1、 南華大學電氣(dinq)工程學院 電子(dinz)技術課程設計設計(shj)報告設計題目： 音頻功率放大器 專 有 學生姓名: 學 號: 起迄日期: 2013 年10月28日-2013年 12月20日 指導教師: 電子(dinz)技術課程設計任務書1課程設計的內容和要求（包括原始數據、技術要求、工作要求等）：一、課程設計內容 題目：音頻功率放大器要求：輸出功率 2W，電源電壓為DC 518V。注：可以采用TDA1521、TDA1514A、TDA2030A、LM1875、D類音頻放大器等集成電路芯片制作。二、課程設計要求綜合運用已學習過模擬電路和數字電路等知識，閱讀相關集成電路芯片資料和相關文

2、獻，了解電子電路設計的有關知識，方法和特點，掌握基本的電子電路設計和芯片使用方法。一人一題，所有學生需要提交實物，實物調試沒有成功者，不能及格。指導教師需保存實物，等抽查后，再返還給學生。課程設計必須自己獨立完成，不得從網上下載，一經發現該課程成績記零分。設計報告不超過6頁紙，雙面打印。課程設計設計說明書（報告）應包括有： 電路工作原理分析 電路元器件參數設計計算 電路調試說明 電原理圖和PCB圖（必須自己畫） 元器件裝配圖（必須自己畫） 元器件清單 自己的收獲和體會 要求字數不得少于3500字 要求圖紙布局合理，符合工程要求，使用Protel等軟件繪制電原理圖（SCH）、元器件布局圖和印制電

3、路板(PCB)。 所有的文檔和表格必須采用Word形式。同類型的設計題可以組成一個設計組，組員之間可以開展研究與討論。雷同者均計0分。閱讀有關芯片英文參考資料，理解資料內容。英文資料中的曲線、參數、方框圖、引腳端封裝等圖（不包括電原理圖和PCB圖）可以直接采用（pdf文檔中的圖可放大300倍后裁剪到Word文檔中），圖中的英文可以采用英文（中文）方式翻譯在圖下。英文資料中的一些詞，如果翻譯拿不準，可以采用英文（中文）方式標注。課程設計結束，需要交制作的作品、文字稿和電子稿，采用Word文檔形式。成績評定： 按ABCDE分檔，其中：優秀為A，良好為B，中等為C，及格為D，不及格為E。 課程設計設

4、計說明書占60%，實物制作占40%。 2對課程設計成果的要求包括圖表（或實物）等硬件要求：設計電路，安裝調試或仿真，分析實驗結果，并寫出設計說明書,語言流暢簡潔，文字不得少于3500字。要求圖紙布局合理，符合工程要求，使用Protel軟件繪出原理圖（SCH）和印制電路板(PCB),器件的選擇要有計算依據。3主要參考文獻：要求按國標GB 771487文后參考文獻著錄規則書寫。黃智偉全國大學生電子設計競賽技能訓練M北京：北京航空航天大學出版社，2007黃智偉全國大學生電子設計競賽制作實訓M北京：北京航空航天大學出版社，2007黃智偉全國大學生電子設計競賽系統設計M北京：北京航空航天大學出版社，20

5、06黃智偉全國大學生電子設計競賽電路設計M北京：北京航空航天大學出版社，2006黃智偉全國大學生電子設計競賽 常用電路模塊制作M北京：北京航空航天大學出版社，2010黃智偉等.基于NI multisim的電子電路計算機仿真設計與分析M北京：電子工業出版社，2007黃智偉.印制電路板（PCB）設計技術與實踐M北京：電子工業出版社，2009高吉祥等.電子技術基礎實驗與課程設計M北京：電子工業出版社，2002吳運昌.模擬集成電路原理與應用M廣州：華南理工大學出版社，2001年譚博學等. 集成電路原理及應用M北京：電子工業出版社，2003魏立軍.CMOS 4000系列60種常用集成電路的應用M北京：人

