OTL音频功率放大电路模电专业课程设计方案报告.doc

课程设计汇报

设计题目：OTL功率放大器
系 别：
专 业：
班 级：
学生姓名：

12月24日

课 程 设 计 任 务 书
院（系）
电子工程
专业
电子信息工程
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设计题目
1．OTL功率放大电路multisim仿真；
2. OTL放大器电路
内容及要求：
题目1．OTL功率放大器电路multisim仿真；

使用multisim对所设计电路进行仿真分析；要求熟练掌握multisim软件使用及仿真方法，画出原理图，改变参数进行理论分析，写出实际实现过程，得出结论。

题目2．OTL功率放大器
任务了和要求：
1、 采取全部或部分分立元件电路设计一个OTL音频功率放大器；
2、 额定输出功率Po≥10W；
3、 负载阻抗RL=8Ω；
4、 失真度γ≤3%。

进度安排:
第17周（周一～周二）：分析题目，查阅课题相关资料；
第17周（周二～周四）：OTL功率放大器设计和实现；
第17周（周五）：设计仿真及调试，验收，编写课程设计汇报。

指导老师（签字）：

年 月 日
教研组长（签字）

年 月 日

摘 要

本汇报包含两个内容。第一部分，设计并实现OTL功率放大器，功率放大器作用是给音响放大器负载RL（扬声器）提供一定输出功率。当负载一定时，期望输出功率尽可能大，输出信号非线形失真尽可能小，效率尽可能高。功率放大器常见电路形式有OTL电路和OCL电路。有用继承运算放大器和晶体管组成功率放大器，也有专集成电路功率放大器。本文设计是一个 OTL 功率放大器，该放大器采取TDA2030音频放大器芯片，TDA2030音频放大器电路是最常见到音频功率放大电路，TDA2030是高保真集成功率放大器芯片,输出功率大于10W,频率响应为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,可确保电路工作安全可靠，采取正输出单电源供电。其次此次实物产品采取PCB印制电路板制作（单面板）使其性能良好满足设计要求和外表美观。第二部分，用multisim软件对OTL功率放大器进行仿真实现。依据实例电路图和已经给定原件参数，使用multisim软件模拟电路，并对其进行静态分析，动态分析，显示波形图，计算数据等操作。

关键词： OTL功率放大电路；multisim软件仿真；TDA2030音频放大器；交越失真；无输出耦合电容；输出功率；反馈网络；PCB单面板。

目录
一、设计要求
二、设计总体方案
2.1设计思绪
2.2 OTL功放各级作用和电路结构特征
2.3简明原理分析
2.4用集成运算放大器放大信号关键优点
三、选择器件及参数计算
3.1功率放大器芯片TDA2030介绍
3.2参数计算
3.2.1参数计算
3.2.2功率计算
四、用multisim仿真OTC功率放大器
五、实物电路安装调试及使用
5.1电路调整和测试
5.2通电观察
六、设计体会和总结
七、参考文件
OTL功率放大器设计

一、设计要求
任务了和要求：
1、 采取全部或部分分立元件电路设计一个OTL音频功率放大器；
2、 额定输出功率Po≥10W；
3、 负载阻抗RL=8Ω；
4、 失真度γ≤3%。

二、 设计总体方案
2.1设计思绪
功率放大器作用是给负载RL提供一定输出功率，当RL一定时，期望输出功率尽可能大，输出信号非线性失真可能小，且效率尽可能高。因为OTL电路采取直接耦合方法，为了确保电路工作稳定，必需采取有效方法抑制零点漂移。为了取得足够大输出功率驱动负载工作，故需要有足够高电压放大倍数。所以，性能良好OTL功率放大器应由输入级、推进级和输出级等部分组成。
2.2 OTL功放各级作用和电路结构特征
1. 输入级：关键作用是抑制零点漂移，确保电路工作稳定，同时对前级（音调控制级）送来信号作低失真，低噪声放大。为此，采取带恒流源，由复合管组成差动放大电路，且设置静态偏置电流较小。
2. 推进级作用是取得足够高电压放大倍数，和为输出级提供足够大驱动电流，为此，可采取带集电极有源负载共射放大电路，其静态偏听偏信置电流比输入级要大。
3. 输出级关键作用是级负载提供足够大输出信号功率，可采有由复合管组成甲乙灯互补对称功放或准互补功放电路。
另外，还应考虑为稳定静态工作点须设置直流负反馈电路，为稳定电压放大倍数和改善电路性能须设置交流负反馈电路，和过流保护电路等。电路设计时，各级应设置适宜静态工作点，在组装完成后须进行静态和动态测试，在小型不失真情况下，使输出功率最大。动态测试时，要注意消振和接好保险丝，以防损坏元器件。
电路基础框图
负载扬声器
输出级
推进级
输入级
输入信号

