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1、1设计题目：音频功率放大电路2、设计任务目的与要求：要求：设计并制作用晶体管和集成运算放大器组成的音频功率放大电路，负载为扬声器，阻抗8.、指标：频带宽50HA20kHZ输出波形基本不失真；电路输出功率大于 8W输入 灵敏度为100mV输入阻抗不低于47。3、整体电路设计：方案比较： 利用运放芯片LM1875和各元器件组成音频功率放大电路，有保护电路，电源 分别接+30v和-30v并且电源功率至少要50w,输出功率30w。 利用运放芯片TDA2030和各元器件组成音频功率放大电路，有保护电路，电源 只需接+19v,另一端接地，负载是阻抗为 8的扬声器，输出功率大于8w0 通过比较，方案的输出功
2、率有30w,但其输入要求比较苛刻，添加了实验难度。 而方案的要求不高，并能满足设计要求，所以选取方案来进行设计。整体电路框图：元器件和电源单元电路设计及元器件选择： 单元电路设计：功率放大器按输出级静态工作点的位置可分为甲类、乙类和甲乙类三种；若按照输出级与负载的耦合方式，甲乙类又可分为电容耦合 （OTL耦合）、直接耦合（OCL 电路）和变压器耦合三种。变压器耦合容易实现阻抗匹配，但体积大，较笨重。又OCL电路电源输入要求较高，所以采用OTL电路。采用单电源的OTL电路不需 要变压器中间抽头，但需要在输出端接上大电容，且低频特性不如OCL好。根据“虚短”、“虚断”的原理，利用电阻的比值，可求得
3、电路所需的放大倍数，其中 可加入一个电位器替代反馈电阻，这样就能够实现电路放大倍数的调整。因为功 率放大电路是追求在电源电压确定的情况下，输出尽可能大的功率，可以采取 OTL电路来实现。为了提高转换功率，我们要对电路进行改善，这主要围绕功率 放大电路频率响应的改善和消除非线性失真来改进电路，因此要用到若干个电阻电容来保护电路。OTL电路会产生交越失真，为了消除这种失真，应当设置合适 的静态工作点，使电路中的两只放大管均工作在临界导通或微导通的状态，这可 以通过加入两个二极管来实现， 因为二极管具有单向导电性。 或者将两个有一定 对称性的NPN和PNP三极管的基极分别和TDA2O30勺两个电源输
4、入端相连。最后 在输出端，还要加一个大电容来保证电路的低频性良好。 在接有感性负载扬声器 时还要加入一个电阻和一个电容来减少电路的自激振荡，确保高频稳定性。 元器件选择：如下面的系统原理图所示，C2为输入耦合电容，应选取较小的电解电容；R1、R2、R3和C7的作用是组成运放TDA2030的输入偏置电路，取R1=R2=R3可计算 得TDA2030正向输入端的电压为0.5VCC,而电容C7的作用是可以稳定这个电位。 另外，R3是为了防止输入信号被C7短接到地而设的。C6是高频退耦电容，应选 用较小的陶瓷电容或独石电容； C3 是滤波电容，应选用较大的电解电容。C4、R4和R11构成交流负反馈，控制
5、交流增益，对于音频信号，可以近似地认为C4短路，所以功放的增益为11+R11（有效部分）/R41+100/3.3=31.3。对于 直流信号，可认为C4断路，所有输出信号反馈到反向输入端，所以直流增益为 1。取R6=R8和C8可起着保证TIP31和TIP32的基极电压相等，从而减少了推挽 电路的交越失真。而R7和C5可以滤除TDA2030俞出的高频信号。二极管 D1、 D2保护运放免受扬声器的感应电压而造成损害。电容C1是输出耦合电容，能够改善电路的低频特性，要用容值较大的电解电容。C9和R10能对扬声器的相位进行补偿，能够较少电路的自激振荡，确保高频稳定性。运放TDA2030内含各种 保护电路
6、，需要外接元件非常少，且电路的频带宽较宽，并能在最低 6V 最高 22V的电压下工作。另外，它输出功率较大，在土19V 8Q阻抗时能够输出16W勺勺有效功率，THDC 0.1%,所以选用TDA2030能够实现电路的要求。而TIP31C 和TIP32C是一对互补性较好的NPN和PNP三极管，集电极和发射极之间所承受 的电压也可以高达100V,集电极的电流为3A左右，每只管的功耗也只有40W左 右而已，所以用它们来搭建 OTL电路比较合适。系统的电路总图：VCVCCG6ilODnF4 C3；100uFUC102UN40O1C2TP2JUFTO -XFG12-4-X3C2OOd 口口 =OiOOXB
