1、科技大學模擬電子技術課程設計題 目 音頻功率放大器 學生 專業班級 11級通信工程 學 號 院 （系） 信息工程學院指導教師 完成時間 2013年5月30日目 錄1 課程設計的目的12 課程設計的任務與要求12.1 設計任務12.2 設計要求13 設計方案與論證23.1 方案選擇與論證24設計原理與元器件功能說明44.1 設計原理44.2 元器件功能說明55 單元電路設計85.1 音頻放大電路85.2 音調控制電路96 硬件的制作與成品調試106.1 電烙鐵的使用106.2功放成品的調試117 總結12參考文獻14附錄一：總體電路原理圖15附錄二：元器件清單16附錄三：實物圖1718 / 21

2、1 課程設計的目的通過理論設計和實物制作解決相應的實際問題，鞏固和運用在模擬電子技術中所學的理論知識和實驗技能，掌握常用模擬電路的一般設計方法，提高設計能力和實踐動手能力，為以后從事電子電路設計、研發電子產品打下良好的基礎。學習目的：1、學習音頻功率放大器的設計方法；2、研究音頻功率放大器的設計方案；3、掌握TDA2030A的放大原理；4、電路中音頻信號的放大處理原理；5、熟悉電烙鐵的使用方法。2 課程設計的任務與要求2.1 設計任務設計一個應用TDA2030A實現音頻功率放大的小音箱。2.2 設計要求設計所需滿足的條件：1、功率放大器的頻帶寬度BW50Hz15KHz；2、在最大輸出功率下非線

3、性失真系數3%；3、輸入阻抗Ri100k； 4、具有音調控制功能：低音100Hz處有12dB的調節圍，高音10kHz處有12dB的調節圍。3 設計方案與論證3.1 方案選擇與論證 音頻功率放大器的關鍵部分是音頻功率放大電路，由TDA2030A實現，由TDA2030A在電路中的接法不同，現列出兩種不同方案。具體方案如下：方案一：用TDA2030A構成OTL功放電路。OTL功放采用單電源，有輸出耦合電容，其原理圖如圖3-1所示。圖3-1 OTL功放電路圖 如圖3-1所示電路中，是以集成電路TDA2030A為中心組成的功率放大器，具有失真小、外圍原件少、裝配簡單、功率大、保真度高的特點。電路中D1、

4、D2為保護二極管，C5為濾波電容，C6為高頻退耦電容；RP為音量調節電位器；IC即TDA2030A是功放集成電路；R1、R2、R3、C2為功放IC輸入端的偏置電路，R4、R5、C3構成負反饋回路，改變R4大小可以改變反饋系數。C1為輸入耦合電容，C4為輸出耦合電容；在電路接有感性負載揚聲器時，R6、C7可確保高頻穩定性。方案二：用TDA2030A構成OCL功放電路。OCL功放形式采用雙電源，無輸出耦合電容，其原理圖如圖3-2所示。圖3-2 OCL功放電路圖如圖3-2所示電路中，由于無輸出耦合電容，該電路低頻響應得到改善，屬于高保真電路。雙電源采用一次側繞組成中間點接地、上下電壓對稱相等的變壓器

5、，經過整流濾波后構成18V雙電源，輸出功率為20W。兩只二極管起保護作用。 方案三：用TDA2030A構成BTL音頻功率放大電路。其原理圖如圖3-3所示。圖3-3 BTL功放電路圖 如圖所示，BTL功放是由兩個一樣的功放組成，輸入信號互為反相。實際采用放大器的同向輸入與反響輸入，以保證輸入信號互為反相，同時還應使兩輸入信號互為反相，同時還應使兩輸入信號的幅度一樣，這樣可以滿足BTL的基本要求。電路中R4與R5對信號分壓后衰減的倍數與A1的放大倍數正好一樣，衰減后的信號通過R7加在A2的反相輸入端。事實上是由兩個運放完成了一路信號放大，實際測得輸出電平高出一個集成電路的1.5倍，即原輸入功率為2