图1-1电路基础框图

采取集成运算放大器设计基础放大电路
输入级

中间级

输出级

输出调整

TDA2030高保真集成功率放大器

短路保护
过热保护

负载扬声器

图1-2电路结构框图

1-3电路基础原理图

图1-4 电路在multisim中仿真图

2.3简明原理分析：
电路为音频功率放大器原理图,其中TDA2030是高保真集成功率放大器芯片,输出功率大于10W,频率响应为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,可确保电路工作安全可靠。TDA2030使用方便、外围所需元器少,通常不需要调试即可成功。
RP是音量调整电位器,C1是输入耦合电容,R1是TDA2030同相输入端偏置电阻。
R4、R5决定了该电路交流负反馈强弱及闭环增益。该电路闭环增益为(R4+R5)/R5=(4.7+150)/150=33.3倍,C3起隔直流作用,以使电路直流为100%负反馈。静态工作点稳定性好。
C2、C4、C7为电源高频旁路电容,预防电路产生自激振荡。R6用以在电路接有感性负载扬声器时,确保高频稳定性。VD1、VD2是保护二极管,预防输出电压峰值损坏集成块TDA2030。

2.4用集成运算放大器放大信号关键优点：
1. 电路设计简化，组装高度方便，只需合适选配外接元件，便可实现输入、输出多种放大关系。
2. 因为运放开环增益全部很高，用其组成放大电路通常工作在深度负反馈闭环状态，则性能稳定，非线性失真小。
3. 运放输入享受搞高，失调和漂移全部很小，故很适合于多种微弱信号放大。又因其含有很高共模抑制比，对温度改变、电源波动和其它外界干扰全部有 很强抑制能力。
4. 由运放组成放大单元功耗低、体积小、寿命长，使整机使用元器件数大大降低，成本降低，工作可靠性大为提升。
三、选择器件及参数计算
3.1功率放大器芯片TDA2030介绍
TDA2030A是德律风根生产音频功放电路，采取V型5 脚单列直插式塑料封装结构。图1所表示，按引脚形状引可分为H型和V型。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，含有体积小、输出功率大、失真小等特点。并含有内部保护电路。意大利SGS企业、美国RCA企业、日本日立企业、NEC企业等全部有同类产品生产，即使其内部电路略有差异，但引出脚位置及功效均相同，能够交换。

电路特点：
[1].外接元件很少。
[2].输出功率大，Po=18W(RL=4Ω)。
[3].采取超小型封装（TO-220）,可提升组装密度。
[4].开机冲击极小。
[5].内含多种保护电路，所以工作安全可靠。关键保护电路有：短路保护、热保护、地线偶然开路、电源极性反接（Vsmax=12V）和负载泄放电压反冲等。
[6].TDA2030A能在最低±6V最高±22V电压下工作在±19V、8Ω阻抗时能够输出16W有效功率，THD≤0.1%。无疑，用它来做电脑有源音箱功率放大部分或小型功放再适宜不过了。
引脚情况：
1脚正相输出端
2脚是反向输入端
3脚是负电源输入端
4脚是功率输出端
5脚是正电源输入端

极限参数：

注意事项：

[1].TDA2030A含有负载泄放电压反冲保护电路，假如电源电压峰值电压40V话，那么在5脚和电源之间必需插入LC滤波器，二极管限压（5脚因为任何原因产生了高压，通常是喇叭线圈电感作用，使电压等于电源电压）以确保5脚上脉冲串维持在要求幅度内。
　　[2].热保护：限热保护有以下优点，能够轻易承受输出过载（甚至是长时间），或环境温度超出时均起保护作用。
　　[3].和一般电路相比较，散热片能够有更小安全系数。万一结温超出时，也不会对器件有所损害，假如发生这种情况，Po=（当然还有Ptot）和Io就被降低。
　　[4].印刷电路板设计时必需很好考虑地线和输出去耦，因为这些线路有大电流经过。
　　[5].装配时散热片和之间不需要绝缘，引线长度应尽可能短，焊接温度不得超出260℃，12秒。
　　[6].即使TDA2030A所需元件极少，但所选元件必需是品质有保障元件。

3.2参数计算

3．2.1参数计算
RP是音量调整电位器,考虑到实际情况本设计RP=2.2 KΩ；
C1是输入耦合电容（C1=1uf）；
R1是TDA2030同相输入端偏置电阻；
R2、R3为反馈网络电阻（R1=R2=R3=100KΩ）；.
R4、R5决定了该电路交流负反馈强弱及闭环增益。该电路闭环增益为(R4+R5)/R5=(0.68+22)/0.68=33.3倍,C3起隔直流作用,以使电路直流为100%负反馈。静态工作点稳定性好。
C2、C4、C7为电源高频旁路电容,预防电路产生自激振荡；
R6用以在电路接有感性负载扬声器时,确保稳定性；
VD1、VD2是保护二极管,预防输出电压峰值损坏集成块TDA2030,
负载RL=8Ω。...                  

