音频功率放大器课程设计报告.docx
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音频功率放大器课程设计报告
学号：
37
课程设计
题目
学院
OTL音频功率放大器的设计与制作
信息工程学院
专
业
通讯工程
班
级
通讯1302
姓
名
杨帆
指导教师
赵宁
2014年1月23日
课程设计任务书
学生姓名：
杨帆专业班级：
通讯1302
指导教师：
赵宁工作单位：
信息工程学院
题目:
OTL音频功率放大器的设计与制作
初始条件：
元件：
集成功放TDA2030A、集成稳压器LM7812、电阻、电容、电位计若干。
仪器：
万用表、示波器、沟通毫伏表、函数信号发生器、学生电源
要求达成的主要任务:
（包含课程设计工作量及其技术要求，以及说明书撰写等详细要求）
1、课程设计工作量：
1周。
2、技术要求：
①要求设计制作一个音频功率放大器频次响应20~20KHZ，效率>60﹪，失真小。
达成对音频功率放大器的设计、仿真、装置与调试，并自制直流稳压电源。
②确立设计方案以及电路原理图并用multisim进行电路仿真。
时间安排：
序号
设计内容
所用时间
1
部署任务及调研
1天
2
方案确立
天
3
制作与调试
天
4
撰写设计报告书
1天
5
辩论
1天
合
计
1周
指导教师署名：
系主任（或责任教师）署名：
年月日
纲要....................................................
0
Abstract................................................
0
音频功率放大器的设计与制作
..............................2
1.设计原理及参数...........................................
2
音频功放电路的设计........................................
2
设计原理................................................................................................................
2
参数计算...............................................................................................................
4
直流稳压电源的设计........................................
5
设计原理................................................................................................................
5
参数计算................................................................................................................
6
2.仿真结果及剖析............................................
7
音频功率放大电路..........................................
7
仿真原理图............................................................................................................
7
仿真成效图............................................................................................................
8
直流稳压电源电路..........................................
9
电路原理图仿真..................................................................................................
10
仿真成效图..........................................................................................................
10
3.实物制作与性能测试.......................................
11
音频功放实物制作.........................................
11
性能测试.................................................
12
功任性能测试......................................................................................................
12
频次响应测试......................................................................................................
13
直流稳压电源制作.........................................
13
直流稳压电源的测试.......................................
14
4.收获以及领会.............................................
14
5.元器件清单...............................................
16
6.主要参照文件资料17
本科生课程设计成绩评定表17
纲要
本课程设计是在学完《模拟电路基础》、《模拟电路基础实验》以后，经过复杂程度
较高，综合性较强盛型设计课题的实做训练。
在现代生活中耳机放大器、音响设施、电视
电脑都有功率放大电路存在。
功率放大电路往常作为多级放大电路的输出级。
在好多电子
设施中，要求放大电路的输出级能够带动某种负载，比如驱动仪表，使指针偏转；驱动扬
声器，使之发声；或驱动自动控制系统中的履行机构等。
总之，要求放大电路有足够大的
输出功率。
这样的放大电路统称为功率放大电路。
我的此课程设计报告主要包含了课程的设计、原理、电路仿真、实物制作和性能测试
等部分。
利用现学知识设计并制作了音频功率放大器及为其供应直流偏置的12V稳压直流
电源。
音频功率放大器主要利用了由TDA2030A集成功放构成的单电源互补对称功放，实
现高保真成效。
直流稳压电源则主要利用LM7812稳压管，为电路供应稳固的直流输入电
压。
重点词：
功率放大、直流电源、TDA2030A
Abstract
Thecoursedesignisinthecompletionof"Fundamentalsofanalogcircuits","analogcircuit
basedexperiment",throughthehighercomplexity,strongcomprehensivedesignprojectoflarge
practicaltraining.InmodernlifeHeadsetamplifier,audioequipment,televisionandcomputer
haveapoweramplificationcircuitexists.Thepoweramplifiercircuitisusuallyastheoutput
stageofmultistageamplifiercircuit.Inmanyelectronicdevices,therequiredoutputstage
amplifiercircuitcandriveaload,suchasdrivinginstrument,sothatthepointerdeflection;drive
theloudspeakertosound,ordrive;automaticcontrolactuatorsystemetc..Inshort,demand
amplificationcircuithasalargeenoughoutputpower.Amplifyingcircuitthatcollectively
referredtoasthepoweramplifiercircuit.
ThiscurriculumdesignreportIincludingcurriculumdesign,principle,circuitsimulation,
physicalproductionandtestingpart.Touseexistingknowledgetodesignandproducetheaudio
poweramplifier12VandprovidesaregulatedDCpowersupply,DCbiasforthe.Audiopower
amplifierismainlyusedthesinglepowercomplementarysymmetrypoweramplifieris
composedofaTDA2030Aintegratedpoweramplifier,torealizethehighfidelityeffect.DC
regulatedpowersupplyisthemainuseofLM7812voltageregulatortube,toprovidetheDC
inputvoltagestabilityforcircuit.
