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1、.“模拟电子技术根底“课程设计系别:理工学院专业:电子信息工程班级:A0922:余长影*:功率放大器一、设计任务与要求1、技术指标 设计一款额定输出功率为10 20W的低失真集成电路功率放大器,要求电路简洁,制作方便、性能可靠。性能主要指标:输出功率:10 20W额定功率;频率响应:20Hz 100kHz3dB谐波失真:3 (10W,30Hz20kHz;输出阻抗:0.16;输入灵敏度:200mV1000Hz,额定输出时2、设计要求A、设计简易直流电源、音调控制级、功率放大级;B、选定元器件和参数,并设计好电路原理图;C、在万能板或面包板上进展电路安装调测;D、测试输出功率;E、测试输入阻抗;F
2、、写出设计报告。二、方案设计与论证由上可知,电源要采用双电源供电,故可以用无输出电容的功率放大电路即OCL电源,电源可以双12V的交流变压器经整流滤波得到,主要考虑功率放大局部。主要有别离器件和集成器件两大类,各有优缺点。经过调试根本上能到达要求。 方案一、采用别离器件的OCL电路原理图如右,静态时,从+VCC经过R1、R2、D1、D2、R3到-VCC有一个直流电流,它在T1和T2管两个基极之间产生的电压为,略大于T1管发射结和T2管发射结开启电压之和,从而使两只管子均处于微导通状态,即都有一个微小的基极电波,分别为IB1和IB2。静态时应调节R2,使发射极UE电位为0,即输出电压uo为0。输
3、入信号的正半周是T1管发射极驱动负载,而负半周是T2管发射极驱动负载,在信号电压很小时,两只管子同时导通,因而它们工作在甲乙类状态,消除了交越失真。假设静态工作点失调,例如R2、D1、D2中任意一个元件虚焊,则从+VCC经过R1、T1管发射结、T2管发射结、R3到-VCC形成一个通路,有较大的基极电流IB1和IB2流过,从而导致T1和T2管有很大的集电极直流电流,以至于T1和T2管可能因功耗过大而损坏。因此,常在输出回路中接入熔断器以保护功放管和负载。该电路的特点:优点:只要调整元器件的参数,既可改变放大倍数和功率,元件选用灵活缺点:元件较多,调试复杂,计算繁多,难以到达设计指标要求方案二、采
4、用集成器件的OCL电路TDA系列IC为引进的国外集成器件,可以装载散热片,采用8根引出脚的单列直插塑封形式。由于管脚数量少,所以外围元件也少,工作可靠,只要连接无误,一般无须调整就能投入正常使用,此外,部具有较完善的过载、过热保护环节,所以不易损坏,即使RL短路也能自动地限制电流,使部功放输出管工作与平安区。还有LM系列功放集成电路也是一种比拟常用的功率放大器件。可以说集成功放是近年来日趋广泛应用的一种功率放大器。在本电路中选用TDA2030作为核心功放器件,由于它的部已经集成了反应电路,所以外部不需要在加反应电路,外部只需加两只音频输入耦合电容和输出RC消振电路即可,不需要其它复杂的计算。如
5、右图所示,该集成块电源电压围为1030V,当电源电压为14V,RL=8时,每声道连续输出12W左右,总谐波失真度为0.01%,足已满足设计要求。该电路的特点:优点:外围元件少,调试方便,布局方便缺点:部集成反应,放大倍数难以改变改变功率只有提高电源电压和负载三、单元电路设计与参数计算1、电源局部直流电压不宜取得过高,否则不仅集成块发热严重,而且音质劣化,还可能引发过压保护电路的误动作。优先使用厂家推荐电压,也可用极限电压得到直流电压,再以直流电压除以得交流电压。电源变压器采用双12V变压器,通过桥式整流后即可得到正负电源。考虑到负载的功率,在选用变压器时要功率匹配,约25W。功放无需使用稳压电
6、源,但电源的功率容量一定要足够。变压器的功率可取总输出功率的两倍,并作好屏蔽。整流管选低阻的。整流电路中二极管的选择,考虑到电网电压的波动围为10%,在实际选用二极管时,至少有10%的余量,选择最大整流电流Ima*和最高反向工作电压U RM由分别为Ima*1.1 IO(AV) =1.1*1.5=1.65AU RM1.56U2 19V考虑到整流桥使用方便,故电路选用整流桥,用4A/600V已经能够满足本功放电路并大有余量或者用4个IN4001组成桥式整流也行,电路如原理图所示。滤波电容容量适可而止,不能要盲目求大,C的取值应满足: RLC(35)T/2故 RL=UO(AV)/IL(AV)=15/
7、1.5=10 C=(35)T/2RL=(35)*1000uF故电容的容量选取约4700。变压器副边电压有效值为12V , 电容的耐压值为U1.11.4112V19V综合上述,故电容选取4700/25V。电源指示直接从变压器次级取交流12V,但要加一个限流电阻R1,R1的取值:发光二极管的工作电流在320mA之间,正向导通压降视型号不同而不同约为1.52.5。在这里取电流为5mA,正向导通压降为2V,则R1=ERMSUF/ 2IF =1k2、功放局部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构造。如图1所示,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
