基于Multisim的音频功率放大器设计与仿真样本.docx

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基于Multisim的音频功率放大器设计与仿真样本

信息工程学院

课程设计报告书

题目：

基于Multisimde音频功率放大器设计与仿真

课程：

电子线路课程设计

专业：

班级：

学号：

学生姓名：

指引教师：

年1月3日

信息工程学院课程设计任务书

学号

学生姓名

专业（班级）

设计题目

基于Multisimde音频功率放大器设计与仿真

设

计

技

术

参

数

电源电压：

Vs……………………±22V

输入电压：

VIN……………………±V电源V

差分输入电压：

VDIFF……………………±5V

工作温度范畴：

TA……………………0℃～70℃

存贮温度：

TSTG……………………-65℃～150℃

结温：

Tj……………………150℃

功耗（5532FE）：

PD……………………1000mW

引线温度（焊接，10S）……………………300℃

设

计

要

求

1输出功率10W/8Ω；频率响应20~20KHz；效率>60﹪；失真小。

2选取电路方案，完毕对拟定方案电路设计。

3运用Multisim仿真设计电路原理图，拟定电路元件参数、掌握电路工作原理并仿真实现系统功能。

4安装调试并按规范规定格式完毕课程设计报告书。

参

考

资

料

1.谢自美.电子电路设计.实验.测试.武昌：

华中理工大学出版社，1994.

2.童诗白.模仿电子技术基本.第二版.北京：

人民邮电出版社，1999.

3.康华光主编，电子技术基本（数字某些、模仿某些），高等教诲出版社，1998.

4.周泽义.电子技术实验。

武汉：

武汉理工大学出版社，.5

5.梁宗善.《新型集成电路应用-电子技术基本课程设计》.华中科技大学，

6.孙梅生.《电子技术基本课程设计》.高等教诲出版社，

7.黄继昌，张海贵.《实用单元电路及其应用》.人民邮电出版社，

8.王卫东，江晓安.《模仿电子电路基本》.西安电子科技大学出版社，

9.华成英、童诗白.模仿电子技术基本.第四版.北京:

高等教诲出版社,.5

年1月3日

信息工程学院课程设计成绩评估表

学生姓名：

学号：

专业（班级）：

课程设计题目：

基于Multisimde音频功率放大器设计与仿真

成绩：

指引教师：

年月日

摘要

TDA2030功率放大电路具备失真小、功率大、所需元件少、制作简朴、效果良好等长处，用它来做电脑有源音箱功率放大某些或MP4等小型功放再适当但是，本论文便是用TDA2030来制作音频功率放大器原件。

高效率音频功率放大器不但仅是在便携式设备中需要，在大功率设备中也占有较大比重。

随着人们居住条件改进，高保真音响设备和高档家庭影院也逐渐兴起。

音频功率放大器在这些设备中起到了很重要作用。

核心字：

TDA2030功率放大电路、音频功率放大器、高效率

Abstract

TDA2030 poweramplifier circuitwith smalldistortion, highpower, whichneedsfewcomponents, simplefabrication, theadvantagesofgoodeffect, canuseittomake power computer amplifyingpart orMP4 smallpower isagainappropriate however, thisthesisis tomakeuseofTDA2030 audiopoweramplifier original. Audiopoweramplifierwith highefficiency isnotonlytheneed inportabledevices, alsoaccountforalarge proportionin highpower devices. Withthedevelopmentof people'slivingconditions improve, highfidelityaudioequipmentand high-end hometheater also graduallyontherise. Audiopoweramplifier playsaveryimportantrole inthesedevices.

