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1、1河南城建学院电子线路设计课程设计说明书设计题目： 音频功率放大电路 专 业： 计算机科学与技术 指导教师： 杜小杰 班 级： 0814141 学 号： 081414108 姓 名： 娄莉娟 同 组 人： 罗含霜 计算机科学与工程学院2016 年 6 月 6 日 2音频功率放大电路的设计摘 要：本文介绍的是音频功率放大器，简称音频功放，音频功率放大器主要用于推动扬声器发声，凡发声的电子产品中都要用到音频功放，比如手机、MP4 播放器、笔记本电脑、电视机、音响设备等给我们的生活和学习工作带来了不可替代的方便享受。关键词：TDA 2030；功率放大；电压串联负反馈；串联三极管：3目 录1 设计目的
2、及要求 12 设计原理图的总体功能框架； 23 总体设计 34 详细模块设计 45 各种报表的生产结果截图以及电档 56 PCB 设计及 3D 想过图 6 7 总结，收获与体会 78 参考文献 841 前言在介绍音频功率放大器的文章中，有时会看到“THD+N” ，THD+N 是英文 Total Hormonic Distortion +Noise 的缩写，译成中文是“总谐波失真加噪声” 。它是音频功率放大器的一个主要性能指标，也是音频功率放大器的额定输出功率的一个条件。 THD+N 性能指标 THD+N 表示失真+噪声，因此 THD+N 自然越小越好。但这个指标是在一定条件下测试的。同一个音频
3、功率放大器，若改变其条件，其 THD+N 的值会有很大的变动。 这里指的条件是，一定的工作电压 VCC(或 VDD)、一定的负载电阻 RL、一定的输入频率 FIN（一般常用 1KHZ） 、一定的输出功率 Po 下进行测试。若改变了其中的条件，其 THD+N 值是不同的。例如，某一音频功率放大器，在VDD=3V、FIN=1kHz、RL=32、Po=25mW 条件下测试，其 TDH+N=0.003%，若将 RL 改成16 欧，使 Po 增加到 50mW，VDD 及 FIN 不变，所测的 TDH+N=0.005%。 一 般说，输出功率小（如几十 mW）的高质量音频功率放大器（如用于 MP3 播放机）
4、，它的 THD+N 指标可达 10-5，具有较高的保真度。输出几百 mW 的音频功率放大器，要用扬声器放音，其 THD+N 一般与为 10-4；输出功率在 12W，其 THD+N 更大些，一般为 0.10.5%.THD+N 这一指标大小音频功率放大器的结构类别有关（如 A 类功放、D 类功放） ，例如 D 类功放的噪声较大，则 THD+N 的值也较 A 类大。 这里特别要指出的是资料中给出的 THD+N 这个指标是在 FIN=1kHz 下给出的，在实际上音频范围是 20Hz20kHz，则在 20Hz20kHz 范围测试时，其 THD+N 要大得多。例如，某音频功率放大器在 1kHz 时测试，其
5、 TDH+N=0.08%。若 FIN 改成 20Hz-20kHz,，其他条件不变，其 THD+N 变为小于 0.5%。 过去有用“不失真输出功率是多少”这种说法来说明其输出功率大小。这话的意思指的是输出的峰峰值没有“削顶”现象出现，即 Vout(P-P)=Vcc-（上压差+下压差）这种说法是不科学的。即使不产生削顶，它也有一定的失真。较科学的说法是 THD+N在某一指标下可输出的功率是多少。51 设计目的及要求1.1 设计一个音频功率放大器，准确地理解有关要求，独立完成系统设计，要求所设计电路具有以下功能： （1）采用直接耦合的功率放大器。额定输出功率 10W，负载阻抗 8。（2）具有合适频响
6、宽度、保真度要好、动态特性好。（3）原则上采用分立元件设计。（4）所设计的电路具有一定的抗干扰能力；（5）PCB 文件生成与打印输出。1.2设计内容（1）画出电路原理图；（2）确定元器件及元件参数；（3）进行电路模拟仿真；（4）SCH 文件生成与打印输出；（5）PCB 文件生成与打印输出。1.3编写设计报告写出设计的全过程，附上有关资料和图纸，有总结体会。1.4答辩在规定时间内，完成叙述并回答问题。2 设计原理图的总体功能框架2.1 设计思路采用 TDA2030 运算放大器，两个晶体管和一些电容、电阻组成音频功率放大电路，TDA2030 运算放大器为电路的驱动级电路，而两个晶体管是为了更好地放
7、大电流，使电路的功率进一步放大，而电容有滤除噪声的功能，而且电路有保护电路，电源可以接到 30V。621345TDA 01-正相输入端 2-反相输入端 3-负电源输入端 4-输出端 5-正电源输入端图 1 TDA 2030 集成放大的外围引脚号2.2 整体电路框图输入音 频信号 驱动级运算放大电路负反馈电 路输出级保护、分 压电路图 2 总体设计框图3 总体设计7表 1 元件清单元件 型号 数量R=100k3R=66k 1R=3.3k 1R=1.5 2R=11电阻R=8 1C=100nF 1C=220nF 2C=220uF 1C=2.2uF 1C=10uF 1电容C=2.2mF 1TIP31A
