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1、音频功率放大器设计报告 目录 目录 一一 设计任务和要求设计任务和要求 1 1 1 1 设计任务 1 1 2 设计要求 1 二二 总的设计步骤总的设计步骤 2 2 三 三 设计的方案的选择与论证设计的方案的选择与论证 4 4 3 1 音频功率放大器工作的基本原理 4 3 2 设计过程 4 四 四 电路设计计算与分析电路设计计算与分析 9 9 4 1 电路设计计算 9 4 2 电路中各元器件的功能和参数选择 10 4 3 电路的总体分析 11 五五 MULTISIMMULTISIM 仿真仿真 1212 六六 PROTELPROTEL 软件的应用软件的应用 1515 6 1PCB 图的制作过程 1
2、5 6 2 将设计图用 protel 软件制作的 PCB 17 七 心得体会七 心得体会 1818 心得与体会心得与体会 1818 八 附录八 附录 2020 1 原件清单 20 2 元器件的注意事项 21 3 音频功率放大发展史 22 九 参九 参 考考 文文 献献 2424 一 设计任务和要求 1 1 设计任务 设计并制作一个音频功率放大电路 电路形式不限 负载为扬声器 阻抗 4 1 2 设计要求 技术指标如下 1 输入信号 ui 10mV f 1kHz 2 不失真输出功率 Po 4W 3 负载阻抗 RL 4 4 输入阻抗 20K 5 整机电压增益 Au 200 6 频带宽 50Hz 20
3、kHz 输出波形基本不 失真 二 总的设计步骤 总体设计步骤 开始 研究探讨设计任务及要求 音频功率放大器原理分析 确定总体设计思路 原理图仿真 调试电路以达到设计要求 摘要 这次的模拟电路课程设计题目为音频功率放大器 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 我主要采用了两种方法对其进行了分析和设计 一种利用了 TDA2030 集成 芯片对其进行放大输出 另一种是利用二极管进行偏置的互补对称电路 即分 立元件进行设计放大 期间遇到了不少问题
4、 不过好在在老师的指导 同学的 帮助下终于成功调试成功 设计题目也算比较圆满的完成了 在设计的过程中 首先对自己的设计思路有个整体的认识 即对音频功率放 大器的原理了解 在查阅了很多资料 以及对实验器材有了初步了解以后 利 用课本及一些资料上所描述的同相放大电路和甲乙类互补对称功率放大电路的 基本知识 通过对两种方法的对比评析确定了下面的课程设计 三 设计的方案的选择与论证 3 1 音频功率放大器工作的基本原理 音频功率放大器实际上就是对比较小的音频信号进行放大 使其功率 增加 然后输出 其原理如图 一 所示 前置放大主要完成对小信号的放 大 使用一个同相放大电路对输入的音频小信号的电压进行放
5、大 得到后 一级所需要的输入 后一级主要对音频进行功率放大 使其能够驱动负载 电阻而得到需要的音频 设计时首先根据技术指标要求 对整机电路做出 适当安排 确定各级的增益分配 然后对各级电路进行具体的设计 根据技术指标要求 Po 4W 输出电压 U 4V 要使 输入为 10mv 的信号放大到输出大于 4V 的信号 所需的总放大倍数应大于 400 3 2 设计过程 方案一 图 如上图所示 运算放大器 TAD2030 为电路的驱动级电路 而两个晶体管构 成功率输出级由双电源供电的 OCL 互补功放对称电路 为了克服交越失真 由 二级管和电阻构成输出级的偏置电路 使输出级工作于甲乙类状态 稳定了输 出
6、电压和功率增益 减小了失真 但是 方案中也都是利用到了运算放大器的 放大运算作用 其中利用到了大量的电阻和电容这样对其中的噪声的过滤就会 有很好的作用 但是与此同时 这样的话 元件数太多 焊接的时候会相对比 较复杂 大量生产是所需工作量较大 而且在实际生活中很难找到对外性质完 全相同的两个三极管 因此我放弃了第一个方案 方案二 LM386 是一种音频集成功放 具有自身功耗低 电压增益可调整 电源电 压围大 外接元件少和总谐波失真小等优点 广泛应用于录音机和收音机之中 LM386 电源电压 4 12V 音频功率 0 5w LM386 音响功放是由 NSC 制造的 它 的电源电压围非常宽 最高可使