Keywords:
poweramplifier,DCpowersupply，TDA2030A
音频功率放大器的设计与制作
1.设计原理及参数
1.1音频功放电路的设计
1.1.1设计原理
音
频
输
放
输
扬声
信
号
入
大
出
器输
出
输入
级
级
级
音频功率放大器主要由输入级、放大级、输出级三个部分构成。
电路采纳TDA2030A集成功率放大电路，拥有输出功率大、保护性能完美、外头电路
简单、使用方便等长处。
工作范围为±6-±18V。
输入级：
采纳电容耦合输入。
用以去掉音频信号中的低频信号，与R1构成高通低频
响应。
放大级：
采纳TDA2030A集成芯片，输出功率大10W频次响应为10~1400Hz，输出
电流峰值最大可达3.5A。
其内部电路包含输入级、中间级和输出级,且有短路保护和过热
保护,可保证电路工作安全靠谱。
TDA2030A功率放大管利用三极管的电流控制作用或场效应管的电压控制作用将电源
的功率变换为依照输入信号变化的电流。
因为声音是不一样振幅和不一样频次的波，即沟通讯
号电流，三极管的集电极电流永久是基极电流的β倍，β是三极管的沟通放大倍数，应用
这一点，若将小信号注入基极，则集电极流过的电流会等于基极电流的β倍，而后将这个
信号用隔直电容隔绝出来，就获得了电流（或电压）是原来的β倍的大信号，这现象成为三
极管的放大作用。
经过不停的电流及电压放大，就达成了功率放大。
TDA2030集成电路的第三个特色是外头电路简单，使用方便。
在现有的各样功率集成电路
中，它的管脚属于最少的一类，总合才5端，在焊接电路板的时候TDA2030A的管脚的分
布关于焊接的时候很重要的，假如管脚的划分有错，直接会致使的功率放大器烧掉。
经过
查阅资料知道他的管脚散布为：
汉字对着人，从左往右数为12345其1为同相输入端2
为反相输入端3为功率放大器的接地端4为功率放大器额的输出端5为功率放大器的电源
线的接入端。
TDA2030A参数如图：
表1.1TDA2030A芯片参数
此中，R4作为同相输入的偏置电阻，电路增添沟通电压并联负反应，R5、R6决定了
此沟通负反应的强弱和闭环增益。
该电路闭环增益为：
（R5+R6）/R6。
R6电阻越小增益
越大，但增益太大也简单致使信号失真。
C1起到隔直流的作用，使得直流负反应为100%，
静态工作点稳固性好。
因为电源自己其实不是完好直流的，里面含有纹波，会影响输出结果，因此需要在电源
输入端对电源进行虑纹波，本实验设计采纳在电源输入端并联一个大电容电容C8和一个
小电容C2。
大电容虑低频，小电容率高频，可有效的滤掉电源的纹波。
输出级：
两个二极管接在输出和电源之间，防备扬声器感性负载反冲而影响音质。
R8
和C5串连对感性负载（喇叭）进行相位赔偿，除去自激。
C4电容起到隔自流同沟通的作用。
原理电路采纳单电源互补对称功放。
它去掉了一组电源，在输出端与负载之间增添了
一个大电容。
改变外面电路电阻值，输出端4点的静态电位等于VCC/2。
电路原理如图：
图1-1音频功放原理图
参数计算
R1
是音量调理电位计，本电路采纳
22k电位计
C6
是输入耦合电容（C1=1uf）由公式
1
（公式1-1）
C=
2πfc
f取10Hz，
实质中采纳1uf电解电容。
C8
取100uf电解电容，C2取0.1uf陶瓷电容
R4
是TDA2030A同相输入端偏置电阻。
R2、R3为反应网络电阻（R2=R3=R7=100KΩ）。
R6、R5决定了该电路沟通负反应的强弱及闭环增益。
该电路闭环增益为
（公式1-2）
C1起隔直流作用,以使电路直流为100%负反应。
静态工作点稳固性好。
D1、D2是保护二极管,防备输出电压峰值破坏集成块TDA2030A，实质中采纳
1N4001二极管。
输出端接上电容C5=0.22uF的陶瓷电容，R7=1Ω串连接地。
1.2直流稳压电源的设计
1.2.1设计原理
220v
变压
整流
滤波
稳压
输出
沟通
电路
电路
电路
电路
电路
输入
直流稳压电源主要由整流电路、滤波电路、稳压电路三部分实现。
变压电路：
采纳220：
15变压器，交变输出有效值为15V，频次为50Hz沟通电。
整流电路：
采纳单相桥式全波整流电路，因为二极管单导游通的特征，当二极管呈桥
式相连时，不论输入电压呈正半周期或负半周期，都有电流同方向地流过负载。
进而实现
整流作用。
波形如图：
图1-2-1整流桥波形原理
滤波电路：
采纳电容滤波电路，利用电容充放电原理达到滤波作用。
在脉动直流波形
上涨阶段，电容充电，因为充电时间常数很小，因此充电速度快；在波形的降落阶段，电
容放电，因为时间常数很大，放电较慢。
波形如图：
图1-2-2滤波原理波形
稳压电路：
采纳LM7812集成稳压器，进一步稳固输出电压在12V。