7、P1LTDA20R7 nnR61.5QR3 -WV-R111OTkQ 34%KyADIjirwuxm靖卜2JmFC& 22 恤 FTIP32C1PIP31C11+士伽FG5 -220nFTRIO22QC9fOPhF标号型号大小封装形式数量R7 nRJ1410AXIAL0.41R6、R8RJ141.50AXIAL0.42R10RJ14220AXIAL0.41R4nRJ143.3kOAXIAL0.41R1、R2、R3RJ14100kCAXIAL0.43R11B100K100 kO1C125V-2200uf2.2mf1C325V-100uf100uf1C4、C750V-10uf10uf2C250V-
8、2.2uf2.2uf1C5、C8224220nf2C6、C9104100 nf21n4001 DO-352TIP31CTO-2201TIP32CTO-2201TDA2030PENTAWATT1总计234-元件清单如下:4、电路调试过程与结果：测试频带宽：姻波芍囹示仪XBP1fL=6.41Hz,上限截止频率为 fH=127.481kHz。当然在50f20kHZ频率范围内电 路输出不失真，这满足条件“频带宽 50H20kH，输出波形基本不失真”的要 求。在实验室里也经过测量，显示可以在 50HZ20kHZ频率范围内电路输出不失 真。 测量输出电压放大倍数：测试条件：直流电源电压19v,输入信号峰峰
9、值为100mv输入频率为1KHz电 位器R11的有效阻值为66k，负载电阻8门。输入和输出的波形如下图所示：TektronixALTTOSETCHI Mean OVCHI-Pk-PR 100nA/CH1/0VMZOOusUndoAJUosetCH1 MmV CH2 1V QQOOPOSIliOHI *OXPOITKhN输出电压峰峰值为：Uo=Ui*【1+R11（有效部分）/R4】 放大倍数：Ao=1+R11 （有效部分）/R4=1+66/3.3=21 仿真数据和实测数据比较：Ui （峰峰值）Uo （峰峰值）（仿真）Uo（峰峰值）（实测）100mv2.1 v2.0v400mv8.4v8.3vle
10、kfrtmixVERT1POWER 0000Q 恣區PMITI0H画画画VO1T5/DIVVOLTSDIVPUDBECOM-vsua imf JT由上表可知，实际上输出电压放大倍数：Aum 21误差分析：因为元件的实际数据大小与理论的大小存在差异，譬如金属膜电阻的阻值误差为1%或 5%电容的容值误差也有5%20%实际上1n4001、TIP31、TIP32 等元器件跟仿真软件所表现出来的特性不是完全一样的。同时，音频集成放大芯片发热量比较大，比较容易受到周围环境温度的影响，从而也导致了一定的误差。 另外，在实测中读数时会产生误差。 测量最大不失真功率：2根据理论可得最大不失真功率为Pm =（u。
11、/2） /RL ,Uo为输出电压峰峰值。经过 测试，在19V的直流电源，8负载作用下，调节电位器 R11，使其允许的最大 不失真输入信号为 Ui=600mv,其最大不失真功率为：Po=8.4w8w。也满足“电路 输出功率大于8W”条件。 测量输入灵敏度为100mV时的输入阻抗：在信号输入端接上两个万用表，分别测量输入端的电压和电流，得Ui -70 .71mV，Ii 716.48nA,所以输入阻抗为 Ri=Ui/Ii =98.69K47K，明显 也满足“输入灵敏度为100mV，输入阻抗不低于47K ”的条件。5、总结和体会: 方案和作品的优点为： 焊接板排版较为缜密，焊接没有跳线； 作品所用元器
12、件较少，电源输入要求较低，频带宽 6.41HZ127.481k HZ,输 出波形基本不失真，电路输出功率大于 8W,输入灵敏度为100mV，输入阻抗高 于47KJ能够基本实现设计的任务要求； 电路中有TDA2030的保护电路，另外在输出部分能对扬声器的相位进行补偿，从而能够较少电路的自激振荡，确保高频稳定性； 作品用了 TIP31C和TIP32C组成的推挽放大电路，能够较少TDA2030的功耗, 使TDA2030的发热量减少； 电位器R11能够实现电路增益的调整。缺点有： 功率不是很高，最大输出功率只有 8.4W； TIP31C和TIP32C的功耗都比较大，集电极电流输出不是很大； 2.2mf的电解电容存在电感，电路的低频特性不是很好； 电路的电源输入由于没有保护电路，若在调试时正负电源接反可能会把芯片烧 坏。针对4个缺点各自的改进方案：缺点1:采用双电源供电的OCL电路或者用LM1875或TDA2050等运放和元器 件搭建的电路；缺点2: 2SA1444、2SC3694的功耗只有30W左右，而集电极的输出电流可达 15A，每只管的耐压值也为100V，可用这两只管代替TIP31C和TIP32C。缺点3:把电路换成OCL电路；缺点4:在电源接入端加上二极管保护电路（下图），这样即可以保证正负电源 接反时不导通，又可以在直流电源电错接成交流电时起整流桥的作用。