7、用到 15V 消耗静态电流为 4mA 当电源电压为 12V 时 在 8 欧姆的负载情况下 可提供几百 mW 的功率 它的典型输入阻抗为 50K 但输出功率要求在 4w 以上所以放弃此方案 方案三 音调控制电路大多由 RC 元件组成 利用 RC 电路的传输特性 提升或衰减 某一频段的音频信音调控制电路一般可分为衰减式和负反馈式两大类 衰减式 音调控制电路的调节围可以做得较宽 但由于中音电平也要作很大的衰减 并 且在调节过程中整个电路的阻抗也在变化 所以噪声和失真较大 负反馈式音 调控制电路的噪音和失真较小 并且在调节音调时 其转折频率保持固定不变 而特性曲线的斜率却随之改变 因此我将采用第三种方
8、案 第三种方案包括音频放大电路和集成运放两部分 使较小的输入信号通过 放大后负载有较大的输出功率 以实现音频功率放大效果 总体电路路图如下页 图 二 图二 1 功率放大器的设计 我们的第二种方案选用了 TDA2030 型集成功率放大电路 TDA2030 是德律风根生产的音频功放电路 采用 V 型 5 脚单列直插式塑料 封装结构 按引脚的形状引可分为 H 型和 V 型 该集成电路广泛应用于汽车立 体声收录音机 中功率音响设备 具有体积小 输出功率大 失真小等特点 并具有部保护电路 电路特点 1 外接元件非常少 2 采用超小型封装 TO 220 可提高组装密度 3 开机冲击极小 4 含各种保护电路
9、 因此工作安全可靠 主要保护电路有 短路保护 热保 护 地线偶然开路 以及负载泄放电压反冲等 5 TDA2030A 能在最低 6V 最高 22V 的电压下工作在 19V 8 阻抗时能够 输出 16W 的有效功率 THD 0 1 无疑 用它来做电脑有源音箱的功率放大部 分或小型功放再合适不过了 因此 我将采用 TDA2030 集成运放来实现功率的放大作用 图三 图三 放大倍数大于 20 取 650 22k 得 1 1 22k 650 34 8 集成运放所使用的电压为正负 12 伏特 使输出的电压扩大为原有的 34 8 倍 远远的提升了负载的功率 但是要 想使负载的功率更加大我们可以加后置电路 后
10、置电路同样有集成运放组成大 它的目的是增大输出电压的倍数从增大复杂的功率 实现真正意义生功率放大 2 放大器的设计 图四 使用功率放大器放大功率后 为了使负载得到更大的功率 我选用了同向 比例运算电路 1k 27k 1 28 集成运放的电压为正负 12 伏特 这 样放 大了输出的电压 因而增大了输出的负载功率 方案的确定 第一种方案电路制作较为复杂 不利于加工制造 第二种方案电路的功率 放大倍数较小 在生活中使用的围较小 只是用于部分电路 前两种方案都不 能满足设计的要求 而第三种方案实现了音频功率放大又能减小信号的失真 减少了元器件个数 利于加工制作而且有很强的放大能力试用的围也大大提高 了
11、 而且集成运放将会在我们的生活中更加被普及使用 所以我采取第三种方案经 行音频功率放大 四 电路设计计算与分析 4 1 电路设计计算 1 集成运放放大倍数计算 放大电路的输入信号 基本放大电路的增益 开环增益 XXXf iid 反馈系数 负反馈放大电路的增益 闭环增益 A X X id o X X F o f 由上述公式联立得 所以负反馈放大电路对信号的 X X A i o F AF FA A 1 增益为 式子表明引入负反馈后 放大电路的闭环增益为 A K X X A F s o VSF AF 无反馈时的开环增益的 越大闭环增益下降的越多 所以 A FA A 1 FA 1 是衡量反馈程度的重要
