1、學號：豹課程譜題目音頻功率放大器的設計仿真與實現學院信息工程學院專業班級姓名指導教師課程設計任務書學生姓名：專業班級：指導教師：工作單位：信息工程學院題目：音頻功率放大器的設計仿真與實現初始條件：可選元件：集成功放，電容、電阻、電位器若干；或自選元器件。可用儀器：示波器，萬用表，毫伏表等。要求完成的主要任務:（1）設計任務根據技術指標和已知條件，選擇合適的功放電路，如：OCL、OTL或BTL電路。完成對音頻功率放大器的設計、仿真、裝配與調試，并自制直流電源。（2）設計要求輸出功率10W/8Q；頻率響應2020KHz；效率60%；失真小。選擇電路方案，完成對確定方案電路的設計。利用Proteus

2、或Multisim仿真設計電路原理圖，確定電路元件參數、掌握電路工作原理并仿真實現系統功能。安裝調試并按規范要求格式完成課程設計報告書。選做：利用仿真軟件的PCB設計功能進行PCB設計。時間安排：1、2016年12月查閱資料，確定設計方案；2、2017年01月4日-2017年01月7日完成仿真、制作實物等；3、2017年01月8日-2017年01月9日調試修改；4、2017年01月9日-2017年01月10日完成課程設計報告；5、2016年01月11日完成答辯。指導教師簽名：年月日系主任（或責任教師）簽名：年月日目錄TOC o 1-5 h z摘要I HYPERLINK l bookmark22

3、 o Current Document 引言1 HYPERLINK l bookmark24 o Current Document 音頻功率放大器的工作原理及組成2 HYPERLINK l bookmark26 o Current Document 前置放大電路2 HYPERLINK l bookmark28 o Current Document 功率放大電路2 HYPERLINK l bookmark30 o Current Document 方案設計與選擇4 HYPERLINK l bookmark32 o Current Document 功率放大器的選擇4 HYPERLINK l bo

4、okmark34 o Current Document OTL互補對稱功率放大器4 HYPERLINK l bookmark36 o Current Document 用集成器件TDA2030實現5基于TDA2030的雙電源互補對稱功放6基于TDA2030的雙電源橋式推挽互補對稱功放6 HYPERLINK l bookmark40 o Current Document 比較與選擇8 HYPERLINK l bookmark42 o Current Document 整體電路8 HYPERLINK l bookmark44 o Current Document 主要元件：TDA20308 HYP

5、ERLINK l bookmark46 o Current Document 放大電路的基本設計9 HYPERLINK l bookmark48 o Current Document 各模塊功能與設計10 HYPERLINK l bookmark50 o Current Document 放大模塊10 HYPERLINK l bookmark52 o Current Document 輸入模塊11 HYPERLINK l bookmark54 o Current Document 電路原理及分析13 HYPERLINK l bookmark56 o Current Document 電路圖13

6、 HYPERLINK l bookmark58 o Current Document 波特圖輸出如圖13 HYPERLINK l bookmark60 o Current Document 輸入輸出波形仿真14 HYPERLINK l bookmark62 o Current Document 仿真波形情況14 HYPERLINK l bookmark64 o Current Document 靈敏度測量15 HYPERLINK l bookmark66 o Current Document 實際測試16 HYPERLINK l bookmark68 o Current Document 主要

7、元件介紹及參數17 HYPERLINK l bookmark70 o Current Document TDA203017 HYPERLINK l bookmark72 o Current Document TDA2030參數17 HYPERLINK l bookmark74 o Current Document TDA2030介紹181N4007G基本參數182N2222A基本參數18 HYPERLINK l bookmark76 o Current Document 電路仿真與調試19Proteus仿真19 HYPERLINK l bookmark78 o Current Document

8、 Multisim軟件對直流穩壓電源仿真20 HYPERLINK l bookmark80 o Current Document 實物展示21 HYPERLINK l bookmark82 o Current Document 元件清單22 HYPERLINK l bookmark84 o Current Document 心得體會23 HYPERLINK l bookmark86 o Current Document 參考文獻25 I摘要音響放大器的設計目的是為了更好的掌握集成功率放大器內部電路工作原理，學會其外圍電路的設計與主要性能參數測量方法以及掌握音響放大器的設計與電子線路系統的裝試和

