1、模模擬電擬電子技子技術課術課程程設計設計 專 業： 班 級： 姓 名： 指導教師： 時 間： 模擬電子技術課程設計模擬電子技術課程設計 1 目目 錄錄 一一 設計任務書設計任務書.2 2 1 1題目題目.2 2 oclocl 音頻功率放大器音頻功率放大器 .2 2 2 2設計要求設計要求.2 2 3 3給定條件給定條件.2 2 4 4 . . 設計思路設計思路.2 2 二二 整機概述及設計框圖整機概述及設計框圖.3 3 1.1.整機概述整機概述.3 3 2 2設計框圖設計框圖.4 4 三三 課設原理及工作原理課設原理及工作原理.5 5 1.1. 課設原理課設原理.5 5 四四 單元電路設計與參

2、數計算單元電路設計與參數計算.7 7 五五 實驗器材實驗器材.1111 六六 內容及步驟內容及步驟.1212 1.1. 按原理圖連好電路圖。按原理圖連好電路圖。.1212 2.2. 用低頻信號輸入實驗所需的輸入信號用低頻信號輸入實驗所需的輸入信號.1212 3.3. 靜態工作點的調試靜態工作點的調試.1212 4.4. 輸出級靜態工作點調整輸出級靜態工作點調整.1313 5.5. 負載的輸出波形負載的輸出波形.1414 6.6. 測量測量 oclocl 的電壓增益和輸出電阻的電壓增益和輸出電阻.1414 七七 課設注意項目課設注意項目.1515 八八 調試過程調試過程.1616 九九 課設總結

3、課設總結.1616 十十 tda2040tda2040 芯片及其介紹芯片及其介紹 .1717 1.1. 電路特點電路特點.1717 2.2. 相關介紹相關介紹.1818 十一十一 總原理圖總原理圖.1919 十二十二 心得體會心得體會.2020 模擬電子技術課程設計模擬電子技術課程設計 2 一一 設計任務書設計任務書 1 1題目題目 ocl 音頻功率放大器音頻功率放大器 2 2設計要求設計要求 （1）采用集成元件設計一個 ocl 音頻功率放大器； （2）額定輸出功率 po1w； （3）負載阻抗 rl=8； （4）失真度 v3%； （5）5.3 db 帶寬 2030khz； （6）輸入靈敏度不低

4、于 150 mv； （7）可使用實驗室電源。 3 3給定條件給定條件 1.用實驗室有量芯片及電阻電容實行電路控制。 2.用我們學習過的芯片，我們應該知道他的作用功能。 4 4 . . 設計思路設計思路 設計一個音頻功率放大器電路。電路主要由兩大部分組成，主 電路如果用分力元件，它主要由輸入級、中間級、輸出級、偏置等 模擬電子技術課程設計模擬電子技術課程設計 3 電路構成。這樣會使電路很復雜，不易在實驗室實現。因此，可采 用集成元件，功率放大器將它代替，而它 的輸出功率大，好設有過 壓、過流及過熱保護等。它的鋪電路用一些電容電阻構成是為改善 放大器的高頻特性，防止低頻自激。 二二 整機概述及設計

5、框圖整機概述及設計框圖 1.1.整機概述整機概述 低頻功率放大器主要用來對低頻信號進行放大，它應具有以下 幾個方面的功能： 對低頻信號進行電壓放大各功率放大，能輸出較大的電流各功率， 具有較高的輸入阻抗和很低的輸出阻抗，帶負載能力強，非線性失 真和頻率失真要越小越好，為了實現音頻放大電路的上述功能，構 成電路時可采用多種方案，可采用分立元件組裝，也可采用運算放 大器和部分晶體管等分立元件實現，根據實際情況，要采用集成元 件。無論功率放大電路為哪一種類型，都要注意前置電壓放大級、 電源電路的設計。還要注意由于工作升溫引起的工作點飄移現象， 對其做以適當補償以減小電路的非線形失真和穩定度的提高 集

6、成芯片內部組成部分： （1 1）輸入級）輸入級 它主要完成信號源的阻抗變換，并把輸入信號有效地傳遞到下 一級。它主要采用差動放大電路，它對差模信號具有放大能力，對 共模信號具有很強的抑制作用，它直流電阻小、交流電組大具有溫 模擬電子技術課程設計模擬電子技術課程設計 4 度補長等特點。 （2 2）中間級）中間級 它主要是將電壓進行放大，使它有足夠大幅值的電壓信號進入 下一級。它主要采用共發級放大電路，它具有輸入電阻大，帶負載 能力強。 （3 3）輸出級）輸出級 將電壓信號進行功率放大，以使在揚聲器上得到足夠大的不失 真。它一般采用互補對稱放大電路。它具有輸出功率大、效率高、 頻率特性好。 2 2

