广工 音频功率放大电路 模电课程设计报告书最新剖析.docx

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广工音频功率放大电路模电课程设计报告书最新剖析

课程设计

课程名称模拟电子技术课程设计

题目名称音频功率放大电路

学生学院材料与能源学院

专业班级

学号

学生姓名

指导教师陈元电

2015年6月14日

1、设计题目：

音频功率放大电路

二、设计的任务和要求

1、要求：

设计并制作用晶体管和集成运算放大器组成的音频功率放大电路，负载为扬声器，阻抗8

。

2、基本指标：

频带宽50HZ～20kHZ，输出波形基本不失真；电路输出功率大于8W；输入灵敏度为100mV，输入阻抗不低于47K

。

三、原理电路设计

（1）方案比较与确定

A、利用运放芯片TDA2030

Tda2030简介：

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。

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。

电路特点：

[1].外接元件非常少。

（基本应用电路图）　

[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%。

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。

使用单电源供电的tda2030基本应用电路

B、利用OTA互补对称功率放大器

OTL电路通常由两个对称的异型管构成，因此又称为互补对称电路，图3-1为单电源OTL互补对称功率放大电路。

电路中T1是推动级（电压放大，也叫激励级），其中Rb1、Rb2是T1的基极偏置电阻，Re为T1发射极电阻，Rb为T1集电极负载电阻，它们共同构成T1的稳定静态工作点；T2、T3组成互补对称功率放大电路的输出级，且T2、T3工作在乙类状态；C2为输出耦合电容。

功率放大器采用射极输出器，提高了输入电阻和带负载的能力。

性能分析：

乙类互补推挽功放（OTL）的输出功率的计算公式如下：

输出功率：

Po=UoIo=Uo2/RL

输出最大功率：

Pom=UoIo=Uo2/RL=Uom2/2RL=VCC2/8RL

显然Pom与电源电压及负载有关

当输入功率为8w，阻抗8w时，有Pom=VCC2/8R

VCC=8*8*8≈22.6v则电路所需的电源为22.6v。

通过比较，使用分立元件需要的元件较多，且必须考虑三级管的各种性能上的差异，和保护电路，并且该电路所需要的电源要求较高，功耗也比较大，输出效率比较低。

使用集成电路，外围电路简单，容易实现各项功能。

运用集成芯片TDA2030完成音频功率放大电路的设计，能够更好地达到设计任务和要求。

（2）整体电路框图的确定

（3）单元电路设计及元件选择

A、放大模块：

其主要元件：

TDA2030

TDA2030A的外形和引脚图如图3.1所示。

1-同相输入端，2-反相输入端，3-负电源端，4-输出端，5-正电源端。

TDA2030A音频集成功放主要参数如表3.1所示：

表3.1

电源电压

输出峰值电流

3.5A

输入电阻

>0.5MΩ

电压增益

30d

频响带宽（BW）

0-140kHz

根据TDA2030的经典应用电路，如图所示。

1.1）电路工作原理：

该电路使用15v的单电源供电，TDA2030作为功率放大器，电阻R5和R4构成电压串联负反馈电路，其电压放大倍数

Auf≈1+R5/R4=30.4。

2.2）为了tda能够正常工作，1脚和2脚的电压必须相同。

其中R2和R3起分压作用，使1脚的工作电压1/2Vcc。

22uf电容的电容是是VCC／2电压的滤波电容，为防止1脚电压产生大波动。

输出端接的1欧电阻和0.1uf电容式防止电路产生自激振荡。

3.3）2个二级管为保护TDA2030作用，防止电源反接时流过电流运放过大。

R7为滑动变阻器，改变输入端的电组，可以改变输入信号的大小。

4.4）当电压Vcc=15v时，电路的输出功率可以达到8w以上。

B、输入模块：

其主要元件：

2N2222是一种常用的普通三极管。

它是一种低电压,大电流,小信号的NPN型硅三极管特性：

集电极电流Ic：

Max800mA

集电极-基极电压Vcb：

60V

工作温度：

to175℃

功率（W）:

0.5

基本共集放大电路：

共集放大电路又叫射极跟随器，放大电路的放大倍数接近1，该放大电路的输出跟输入信号相同，即输出信号随输入信号的变化发生相同的变化，具有“跟随”的作用。

它具有输入电阻大（索取信号能量的能力大），输出电阻小（给予负载信号能量的能力大）的特点，可以做多级放大器的输入级；

电路如图：

理论计算：

由图可计算得，共集放大电路的放大倍数约等于1。

RL负载电阻约为20k

其中输入阻抗的计算，由共集放大电路的输入阻抗公式可得：

Ri=（rbe+（1+β）R8//RL）//R9

由于2N2222的rbe约为1k，R8为3K，R9为220k输入电阻作近似计算

Ri=（1+（1+β）3//20）//220≈159.8k

故此电路的输入阻抗近似为159.8k

四、电路和程序调试过程与结果

1，输出波特图

由图可以看出，其仿真的结果，在50HZ～20kHZ频率范围内电路输出不失真，这满足条件“频带宽50HZ～20kHZ，输出波形基本不失真”的要求。

在实验室里也经过测量，显示可以在50HZ～20kHZ频率范围内电路输出不失真。

2，输入输出波形仿真

（1）选用信号源1kHz，输入100mvp，将音量调节到85%的位置。

用示波器观察仿真电路的情况。

其中，

在仿真电路中Auf≈1+R5/R4=30.4

由上图仿真可得，当输入为141mv时，输出值为4.1v。

则放大倍数Auf=4.1/0.141≈29.1。

与近似计算理论值30.4比较接近。

（2）灵敏度测量：

当继续增大输入电压到119mvp时，输出波形开始出现失真的现象，此时在输入端接入电压表，可以测量得电压为169mv。

则输入灵敏度为169mv

误差分析:

实际测试值会与计算值30.4和仿真的值29.1比较接近，误差的主要来源于电路的元件的参数，比如电阻电容均存在误差，三级管的参数以及放大倍数也存在误差。

附：

完整电路图

元件清单

名称

规格

数量

名称

规格

数量

电阻

1k

1

电解电容器

1uf

2

电阻

3k

3

电解电容器

4.7uf

1

电阻

5.1k

1

电解电容器

22uf

2

电阻

100k

3

电解电容器

2200uf

1

电阻

220k

1

陶瓷电容器

10nf

1

电阻

150k

1

陶瓷电容器

1uf

1

电位器

22k

1

陶瓷电容器

0.1uf

1

二极管

1n4003

2

集成运放

TDA2030

1

三极管

2N2222

1

万用版

1

喇叭

10W

1

六，总结

1、本次作品优点和不足

优点：

电路原理易懂，元件和电路简单。

应用单电源15v即可使输出功率＞8w。

输入阻抗大于47k，输入灵敏度为147mv，频带宽50HZ～20kHZ，输出波形基本不失真。

不足：

Tda2030发热比较严重，不能长时间工作，需要解决散热问题。

可以装散热片散热。

单电源的供电的效率比较低，并且功率不高，如果改用双电源供电，功率可以比较大的提高。

2、心得体会：

通过这次音频功率放大电路的设计，本人掌握的音频功率放大器的基本设计方法和一些常用器件的使用方法。

电子设计和需要扎实的理论基本功，同时也需要有一定的动手能力。

我对于模电的课程和一些内容有了更加深刻的认识。

而且要使得计划得以达成，理论和实践的结合是非常重要的。

七、主要参考书目：

1、童诗白、华成英，《模拟电子技术基础》

2、康华光，《电子技术基础》模拟部分

3、赵淑范王宪伟，《电子技术实验与课程设计》