9、調試技術。本文主要介紹了基于TDA2030以及LM324的音響功放電路和前置放大電路。其中前置放大電路基于2N2222型號的BJT共集放大電路，功放電路基于TDA2030芯片，功放電路采用單電源互補對稱放大電路。關鍵詞TDA2030、射級跟隨器輸入級、單電源供電的TDA2030基本應用電路。模擬電子技術基礎課程設計 1引言音頻功率放大器是功率集成電路中的一個重要組成部分,并且廣泛應用于消費類電子產品中。我國是全球最大的消費類電子商品市場和生產基地,音頻功放的需求日益增加,因此研究音頻功率放大器具有非常重要的意義。本文中介紹的是有前置放大電路和第二級功放電路構成的印象放大電路，其中前置放大電路主

10、要作用是將通過3.5mm音頻插頭傳入的微弱音頻信號進行放大，TDA2030基本應用電路的作用是將前置放大后的音頻信號進行二次放大并帶動揚聲器發聲。TDA2030的輸出功率大，失真小，有內部保護電路，最大輸出功率能夠達到35W左右，其靜態電流小，帶負載能力強，可帶動416Q的揚聲器。共集放大電路則具有以下特性：1、輸入輸入信號與輸出信號同相；2、無電壓放大作用，電壓增益小于1且接近于1，因此共集電極電路又有“電壓跟隨器”之稱；3、電流增益高，輸入回路中的電流輸出回路中的電流和ic；4、有功率放大作用；5、適用于作功率放大和阻抗匹配電路。2音頻功率放大器的工作原理及組成音頻功率放大器最主要組成部分

11、是音頻放大器，用于對各種音源輸出的音頻信號進行加工處理和不失真的放大，使之達到一定功率，然后去推動揚聲器發聲。音頻功率放大器一般由兩部分組成，第一部分是前置放大器，第二部分是功率放大器。音頻功率放大器的系統框圖如圖2.1。前置放大（對輸入的音頻信號進行處理）功放電路二（對音頻信號進一步放大并推動揚聲器發聲）圖2.1音響放大器的系統框圖2.1前置放大電路日常生活中話筒的輸出信號非常小，若直接通過功放電路輸出則可能達不到功率要求，故應采用前置放大電路對輸入信號進行第一次放大。前置放大器是把音頻信號放大，使放大后的信號在功率放大器的輸入范圍內。音響放大器輸入的聲音差別很大，輸出電壓范圍也很大。前置放

12、大器的主要作用有以下兩個：第一是阻抗相匹配，第二是電壓幅度和靈敏度相匹配。前置放大器的要求一是功率管的噪聲要很低，二是保證它的頻帶足夠寬，這樣才可以保證信號不失真的輸出。2.2功率放大電路功放應該具有向負載輸出大信號功率的能力，即負載電阻上的信號電流、電壓的幅度都要求較大。功率放大器的主要任務是向額定的負載輸出額定的“不失真”信號功率。功率放大器是整個放大器系統的主體部分。它的設計制作水平對整個系統的音質起著十分重要的作用。功率放大電路的性能指標有以下幾個：（1）輸出功率：輸出功率是指功率放大器負載上所能獲得的功率。直接決定了功率放大電路的放大效果，是評定功放電路的主要性能指標。本次課程設計所

13、要求的輸出功率為8W。（2）頻率響應：當頻率超出放大電路的通頻帶時輸出信號會有明顯的衰減，所以在設計中應該盡可能的是功放電路的通頻帶包含20Hz20kHz的人可以聽見的頻率范圍（本次課程設計要求20Hz20kHz）,功放電路的頻率響應特性決定了音響電路對不同頻率的音頻信號的輸出效果。3）輸入阻抗：輸入阻抗越大則其索取信號能力越強，所以較高的輸入電阻可以減少信號的損失。3方案設計與選擇音頻功率放大器電路設計已經比較成熟，前置放大器主要是對信號進行初步放大原理基本相同，效果相差不大故在此采用較為實用的基本共集電極放大電路。功率放大電路采用基于TDA2030的放大電路，在此對幾種普遍使用的功放電路進