7、設計框圖設計框圖 模擬電子技術課程設計模擬電子技術課程設計 5 三三 課設原理及工作原理課設原理及工作原理 1.1. 課設原理課設原理 圖 3-1 實驗原理 模擬電子技術課程設計模擬電子技術課程設計 6 2.2. 工作原理工作原理 da2040 芯片的應用比較靈活，既可以采用雙電源供電構 成 ocl 電路，也可以單電源供電構成 otl 電路。它采用單列 5 腳 封裝，其排列引腳如上圖 tda2040 芯片采用雙電源供電構成 ocl 電路。該電路在+/-12v 電源電壓，rl 為 8 的情況下，輸出功率大 于 15w，失真度小于 0.5%。r3 和 r2 構成負反饋，是電路閉環增益 為 5.3d

8、b。r4、c7 構成頻率補償電路，改善放大為電源濾波電路， 用以防止電源引線太長時造成放大器低頻自激。 3.3.功率放大器的作用功率放大器的作用 功率放大電路是一種能量轉換電路，要求在失真許可的范圍內， 高效地為負載提供盡可能大的功率，功放管的工作電流、電壓的變 化范圍很大，那么三極管常常是工作在大信號狀態下或接近極限運 用狀態，有甲類、乙類、甲乙類等各種工作方式。為了提高效率， 將放大電路做成推挽式電路，功放管的工作狀態設置為甲乙類，以 減小交越失真。常見的音頻功放電路在連接形式上主要有雙電源互 補推挽功率放大器 ocl（無輸出電容） 、單電源互補推挽功率放大 器 otl（無輸出變壓器） 、

9、平衡（橋式）無變壓器功率放大器 btl 等。由于功放管承受大電流、高電壓，因此功放管的保護問題和散 熱問題必須重視。功率放大器可以由分立元件組成，也可由集成電 路實現 模擬電子技術課程設計模擬電子技術課程設計 7 4.4.電路的作用機理：電路的作用機理： 輸入級和中間級統稱前置級，主要起電壓放大作用。推動級和 輸出級統稱功率級，主要起功率放大作用。前置級:主要是同信號源 阻抗匹配并有一定的增益。一般要求輸入阻抗高，輸出阻抗低，為 后級提供一定信噪比的信號電壓。音調控制電路：主要實現高低音 的提高和衰減。ocl 音頻功率放大器電路：將電壓信號進行功率放 大，保證揚聲器得到最大不失真功率。 四四

10、單元電路設計與參數計算單元電路設計與參數計算 1.1.在整個實驗過程中，電路不應有自激現象在整個實驗過程中，電路不應有自激現象 2.2.單元電路設計單元電路設計 （1 1）輸入信號）輸入信號 c1=180uf r1=22k 輸入信號就是所需放大的電信號，它可將非電信號物理量變換 為電信號的能量器提供，也可是前一級電子電路的輸出信號。c1 為 輸 入入耦合電容，r1 為輸入管的偏置電阻。 模擬電子技術課程設計模擬電子技術課程設計 8 （2 2）負反饋）負反饋 r2=680k r3=128 k 圖 42 負反饋 r3 和 r2 構成負反饋，是電路閉環增益為 3db。 （3 3） 頻率補償電路頻率補

11、償電路 r4=4.7 c7=100uf 圖 43 頻率補償電路 r4、c7 構成頻率補償電路，改善放大器的高頻特性。 （4 4）tda2040tda2040 芯片芯片： 模擬電子技術課程設計模擬電子技術課程設計 9 圖 44 tda2040 芯片 1 腳為+ui；2 腳為-ui；3 腳為-vee；4 腳為 uo；5 腳為+vcc。 3 3參數計算參數計算 （1 1）輸出功率）輸出功率 輸出電流 i0 和輸出電壓 uo 有效值的乘積，就是放大電路的 輸出功率，即 po=icm/1.414uom/1.414=1/2iomuom uomm=vcc-uce（sat）=vcc icmm=uomm / r

12、l=vcc/ rl 最大不失真輸出功率： pomm=uomm/1.414icmm/1.414=vcc2/2 rl （2 2）電壓放大倍數）電壓放大倍數 au=uo/ui （3 3）輸出電壓）輸出電壓 uo=uot rl（rl+r0） r0=（uot/uo-1） rl （4 4）輸入靈敏度測試）輸入靈敏度測試 據輸入靈敏度測試的定義，只要測出輸出功率 po=pom 是的 輸入電壓 ui 即可。 模擬電子技術課程設計模擬電子技術課程設計 10 4 4工作原理工作原理 音頻功率放大器的電路分別為電源電路、放大電路、輸出電路。 電源有實驗室的穩壓就交流電源和直流電源組成電源電路。放大電 路由 tda2