6、民郵電出版社，1993楊寶清.實用電路手冊M北京：機械工業出版社.2002 陳有卿.報警集成電路和報警器制作實例M人民郵電出版社1996 肖景和.紅外線熱釋電與超聲波遙控電路M人民郵電出版社.2003目錄(ml) TOC o 1-2 h z u 1要求(yoqi)與設計說明及方案 HYPERLINK l _Toc219942588 1.1 設計(shj)要求1.2 原理圖設計說明及方案確定與比較2. 元器件的作用和調試仿真分析 2.1 電路元器件的作用2.2 調試結果和仿真分析3. HYPERLINK l _Toc219942601 心得體會 HYPERLINK l _Toc219942602

7、 4. 參考文獻5. 附錄 1.1 設計(shj)要求 頻帶(pndi)寬20Hz-100KZ，輸出波形基本不失真(sh zhn)；電路輸出功率大于2W；輸入阻抗8。電源電壓為DC 518V。 1.2 原理圖設計說明及方案確定與比較功率放大電路：功率放大電路通常作為多級放大電路的輸出級。功率放大器的常見電路形式有OTL電路和OCL電路。在很多電子設備中，要求放大電路的輸出級能夠帶動某種負載，例如驅動儀表，使指針偏轉；驅動揚聲器，使之發聲；或驅動自動控制系統中的執行機構等。也就是把輸入的模擬信號經被放大后,去推動一個實際的負載工作，所以要求放大電路有足夠大的輸出功率，這樣的放大電路統稱為功率放大

8、電路。而音頻功率放大器的作用就是給音響放大器的負載RL（揚聲器）提供一定的輸出功率。當負載一定時，希望輸出的功率盡可能大，輸出的信號的非線形失真盡可能地小，效率盡可能的高。隨著半導體工藝,技術的不斷發展,輸出功率幾十瓦以上的集成放大器已經得到了廣泛的應用。功率VMOS管的出現,也給功率放大器的發展帶來了新的生機。總之，功率放大器的主要任務是向負載提供較大的信號功率,故功率放大器應具有以下幾個主要特點： 1. 輸出功率要足夠大工作在大信號狀態下,輸出電壓和輸出電流都很大.要求在允許的失真條件下,盡可能提高輸出功率。2. 效率要高功率放大器實質上是一個能量轉換器,它是將電源供給的直流能量轉換成交流

9、信號的能量輸送給負載,因此,要求轉換效率高.在直流電源提供相同直流功率的條件下,輸出信號功率愈大,電路的效率愈高。3. 非線性失真要小功率放大器是在大信號狀態下工作,電壓,電流擺動幅度很大,而且由于三極管是非線性器件,在大信號工作狀態下,器件本身的非線性問題十分突出,因此,輸出信號不可避免地會產生一定的非線性失真.在實際應用中,要采取措施減少失真,使之滿足負載要求.2.2方案比較與確定方案一用分立元件實現分立元件是電子電路的基礎(jch)元件，一直以來都是在它的基礎之上分析和設計電路的。但是隨著科技的發展，近年來出現了各式各樣的集成器件，使分立元件的主體地位逐漸被集成元件所取代。雖然如此，不過

10、在一些小型(xioxng)的電子電路中，它的優勢依然不減。總的來說，分立元件，散熱快，價格便宜，在設計中自由性也比較大。方案(fng n)二.用集成器件實現集成功率放大器是在集成運算放大電路的基礎之上發展起來的，其內部的電路和原理與集成運算放大電路基本類似。但是它又和集成運放有很大的不同，這在于它的安全性，高效性，低失真上優于集成運放，并且輸出功率大。電路內部多施加深度負反饋。集成功率放大器廣泛應用于各種各樣的電器中，輸出功率由幾百毫瓦到幾十瓦。除了單片集成功放電路外，還有集成功率驅動器，它與外配的大功率管及少量阻容元件構成大功率放大電路，有的集成電路本身包含兩個功率放大器，稱為雙聲道功放。集

11、成功率放大器不僅具有體積小，重量輕，成本低，外圍元件少，安裝調試簡單，使用方便等優點；而且在性能上也優于分立元件，例如溫度穩定性好，功耗小，失真小，特別是集成功率放大器內部還設置有過熱，過電流，過電壓等自動保護功能的電路對電路自行進行保護。通過比較，由于使用分立元件所用的單個器件比較多，從而考慮的各種反饋電路和保護電路會比較多，實現起來會相對復雜；另外，集成器件在很多方面明顯優于分立元件。所以我們運用集成芯片TDA2030完成音頻功率放大電路的設計，能夠更好地達到設計任務和要求。TDA2030簡介：TDA2030是一塊性能十分優良的功率放大集成電路，音頻功率放大器用集成功放TDA2030為主的

