引脚封装：

总线型非总线型

图1-18单片机总线型图1-19单片机非总线型

●内部结构：

●功能特性描述：

图1-20单片机内部图

STC89C51是一种低功耗、高性能CMOS8位微控制器，具有8k字节Flash，256字节RAM，32位I/O口线，看门狗定时器，2个数据指针，三个16位定时器/计数器，一个6向量2级中断结构，全双工串行口，片内晶振及时钟电路。

另外，STC89C52可降至0Hz静态逻辑操作，支持2种软件可选择节电模式。

空闲模式下，CPU停止工作，允许RAM、定时器/计数器、串口、中断继续工作。

掉电保护方式下，RAM内容被保存，振荡器被冻结，单片机一切工作停止，直到下一个中断或硬件复位为止。

P0口：

P0口是一个8位漏极开路的双向I/O口、必须外接上拉电阻才会有高电平输出；。

作为输出口，每位能驱动8个TTL逻辑电平。

对P0端口写“1”时，引脚用作高阻抗输入。

当访问外部程序和数据存储器时，P0口也被作为低8位地址/数据复用。

，

　P1口：

P1口是一个具有内部上拉电阻的8位双向I/O口，p1输出缓冲器能驱动4个TTL逻辑电平。

对P1端口写“1”时，内部上拉电阻把端口拉高，此时可以作为输入口使用。

作为输入使用时，被外部拉低的引脚由于内部电阻的原因，将输出电流（IIL）。

此外，P1.0和P1.2分别作定时器/计数器2的外部计数输入（P1.0/T2）和时器/计数器2的触发输入（P1.1/T2EX），具体如下表所示。

在flash编程和校验时，P1口接收低8位地址字节。

引脚号第二功能

　　P1.0T2（定时器/计数器T2的外部计数输入），时钟输出

　　P1.1T2EX（定时器/计数器T2的捕捉/重载触发信号和方向控制）

　　P1.5MOSI（在线系统编程用）

　　P1.6MISO（在线系统编程用）

　　P1.7SCK（在线系统编程用）

P2口：

P2口是一个具有内部上拉电阻的8位双向I/O口，P2输出缓冲器能驱动4个TTL逻辑电平。

对P2端口写“1”时，内部上拉电阻把端口拉高，此时可以作为输入口使用。

作为输入使用时，被外部拉低的引脚由于内部电阻的原因，将输出电流（IIL）。

在访问外部程序存储器或用16位地址读取外部数据存储器（例如执行MOVX@DPTR）时，P2口送出高八位地址。

在这种应用中，P2口使用很强的内部上拉发送1。

在使用