6、0W的運放，現在輸出功率約為50W。但由于BTL的電路特點，選擇集成電路時盡可能用參數一致的兩個運算放電路，調整輸入信號幅度，可通過輸入正弦波用示波器觀察兩輸入信號的幅度，這使調整R7使兩輸入信號的幅度一樣，以保證在提高功率的同時盡可能減小非線性失真。較為復雜。 通過對三種方案的比較我們可以看出，第一種方案無疑是比較好的方案，我們可以從以下幾個方面作為依據選擇第一種方案。按照第一種方案我們可以達到課程設計所要達到的要求，結果比較準確，受外界干擾較小， 而且第一種方案的實現非常的簡單，電路容易理解，實驗容易進行，能夠盡少的減小實驗的成本，而且這種方案的主要器件有自我保護的措施，能夠更好的保護實驗

7、器件，減少不必要的損失。4 設計原理與元器件功能說明4.1 設計原理 本電路主要由前置放大、音調控制、功率放大等部分組成，原理框圖如圖4-1所示。電路原理如圖4-2所示。圖4-1 原理方框圖圖4-2 電路原理圖 4.2主要元器件的說明1. 集成運放TDA2030ATDA2030A是一塊性能十分優良的功率放大集成電路，其主要特點是上升速率高、瞬態互調失真小，在目前流行的數十種功率放大集成電路中，規定瞬態互調失真指標的僅有包括TDA2030A在的幾種。我們知道，瞬態互調失真是決定放大器品質的重要因素，該集成功放的一個重要優點。TDA2030A集成電路的另一特點是輸出功率大，而保護性能以較完善。根據

8、掌握的資料，在各國生產的單片集成電路中，輸出功率最大的不過20W，而TDA2030A的輸出功率卻能達18W，若使用兩塊電路組成BTL電路，輸出功率可增至50W左右。另一方面，大功率集成塊由于所用電源電壓高、輸出電流大，在使用中稍有不慎往往致使損壞。然而在TDA2030A集成電路中，設計了較為完善的保護電路，一旦輸出電流過大或管殼過熱，集成塊能自動地減流或截止，使自己得到保護（當然這保護是有條件的，我們決不能因為有保護功能而不適當地進行使用）。TDA2030A集成電路的第三個特點是外圍電路簡單，使用方便。在現有的各種功率集成電路中，它的管腳屬于最少的一類，總共才5端，外型如同塑封大功率管，這就給

9、使用帶來不少方便。TDA2030A在電源電壓14V，負載電阻為4時輸出14W功率（失真度05）；在電源電壓 16V，負載電阻為4時輸出18W功率（失真度05）。該電路由于價廉質優，使用方便，并正在越來越廣泛地應用于各種款式收錄機和高保真立體聲設備中。該電路可供低頻課程設計選用。TDA2030A部原理結構圖，如下圖4-3所示。圖4-3 TDA2030A部組成框圖 TDA2030A實物接線引腳圖，如下圖4-4所示。圖4-4TDA2030A引腳圖經過多方面資料搜索甄別和驗證，發現一個簡單的方式辨別TDA2030A的實物中引腳所對應的電路中1、2、3、4、5所在位置，即：將TDA2030A有型號標稱的

10、一面朝向自己，從左到右依次為電路圖中的1、2、3、4、5。開始由于不了解引腳的正確編號與其作用，我們的團隊遭遇了五次失敗的打擊！2、揚聲器揚聲器是本電路中重要的元器件之一。它是一種能將電信號轉換為聲音或將聲音轉換為電信號的換能器件，這種器件能完成電能和聲能的相互轉換。 （1）揚聲器的種類 揚聲器種類繁多，但最常用的是動圈式揚聲器（又稱電動式）。而動圈式揚聲器又分為磁式和外磁式，因為外磁式便宜，所有本款音頻功率放大器選用外磁式的揚聲器。其組成有：紙盆、折環、音圈、盆架、防塵罩、音調、磁鐵、導磁夾板、場心柱等。 （2）揚聲器功率 、阻抗的選擇揚聲器在電路圖中的符號很形象。揚聲器上一般都標有標稱功率

