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1、音频功率放大器设计报告目录：一.设计任务和要求11.1 设计任务：11.2 设计要求：1二.总的设计步骤2三设计的方案的选择与论证43.1音频功率放大器工作的基本原理43.2 设计过程4四电路设计计算与分析94.1电路设计计算94.2电路中各元器件的功能和参数选择104.3电路的总体分析11五MULTISIM仿真12六PROTEL软件的应用156.1PCB图的制作过程156.2将设计图用protel软件制作的PCB17七心得体会18心得与体会18八附录201原件清单202元器件的注意事项213.音频功率放大发展史22九参 考 文 献24一.设计任务和要求1.1 设计任务：设计并制作一个音频功率
2、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：Po4W；(3)。负载阻抗：RL=4；(4)。输入阻抗：Ri20K；(5)。整机电压增益：Au200；(6)。频带宽：fLfH=50Hz20kHz，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
3、、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，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
4、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：Po4W,输出电压U=Po RL 44 =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40
5、0。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
6、身功耗低、电压增益可调整、电源电压范围大、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，它的电源电压范围非常宽，最高可使用到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。图二方案三：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范围可以做得较宽，但由于中音电平也要作很大的衰减，
7、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（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
8、率大、失真小等特点。并具有内部保护电路。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.内含各种保护电路，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，THD0.1%。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R4=650, R5=22k,得1+ R5/R4=1+22k/650=34.8
9、。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。 R2=1k ，R3=27k 1+R3/R2=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，在生活中使用的范围较小，只是
10、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范围也大大提高了。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）：=，反馈系数，负反馈放大电路的增益（闭环增益）：。由上述公式联立得：=，所以负反馈放大电路对信号的增益为。式子表明引入负反馈后，放大电路的闭环增益为无反馈时的开环增益的。越大闭环增益下降的越多，所以是衡量反馈程度的重要指标，负反
11、馈放大电路所有性能的改善程度都与有关。电路中的R4=650, R5=22k电阻决定放大器闭环增益。 输出电压（有效值）6.89V输出功率Po=11.86W电压放大倍974.2（dB）=Po/PvPom/Pv=(/4)(Uom/VCC)= (/4)(6.89/12)= 45%2频率响应测试在保证输入信号Ui大小不变的条件下，改变低频信号发生器的频率。用交流毫伏表测出Uo=0.707Uom时，所对应的放大器上限截止频率fH和下限截止频率fL,算出频带宽度B:fL20HzfH20KHzB=fHfL20KHz4.2电路中各元器件的功能和参数选择C1 =10uF ，C7=10uF为低频旁路电容，C8 =
12、0.01uF为高频旁路电容。R8，C5 组成了输出相移校正网络，使负载接近纯电阻。电容C3是输入耦合电容。R5,C2 ,R4； R2 ，R3，C6 分别组成了两个反馈网络。用来放大输入信号。 因为是低频旁路电容，因此应该选用容值较大的电容。他们可以过滤掉直流电源中低频交流的部分，防止去对元器件工作是的影响。高频旁路电容，防止电路产生自激振荡，进而防止了信号的失真。R8，C5 组成了输出相移校正网络，可以有效的输出波形的相移，是输出的波形与输入的波形相位相差2K,以因相移所引起的失真。所以电阻值不能太大，R8=1, C5=1.0uF。电容C3是直接耦合的电容，直接影响到经过TAD2030放大后信
13、号传输大下一级的大小，因此在选择的时候既要保证电容可以过虑直流分量又要保证传输的信号不能失真。所以我选择了2。2uF的电容。R5, C2 ,R4； R2 ，R3，C6 分别组成了两个负反馈网络。负反馈网络虽然减小了原件的放大倍数，但是负反馈电路稳定静态工作点，和放大倍数。可以减少非线性是真，扩展频带，改变了放大器的输入和输出阻抗。C2 ，C6 是两个滤波电容，而电阻的阻值又直接决定了放大倍数的大小。R5 ，R3 的值越大，R4 ，R2 的值越小电路放大倍数越大，负载输出的功率越大。但是选取的时候又要防止因放大倍数过大而引起的信号失真。因此我选用R5=22k，R4=650，R2=1K，R3=27
14、K。即放大了倍数有保证了输出信号不失真。两个集成运放分别使用与音频功率放大和电压放的。两个集成运放的使用增大了电路的适用范围。为了模拟音频信号我将利用函数发生器发射出的争先信号模拟生活中的声音信号。4.3电路的总体分析 音频功率放大电路主要由两部分组成，分别是音频功率放大和后置电路两部分组成。将小信号通过音频功率放大器TDA2030后，在通过集成运放NE5532P输出信号。使负载得到一个相对大的功率。该电路采用电压反馈，稳定了输出电压，并且负反馈不但稳定了放大倍数而且使频带展宽。展宽频带后是输入信号的频率范围增大。并且在电路中采用了多个电容经行滤波，减少因直流电源含有的交流分量和自基震荡所引起的输出信号失真。五Multisim仿真在仿真软件Multisim中，首先，我们第一步是绘制功率放
