音频功率放大电路课程设计报告

,

课程设计

课程名称_模拟电子技术课程设计

题目名称音频功率放大电路

$

学生学院

专业班级

学号

学生姓名__

指导教师

:

2010 年 6 月 20 日

—

音频功率放大电路课程设计报告

一、设计题目

题目：音频功率放大电路

二、设计任务和要求

`

1）设计任务

设计并制作一个音频功率放大电路（电路形式不限），负载为扬声器，阻抗8Ω。

2）设计要求

频带宽50H

Z ～20kH

Z

，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47KΩ。

三、原理电路设计

功率放大电路：

%

功率放大电路通常作为多级放大电路的输出级。功率放大器的常见电路形式有OTL电路和OCL电路。在很多电子设备中，要求放大电路的输出级能够带动某种负载，例如驱动仪表，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执行机构等。也就是把输入的模拟信号经被放大后,去推动一个实际的负载工作，所以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。而音频功率放大器的作用就是给音响放大器的负载RL（扬声器）提供一定的输出功率。当负载一定时，希望输出的功率尽可能大，输出的信号的非线形失真尽可能地小，效率尽可能的高。随着半导体工艺,技术的不断发展,输出功率几十瓦以上的集成放大器已经得到了广泛的应用。功率VMOS管的出现,也给功率放大器的发展带来了新的生机。总之，功率放大器的主要任务是向负载提供较大的信号功率,故功率放大器应具有以下几个主要特点：

1. 输出功率要足够大

工作在大信号状态下,输出电压和输出电流都很大.要求在允许的失真条件下,

尽可能提高输出功率。

2. 效率要高

功率放大器实质上是一个能量转换器,它是将电源供给的直流能量转换成交流信号的能量输送给负载,因此,要求转换效率高.在直流电源提供相同直流功率的条件下,输出信号功率愈大,电路的效率愈高。

3. 非线性失真要小

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,而且由于三极管是非线性器件,在大信号工作状态下,器件本身的非线性问题十分突出,因此,输出信号不可避免地会产生一定的非线性失真.在实际应用中,要采取措施减少失真,使之满足负载要求.

[

设计流程：

@

（1）方案比较与确定

方案一．用分立元件实现

—

分立元件是电子电路的基础元件，一直以来都是在它的基础之上分析和设计电路的。但是随着科技的发展，近年来出现了各式各样的集成器件，使分立元件的主体地位逐渐被集成元件所取代。虽然如此，不过在一些小型的电子电路中，它的优势依然不减。总的来说，分立元件，散热快，价格便宜，在设计中自由性也比较大。

方案二.用集成器件实现

集成功率放大器是在集成运算放大电路的基础之上发展起来的，其内部的电路和原理与集成运算放大电路基本类似。但是它又和集成运放有很大的不同，这在于它的安全性，高效性，低失真上优于集成运放，并且输出功率大。电路内部多施加深度负反馈。集成功率放大器广泛应用于各种各样的电器中，输出功率由几百毫瓦到几十瓦。除了单片集成功放电路外，还有集成功率驱动器，它与外配的大功率管及少量阻容元件构成大功率放大电路，有的集成电路本身包含两个功率放大器，称为双声道功放。集成功率放大器不仅具有体积小，重量轻，成本低，外围元件少，安装调试简单，使用方便等优点；而且在性能上也优于分立元件，例如温度稳定性好，功耗小，失真小，特别是集成功率放大器内部还设置有过热，过电流，过电压等自动保护功能的电路对电路自行进行保护。

通过比较，由于使用分立元件所用的单个器件比较多，从而考虑的各种反馈电路和保护电路会比较多，实现起来会相对复杂；另外，集成器件在很多方面明显优于分立元件。所以我们运用集成芯片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。

TDA2030简介：

TDA2030是一块性能十分优良的功率放大集成电路，它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。按引脚的形状引可分为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，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。意大利SGS公司、美国RCA公司、日本日立公司、NEC公司等均有同类产品生产，虽然其内部电路略有差异，但引出脚位置及功能均相同，可以互换。

:

