电子线路课程设计报告音频功率放大器.doc

信息工程学院课程设计（论文）湖北民族学院信息工程学院课程设计报告题目: 音频功率放大器 课 程：电子线路课程设计 专 业：电气工程及其自动化 班 级： 学 号： 学生姓名： 指导教师： 2016年 11 月 15 日信息工程学院课程设计任务书学 号学生姓名专业（班级）设计题目音频功率放大器设计技术参数1、最大输出不失真功率、失真度、信噪比、频率响应和效率设计要求1、制作小功率集成音频功率放大器，输出功率大于1W参考资料1康华光，陈大钦. 电子技术基础模拟部分（第五版）M. 北京：高等教育出版社，20052邱关源，电路原理（第五版）。北京:高等教育出版社，2006 2016 年 11月15 日 学生姓名： 学号： 专业（班级）： 课程设计题目： 音频功率放大器 成绩： 指导教师： 年 月 日信息工程学院课程设计成绩评定表摘 要本文介绍了音响的构成、功能、及工作原理，它由TDA2030芯片所组成的功放电路，本身具有电源电压范围宽，静态功耗小，可单电源使用，价格低廉等优点。而TDA2030一款输出功率大，最大功率到达35W左右， 静态电流小，负载能力强，动态电流大既可带动4-16的扬声器，电路简洁，制作方便、性能可靠的高保真功放，并具有内部保护电路。本设计的功能是将输入音频信号进行放大，可普遍用于家庭音响系统中，便于携带，适用性强。关键词：音频功放、TDA2030、输出功率、模拟电路- 19 -目 录1 任务提出与方案论证1 1.1 设计任务1 1.2 设计要求1 1.3 方案设计与论证12 总体设计2 2.1 设计原理2 2.2 元器件功能说明23 详细设计及仿真3 3.1电路原理及Multisim仿真3 3.2 PCB制作3 3.3 硬件调试34 总结4参考文献5附录一：元件清单16附录二：实物图17 1 任务提出与方案论证1.1 设计任务 应用TDA2030设计一个简易音频功率放大器。1.2 设计要求 音频功率放大器满足如下要求： 1、最大输出不失真功率POM1W。 2、功率放大器的频带宽度BW50Hz15KHz。 3、在最大输出功率下非线性失真系数3%。 4、输入阻抗Ri100k。 5、具有音调控制功能：低音100Hz处有12dB的调节范围，高音10kHz处有12dB的调节范围。1.3 方案设计与论证 采用集成功放设计功率放大器不仅设计简单，工作稳定，而且组装、调试方便，成本低廉，所以本设计选用集成功放实现。目前常用的集成功放型号非常多，本设计选取SGS公司生产的TDA2030/2030A集成功放，该器件具有输出功率大、谐波失真小、内部设有过热保护，外围电路简单。TDA2030A集成电路的另一特点是输出功率大，而保护性能以较完善。根据掌握的资料，在各国生产的单片集成电路中，输出功率最大的不过20W，而TDA2030A的输出功率却能达18W，若使用两块电路组成BTL电路，输出功率可增至50W左右。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TDA2030A集成电路中，设计了较为完善的保护电路，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（当然这保护是有条件的，我们决不能因为有保护功能而不适当地进行使用）。因而证明了利用TDA2030设计功率放大器的可行性。 2 总体设计2.1 设计原理 由TDA2030/2030A构成的OCL功率放大器电路如图2-1所示。该电路由TDA2030组成的负反馈电路，其交流电压放大倍数（倍），满足设计要求。二极管D1、D2起保护作用，一是限制输入信号过大，二是防止电源极性接反。