音频功率放大器课程设计报告.docx

1、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

2、周。2、技术要求：要求设计制作一个音频功率放大器频次响应 2020KHZ ，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。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 .0Abstract .0音频功率放大器的设计与制作. 21. 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 .62.

3、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 .103. 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 .144. 收获以及领会 .145. 元器件清单 .166. 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

4、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、

5、TDA2030AAbstractThe course design is in the completion of Fundamentals of analog circuits, analog circuitbased experiment, through the higher complexity, strong comprehensive design project of largepractical training. In modern life Headset amplifier, audio equipment, television and computerhave a p

6、ower amplification circuit exists. The power amplifier circuit is usually as the outputstage of multistage amplifier circuit. In many electronic devices, the required output stageamplifier circuit can drive a load, such as driving instrument, so that the pointer deflection; drivethe loudspeaker to s

7、ound, or drive; automatic control actuator system etc. In short, demandamplification circuit has a large enough output power. Amplifying circuit that collectivelyreferred to as the power amplifier circuit.This curriculum design report I including curriculum design, principle, circuit simulation,phys

8、ical production and testing part. To use existing knowledge to design and produce the audiopower amplifier 12V and provides a regulated DC power supply, DC bias for the. Audio poweramplifier is mainly used the single power complementary symmetry power amplifier iscomposed of a TDA2030A integrated po

9、wer amplifier, to realize the high fidelity effect. DCregulated power supply is the main use of LM7812 voltage regulator tube, to provide the DCinput voltage stability for circuit.Keywords: power amplifier, DC power supply ， 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

10、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 101400Hz，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

11、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 倍， 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 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 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

12、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 1 2 3 4 5 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 1.1 TDA2030A 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

13、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

14、纳22k 电位计C6是输入耦合电容（ C1=1uf）由公式1（公式 1-1）C=2 fcf 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=100K）。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.

15、22 uF 的陶瓷电容， R7=1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

16、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

17、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（Interactive Image Technoligics 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

18、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

19、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 3Vk=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

20、-2-3 频次响应仿真图 2-2-4 频次响应仿真 2fh=22khzB=fh-fl 22khz3.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= 70 mv（振幅值 100mv），输出负载电阻为 8。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

21、流电源电压 12v，负载电阻分为 8。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 8）实物如图：图 3-1-1 实物图 13.2 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=1khz Vi=100mV （峰值约为 141mv）RL=8 /20W ，经丈量和计算以下：1输出电压（有效值） U om2输出功率U 02mPo2RL（公式 3-1）3电压放大倍U OAUU i（公式 3-2）4电源均匀供应功率Pi2VccVom = RL（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 10Hz2fh 23KHz3B=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