12、電路，其制作簡單，價格低廉，輸出功率大，保真性好，適合初學者和大學生。它是德律風根生產的音頻功放電路，采用V型5 腳單列直插式塑料封裝結構。按引腳的形狀引可分為H型和V型。該集成電路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。意大利SGS公司、美國RCA公司、日本日立公司、NEC公司等均有同類產品生產，雖然其內部電路略有差異，但引出腳位置及功能均相同，可以互換。TDA2030功率放大器采用晶體三極管的電流放大作用將電源的輸入功率轉換為按照輸入信號變化的放大電流。聲音可以看做不同振幅和不同頻率的波，即交流信號電流，三極管的集電極電流是基

13、極電流的倍，是三極管的交流放大倍數，基于這個原理，若將小信號注入基極，則集電極的電流等于基極電流的倍，接著將這個信號用隔直電容隔離出來，就可以得到電流是原先的倍的放大信號，這就是晶體三極管的放大作用。經過接連不斷的電流放大，就可以實現功率的放大。據統計，已生產成的各種( zhn)單片功率集成電路中，輸出功率最大的不過20W，但是TDA 2030的輸出功率卻可以達到18W，倘若把兩塊集成電路組成BTL電路，那么輸出功率可以達到35W。另外，大功率集成電路由于所需的電源電壓很高，輸出的電流很大，在使用過程中如果不小心很可能使它燒壞，不過在TDA 2030集成電路中，內部設計了較為完善的自我保護(b

14、oh)電路，一旦輸出電流過大或管殼過熱，集成電路能自動地減流或截止，使自己得到保護。電路(dinl)特點：1.外接元件非常少。2.輸出功率大，Po=18W(RL=4)。3.采用超小型封裝（TO-220）,可提高組裝密度。4.開機沖擊極小。5.內含各種保護電路，因此工作安全可靠。主要保護電路有：短路保護、熱保護、地線偶然開路、電源極性反接（Vsmax=12V）以及負載泄放電壓反沖等。 6.TDA2030A能在最低6V最高22V的電壓下工作在19V、8阻抗時能夠輸出16W的有效功率，THD0.1%。無疑，用它來做電腦有源音箱的功率放大部分或小型功放再合適不過了。引腳情況：1腳是正相輸入端2腳是反向

15、輸入端3腳是負電源輸入端4腳是功率輸出端5腳是正電源輸入端。TDA2030示意圖：2 元器件的作用(zuyng)和調試(dio sh)仿真(fn zhn)分析 總的電路圖2.1 電路元器件的作用由于電源本身不是完全直流，里面含有紋波，會影響輸出結果，因而需要在電源輸入端對電源進行紋波，選用C3和C5可有效濾掉電源的紋波。輸入(shr)端2.2uF電容(dinrng)是輸入 HYPERLINK /search?word=%E8%80%A6%E5%90%88%E7%94%B5%E5%AE%B9&fr=qb_search_exp&ie=utf8 t _blank 耦合電容(dinrng)，作用是隔離

16、音源前級過來的直流，通過音源過來的音頻信號（交流）。這個電容的容量是根據級間的阻抗估算的，如級間阻抗為R，阻容等效網絡的截至頻率為1/(2*3.14*R*C)，電容取值要讓這個頻率小于20Hz，比如說你的功放輸入阻抗為47K，那這個電容可以取12.2uF。2個4001是防止輸出電平過載燒毀芯片。電容C6是輸出耦合電頻，作用是隔離直流防止燒毀喇叭。雙電源不需要因為他是OCL（無輸出端耦合電容）電路。那兩個電容是去耦電容，抗干擾的。消振移相網絡，防止功放產生自激。喇叭是感性元件，與其并聯后能更接近阻性。分壓電路，能保持電路正常工作，因為1腳和2腳電壓必須一樣且都為電源電壓的一半，即VCC/2。2個