电路原理图如图
所示：
图1-2-3直流稳压电源原理图
220：
15变压器输入有效值为输入端电容C3用于抵消输入端较长接线的电感效应，以
防备自激震荡，还能够克制电源的高频脉冲扰乱。
实质中采纳小电容即可。
输出端电容C10、
C11用于改良负载的瞬态响应，除去电路的高频噪声，同时也拥有消抖擞用。
C10较大，
长处是提升稳压电源的脉冲响应、输出较大的脉冲电流。
但是当输出断开，二极管放电，
较大电流会使稳压器破坏。
因此在稳压器两头并联一个二极管D4，用以保护稳压器。
1.2.2参数计算
220：
15变压器
LM7812集成稳压器
4*1N4001制成整流桥，或直接选择集成整流桥
C1滤波电容：
选择1000uF电解电容
C5、C7小电容实验中选择了陶瓷电容
2.仿真结果及剖析
2.1音频功率放大电路
软件介绍：
Multisim
是加拿大图像交互技术企业（
InteractiveImageTechnoligics简
称
IIT
企业）推出的以
Windows
为基础的仿真工具，合用于板级的模拟
/数字电路板的
设计工作。
它包含了电路原理图的图形输入、电路硬件描绘语言输入方式，拥有丰富
的仿真剖析能力。
工程师们能够使用Multisim交互式地搭建电路原理图，并对电路进行仿真。
Multisim提炼了SPICE仿真的复杂内容，这样工程师无需懂得深入的SPICE技术便可
以很快地进行捕捉、仿真和剖析新的设计，这也使其更合适电子学教育。
经过Multisim
和虚构仪器技术，PCB设计工程师和电子学教育工作者能够达成从理论到原理图捕捉
与仿真再到原型设计和测试这样一个完好的综合设计流程。
2.1.1仿真原理图
图2-1-1音频功放仿真电路图
2.1.2仿真成效图
输入1Khz振幅100mvp，Vcc为12V。
当电位计调至最大输入，波形如图：
图2-1-2仿真波形图1
计算其最大放大倍数：
A=Vo/Vi=3.158V/98.982mV=31.9（公式1-3）
理论值：
A=（R5+R6）（公式1-4）
调理电位计察看波形。
当电位计调低，能够看见输出减小。
因此调理电位计拥有调理
音量的作用。
波形如图：
图2-1-3仿真波形图2
察看放大电路输出电压
图2-1-4仿真波形图3
Vk=6V=VCC/2与理论值符合。
2.2直流稳压电源电路
2.2.1电路原理图仿真
图2-2-1直流稳压电源仿真电路
2.2.2仿真成效图
图2-2-2仿真波形4
经过变压器输入15V（有效值）沟通电时，电路输出12.5V稳固电直流电。
电路频次响应仿真
图2-2-3频次响应仿真
图2-2-4频次响应仿真2
fh=22khz
B=fh-fl≈22khz
3.实物制作与性能测试
3.1音频功放实物制作
安装电路板，因为本电路采纳功放集成电路，且只有5引脚，看准后，可直接焊在电
路板上。
依照布局图把元件逐个焊接在电路板上，关于二极管或电解电容等有极性器件要
用仪器判断好后在焊接。
元件所有焊接达成后，认真检查几遍，保证器件连结正确后，方
可通电测试。
1.丈量输出电压放大倍数Au
测试条件：
直流电源电压15v，输入信号1KHz=70mv（振幅值100mv），输出负载
电阻为8Ω。
2.丈量同意的最大输入信号（1KHz）和最大不失真输出功率
测试条件：
直流电源电压12v，负载电阻分为8Ω。
3.丈量上、下限截止频次fH和fL
测试条件：
直流电源电压12v，输入信号100mv（振幅值141mv），改变输入信号
频次（负载电阻为8Ω）
实物如图：
图3-1-1实物图1
3.2性能测试
3.2.1功任性能测试
在实验室里，采纳低频信号发生器做信号源，用示波器察看波形，并丈量出输出电压
的有效值。
测试取输入信频次
f=1khzVi=100mV（峰值约为141mv）
RL=8Ω/20W，经
丈量和计算以下：
○1
输出电压（有效值）Uom
○2
输出功率
U02m
Po
2RL
（公式3-1）
○3
电压放大倍
UO
AU
Ui
（公式3-2）
○4
电源均匀供应功率
Pi
2VccVom=
πRL
（公式3-3）
○5变换效率
PO≈60.3%
Pi
（公式3-4）
3.2.2频次响应测试
在保证输入信号Ui大小不变的条件下，改变低频信号发生器的频次。
用沟通毫伏表
测出Uo=0.707Uom时，所对应的放大器上限截止频次fh和下限截止频次fl,算出频带宽度
B:
○1fl≈10Hz
○2fh≈23KHz
○3B=fh－fl≈23KHz
与理论值邻近。
在偏差同意范围内，实质测试值知足理论值标准，实验成功。
3.3直流稳压电源制作
安装电路板，本电路集成整流桥和LM7812集成稳压器。
焊接较为简单。
可直接焊
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