音频功率放大电路课程设计报告样本.doc

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课 程 设 计

课程名称
模拟电子技术
题目名称
音频放大电路
专业班级
电子信息科学与技术
学生姓名

学 号

指导教师

二○一六年六月十三日

目录
一、 设计的任务和要求 2
1、 主要要求: 2
2、 性能指标: 2
二、 电路总体设计 2
2.1: 方案的确定及论证 2
1、 OTA互补对称功率放大器 2
2、 用集成器件实现 3
2.2: 整体电路 4
1、 主要元件: TDA2030 4
2、 放大电路的基本设计 5
2.3: 各模块功能与设计 6
1、 放大模块: 6
2、 输入模块: 7
三、 电路和程序调试过程与结果 8
四、 总结 11
1、 本次作品优缺点 11
2、 心得体会: 11
五、 参考文献 12
附录一: 12
附录二: 13

一、 设计的任务和要求
1、 主要要求:
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、 性能指标:
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。
二、 电路总体设计
2.1: 方案的确定及论证
1、 OTA互补对称功率放大器
OTL 电路一般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。
2、 用集成器件实现
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3-2) 　
[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。

图3-2使用单电源供电的tda2030基本应用电路

经过比较, 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, 而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。

2.2: 整体电路
1、 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
3.5 A
输入电阻
>0.5 MΩ
电压增益
30 d
频响带宽(BW)
0-140 kHz

2、 放大电路的基本设计
整体电路设计: 使用TDA2030加少量外围元件, 输入端使共集放大电路增加输入阻抗。

2.3: 各模块功能与设计
1、 放大模块:
根据TDA2030的经典应用电路, 在multisim中的电路如图3.3.1所示。
a) 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=32.9。
b) 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。
c) 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, 能够改变输入信号的大小。
d) 当电压Vcc=15v时, 电路的输出功率能够达到8w以上。

图3.31
Uo

2、 输入模块:
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, 能够做多级放大器的输入级;
图3.3.2

电路如图3.3.2所示示, 其中三级管使用9013 H144。放大倍数为220倍
9013是一种最常见的普通三极管。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: Max 500mA
集电极-基极电压Vcbo: 40V
工作温度: -55℃ to +150℃
功率(W):0.625
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) Re//RL)//R2
由于9013的rbe约为1k, Re为3K, R2为220k 输入电阻作近似计算
Ri=( 220*3) //220≈159.9k
故此电路的输入阻抗近似为159.9k

三、 电路和程序调试过程与结果
根据要求, 仿真软件选用multisim, 在软件中连接电路如图4.1所示:

四、 总结
1、 本次作品优缺点
优点: 元件和电路简单, 电路原理易懂。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。
缺点: 使用手工焊接, 没有使用pcb版制作。Tda2030发热比较严重, 不能长时间工作, 需要解决散热问题。能够假装散热片散热。
单电源的供电的效率比较低, 而且功率不高, 如果改用双电源供电, 功率能够比较大的提高。使用2个tda2030能够制作立体声的音频放大器。
2、 心得体会:
经过此次的课程设计, 掌握的音频功率放大器的基本设计方法和一些常见器件的使用方法。对于模电的课程和一些内容有了更加深刻的认识, 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。理论加上实践, 才能做等更好。
从选择题目到开始着手去做, 才发现自己的在模电的知识以及忘得差不多了。先是在模电中选了OTA电路, 几次的仿真以及理论的推敲, 发现如果仅仅只是应用分立元件, 既要考虑三级管的合适的静态工作点, 避免输出波形失真, 又要考虑到输出功率以及放大倍数等问题, 很难达到要求。而后又在网上发现了TDA2030的集成运放, 便想用集成运放来实现。在网上找了些资料, 便开始制作。由于模电的知识不牢固, 前期的分析还是比较的困难的。于是重新复习了模电, 包括基本放大电路的知识, 多级放大器, 放大电路的反馈和功率放大器等章节的知识。之后结合书上的例子分析电路, 也比较好理解。每次解决一个问题, 收获的除了了知识, 还有一份快乐, 将理论用于实际, 将所学的知识转化为一个实在的东西, 总是让人兴奋与快乐。
五、 参考文献
1、 杨素行, 《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》

附录一:

附录二:
名称
规格
数量
名称
规格
数量
电阻
1
1
电解电容器
0.1uf
1
电阻
3k
1
电解电容器
1uf
3
电阻
4.7k
1
电解电容器
4.7uf
1
电阻
100k
3
电解电容器
22uf
1
电阻
220k
1
电解电容器
220uf
1
电位器
22k
1
电解电容器
2200uf
1
二极管
1n4003
2
集成运放
TDA2030
1
三极管
9013 H144
1
万用版

1