Keywords：

TDA2030 poweramplifiercircuit, audiopower amplifier, highefficiency

1前言

1.1音频放大器发展

上个世纪80年代此前，输出功率仅几瓦声频功率放大器都要采用分立元件来制作。

进入80年代后，国内开始研制生产出某些小功率功放IC，但由于这些功放IC性能指标不佳，特别是可靠性比较差，不久就被国外生产功放IC所取代。

日本生产HA1392、TA7240曾经是80年代用得非常普遍功放IC。

HA1392与TA7240输出功率都只有4W~6W。

。

意法SGS公司在80年代初开发生产TDA2030A算是比较好一款功放IC，它输出功率可以达到12W以上。

尽管SGS公司在TDA2030A基本上又研制出TDA2040、TDA2050功放IC，使输出功率可以达到24W，但由于它们电源合用范畴只有±22V，如果使用未经稳压整流滤波直流电供电，它们事实上都只能给4Ω负载输出12W功率。

在90年代此前，电子器件生产厂商提供功放IC输出功率实际都在30W如下。

在通过10近年努力后，美国NS公司和意法SGS公司都在90年代期间相继开发生产出多款输出功率超过30W功放IC芯片。

其中，LM3876、LM3886是美国NS公司代表作，TDA7294、TDA7295、TDA7296是意法SGS公司代表作。

1.2音频放大器设计背景

音频放大器目是在产生声音输出元件上重建输入音频信号，信号音量和功率级都要抱负——如实、有效且失真低。

音频范畴为约20Hz～20kHz，因而放大器在此范畴内必要有良好频率响应（驱动频带受限扬声器时要小某些，如低音喇叭或高音喇叭）。

依照应用不同，功率大小差别很大，从耳机毫瓦级到TV或PC音频数瓦，再到“迷你”家庭立体声和汽车音响几十瓦，直到功率更人们用和商用音响系统数百瓦以上，大到能满足整个电影院或礼堂声音规定。

1.3音频放大器设计意义

在老式晶体管放大器中，输出级包括提供瞬时持续输出电流晶体管，实现音频系统放大器许多也许类型涉及A类放大器，AB类放大器和B类放大器。

与D类放大器设计相比较，虽然是最有效线性输出级，它们输出级功耗也很大。

这种差别使得D类放大器在许多应用中具备明显优势，由于低功耗产生热量较少，节约印制电路板面积和成本，并且可以延长便携式系统电池寿命。

此外，D类功率放大器工作于开关状态，理论效率可达100%，实际运用中也可达80以上，功率器件耗散功率小，产生热量少，可以大大减小散热器尺寸，持续输出功率很容易达到数百瓦，功率MOS有自我保护电路，可以大大简化保护电路，并且不引入非线性失真。