14、行介紹并對其主要特性進行比較。功率放大器的選擇OTL互補對稱功率放大器t3組成互補對稱功率放大電路的輸出級，且t2、t3工作在乙類狀態;功率放大器采用射極輸出器，提高了輸入電阻和帶負載的能力。OTL電路通常由兩個對稱的異型管構成，因此又稱為互補對稱電路，圖3-1為單電源OTL互補對稱功率放大電路。電路中耳是推動級(電壓放大，也叫激勵級)，其中R”、Rb2是T勺基極偏置電阻，Re為T_發射極電阻，&為T_集電極負載電阻，它們共同構成T_的穩定靜態工作點；t2、C為輸出耦合電容。圖3.1單電源OTL互補對稱功率放大電路性能分析：乙類互補推挽功放(OTL)的輸出功率的計算公式如下：輸出功率：P=uI

15、=U2/R1(3.1)oooo2gI輸出最大功率：P=uI=UR=U2R=V2-(8R7)omooo2Iom2IcckV顯然Pom與電源電壓及負載有關(3.2)當輸入功率為8W,阻抗8W時，有：P=V2一（8R）omcc另y=8x8x822.6VCC則電路所需的電源為22.6V。3.1.2用集成器件TDA2030實現TDA2030簡介：TDA2030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。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。電路特點：.外接元件非常少。（基本應用電路圖3.2）.輸出功率大，P

16、o=18Wg=4Q）。.采用超小型封裝（TO-220）,可提高組裝密度。.開機沖擊極小。.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。.TDA2030A能在最低土6V最高22V的電壓下工作在19V、80阻抗時能夠輸出16W的有效功率，THDW0.1%。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。圖3.2使用單電源供電的TDA2030基本應用電路3.1.3基于TDA2030的雙電源互補對稱功放12.nvC1HI-1jjFVFFTR412V圖3.3基于TDA2030的雙電源互補對稱功放3

17、.1.4基于TDA2030的雙電源橋式推挽互補對稱功放VCC圖3.4雙電源橋式推挽功放電路橋式推挽功放電路利用雙電源供電，最大效率可達78.5%，并且使用使用雙電源由計算公式：P=2VV-(nR)(3.3)vccom厶/知使用雙電源時必。為單電源的2倍，可以獲得更大的輸出功率。如圖5為雙電源互補對稱放大電路的圖解。3.1.5比較與選擇通過比較，使用分立元件需要的元件較多，且必須考慮三級管的各種性能上的差異，和保護電路，并且該電路所需要的電源要求較高，功耗也比較大，輸出效率比較低。使用集成電路，外圍電路簡單，容易實現各項功能。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

18、計任務和要求。而橋式推挽功放在相同的條件下，電源利用率（理想情況下）是100%，比OTL或OCL電路提高了50%，TL輸出功率是OCL或OTL的四倍但電路形式更為復雜，使用不方便。綜上本次課程設計，單電源互補對稱放大電路只需要一個電源，并且要求的輸出功率為0.5W，單電源互補對稱放大電路和橋式推挽功放兩種電路均可以滿足，故采用單電源互補放大電路。整體電路主要元件：TDA2O3OTDA2030A的外形和引腳圖如圖3.1所示。1-同相輸入端，2-反相輸入端，3-負電源端，4-輸出端，5-正電源端。圖3.3圖DA2030A引腳圖TDA2030A音頻集成功放主要參數如表3.1所示:表3.1TDA203

19、0A音頻集成功放主要參數電源電壓VCC318V輸出峰值電流3.5A輸入電阻0.5MQ電壓增益30dB頻響帶寬(BW)0-140kHz放大電路的基本設計整體電路設計：使用TDA2030加少量外圍元件，輸入端使用共集放大電路增加輸入阻抗。220UF11N4007GKey=A圖3.4放大器Multisim仿真圖TIME朋R5-VA-151kO各模塊功能與設計3.3.1放大模塊根據TDA2030的經典應用電路，在Multisim中的電路如圖3.3.1所示。a）電路工作原理：該電路使用15v的單電源供電，TDA2030作為功率放大器，電阻R5和R4構成電壓串聯負反饋電路，其電壓放大倍數：Auf1+R5R