11、和標稱阻抗值。本電路中揚聲器選用了功率為5W，阻抗值為4的揚聲器。一般認為揚聲器的口徑大，標稱功率也大。在使用時，輸入功率最好不要超過標稱功率太多，以防損壞。萬用表R1電阻檔測試揚聲器，若有咯咯聲發出說明基本上能用。測出的電阻值是直流電阻值，比標稱阻抗值要小，是正常現象。（3）揚聲器的工作原理當有音頻電流通過音圈時，音圈產生隨音頻電流而變化的磁場，在永久磁鐵的磁場中時而吸引時而排斥，帶動紙盆振動發出聲音。3、 電位器通過調節接入電路中的電阻的大小進而調節音頻信號電流的大小，從而控制音量，簡單、方便、快捷。所選方案電路中選用的是2K的電位器。4、 電容 在所選方案電路中，C5為濾波電容，C6為高

12、頻退耦電容，C1為輸入耦合電容，C4為輸出耦合電容，為維持電路的穩定、不失真，以與提高耦合度起了不可替代的作用。5 單元電路設計5.1 音頻放大電路該放大電路主要包括：前置放大級、音調控制電路、功率放大電路三個部分組成。（1） 前置放大級音頻功率放大器的作用是將聲音源輸入的信號進行放大，然后輸出驅動揚聲器。一個實用的音頻功率放大系統必須設置前置放大器，以便使放大器適應不同的輸入信號，或放大，或衰減，或進行阻抗變換，使其與功率放大器的輸入靈敏度相匹配。前置放大器的主要功能：a、是使話筒的輸出阻抗與前置放大器的輸入阻抗相匹配；b、是使前置放大器的輸出電壓幅度與功率放大器的輸入靈敏度相匹配。如下圖5

13、-1所示。圖5-1 前置放大電路（2）功率放大電路 功率放大電路的作用是給揚聲器提供所需要的輸出功率。如下圖5-2所示。圖5-2 功率放大電路5.2音調控制電路通過對放音頻帶放大器的頻率響應曲線的形狀進行控制，從而達到控制放音音色的目的，以適應不同聽眾對音色的不同愛好。此外還能補償信號中所欠缺的頻率分量，使音質得到改善，從而提高放音系統的放音效果。本電路選擇負反饋型音調控制電路。如下圖5-3所示。圖5-3 音調控制電路6 硬件的制作與調試6.1 電烙鐵的使用1、焊接的注意事項良好的焊接是實驗成功的重要保證；反過來說，焊接不良，往往會使實驗失敗，甚至損毀元器件。雖然焊接技術并不復雜，但如果認為它

14、操作簡單而掉以輕心，也會造成種種不良后果。所以應注意以下幾點： （1）電烙鐵焊接TDA2030A的時候，一定要等電烙鐵加熱后，拔掉電源插頭，用電烙鐵的余熱焊。否則，溫度過高的焊接，會燙壞TDA2030A。 （2）焊接揚聲器的時候，一定要將連接電源正、負極的導線分別焊接在揚聲器標有“”、“”符號的一端。揚聲器的下方還有兩個類似焊點的地方，如果錯將導線焊在那兒，揚聲器就會損壞，不能使用了。 （3）烙鐵使用日久后，烙鐵頭容易被“燒死”，即在表面出現一層黑色氧化物，而且變得凹凸不平。“燒死”的烙鐵頭很難熔化和沾取焊錫，需用銼刀將它重新挫亮。盡量使用市場上出售的空心焊錫絲，它是將焊錫做成直徑24毫米的細

15、管狀，在管裝進松香粉。使用這種焊錫絲，能保護烙鐵頭不易被“燒死”。 （4）使用電烙鐵一定要注意安全，使用前用萬用表測一下電烙鐵電源插頭兩端的電阻是否為正常值。正常時20w烙鐵的電阻約2000，45的為1000，75w的為600，100w的約500。電源插頭與電烙鐵外殼、烙鐵頭之間的電阻應接近無窮大，否則說明這把電烙鐵漏電，不能使用。 2、電路的連接在連接電路的時候，要嚴格按照電路圖連接電路，也要注意烙鐵與電路板接觸的時間，不要燒壞電路板。并在聯好電路以后進行測量。即使發現問題與改正。6.2 成品的調試功放電路在安裝時，要重點考慮TDA2030A的散熱問題，應安裝相應的散熱片。電路在安裝無誤后接

