音频功率放大器课程设计.doc

高保真音频功率放大器

一．原理
从电路结构来看，集成功放是由集成运放发展而来的，和集成运算放大器相似，包括前置级、驱动级和功率输出级，以及偏置电路、稳压、过流过压保护等附属电路。 除此以外，基于功率放大器输出功率大的特点，在内部电路的设计上还要满足一些特殊的要求。
集成功率放大器品种繁多，输出功率从几十毫瓦至几百瓦的都有，有些集成功放既可以双电源供电，又可以单电源供电。如：典型音频功放电路TDA2030：

TDA2030采用5脚单列直插式塑料封装结构，体积小巧，外围电路简单，输出功率较大。该集成电路内部有过热、过载和抑制反向电动势的保护电路。可以组成OTL、OCL和BTL三种不同类型的功率放大电路，可在单、双电源下工作。
二．电路

所示电路为单声道放大电路。如果是立体声双声道电路，则采用两套相同的放大电路组成。
方案的确定
功率放大器是在大信号状态下工作，电压、 电流摆动幅度很大，极易超出管子特性曲线的线性范围而进入非线性区， 造成输出波形的非线性失真，因此，功率放大器比小信号的电压放大器的非线性失真问题严重。
功率放大电路的电路形式很多，有双电源供电的OCL互补对称功放电路，单电源供电的OTL功放电路，BTL桥式推挽电路和变压器耦合功放电路，等等。我选用的是双电源供电的OCL互补推挽对称功放电路。
此推挽功率放大器的工作状态为甲乙类。推挽功率放大器的工作状态之所以设为甲乙类而不是乙类，其目的是为了减少“交越失真”。若设置为乙类状态，由于两管的静态工作点取在晶体管输入特性曲线的截止点上，因而没有基极偏流。这时由于管子输入特性曲线有一段死区，而且死区附近非线性又比较严重，因而在有信号输入、引起两管交替工作时，在交替点的前后便会出现一段两管电流均为零或非线性严重的波形；对应地，在负载上便产生了如图1（a）所示的交越失真。
将工作状态设置为甲乙类便可大大减少交越失真。这时，由于两管的工作点稍高于截止点，因而均有一很小的静态工作电流ICQ。 这样，便可克服管子的死区电压， 使两管交替工作处的负载中电流能按正弦规律变化，从而克服了交越失真， 波形如图1（b）所示。

OCL互补推挽对称功放电路一般包括驱动级和功率输出级，前者为后者提供一定的电压幅度，后者则向负载提供足够的信号频率，以驱动负载工作。
因此，需要设计两部分，即驱动级和功率输出级。由于题目是高保真音频功率放大器的设计与制作，因此，必须保证其向负载提供功率，要求输出功率尽可能大，效率尽可能高。非线性失真尽可能小。
OCL互补对称功放电路一般包括驱动级和功率输出级，前者为后者提供一定的电压幅度，后者则向负载提供足够的信号频率，以驱动负载工作。
输入音频信号
驱动级
运算放大器电路
负反馈电路
末级功放电路OCL互补对称功放电路
输 出
保护电 路
输出级
偏置电路

图2 设计电路框图
驱动级应用运算放大器UA741来驱动互补输出级功放电路。
功率输出级由双电源供电的OCL互补对称功放电路构成。
为了克服交越失真，由二极管和电阻构成输出级的偏置电路，以使输出级工作于甲乙类状态。
为了稳定工作状态和功率增益并减小失真，电路中引入电压串联负反馈。

三．印制板

四．焊接及注意事项：
  焊接工具准备：电烙铁、万用表、尖嘴钳、螺丝刀、焊锡丝等。
焊接时先焊接跳线，再焊接电阻，再焊电容，再焊整流管，再焊电位器，最后焊TDA2030，焊接TDA2030前须先把TDA2030用螺丝固定在散热片上，否则在最后装散热片时螺丝很难打进去。TDA2030与散热片接触的部分必须涂少量的散热脂，以利散热。焊接时必须注意焊接质量，对于初学者，可先在废旧的电路板上多练习几次，然后再正式焊接。
调试：
1、本功放板调试特别简单，电路板焊好电子元件后，要仔细检查电路板有无焊错的地方，特别要注意有极性的电子元件，如电解电容，桥式整流堆，一旦焊反即有烧毁元器件之险，请特别注意。
2、接上变压器，先检测2030是否有电源供给，就是测2030的第5个引脚是否为正电压，第三脚是否为负电压，要注意电路是否有短路的情况。
3、为防止烧掉扬声器，放大器的输出端（OUT）先不接扬声器，而是接万用表，测输出端的直流电位。万用表置于DC*2V档，功放板上电注意观察万用表的读数，在正常情况下，读数应在30mV以内，否则应立即断电检查电路板。若电表的读数在正常的范围内，则表明该功放板功能基本正常，最后接上音箱，输入音乐信号，上电试机，旋转音量电位器，音量大小应该有变化，旋转高低音旋钮，音箱的音调有变化。
五．设计结果样图：

六．体会与总结
通过这次音频功率放大器设计的过程，觉得理论和实践却是存在很大差别 ，不过这次的设计题目不难。最开始是查找资料，在查资料的过程中，不仅对理论知识有了很大提高，还学到很多课堂所没学到的东西。
这次课程设计让我收获颇多，查资料，老师指导，同学交流，完成电路板的焊接，到最后写论文，每个过程都是对自己的能力的一次提高。通过这次设计，了解了音频功率放大器的设计原理，设计步骤，增长了自己的实践能力，使动手力得到提高，分析问题的能力也提高不少。专业基础知识和动手力相结合，不仅是对平时理论知识的检阅，也锻炼了独立动手力。
在张睿老师的指导下，我们完成了本次音频功率放大器的设计，用了四五个小时，过程很短，不过确实喜欢自己动手去做一件事并认真把它做成功的过程，只是学校组织的太少，加上学生本身缺乏自主性，导致大学期间实践次数太少，只是注重理论的学习，造成知识的不牢固性。希望院里经常提供这种实践机会，使我们在实践中扎实理论学习。最后，感谢张睿老师的指导。