13、040 芯片組成，依靠芯片的功能進行對電路中輸出信號進 行放大。輸出電路由喇叭形性對輸出電路中輸出。 5 5測量儀器連接圖測量儀器連接圖 模擬電子技術課程設計模擬電子技術課程設計 11 五五 實驗器材實驗器材 器件名稱 器件型號 器件數量 實驗電路箱和面包板 一臺 芯片 tda2040 一片 直流電壓表 ss179 一臺 萬用表 dm3000 一臺 雙蹤示波器 ca9060d 一臺 喇叭 yd78-3 一個 頻率計 51331a 一臺 其它元件 電阻器、電容器若干 模擬電子技術課程設計模擬電子技術課程設計 12 六六 內容及步驟內容及步驟 1. 按原理圖連好電路圖。 2. 用低頻信號輸入實驗所

14、需的輸入信號 圖 61 輸入信號 3. 靜態工作點的調試靜態工作點的調試 1）通電調試）通電調試：在確認安裝電路無誤的條件下，可以進行調試。 2）通電觀察）通電觀察：觀察接上電源之后，電路是否有異常現象，如冒 煙異氣味及元器件是否發燙等，應立即切斷電源，檢查電路，排 除故障。 放大器靜態工作點的調試是指對管子集電極電流 ic 的調整與測 試靜態工作點是否合適，對放大器的性能各輸出波形都有很大的影 響，如工作點偏高，放大器在加入交流信號以后易產生飽和失真， 此時輸入信號的負半周將被削底，如工作點偏低則易產生截止失真， 模擬電子技術課程設計模擬電子技術課程設計 13 即輸入信號的正半周被縮頂，這些

15、情況都不符合不失真放大的要求， 所以在選定工作點后還必須進行動態調試，即在放大器的輸入端加 入一定的輸入電壓，檢查輸出電壓的大小和波形是否滿足要求。如 不滿足，則應調節靜態工作點的位置。 4.4. 輸出級靜態工作點調整輸出級靜態工作點調整 打開 ewb 仿真軟件，按輸出級電路圖接好電路，假設參數，然 后接通電源在電路中接入電壓表和示波器。然后單擊運行按鈕，按 以下步驟進行操作。 1)1) 調節輸出端中點電位調節輸出端中點電位 u ua a 調節電位器 rw1 ，用直流電壓表測量 a 點電位，使它為電源電 壓的一半。 2)2) 調整輸出極靜態電流及測試各級靜態工作點調整輸出極靜態電流及測試各級靜

16、態工作點 調整輸出級靜態電流的動態調試法。先使 rw20，在輸入端接 入 f1khz 的正弦信號 ui。逐漸加大輸入信號的幅值，此時， 輸出 波形應出現較嚴重的交越失真（注意：沒有飽和和截止失真） ，然后 緩慢增大 rw2 ，當交越失真剛好消失時，停止調節 rw2 ，恢復 ui0 ，然后把 rw換成一個固定的電阻。此時元件的參數即為該電路的實 際參數。 注意： 1）在調整 rw2 時，一是要注意旋轉方向，不要調得過大， 更不能開路，以免損壞輸出管 模擬電子技術課程設計模擬電子技術課程設計 14 2）輸出管靜態電流調好，如無特殊情況，不得隨意旋動 rw2的 位置 3）各級靜態電流調好后，不得隨意

17、更換個元件的參數。 5.5. 負載的輸出波形負載的輸出波形 圖 62 輸出信號 當 rl=8，vcc=vee=12v，輸入信號頻率為 20khz 時，求測 量最大不失真輸出功率： 因為 rl=8 ui=150mv vcc=vee=12v 所以 pom=vccvcc/2rl=9w 6.6. 測量測量 oclocl 的電壓增益和輸出電阻的電壓增益和輸出電阻 電壓增益 au=uo/ui=2.8v/150mv=18.867 因為 au=1+r3/r2 1+r3/r2=188.67 所以 r2=680 r3=128k 模擬電子技術課程設計模擬電子技術課程設計 15 七七 課設注意項目課設注意項目 （1

18、1）合理選擇品種和型號）合理選擇品種和型號 器件品種和型號的選擇主要依據電路對功放級的要求，使所 用的器件主 主要性能指標均能滿足電路要求，同時要求，在任何情況下， 器件所有極 參數都不會超過。 （2 2）合理安置元器件及布線）合理安置元器件及布線 在接線中元件分布排線走向不合理，極容易產生自激或放大器 工作不穩定，嚴重時甚至無法正常工作。 功率器件應安置在電路通風良好的部位，并遠離前置放大級 及耐熱性能差的元件（如電解電容） ；電路接地線要盡量短而粗，需 要接地的引出端要盡量做到一點接地，接地端應與輸出回路負載接 地端靠在一起。 （3 3）按規定選用負載）按規定選用負載 集成功率放大器使用中