20、4（33）其值為30.6。b）為了TDA2030能夠正常工作，1腳和2腳的電壓必須相同。其中R2和R3起分壓作用，使1腳的工作電壓Vcc/2O22uF的電容是Vcc/2電壓的濾波電容，為防止1腳電壓產生大波動。輸出端接的1Q電阻和0.1uF電容式防止電路產生自激振蕩。c）2個二級管為保護TDA2030作用，防止電源反接時流過電流運放過大。R7為滑動變阻器，改變輸入端的電阻，可以改變輸入信號的大小。d）當電壓Vcc=15V時，電路的輸出功率可以達到8W以上。15V：C6：D4:：C3:vcc:亠4.7UFR3-VWWOfcQ：:204(Q80%:Key=A;:;i:;.ft?：:C1:-U1C2

21、-dt-2.2mF-|1TBA7030VA151ko：R65.1koR2iOdkOC7tL?為DJ1N4OQ7G:_LC5Q.lpF：圖3.5TDA基本應用電路Multisim仿真輸入模塊基本共集放大電路：共集放大電路又叫射極跟隨器，放大電路的放大倍數接近1，該放大電路的輸出跟輸入信號相同，即輸出信號隨輸入信號的變化發生相同的變化，具有“跟隨”的作用。它具有輸入電阻大（索取信號能量的能力大），輸出電阻小（給予負載信號能量的能力大）的特點，可以做多級放大器的輸入級。圖3.6以共射放大電路作為輸入級的Multisim仿真電路如圖3.6所示，其中三級管使用2N2222A。放大倍數為100300倍2N

22、2222A是一種最常用的普通三極管。它是一種低電壓，大電流，小信號的NPN型硅三極管特性：封裝：T092極性：NPN主要參數：60V,0.8A,500mW,300MHZ,HFE=100300理論計算：由圖可計算得，共集放大電路的放大倍數約等于1。RL負載電阻約為20kQ其中輸入阻抗的計算，由共集放大電路的輸入阻抗公式可得：厲=金+(1+0)匕即匕(3.4)由于2N2222的廠血約為1k，Re為3K，R2為200k對輸入電阻作近似計算R.=(200*3)/200150k故此電路的輸入阻抗近似為150k4電路原理及分析4.1電路圖根據要求，仿真軟件選用Multisim和Proteus,在軟件中連接

23、電路如圖4.1所示:rR9-沁、一ZJitiFR0：3kDR3：-vw-昶OK且D3丁.1N4407G-20kl-80%-KW-A:.：J：R21dOkt9i-i-1N4(|iH7GOkCl1：0|K?130也Lf2i-r-_r_r圖4.1放大器電路Multisim仿真圖4.2波特圖輸出如圖由圖4.2可以看出,其仿真的結果,在20Hz-20kHz內的波形放大能力基本保持不變化。符合題目要求。圖4.220Hz20kHz的輸出波特圖輸入輸出波形仿真4.3.1仿真波形情況選用信號源1kHz，輸入lOOmvp，將R7調節到0%的位置。用示波器觀察仿真電路的情況。ZF波器-XSC1時間20.197s20

24、.197s0.000E通道_A通道丄196.676mV6.004V196.676mV6.004V0.000V0.000V時基反向保存外觸發通道A通觸岌圖4.3輸入輸出波形Multisim仿真圖其中，在仿真電路中Auf30.6由上圖仿真可得，當輸入為196.676mV時，輸出值為6.004V。則放大倍數Auf=6.004/0.196730.5。與近似計算理論值30.6比較接近。符合要求。靈敏度測量圖4.4出現輕微失真的靈敏度測量Multisim仿真圖當繼續增大輸入電壓到100mVp時，輸出波形開始出現失真的現象，此時在輸入端接入電壓表，可以測量得電壓為144mV。則輸入靈敏度為144mV。5實際

25、測試J*呱心嚴QJQ0O*a5ttQJMDv圖5.1輸出波形設置IIf圖5.2輸出波形圖It細R1GOLDS2W2DtGITW.03QLL03COFE/祐臨的iOOblHz2Gsp0蹴冊TJf*由圖中可以看出，實物能夠起到放大作用，并且調整輸出功率在相應要求內，波形相應變化且不失真。符合要求。6主要元件介紹及參數6.1TDA20306.1.1TDA2030參數毛專電壓(Vs)*22V燧入電壓卻“)vsv崔沁入電莊西15V喔胃撾U電忍閔3.5A桂肢E莖(PtOtKVS20W-40*+1SflC呼fiS結iflCT-4C15OCg外接元件少“21.輸岀功率較大，Fc=lfiW(RL-4Q*3.采用