16、通電源，進行調試。具體調試步驟如下： （1）調試前，應先調試單元電路，然后系統聯調。 （2）前置放大電路的調試： 1）靜態調試。調節電路零點漂移與消除電路自激振蕩。 2）動態調試。加入一定幅度、頻率的正弦波，測量相應的輸出電壓，計算出相應的共模抑制比。 （3）有源帶通濾波電路的調試： 1）靜態調試。調節電路零點漂移與消除電路自激振蕩。 2）動態調試。加入一定幅度、頻率的正弦波，測量相應的輸出電壓、輸出波形與幅頻特性，求出帶通濾波的通頻帶。 （4）功率放大電路的調試：1）靜態調試。將輸出端對地短路，觀察輸出是否為零，有無自激現象。2）動態測試。加入一定1kHz的正弦波，并逐漸加大輸出電壓幅值直至

17、輸出電壓的波形出現臨街削波時，測量負載RL兩端的輸出電壓值，計算出相應的輸出功率。 （5）系統聯調。經過以上對各級電路的調試后，就可以對整個系統進行聯調。1）靜態調試。將前置輸出端對地短路，觀察輸出是否為零，有無自激現象。 2）動態調試。輸入1kHz在的正弦信號，改變輸入信號的幅值，用示波器觀察輸出電壓波形的變化情況，記錄輸出電壓最大不失真幅度所對應的輸入電壓的變化圍，從而計算出總的電壓放大的倍數。7總結歷時兩周的課程設計結束了，這給我們帶來了不可磨滅的深刻印象，尤其是對于未知的探索，對錯誤的尋找，這個過程是充滿樂趣和成就感的，在連接電路的過程中，遇到了不少問題，包括原理的理解，實驗電路的設計

18、，以與在電路連接過程中不可避免的與設計思想相違背，不能出現實驗結果的情況，經過對問題的分析與對線路，對實驗器材的進一步調試，才一步一步地解決了問題，并最終得出實驗結果。在這兩周的課程設計中，我的收獲是巨大的。第一，在專業知識的理解與掌握上更進了一步，通過對所不理解的專業知識的查找，并最終將其理解掌握，而且融入到設計理念中，這是一個不斷成長和成熟的過程。第二，我學會了怎么去做一個設計者，再設計的過程中，我們必須不斷提高，必須通過不間斷的學習來解決一個又一個難題，更重要的是遇到難題時我們應該抱有一個平淡的心態，以一個尋求答案的，渴望的思想去找到解決問題的方法，最終將問題解決。第三，我明白了怎么去做

19、一個合作者。在一個設計中，一個人的力量是渺小的，只有在小組成員的共同努力下，才能更好的完成任務，達到設計要求，對待不懂的問題要與時詢問，竭盡全力得到自己想要的知識。第四，我明白了基本的理論知識和實踐設計的差別，好多理論上可以執行的東西有時候是調試不出來的，這時候就要去自己尋找錯誤，有時候是電路連接，有時候是實驗設備的問題。而且把理論知識運用到實踐中時也是一個很大的挑戰，需要不斷的探尋和調試才可以達到目的。第五，在焊接實物電路時，一定要先畫出接線圖，最好把管腳、正負極性也標上，焊接時一定要檢查一下原件安放是否正確了之后才能開始焊接，這樣可以減小焊接時出錯的概率。焊接結束后，最好再對電路進行一次徹

20、底的檢查，看看沒有沒漏焊的線或是接錯的管腳，保證檢查無誤了，然后再去調試電路。第六，其次，我明白了基本的理論知識和實踐設計的差別，這時候就要去自己尋找錯誤，有時候是電路連接，有時候是實驗原件的問題。而且把理論知識運用到實踐中時也是一個很大的挑戰，需要不斷的探索才可以。第七，再次，通過這次課程設計對OTL音頻功率放大器的設計與制作,鍛煉了我們的實踐動手能力，讓我了解了設計電路的程序，也讓我了解了關于OTL音頻功率放大器的原理與設計理念，要設計一個電路首先要仿真成功之后才算是進入第一步，初步的參數也才可以開始確立，同時，實際接線結果也不一定與仿真結果完全一致，因為還有很多現實存在的因素是電腦仿真沒法考慮進去的，所以也不能完全依賴仿真出來的結果。我知道了很多，也擴展了視野。我也收獲很多，我更熟練的掌握使用在這里選用了multisim進行仿真，雖然multisim不是很難學，但由于自己對multisim還沒有熟練的掌