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1、成绩课程设计说明书题目音频功率放大电路设计课程名称： 模拟电子技术学院： 电子信息与电气工程学院学生姓名：学 号：专业班级：指导教师：2014年6月7日课程设计任务书设计题目音频功率放大电路设计学生姓名疋4宀电子信息与电气工.,仁如工斤所在学院丁口严忆宀专业、年级、班程学院设计要求：1. 设计制作一个音频功率放大电路（带高低音调节）；2. 负载电阻为8 Q （扩音器的等效电阻）;3. 额定输出功率为 4W;4. 带宽大于 50Hz15KHz ;5. 音调调节：低音（100Hz） 2dB,高音（10KHz ） 12dB ;6. 输入阻抗大于100K Qo学生应完成的任务：设计一个音频功率放大电路
2、，并利用Multisim软件进行电路仿真。利用 Altium Desig ner软件绘制电路原理图， 并设计制作电路的 PCB板。根据设计原理对电路进行安装调试，完成课程设计工作，并提交课程设计报告。参考文献：1童诗白模拟电子技术基础M.北京：高等教育出版社，2005.3邱关源，罗先觉电路（第五版）M.北京：高等教育出版社，2006.4 阎石数字电子技术（第五版）M.北京：高等教育出版社，2005.5 谷树忠，刘文洲.Altium Designer教程M.北京：电子工业出版社，2010.工作计划：指导教师（签名）：学生（签名）：音频功率放大电路设计 摘 要：设计了一个音频功率放大电路，该电路具
3、有音频功率放大和高低 音调节功能。电路由前置电压放大级，音调控制级，功率放大级三部分组 成。其中前置电压放大级由NE5532P组成的反相比例运算电路来实现，前 置放大器主要负责信号的电压放大。音调控制级由阻容网络组成的 RC型负 反馈音调控制电路来实现，音调控制电路主要负责音调调节等功能。功率放大级由集成功率器件TDA2030A连成OCL双电源电路来实现。功率放大 级主要负责将从音调控制级输出的信号进行电流放大，然后驱动喇叭工作。TDA2030A具有体积小，输出功率大，失真小等特点，内含多种保护电路， 工作安全可靠性高。关键词：音频放大；功率放大；音调调节；集成器件1. 设计背景11.1课程设
4、计11.2功率放大电路概述 12. 设计方案13. 方案实施33.1电路图设计33.2电路图仿真73.3画原理图93.4 PCB 制作94. 安装调试95. 结果与结论 105.1结果 105.2结论116. 收获与致谢 117. 参考文献 128. 附件 128. 1电路仿真图 128.2电路原理图 138.3 PCB布线图 148.4元器件清单 151. 设计背景1.1课程设计这学期学习了模拟电子技术基础和数字电子技术这两门课。模拟电子技术基础这门课程主要讲了常见半导体器件，各种放大电路及其频响和反馈，信号的运算和处理，波 形的发生和信号转换，功率放大电路和直流电源等。学过之后为加强我们的
5、实际操作能 力，学校要求我们完成一次课程设计任务。我们计划设计一个音频功率放大电路。它能 够很好的应用到我们所学有关功率放大这节内容。1.2功率放大电路概述能够向负载提供足够信号功率的放大电路称为功率放大电路。功率放大器的作用是给负载RL （扬声器）提供一定的输出功率。当负载一定时，希望输出的功率尽可能大， 输出的信号的非线性失真尽可能小， 效率尽可能高。功率放大器的常见电路形式有 OTL 电路和OCL电路。有用集成运算放大器和晶体管组成的功率放大器，也有专门的集成 功率放大器。从能量的控制和转换的角度看，功率放大电路与其他放大电路在本质上没 有根本的区别：只是功放既不是单纯追求输出高电压，也
6、不是单纯追求输出大电流，而 是追求在电源电压确定的情况下，输出尽可能大的功率。功放的主要技术指标为最大输 出功率和转换效率。在电源电压确定后，输出尽可能大的功率和提高转换效率始终是功 放研究的主要问题。因而围绕这连个性能指标的改善，可组成不同电路形式的功放。2. 设计方案本次课程设计要求制作一个带有高低音调节功能的音频功率放大电路，额定输出功率为4W，带宽为50Hz15KHz，输入阻抗大于100KQ，可以在Multisim仿真软件上进 行测试。音频功率放大器是一种应用广泛、实用性强的电子音响设备，作用是将声音源 输入的信号进行放大，然后输出驱动扬声器发出声音。声音源的种类有很多种，故输出 信号