26、超小型封裝(TO-220).可提高組裝密度藥.開扒沖擊按芯5.內含各種探護電踣，因此工作安全可歳主萇保護電路育；姮路保護、熬保護、地線偶燃幵路、電瀝後性主萼特性反接2觀“1丹臥境員載泄敲電圧反沖等*<DA2030A能衣土旳到2藥的電胚下工作.在士1眈、Ed阻抗時能夠輸出1的的有效功辜，THDW61緘圖6.1TDA2030參數TDA2030介紹TDA2030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。如圖11所示，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

27、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。Iczlstucu口u=rurw-Vh1NVEHT1MC5IN圖6.3TDA2030封裝6.21N4007G基本參數最大平均正向電流(A):1峰值反向電壓Vrrm(V):1000最大全周期正向壓降VFM(V):1.100最大非重復浪涌電流IFSM(A):30最大反向電流IR(mA):0.010封裝/溫度(C):DO41/-651756.32N2222A基本參數極限工作電壓：60V最大電流允許值：0.8A最大工作頻率:1007電路仿真與調試本次課程設計選擇的Multisi

28、m和Proteus兩種仿真軟件，以上只列出了Multisim一種軟件的仿真，在合作之下，我們做出了Proteus的仿真，如下。7.1Proteus仿真圖7.2直流穩壓電源和放大器電路的Proteus仿真7.2Multisim軟件對直流穩壓電源仿真a網HJ:0*C3:1：0pFD4.1N400ZTiQQQ1M400圖7.3直流穩壓電源的Multisim仿真萬朋奏-XMM1X15.203V設畫-圖7.4Multisim中萬用表測直流穩壓電源輸出端8實物展示圖8.1穩壓直流電源和放大器實物正面圖8.2穩壓直流電源和放大器實物背面9元件清單元件清單如表9.1：表9.1元件清單名稱規格數量名稱規格數量電

29、阻lOOkQ2電容2200uF1電阻10002電容4.7uF1電阻4.7kQ1電容1uF1電阻51k01電容0.1uF1電阻101電容220uF2電阻20kQ1BJTIN40077電阻3k01插頭1電阻2OOk01芯片LM317AH1電阻30001運放TDA20301電阻3k01喇叭1電容1uF2話筒110心得體會此次課程設計驗證了TDA2030基本應用電路和共集放大電路的組合對音頻信號的放大，自主選擇了元件參數并參與選購，做出了音頻功率放大器和直流穩壓電源的實物并且進行了測試。在此過程中發現自己獨立設計電路的能力不足，在直流穩壓電源的第一次設計時，未考慮到電容的最高擊穿電壓甚至接反了電容正負

30、極，這直接導致了在插上電源過段時間后電路中電容的爆炸。在實際測試過程中發現理論可行跟實際可行之間有一定的偏差，再設計電路時應該綜合考慮元件實際的誤差和運行時發熱等對其參數的影響。更有在實物中線路的電阻問題，這與在軟件上仿真是完全不同的。通過本次課程設計，將模擬電子電路中的有關功率放大，負反饋，集成運放電路等知識進行了運用，在一次次失敗中一點點發現問題然后去修改電路，重新摸索，是一種完全不同的學習方式，在電路的設計過程中發現很多基礎的知識都遺忘了所以不得不一次次的重新翻開課本去熟悉相關的內容。在搜集資料的過程中，發現在網絡上有很多聚集了很多高水平的電子愛好者的論壇、網站，如電子愛好者之家，在這里尋找資料同時也會被他人精妙的設計所吸引，從而對電子技術產生興趣，在很多作品中發現理論上的知識在實際運用中需要進行必要的修改和精簡，而且很多電路設計中的原理都是相同的掌握了它的本質，就能根據自己的需要進行更改、組合，從而形成新的電路。另外發現了一本電子制作的雜志，內容豐富，半月一刊，內容不