2任务与条件

2.1初始条件

可选元件：

集成功放，电容、电阻、电位器若干；或自选元器件。

直流电源±12V，或自选电源。

可用仪器：

示波器，万用表，毫伏表等

2.2规定完毕重要任务：

（1）设计任务

依照技术指标和已知条件，选取适当功放电路，如：

OCL、OTL或BTL电路。

完毕对音频功率放大器设计、装配与调试。

（2）设计规定

1输出功率10W/8Ω；频率响应20~20KHz；效率>60﹪；失真小。

2选取电路方案，完毕对拟定方案电路设计。

3运用Multisim仿真设计电路原理图，拟定电路元件参数、掌握电路工作原理并仿真实现系统功能。

4安装调试并按规范规定格式完毕课程设计报告书。

2.3设计方案

音频功率放大器作用是将声音源输入信号进行放大，然后输出驱动扬声

器。

声音源种类有诸各种，故输出信号电压差别很大，从零点几毫伏到几百

毫伏。

普通动率放大器输入敏捷度是一定，这些不同声音源信号如果直接

输入到功率放大器话，对于输入信号过低，功率放大器功率输出局限性，不能

充分发挥功放作用；加入输入信号幅值过大，功率放大器输出信号将严重

过载失真。

这样就失去了音频放大意义了，因此一种实用音频功率放大系统必

须设立前置放大器，以便使放大器适应不同输入信号，或放大，或衰减，或进

行阻抗变换，使其与功率放大器输入敏捷度相匹配。

最后音频放大器由前置放

大器和音调控制电路和功率放大器三某些构成。

如图所示

3选取器件与参数运算

3.1运放NE5532简介

NE5532是高性能低噪声运放，与诸多原则运放（如1458）相似，它具备较

好噪声性能，优良输出驱动能力及相称高小信号与电源带宽。

（1）小信号带宽：

10MHz；

（2）输出驱动能力：

600，10V；

（3）输入噪声电压：

5nV/√HZ（典型值）；

（4）DC电压增益：

50000；

（5）AC电压增益：

10KHz时2200；

（6）电源带宽：

140KHz；

（7）转换速率：

9V/μS；

（8）大电源电压范畴：

±3～±20V。

极限参数：

电源电压：

Vs……………………±22V

输入电压：

VIN……………………±V电源V

差分输入电压：

VDIFF……………………±5V

工作温度范畴：

TA……………………0℃～70℃

存贮温度：

TSTG……………………-65℃～150℃

结温：

Tj……………………150℃

功耗（5532FE）：

PD……………………1000mW

引线温度（焊接，10S）……………………300℃

直流电气参数：

如图2所示。

图2直流电气参数

交流电气参数如图3所示

图3交流电气参数

3.2TDA2030简介

TDA2030是一块性能十分优良功率放大集成电路，其重要特点是上升速率高、瞬态互调失真小，在当前流行数十种功率放大集成电路中，规定瞬态互调失真指标仅有涉及TDA2030在内几种。

咱们懂得，瞬态互调失真是决定放大器品质重要因素，该集成功放一种重要长处。

TDA2030A功率放大管运用三极管电流控制作用或场效应管电压控制作用将电源功率转换为按照输入信号变化电流。

由于声音是不同振幅和不同频率波，即交流信号电流，三极管集电极电流永远是基极电流β倍，β是三极管交流放大倍数，应用这一点，若将小信号注入基极，则集电极流过电流会等于基极电流β倍，然后将这个信号用隔直电容隔离出来，就得到了电流（或电压）是原先β倍大信号，这现象成为三极管放大作用。

通过不断电流及电压放大，就完毕了功率放大。

依照掌握资料，在各国生产单片集成电路中，输出功率最大但是20W，而TDA2030输出功率却能达18W，若使用两块电路构成BTL电路，输出功率可增至35W。

另一方面，大功率集成块由于所用电源电压高、输出电流大，在使用中稍有不慎往往致使损坏。

然而在TDA2030集成电路中，设计了较为完善保护电路，一旦输出电流过大或管壳过热，集成块能自动地减流或截止，使自己得到保护（固然这保护是有条件，咱们决不能由于有保护功能而不恰本地进行使用）。

TDA2030集成电路第三个特点是外围电路简朴，使用以便。

在既有各种功率集成电路中，它管脚属于至少一类，总共才5端，在焊接电路板时候TDA2030A管脚分布对于焊接时候很重要，如果管脚区别有错，直接会导致功率放大器烧掉。