12、指标 负反馈放大电路所有性能的改善程度都 FA 1 与有关 电路中的 650 22k 电阻决定放大器闭环增益 FA 1 输出电压 有效值 6 89V om U 输出功率 Po 11 86W L R U 2 0 电压放大倍974 2 u A i O U U dB 7 592 974lg20 Po PvCreate Netlist 之后在 PCB 图上导入网络表 Design Load Nets 就看见器件哗啦啦的全堆上去了 各管脚之间还有飞线提示连接 然后就可以对器件布局了 需要特别注意 在放置元器件时 一定要考虑元器件的实际尺寸大小 所占面积和高度 元 器件之间的相对位置 以保证电路板的电气性
13、能和生产安装的可行性和便利性 同时 应该在保证上面原则能够体现的前提下 适当修改器件的摆放 使之整 齐美观 如同样的器件要摆放整齐 方向一致 不能摆得 错落有致 这个 步骤关系到板子整体形象和下一步布线的难易程度 所以一点要花大力气去考 虑 布局时 对不太肯定的地方可以先作初步布线 充分考虑 四 布线 布线是整个 PCB 设计中最重要的工序 这将直接影响着 PCB 板的性 能好坏 在 PCB 的设计过程中 布线一般有这么三种境界的划分 首先是布通 这时 PCB 设计时的最基本的要求 如果线路都没布通 搞得到处是飞线 那将 是一块不合格的板子 可以说还没入门 其次是电器性能的满足 这是衡量一 块
14、印刷电路板是否合格的标准 这是在布通之后 认真调整布线 使其能达到 最佳的电器性能 接着是美观 假如你的布线布通了 也没有什么影响电器性 能的地方 但是一眼看过去杂乱无章的 加上五彩缤纷 花花绿绿的 那就算 你的电器性能怎么好 在别人眼里还是垃圾一块 这样给测试和维修带来极大 的不便 布线要整齐划一 不能纵横交错毫无章法 这些都要在保证电器性能 和满足其他个别要求的情况下实现 否则就是舍本逐末了 六 网络和 DRC 检查和结构检查 首先 在确定电路原理图设计无误的前提下 将所生成的 PCB 网络文件与原理图网络文件进行物理连接关系的网络检查 NETCHECK 并根据输出文件结果及时对设计进行修
15、正 以保证布线连接关 系的正确性 网络检查正确通过后 对 PCB 设计进行 DRC 检查 并根据输出文 件结果及时对设计进行修正 以保证 PCB 布线的电气性能 最后需进一步对 PCB 的机械安装结构进行检查和确认 6 2 将设计图用 protel 软件制作的 PCB 七 心得体会 心得与体会 这次模电课设的论文和设计是我这大学期间干的最有意义的事之一 从最 初的选题 开题到写论文直到完成论文 其间 查找资料 老师指导 与同学 交流 反复修改论文 每一个过程都是对自己能力的一次检验和充实 通过这 次实践 我了解了音频功率放大器用途及工作原理 熟悉了音频功率放大器的 设计步骤 锻炼了设计实践能力
16、 培养了自己独立设计能力 此次课程设计为 我们提供了一次将理论学习与实际设计相结合的一次机会 这次模拟电子课程设计我收获很多 比如学会了查找相关资料相关标准 分析数据 提高了自己利用各种专业软件的能力 首先我们学会了用 Multisim 进行仿真 我们从一无所知到能够实现电路的基本仿真 用 PROTEL 进行制作 PCB 板更是对我们的一项挑战 从开始的原理图的确定上 遇到了一个难题 刚开始用 LM386 但在查资料后发现它达不到输出功率 20W 所以用 TDA2030 单 通道的功放 一步一步的做下来 等做好设计的时候才发现这是个美好的过程 其实这么一次的锻炼可以学到书本里许多学不到的知识 坚韧 独立 思考等 完成这次课程设计我觉得收获很多 不但进一步掌握了模电的知识及一门专业 仿真软件的基本操作 还提高了自己的设计能力及动手能力 更多的是让我看 清了自己 明白了凡事需要耐心 实践是检验真理的唯一标准 理论知识的不 足在这次实习中表现的很明显 这将有助于我今后的学习 端正自己的学习态 度 从而更加努力的学习 只有这样我们才能真正的去掌握它 而不是只懂得 一点皮毛 课程设计也暴露出自己