R4、C2组成输出相移校正网络，使负载接近纯电阻。电容C1是输入耦合电容，其大小决定功率放大器的下限频率。电容C3、C6是低频旁路电容，电容C5、C4是高频旁路电容。电位器RP是音量调节电位器。 电路原理图如下： 图 2-1 TDA2030组成的功率放大电路2.2 元器件功能说明1、 集成功放TDA2030TDA2030A在电源电压14V，负载电阻为4时输出14W功率（失真度05）；在电源电压 16V，负载电阻为4时输出18W功率（失真度05）。该电路由于价廉质优，使用方便，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。TDA2030A内部原理结构图，如下图2-2所示: 图 2-2 TDA2030A内部原理结构图 TDA2030A实物接线引脚图，如下图2-3所示： 图 2-3 TDA2030A实物接线引脚图引脚情况(如图2-3): 1脚是正相输入端 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。 2、扬声器扬声器是本电路中重要的元器件之一。它是一种能将电信号转换为声音或将声音转换为电信号的换能器件，这种器件能完成电能和声能的相互转换。扬声器种类繁多，但最常用的是动圈式扬声器（又称电动式）。而动圈式扬声器又分为内磁式和外磁式，因为外磁式便宜，所以本款音频功率放大器选用外磁式的扬声器，内阻为8。 3、电位器通过调节接入电路中的电阻的大小进而调节音频信号电流的大小，从而控制音量，简单、方便、快捷。所选方案电路中选用的是100K的电位器。3 详细设计及仿真3.1电路原理与Mulsitin仿真 TDA2030/2030A的外引线如图2-3所示。1脚为同相输入端，2脚为反相输入端，4脚为输出端，3脚接负电源，5脚接正电源。电路特点是引脚和外接元件少。其主要特点为：电源电压范围为6V 18V，静态电流小于60 mA，频响为10Hz 140kHz，谐波失真小于0.5%，在VCC= 14V，RL=4W时，输出功率为14 W。在8W负载上的输出功率为9W。电路原理图如下： 图 3-1 TDA2030A组成功放电路Multisim仿真 功放电路Multisim仿真波形如下： 图 3-2 功放电路Multisim仿真波形图3.2 PCB制作 1、PCB的印制 运行Altium Desinger软件，首先新建工程并保存，新建一个原理图文件并保存，在Altium Desinger中再选择相应的元件，进行布局、连线，修改它所对应的封装（注意我们所选的封装类型一定要和我们选购的元器件型号相同），再导入原理图中，检查原理图无误后，生成网络表。为该工程新建一个PCB文件并保存，导入前一步中生成的网络表，排查其中的错误直到能够成功导入。对于导入的元件进行布局，尽量使电路板看起来紧凑美观一些，同时尽量不要线与线之间的交叉，减少不必要的跳线，使用手动布线之后再对照原理图检查多遍是否正确，然后去打印店打印PCB。创新中心有印版的机器，在印制电路板前首先用砂纸将铜板打磨光滑方便印制和腐蚀，在印版时将电路板和打印的PCB纸紧密相贴，双手送入机器当中，反印两次之后就基本成功了，之后检查是否存在有断线，用油性笔将有断线的地方即使连接起来。之后配置腐蚀液，将印制好的电路板放入其中，用手晃动盛有腐蚀液的容器可以加快反应速度。在反应完后取出电路板，用清水清洗之后就可以开始打孔了，打孔的时候要对准，不然在之后插元件尤其是多管脚的芯片时会很困难，也不要磨针，不然很容易就会断。在打完孔之后，用砂纸打磨一遍，再涂上松香防止腐蚀，就可以开始对电路板进行元件的焊接了，焊接时应注意要焊稳，防止虚焊的产生。