8、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。意大利SGS公司、美国RCA公司、日本日立公司、NEC公司等均有同类产品生产,虽然其部电路略有差异,但引出脚位置及功能均一样,可以互换。电路特点:1.外接元件非常少。2.输出功率大,Po=18W(RL=4)。3.采用超小型封装TO-220,可提高组装密度。4.开机冲击极小。5.含各种保护电路,因此工作平安可靠。主要保护电路有:短路保护、热保护、地线偶然开路、电源极性反接Vsma*=12V以及负载泄放电压反冲等。 6.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
9、率,THD0.1%。无疑,用它来做电脑有源音箱的功率放大局部或小型功放再适宜不过了。引脚情况:1、脚是正相输入端2、脚是反向输入端3、脚是负电源输入端4、脚是功率输出端5、脚是正电源输入端。1脚,2脚正负音频信号输入,100K欧,4脚输出4欧或8欧,电源接5正12伏,3负12伏考前须知:1.TDA2030具有负载泄放电压反冲保护电路,如果电源电压峰值电压40V的话,则在5脚与电源之间必须插入LC滤波器,以保证5脚上的脉冲串维持在规定的幅度。2.热保护:限热保护有以下优点,能够容易承受输出的过载甚至是长时间的,或者环境温度超过时均起保护作用。3.与普通电路相比拟,散热片可以有更小的平安系数。万一
10、结温超过时,也不会对器件有所损害,如果发生这种情况,Po=当然还有Ptot和Io就被减少。4.印刷电路板设计时必须较好的考虑地线与输出的去耦,因为这些线路有大的电流通过。5.装配时散热片与之间不需要绝缘,引线长度应尽可能短,焊接温度不得超过260,12秒。6.虽然TDA2030所需的元件很少,但所选的元件必须是品质有保障的元件。元件参数确实定:同轴双联电位器用作左右声道音量的同步调节,可选47K,这里我用的是高质量电位器只有10K的,用上也可以。高频退耦电容C5、C6一般取100nF。耦合电容一般选用110f / 25V。消振移相电路由该集成快的数据手册可知,电阻选用10,电容选用100nF.
11、关于散热片的大小:有此功放的转换效率,可的功放块的热功率为4.5W,故查TDA2030数据手册,得散热片的规格应不小于40mm30mm15mm四、总原理图及元器件清单1总原理图1K电源局部原理图 功放局部原理图 总组装图 2所需元件清单实验电路板: 1块 2200U/25V滤波电容 2个进口0.1u CBB电容: 4个 进口1u CBB电容: 2个680欧金属膜电阻:2个22K金属膜电阻:4个1欧金属膜电阻 2个小容积22u电容 2个IN4001二极管 4个TDA2030A 2个4A/600V整流桥堆 1个正负12V交流变压器 1个五、安装与调试安装电路板,由于本电路采用功放集成电路,且只有5
12、引脚,看准后,可直接焊在电路板上。按照布局图或PCB图把元件逐一焊接在电路板上,对于二极管或电解电容等有极性器件要用仪器判断好后在焊接。元件全部焊接完成后,在仔细检查几遍,确保器件连接正确后,方可通电测试。 TDA2030的一些参数1测量输出电压放大倍数Au测试条件:直流电源电压12v,输入信号1KH 70 mv振幅值100mv,输出负载电阻分别为4和8。2测量允许的最大输入信号1KH和最大不失真输出功率测试条件:直流电源电压12v,负载电阻分别为4和8。直流电源电压10v,负载电阻为8。3测量上、下限截止频率fH和fL测试条件:直流电源电压12v,输入信号70mv振幅值100mv,改变输入信
13、号频率负载电阻为8。六、性能测试与分析1在实验室里,选用低频信号发生器做信号源,用示波器观察波形,并测量出输出电压的有效值。测试取输入信号频率f=1khz Vi=200mV RL=8/25W,经测量和计算的如下参数:输出电压有效值10.2V输出功率Po=15W电压放大倍35电源平均供应功率15.9V1.13A18W转换效率 %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:fL25HzfH28KHzB=fHfL28KHz 3失真测量由于条件的限制,无法测量失真
14、度七、结论与心得时间总是过得很快,在匆忙中一周的课程设计完毕了,我自己能制作一个高保真音频功率放大器,调试效果还不错,自己第一次动手做出了原来以为很高科技的东西。这其中的兴奋是无法用言语表达的。 学习模电这段时间也是我们一学期最忙的日子,刚完毕的电路分析在我的脑子里还是一团浆,紧接着的模电更是让我昏了头,每个星期的实验都是无从下手。刚接到模电的课程设计的任务,越想月是头痛,想着着是个不可能完成的任务。时间在一天天过去,设计还是没有一点头绪。自己的知识毕竟有限,最后想到了平日接触最多的Internet。时间紧急翻开百度输入电子制作,很快就出现了很多专业的,也有一写发烧友自己的。我仿佛发现了宝藏,里面都是我感兴趣的东西。我根据这次设计的要求确定了我这次设计的课题音频功率放大器。 在一个发烧友的上我找到了一个功率放大器的详细制作方法,也就是我这次制作的TDA2030 音频功放。找到了它的电路应用电路图仔细看了一下似懂非懂,清点了所需的元器件,到电子市场叫老板照单拿货。买了元件离成功就有近了一步。回来忙着焊接,由于用的是万能板