19、，應在規定的負載條件下工作，切勿隨 意加重負荷，嚴禁輸出負荷短路。 （4 4）合理選用散熱裝置）合理選用散熱裝置 散熱器是由銅，鋁等熱性能良好的金屬材料制成的，并有各種 規格的成品選用。 （5 5）其它方面）其它方面 集成運放的輸出端應避免與地、正電源、負電源短接；同時輸 模擬電子技術課程設計模擬電子技術課程設計 16 出端所接負載電阻不易太小，其值應使集成運放輸出電流小于其最 大允許輸出電流，否則有可能損壞器件，或使輸出波形變差；裝接 電路或改接、插拔器件時，必須斷開電源，否則器件容易受到極大 的感應或電沖擊而損壞。 八八 調試過程調試過程 經過ewb仿真軟件及multisim2001仿真軟

20、件和以上的分析，該電 路完全符合設計要求，在經過老師的同意后，我們到實驗室進行實 物電路的安裝。到實驗室后，每組人員各肆其職。由于元件清單上 各元件的參數是經過ewb調試所得到的，用了不到兩個小時的時間， 各組員別完成了各自的連接，然后是調試，我們的調試仍然是各組 負責各自的，在確保各組連接的電路都達到要求的情況下，然后進 行總電路圖的連接。在總圖連接好后對它進行了調試，由于前置電 壓放大器采用了集成動放,電路簡單、可靠、無須調試。相電壓放大 器,信號由器。前置電壓放大器采用了集成動放,電路簡單、可靠、無 須調試。信號由于發現電路存在失真，在對個別偏置電阻進行了調 整后，失真的問題解決了，經過

21、測試它和理論基本相同。就證明我 們此次調試成功。 九九 課設總結課設總結 （1）鞏固加深了對電子線路基本知識的理解，提高綜合運用課 本知的能力 模擬電子技術課程設計模擬電子技術課程設計 17 （2）培養學生根據課本需要自學參考書籍、查閱書冊、圖表和 文獻資料的能力 （3）通過實際電路方案的分析比較，設計計算，元件選取，安裝 調試等環節，初步掌握簡單實用電路的分析方法和工程設計方法 （4）掌握用儀器設備的正確使用方法，學會簡單電路調試和整機 指標測試方法，提高動手能力。 （5）了解與課程有關的電子線路及元件工程技術規范，按課程 設計任務書的要求編寫設計說明書，能正確反映設計的試驗結果，能 正確制

22、電路圖。 （6）通過課程實踐樹立正確的生產觀、經濟觀和全局觀。 十十 tda2040tda2040 芯片芯片及其介紹及其介紹 1.1. 電路特點電路特點 （1）單列 5 腳直插塑料封裝，僅 5 只引腳。.外接元件非常少 外接元件非常少輸出功率大，po=22w(rl=4)。 （2）采用超小型封裝（to-220）,可提高組裝密度內含各種 模擬電子技術課程設計模擬電子技術課程設計 18 保護電路，因此工作安全可靠。主要保護電路有：短路保護、熱 保護、地線。 2.2. 相關介紹相關介紹 偶然開路、電源極性反接（vsmax=12v）以及負載泄放電壓 反沖 tda2040 是德律風根生產的音頻功放電路，采

23、用 v 型 5 腳單列直 插式塑料封裝結構。廣泛應用于汽車立體聲收錄音機、中功率音響 設備，具有體積小、輸出功率大、失真小等特點。并具有內部保護 電路。 3.3. 注意事項注意事項 如果 40v 的話，那么在 5 腳與電源之間須插入 lc 濾波器，以 保證 5 腳上的脈沖串維持在規定的幅度內。 熱保護：限熱保護有 以下優點，能夠容易承受輸出的過載（甚至是長時間的） ，或者環境 溫度超過時均起保護作用。與普通電路相比較，散熱片可以有更小 的安全系數。萬一結溫超過時，也不會對器件有所損害，如果發生 這種情況，po=（當然還有 ptot）和 io 就被減少。 印刷電路板設計 時必須較好 tda2040 具有負載泄放電壓反沖保護電路，如果電源電 壓峰值電壓的考慮地線與輸出的去耦，因為這些線路有大的電流通 過。 裝配時散熱片與之間不需要絕緣，引線長度應盡可能短，焊接 溫度不得超過 260，12 秒。雖然 tda2040 所需的元件很少，但所 選的元件必須是品質有保障的。電路略有差異