在Altium Desinger中生成PCB图如下： 图 3-3 功放PCB图 图 3-4 功放电路三维模型 2、焊接时注意事项 良好的焊接是实验成功的重要保证；反过来说，焊接不良，往往会使实验失败，甚至损毁元器件。虽然焊接技术并不复杂，但如果认为它操作简单而掉以轻心，也会造成种种不良后果。所以应注意以下几点： （1）电烙铁焊接TDA2030A的时候，一定要等电烙铁加热后，拔掉电源插头，用电烙铁的余热焊。否则，温度过高的焊接，会烫坏TDA2030A。 （2）焊接扬声器的时候，一定要将连接电源正、负极的导线分别焊接在扬声器标有“”、“”符号的一端。扬声器的下方还有两个类似焊点的地方，如果错将导线焊在那儿，扬声器就会损坏，不能使用了。 （3）烙铁使用日久后，烙铁头容易被“烧死”，即在表面出现一层黑色氧化物，而且变得凹凸不平。“烧死”的烙铁头很难熔化和沾取焊锡，需用锉刀将它重新挫亮。尽量使用市场上出售的空心焊锡丝，它是将焊锡做成直径24毫米的细管状，在管内装进松香粉。使用这种焊锡丝，能保护烙铁头不易被“烧死”。 （4）使用电烙铁一定要注意安全，使用前用万用表测一下电烙铁电源插头两端的电阻是否为正常值。正常时20w烙铁的电阻约2000，45的为1000，75w的为600，100w的约500。电源插头与电烙铁外壳、烙铁头之间的电阻应接近无穷大，否则说明这把电烙铁漏电，不能使用。3.3 硬件调试 1、功率放大器测试：（1）通电观察。接通电源后，先不要急于测试，首先观察功放电路是否有冒烟、发烫等现象。若有，应迅速切断电源，重新检查电路，排除故障。（2）静态测试。将功率放大器的输入信号接地，测量输出端对地的电位应为0V左右，电源提供的静态电流一般为几十mA左右。若不符合要求，应仔细检查外围元件及接线是否有误；若无误，可考虑更换集成功放器件。（3）动态测试。在功率放大器的输出端接额定负载电阻RL(代替扬声器)条件下，功率放大器输入端加入频率等于1kHz的正弦波信号，调节输入信号的大小，观察输出信号的波形。若输出波形变粗或带有毛刺，则说明电路发生自激振荡，应尝试改变外接电路的分布参数，直至自激振荡消除。然后逐渐增大输入电压，观察测量输出电压的失真及幅值，计算输出最大不失真功率。改变输入信号的频率，测量功率放大器在额定输出功率下的频带宽度是否满足设计要求。4 总结历时四周的电子线路课程设计结束了，这给我带来了不可磨灭的深刻印象，尤其是对于未知的探索，对错误的寻找，这个过程是充满乐趣和成就感的，在连接电路的过程中，遇到了不少问题，包括原理的理解，实验电路的设计，以及在电路连接过程中不可避免的与设计思想相违背，不能出现实验结果的情况，经过对问题的分析及对线路，对实验器材的进一步调试，才一步一步地解决了问题，并最终得出实验结果。在这四周的课程设计中，我的收获是巨大的。第一，在专业知识的理解与掌握上更进了一步，通过对所不理解的专业知识的查找，并最终将其理解掌握，而且融入到设计理念中，这是一个不断成长和成熟的过程。第二，我学会了怎么去做一个设计者，再设计的过程中，我们必须不断提高，必须通过不间断的学习来解决一个又一个难题，更重要的是遇到难题时我们应该抱有一个平淡而又严谨的心态，以一个寻求答案的，渴望的思想去找到解决问题的方法，最终将问题解决。第三，我明白了基本的理论知识和实践设计的差别，好多理论上可以执行的东西有时候是调试不出来的，这时候就要去自己寻找错误，有时候是电路连接，有时候是实验设备的问题。而且把理论知识运用到实践中时也是一个很大的挑战，需要不断的探寻和调试才可以达到目的。第四，在焊接实物电路时，一定要先画出接线图，最好把管脚、正负极性也标上，焊接时一定要检查一下原件安放是否正确了之后才能开始焊接，这样可以减小焊接时出错的概率。