TDA2030功率放大器采用晶体三极管的电流放大作用将电源的输入功率转

换为按照输入信号变化的放大电流。声音可以看做不同振幅和不同频率的波，即交流信号电流，三极管的集电极电流是基极电流的β倍，β是三极管的交流放大倍数，基于这个原理，若将小信号注入基极，则集电极的电流等于基极电流的β倍，接着将这个信号用隔直电容隔离出来，就可以得到电流是原先的β倍的放大信号，这就是晶体三极管的放大作用。经过接连不断的电流放大，就可以实现功率的放大。

据统计，已生产成的各种单片功率集成电路中，输出功率最大的不过20W，但是TDA 2030的输出功率却可以达到18W，倘若把两块集成电路组成BTL电路，那么输出功率可以达到35W。另外，大功率集成电路由于所需的电源电压很高，输出的电流很大，在使用过程中如果不小心很可能使它烧坏，不过在TDA 2030集成电路中，内部设计了较为完善的自我保护电路，一旦输出电流过大或管壳过热，集成电路能自动地减流或截止，使自己得到保护。

电路特点：

[1].外接元件非常少。

[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≤%。无疑，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。

引脚情况：

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。

TDA2030示意图：

\

（2）整体电路框图的确定

、

（3）元件选择]

TDA2030

输入输出元器件和电源

元器件和接地

》

（4）总的电路图

四、电路调试过程与结果

（1）.测试工具：信号发生器，示波器，数字万用表

（2）.测试数据：输出电压：Uo=Ui*（1+R4/R5）输出功率：Po=Uo2/Ro

放大倍数：Au =1+R4/R5≈

【

测试条件：直流电源电压15v，输入信号100mv，输入频率1KHz，负载电阻8 。理论数据：

Ui Uo Po

100mv

!

300mv

Ui Uo?

Po

100mv2v

300mv6v

由上表可以求得输出电压放大倍数：Au>

《

（3）.误差分析：

从波形图中可以看出实测数据与理论数据存在误差，电压放大倍数不是理论上的20倍，而是有所偏大。因为电路板的原理设计不是很合理，元件的数值与理论有一定的差距，元件相互之间的影响，还有集成功放芯片会发热，周围环境温度对它会产生影响，从而也导致了一定的误差。

（4）.波形图：

运用Multisim仿真就得到了仿真的波形：

在下图中，波形小的为输入波形Ui，输入端为B端；大的为输出波形Uo，输入端为A端。

*

由图形可以看出在一定的范围内信号得到了放大，达到了实际的效果，基本上完成了任务的要求。

五、总结

优点：仅需一个集成功放和较少的外部元件就可以组成一个电路，以完成音频功

率放大的功能，简单易行，并且装置调整方便、性能指标好。而核心元件TDA2030具有体积小、输出功率大、失真小等特点，并且内部设计有完整的保护电路，能自我保护。

$

缺点：电路板的原理设计不是很合理，元件的数值和理论有些偏差，加上集成功放芯片会发热，从而导致测得的数值与理论的数值存在误差。

改进方案：在下次的设计中，使电路板的原理设计更加合理，尽量使元件的数值接近理论的数值，并且想办法安装散热器，使周围环境温度对集成功放产生的影响降到最低。

心得体会：通过这次模拟电子课程设计，我学到了很多东西，受益匪浅。第一，学到了在模电理论方面和实践方面的知识；第二，锻炼了自己的动手能力；第三，巩固了对Multisim仿真软件的应用；第四，加深了对模电元器件认识；第五，使我对这门课程设计非常感兴趣。总的来说，使我认识到课本上的知识只有应用到实践中，才会真正地体会到知识的力量，它是多么的奥妙。以前对模电的知识有许多疑惑的地方，通过这次课程设计，都很快豁然开朗了。原来模电是应用性这么强的一门学科，如果透彻掌握它的话，就可以设计出许多可以实现各种各样功能的电路，然后做出实物来。多么美妙啊，使我对它的兴趣大大加深，以后我要好好的学习和研究模电，尽量做到可以得心应手地应用它。在设计的过程中，也加强了我的思考和解决问题的能力，要完成一项任务并不是轻易成功的，过程中少不了困难，这时需要的是耐心和永不放弃的毅力，所以这次课程设计亦锻炼了我的意志。我知道因为个人能力的局限性，肯定有不足的地方，不过我会再接再厉，更加努力学习模电，不断提高自己的能力，争取在下次的设计中做到更好。

附录：完整的装配图