8、(NPN) 1三极管TIP32A(PNP) 1运算放大器 TDA2030 1二极管 IN4001 2根据模电所学的知识得出，输出电压：Uo=Ui(R 7+R4)/R4反馈系数：F=Ui/Uo=R 4/(R4+R7)电压放大倍数：Au=Uo/Ui=1/F=(R 4+R7) /R输出功率：Po=IoUo代入电阻的阻值得出：输出电压 Uo=21Ui 反馈系数 F=1/21=0.0476电压放大倍数 Au=21当输入信号 Ui=100mV ,输入频率 f=1000Hz，直流电源电压为 15V，负载电阻为 8时调试得电路中出现噪声干扰，在电路中加电容消除干扰。再次仿真噪音消除，观察电流表，电压表读数输出
9、电压 Uo 和输出电流 Io 的数值Uo=9.012V Io=1.131A由此得出，电路的输出功率 Po=IoUo10.0226W8电压放大倍数 Au=2.098/0.1=20.984 详细模块设计4.1 原理分析如图 3，C 1为耦合电容，R 1、R 2和 R 串幷联具有分压作用。图 4 信号是从运算放大器TDA2030 的同相输入端输入，输出端输出进行放大。图 5 电路是电压串联负反馈电路，驱动级变为了一个同相比列运算放大器，输入信号通过驱动级电路进行放大 -+V?GNDOUTA0IPort图 3 保护分压电路 图 4 驱动级运算放大电路图 5 负反馈电路图 6 C1为耦合电容，R 1、R
10、 2和 R3有分压作用，电容和电阻都是为了稳定电路的静态工作点，如图 4 信号是从运算放大器 TDA2030 的同相输入端输入，而电路又引入电压串联负反馈电路，驱动级变为了一个同相比列运算放大器，输入信号通过驱动级电路进行放大，图 5 两个三级管工作在放大区，两个三极管是串接，又与运算放大器的输出相接，更好地使输出电流放大，从而增大了输入信号的电压和电流，达到功率放大的目的。5 各种报表的生产结果截图以及电子档910FILE NAME:BY:DATE:PAGE:New Project 最 最 最 .pdsprj2016-6AUTHORA B C D E F G H J KA B C D E F
11、 G H J K01234567890123456789C:Documents and SetingsAdministrator桌 面 New Project 最 最 最 .pdsprjPATH: 1of1REV:REVTIME:10:1:24DESIGN TILE:Ne Project 最 最 最 .pdsprjV110mVC12.uFC210uFC32.mFC41uFC520nF C620uF C720nFR110kR210kR310kR43.kR51.5R61.5R76k R81k12 453 U1TDA203D11N401D21N401Q1TIP32Q2TIP32+15VR98总体图6
12、 PCB 设计及 3D 想过图11PCB 模板图3D 图1213总体图7 总结，收获与体会通过这两周的学习，我深刻认识到自身的不足，对知识的严重匮乏。意识到自己所学的是表面性的理论的，通过设计发现真正做一个东西需要考虑那么多的问题，通过老师和同学的一些讲解逐渐了解加深了些。让我能够充分地利用所学过的理论知识还有自己的想象能力，另外还让我学习查找资料的方法以及加强自己分析电路，设计电路的能力，在这两个星期里我真的是受益匪浅，除了加强了分析电路和设计电路的能力外，对模电知识更加巩固了，而且扩大了我的知识领域，同时也发现了自己的很多不足之处。另外，通过这次课程设计，我也发现了还是对软件不够精通， ，
13、许多时候都不知道在哪里进行这个步棸的分析，这让我知道在以后的学习生活中应该更多的去熟悉一些常用的软件的操作，这次课程设计我们先是上网查找资料，再进行选题，我选的是音频功率放大电路，因为这个电路在生活中太常见了。音频功率放大电路简称音频功放，音频功率放大器主要用于推动扬声器发声，凡发声的电子产品中都要用到音频功放，比如手机、MP4 播放器、笔记本电脑、电视机、音响设备等给我们的生活和学习工作带来了不可替代的方便享受。我们学习的电路设计只是一个全理论性的东西，这次设计升华到了一个实践的过程，还有动手制图，也提高了动手的能力。设计这个音频功率放大电路我们用了一个集成放大器 TDA2030 来实现，根
14、据虚短虚断原则，利用电阻的比值来求得所需的放大倍数。因为放大电路是追求电压电源确定的情况下输出尽可能大的功率。我们利用 OCL来实现。为了提高转换效率，我围绕放大电路的频率响应和消除非线性失真来改进电路，因此用电阻来保护电路。OCL 会产生交越失真，为消除失真应选定合适的静态工作14点，是电路的三极管均工作于临界或微导通状态，我们利用二极管来实现。因为二极管的单向导电性，最后在输出端加一个电容来保证电路的低频性良好。总之，通过这次课程设计我意识到自己以前所学知识的肤浅，不能利用所学的解决生活中存在的一些问题，这次课程设计增强了我设计能力和分析能力，也给了我很大的启发，知识如海洋般广阔，是学不到尽头的，以后我要看更多的书，学更多的知识，多动手实践，扩大自己的视野。我相信只有这样，才能提高自己的水平。为自己在社会上的定位打下坚实的基础。8 参考文献1 康华光.电子技术基础(数字部分 )(第五版)M北京：高等教育出版社 ,2006.12 何希才.常用集成电路简明速查手册M 北京：国防工业 出版社， 2006.83 刘福太.电子电路M 北京：科学出版社 ,2007.104 及力.实用设计教程M北京： 电子工业出版社， 2009.11