焊接结束后，最好再对电路进行一次彻底的检查，看看没有没漏焊的线或是接错的管脚，保证检查无误了，然后再去调试电路。第五，其次，我明白了基本的理论知识和实践设计的差别，这时候就要去自己寻找错误，有时候是电路连接，有时候是实验原件的问题。而且把理论知识运用到实践中时也是一个很大的挑战，需要不断的探索才可以。第六，再次，通过这次课程设计对音频功率放大器的设计与制作,锻炼了我的实践动手能力，让我了解了设计电路的程序，也让我了解了关于音频功率放大器的原理与设计理念，要设计一个电路首先要仿真成功之后才算是进入第一步，初步的参数也才可以开始确立，同时，实际接线结果也不一定与仿真结果完全一致，因为还有很多现实存在的因素是电脑仿真没法考虑进去的，所以也不能完全依赖仿真出来的结果。我知道了很多，也扩展了视野。我也收获很多，我更熟练的掌握使用在这里选用了Multisim进行仿真，虽然Multisim不是很难学，但由于自己对multisim还没有熟练的掌握，仿真过程中还是会有一定的误差，此外仿真时无法插入音频信号，无法对声音部分的仿真，所以只能对后面部分电路进行仿真。当然，仿真结果失败了也不一定就是完全行不通，因为有些原件有自己的特性的，在现实电路中是可以成功的，因此，这两方面的因素都应该考虑。最后，这次课程设计让我得到了很多在课堂上无法获得的知识，以及解决问题的方法，对我来说，这是一次相对比较成功的课程设计，也许过程中有诸多不完美的地方，但我始终相信实践，永远是熟练自己知识的最根本的方法，永远是检验真理的唯一标准。参考文献1康华光，陈大钦. 电子技术基础模拟部分（第五版）M. 北京：高等教育出版社，20052邱关源，电路原理（第五版）。北京:高等教育出版社，2006 附录一1、元件清单：位号名称规格数量R1电阻6801R2、R3电阻22k2R4电阻11Rp电位器100k1D1、D2二极管1N40012C1电容10uf1C2电容22uf1C3、C4电容100uf2C5、C6电容0.1uf2集成功放TDA2030 1喇叭81PCB接线端子3PCB板7*101短导线1附录二1、 实物图： 图 7-1 功放实物图 图 7-2 功放实物图目 录第一章 总论1一、项目概况1二、项目提出的理由与过程6三、项目建设的必要性8四、项目的可行性12第二章 市场预测15一、市场分析15二、市场预测16三、产品市场竞争力分析19第三章 建设规模与产品方案22一、建设规模22二、产品方案22三、质量标准22第四章 项目建设地点25一、项目建设地点选择25二、项目建设地条件25第五章 技术方案、设备方案和工程方案28一、技术方案28二、产品特点30三、主要设备方案32四、工程方案32第六章 原材料与原料供应35一、原料来源及运输方式35二、燃料供应与运输方式35第七章 总图布置、运输、总体布局与公用辅助工程37一、总图布置37二、 运输38三、总体布局38四、公用辅助工程39第八章 节能、节水与安全措施44一、主要依据及标准44二、节能44三、节水45四、消防与安全45第九章 环境影响与评价47一、法规依据47二、项目建设对环境影响48三、环境保护措施48四、环境影响评价49第十章 项目组织管理与运行50一、项目建设期管理50二、项目运行期组织管理52第十一章 项目实施进度55第十二章 投资估算和资金筹措56一、投资估算56二、资金筹措58第十三章 财务评价与效益分析61一、项目财务评价61二、财务评价结论65三、社会效益68四、生态效益68第十四章 风险分析70一、主要风险分析识别70二、风险程度分析及防范风险的措施70第十五章 招标方案72一、招标范围72二、招标组织形式72三、招标方式72第十六章 结论与建议74一、可行性研究结论74二、建议75附 件77一、附表77二、附件77三、附图77