通过查阅资料懂得她管脚分布为：

中文对着人，从左往右数为12345其中1为同武相输入端，2为反相输入端，3为功率放大器接地端，4为功率放大器额输出端，5为功率放大器电源线接入端。

TDA2030在电源电压±14V，负载电阻为4Ω时输出14瓦功率（失真度≤0．5％）；在电源电压±16V，负载电阻为4Ω时输出18瓦功率（失真度≤0．5％）。

该电路由于价廉质优，使用以便，并正在越来越广泛地应用于各种款式收录机和高保真立体声设备中。

该电路可供低频课程设计选用。

本设计采用3个TDA2030A芯片，其中一种放大左声道，一种放大右声道，一种放大低音某些。

3.3功率计算

计算输出功率Po输出功率用输出电压有效值V0和输出电流I0乘积来

表达。

设输出电压幅值为Vom，则

由于Iom=Vom/RL，因此.当输入信号足够大，使Vim=Vom=Vcem=VCC-VCES≈VCC和Iom=Icm时，可获得最大输出功率

。

由上述对Po讨论可知，要提供放大器输出功率，可以增大电源电压VCC或减少负载阻抗RL。

4单元电路设计

4.1主电源电路

如图5所示，采用交流双12V，30W变压器，市电从ACIN输入，VCC和VSS给TDA2030A供电，Va和Vb给NE5532供电。

整流某些采用单向桥式全波整流电路，在滤波电路中，采用电容滤波电路，

图5主电源电路

4.2调音电路

本设计采用六个参数为50K电位器。

其中RP1A，RP1B调节低音区，RP2A，RP2B调节中低音，RP3A，RP3B调节音量。

调音电路与功率放大电路用排线相连，数字一一相应相连。

电路图如图6所示

图6调音电路

4.3功率放大电路

电路分左声道，右声道，以及低音区输入，TDA2030构成双电源互补对称功放，放大电路之间相连采用RC耦合方式。

NE5532是双运放，分为两个单运放连接于电路中。

NE5532电路如图7所示。

图7NE5532电路

TDA2030单声道电路如图8所示。

图8TDA2030单声道电路

5电路设计仿真

5.1仿真电路图

采用Multisim11.0仿真电路，如图9所示

图9Multisim11.0仿真电路

5.2仿真成果

左右声道输入1kHz，1Vpp正弦波，成果如图10所示。

图10输出成果

总结

这次论文和设计是我这学期间干最故意义事之一。

从最初选题，开题到写论文直到完毕论文。

其间，查找资料，与同窗交流，重复修改论文，每一种过程都是对自己能力一次检查和充实。

通过这次实践，我理解了音频功率放大器用途及工作原理，熟悉了音频功率放大器设计环节，锻炼了设计实践能力，培养了自己独立设计能力。

本次论文设计是对我专业知识和专业基本知识一次实际检查和巩固，同步也是走向工作岗位前一次热身。

论文设计收获诸多，例如学会了查找有关资料有关原则，分析数据，提高了自己制作能力。

但是从开始原理图拟定上，遇到了一种难题，刚开始用LM386，但在查资料后发现它达不到输出功率20W，因此用TDA2030单通道功放。

放假回到学校后就开始着手论文设计制作，一步一步做下来。

等做好设计时候才发现这是个美好过程，也不枉费自己对这次设计和论文花时间和精力。

其实这样一次锻炼可以学到课本里许多学不到知识，坚韧、独立、思考等。

但是设计也暴露出自己专业基本诸多局限性之处。

例如缺少综合应用专业知识能力，对材料不理解等等。

由于时间有限，未能完毕所有安装与调试工作，对设计成果没有作出最后检查，也感到遗憾。

这次实践是对自己大学三年所学一次大检阅，使我明白自己知识还很不全面。

立即要放假回家了，自己求学之路还很长，后来更应当在学习与工作实践中不断学习，努力使自己成为一种对社会有所贡献人。

本设计是在教师精心指引和勉励下完毕。

教师深厚夯实学识，严谨学风和真诚谦逊品质，使我在这次设计过程中收益匪浅。

教师在设计方面对我指引和协助令我终身难忘。

在此，谨向任教师表达衷心感谢！

感谢所有支持和协助过我同窗和教师！

谢谢你们关照与宽容。

此外，我还要感谢在我论文中所有被援引过文献作者们，她们是我知识之源！

最后，再次向所有予以我协助和勉励同窗和教师致以最诚挚谢意！

参照文献

【1】谢自美.电子电路设计.实验.测试.武昌：

华中理工大学出版社，1994.

【2】童诗白.模仿电子技术基本.第二版.北京：

人民邮电出版社，1999.

【3】康华光主编，电子技术基本（数字某些、模仿某些），高等教诲出版社，1998.

【4】周泽义.电子技术实验。

武汉：

武汉理工大学出版社，.5

【5】梁宗善.《新型集成电路应用-电子技术基本课程设计》.华中科技大学，

【6】孙梅生.《电子技术基本课程设计》.高等教诲出版社，

【7】黄继昌，张海贵.《实用单元电路及其应用》.人民邮电出版社，

【8】王卫东，江晓安.《模仿电子电路基本》.西安电子科技大学出版社，

【9】华成英、童诗白.模仿电子技术基本.第四版.北京:

高等教诲出版社,.5