17、100K電阻（最上面的和最下面的）實際上是電阻分壓電路，正好分壓VCC的一半，再經過中間一個100k電阻到1腳，使1腳電壓在正常工作電壓VCC/2。兩個二極管可在電流過大的時候保護電路。 由于輸出端接的是喇叭，為感性，為防止其發生自己震蕩，同時更好的濾波，保證輸出信號更好，在輸出端接上一個電容2200和一個電阻1串聯接地。 2.2 調試結果和仿真分析（1）測試工具：信號發生器，示波器，數字萬用表（2）測試數據：輸出電壓：Uo=Ui*（1+R2/R6）輸出功率：Po=Uo2 /Ro放大倍數：Au =1+R2/R619.9測試條件：直流電源電壓15v，輸入信號300mv，輸入頻率1KHz，負載電阻

18、8。理論數據：由上表可以求得輸出電壓放大倍數：Au19.9UiUoPo300mv5.97v4.46w600mv12v18w實測數據：由上表可以求得輸出電壓放大倍數：Au19.9UiUoPo300mv6v4.5w600mv11.9v17.8w（3）誤差(wch)分析：從波形圖中可以(ky)看出實測數據與理論(lln)數據存在誤差，電壓放大倍數不是理論上的20倍，而是有所偏大。因為電路板的原理設計不是很合理，元件的數值與理論有一定的差距，元件相互之間的影響，還有集成功放芯片會發熱，周圍環境溫度對它會產生影響，從而也導致了一定的誤差。（4）波形圖：運用Multisim仿真就得到了仿真的波形：在下圖中

19、，波形小的為輸入波形Ui，輸入端為B端；大的為輸出波形Uo，輸入端為A端。（5）噪聲分析：是電路的自激現象，還有電阻的選擇有點偏大或偏小，電路的功能不全，應加前置和濾波部分。由圖形可以看出在一定的范圍內信號得到了放大，達到了實際的效果，基本上完成了任務的要求。3. 心得體會計期間我發現了很多問題，經過反復思考與分析，發現原來許多理論的功率(gngl)放大器原理圖都與實踐有很大的區別，我耐心的一個個對原理圖進行分析，最后我們確定了自己的合理的原理圖，進行了分析和元件參數的一定程度的修改。之后我們又對電路圖進行了仿真。在仿真軟件Multisim中，首先，我們第一步是繪制功率放大器的原理圖，接著設置

20、元件的各種參數(cnsh)，最后就要應用Multisim的仿真功能觀察了電路靜態工作點、交流分析等各種仿真分析，得出了相應的仿真圖形。在此期間，我又根據仿真結果與實際結果的對比，對電路元件參數進行了相應的修改，最后(zuhu)得到了比較理想、比較接近實際的仿真結果。也最后確定了實際功率放大器的元件參數。緊接著我們就購買了所需的電路元件，開始了我們的實物洗板階段通過這短暫幾天的學習，讓我體會到想要創造一個實用的電子設備要經過很長時間的設計與改造，因為實際與理論又很大的區別。另外仿真軟件的方針效果也很重要，對實物的焊接又很大的影響。有了較好的仿真將使焊接工作變得方便、簡捷。仿真軟件Multisim

21、的確是非常實用的軟件。元件的連接使用自動化的畫線工具，對所繪制的原理圖進行快速檢查。所有這一切將使設計工作變得方便、簡捷。在我們學習的過程中不僅考驗了我們對知識的吸收和掌握，而且也考驗了我們的細心和耐心。提到細心和耐心，我深有體會。在畫完電路圖后，出了很在我們學習的過程中不僅考驗了我們對知識的吸收和掌握，而且也考驗了我們的細心和耐心。特別是在仿真過程中對參數的改進和電路圖的查找過程中，我深有體會。我認為這次實習不僅僅學習了軟件知識，還提高了我們專業素質。完成這次課程設計我覺得收獲很多，不但進一步掌握了模電的知識及一門專業仿真軟件的基本操作，還提高了自己的設計能力及動手能力。更多的是讓我看清了自己，明白了凡事需要耐心，實踐是檢驗真理的唯一標準。理論知識的不足在這次實習中表現的很明顯。這將有助于我今后的學習，端正自己的學習態度，從而更加努力的學習。只有這樣我們才能真正的去掌