3.2.2功率计算

1、 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乘积来表示。设输出电压幅值为Vom，则　因为Iom=Vom/RL，所以.当输入信号足够大，使Vim=Vom= Vcem= VCC- VCES ≈VCC和Iom=Icm时，可取得最大输出功率　　　　
　由上述对Po讨论可知，要提供放大器输出功率，能够增大电源电压VCC或降低负载阻抗RL。

四、用multisim仿真OTC功率放大器
1、功放电路原理图仿真图

2、功放电路仿真波形图

用仿真课可之当RL调过小时，波形失真；以下图：

用multisim软件仿真，能够完成以后对PCB通电测试，测试是对安装后电路板参数及工作状态进行测量，方便提供调整电路依据，经过反复测量和调整，就能够使电路性能达成要求。仿真函数信号发射器频率课选择1kHZ左右，幅度能够在12V左右，电位计要靠中间档。
五、实物电路安装调试及使用
5.1电路调整和测试
实践证实，新安装电路板往往难以达成预期效果，这是因为我们在设计时候不可能周全地考虑元件误差、器件参数分散性、寄生参数等多种多样客观原因。另外，电路板安装中仍存在有可能没有查出来错误。经过电路板整体测试和调整，可发觉和纠正设计方案中不足，并查出电路安装中错误然后采取方法加以改善和纠正，就能够使之达成预定技术要求。
此次设计采取是PCB制作电路板，步骤繁琐，步骤较为复杂。所以在电路调整和测试应注意问题较多，具体以下：
u 通电前调试
电路安装完成后，必需在不通电情况下，对电路板进行认真细致检验，方便纠正安装错误。检验应尤其注意：
1. 元器件引脚之间有没有短路。因为我们该组是第一次用PCB制作板，在检验电路引脚间有没有短路时候出现了不少问题。首先板子在腐蚀时候就没有腐蚀好（这可能是板子质量、腐蚀时间长短、FeCL3溶液配置等原因）所以在用万用表测量时候真是四处短路，而有地方就是四处断路，为了确保电路正确性，只有经过万用表一条条线路检验是否导通，引脚间是否短路。所以此次设计实物走线用导线和焊锡补了不少，同时为了避免短路很多地方用小刀刮了不少了。
2. 电源正负、负极性有没有接反，正、负极之间有没有短路现象，电源线、地线是否接触良好。相关电源正、负极问题关键是在此次设计中单电源供电导线插在功放电路插座上，在此应尤其注意在测试极性时候，应注意红、黑表笔不要弄反。红表笔接正极，黑表笔接负极。该设计为了避免次问题在PCB制图时候将地线稍微加宽。不仅满足制图制板要求，而且使其极性区分显著。
3. 二极管有电解电容极性有没有接反，三极管、集成器件引脚有没有接错，集成电路型号及安插方向对不对，引脚连接处有没有接触不良等。在安装时候我们严格根据测量晶体管步骤和要求进行，用万用表分别判定出二极管阳、阴极；小功率三极管类型、B极、C极、E极；大功率三极管类型、B极、C极、E极……。并作了对应标注。
u 通电调试
此在用软件仿真是就完成了。
5.2通电观察
改变RP电阻值或调整函数信号发生器频率计幅度（在器件许可承受范围），用示波器观察输出和输入波形，并对比。同时观察喇叭发出声音是否产生异同。
六、设计体会和总结
1、在这次设计中，让我们确实遇了很多难以处理问题，同时也学到了很多知识。掌握了功率放大器电路设计和制作，掌握了TDA2030 等集成芯片原理和作用和晶体管极性判定，怎样去检验电路中错误和线路是否导通，深入熟练万用表使用，怎样制作PCB电路板。更让我明白团体精神关键性。更知道做好一件事情不轻易。接触到了和自己相关专业具体知识，感觉到所学东西还是很有用，经过实践不仅巩固了学过知识，而且其它对所学知识进行实践论证，立即发觉了存在很多不足。经过此次课程设计初步了解了部分专业软件使用，如Ｍultisim软件使用，也初步接触到了具体制版全过程。
2、制作电路板之前在制图要注意问题可很多很多，尤其是首次接收到Multisim等软件，碰到了很多问题，比如怎样布线和布局，自动布线完成后还要经过手工调整，线路宽度设置（地线和信号线等）还有焊盘和焊孔设置。连接电路时一定要细仔细，要确保每条线路接触性良好。为确保接出电路不出现错误，在接线时不能只看着电路原理图去接，应该先把电路图中每个元件原理和用途搞清楚，明白每个元件各个管脚和它哪里相对应，最关键是搞清楚元件和元件之间联络，它们在一起有怎样作用，它们接在一起能够实现那些功效，它们之间有什么相互影响，好多个元件在一起又能有怎样功效，弄明白了这些过后，就能够接电路了。在接电途经程中要仔细而且得有耐心，在检验错误时要更耐心，当出现错误时，首先检验线接对了没有，假如没有错误就看是不是元件存在问题，遇见错误要一步一步来，不要这里弄一下那里弄一下，这么是不行。总而言之检测电路是要有耐心慢慢检验。即使此次设计做出实物并不是很美观，但确实有一个成就感。

七、参考文件
1、模拟电子技术第五版. 康华光主编.北京：高等教育出版社，
2、模电数电基础试验及multisim7仿真 蒋黎红主编 浙江大学出版社，
3、大学生电子设计网、
2、国产集成电路应用500例. 周仲主编.北京：电子工业出版社，1992