7、的电压差别很大，从零点几毫伏到几百毫伏。一般动率放大器的输入灵敏度是一定 的，这些不同的声音源信号如果直接输入到功率放大器的话，对于输入信号过低的，功 率放大器功率输出不足，不能充分发挥功放的作用；假如输入信号的幅值过大，功率放 大器的输出信号将严重过载失真。这样就失去了音频放大的意义了，所以一个实用的音频功率放大系统必须设置前置放大器，以便使放大器适应不同的输入信号，或放大，或 衰减，或进行阻抗变换，使其与功率放大器的输入灵敏度相匹配。在音频功放电路中，需要体现的是电路的功率放大功能。然而实际中却有许多噪音， 且输入信号电压较小，所以所设计电路第一级应当进行电压放大，并能够消除噪音，所 以采
8、用了前置放大电路。前置放大电路可以由分立元件组成，也可由集成运放放大电路 组成。但分立元件组成的放大电路结构复杂， 而集成运放放大电路设计简便，易于实施。 因此前置放大电路计划用集成运放 NE5532P来实现。由于电路要求要能够进行高低音 调节，因而采用了音调控制电路。而常用的音调控制电路有三种形式，一是衰减式RC音调控制电路，其调节范围宽，但容易产生失真；另一种是反馈型音调控制电路，其调 节范围小一些，但失真小，而且电路简便易行；第三种是混合式音调控制电路，但其电 路复杂，多用于高级收录机。结合本次课程设计要求，决定采用衰减式RC音调控制电路。经过了前两极，第三极要进行功率放大，所以采用了功
9、率放大电路。功率放大有两 种方案。一可以由三极管与电容组成的复合管放大电路来实现，但这种设计电路结构复 杂，二可以由集成功率器件 TDA2030A来实现，TDA2030A是一块性能十分优良的功 率放大电路，其主要特点是上升速率高、瞬态互调失真小，输出功率大，保护性能比较 完善，并且外围电路简单，使用方便。所以决定采用集成功率器件TDA2030A来实现功 率放大。结合以上，本课程设计中采用由NE5532P组成的前置放大电路放大器，由阻容网络组成的RC型负反馈音调控制电路，由集成功率器件 TDA2030A连成OCL电路 的功率放大级。其基本设计路线如图1所示。NE5532TDA20p音P组成负反馈
10、30A频的前置1 音调控1 组成的1输放大级制电路功率放出J*大级/1图1基本设计路线图3. 方案实施3.1电路图设计1.前置放大电路由NE5532P组成的前置放大电路是一个反相输入比例放大器，电路理想闭环电压增益 代二-空。此级计划的放大倍数为5.1倍，因此电阻R3采用510K电阻，R1采用Ri100K电阻。在如图2所示的前置放大电路中，电阻 R1的值就是输入电阻R的值，所 以R=100k。同时反馈电阻 R3和R1的比值就是放大倍数。减小 R1的值可以提高放大 倍数，但同时也降低了输入电阻，因此在实际电路设计中，电阻R3和R1的取值需要折衷考虑。音频放大电路的增益是很高的，所以扩音机的前置放
11、大器的性能主要取决于 噪声。为了减小前置级放大器的噪声，第一级要选用低噪声的运放。2.音调控制电路音调控制电路中采用了由阻容网络组成的 RC型负反馈音调控制电路。其音调控制 电路图如图3所示。它是通过不同的负反馈网络和输入网络造成放大器闭环放大倍数随 信号频率不同而改变，从而达到音调控制的目的。电路图中电位器Rp1是低音调节电位 器，Rp2是高音调节电位器，电容 C12是音频信号输入耦合电容，电容 C2、C3是低音 提升和衰减电容。R54匚C4,当电阻电容满足这些条件时，就可以保证电路的最大提升/衰减量的要求，使电路的幅频特性满足“上下”对称。WH 21f H 2 =2兀 2兀C 4= 25K
12、Hz计算出C4=1.9nF近似取C4=2.2nF。_ Wli L1 =2二 2- Rp1 C2= 50Hz计算出 C2=C3=31.8nF近似取 C2=C3=47nF。RPsRPs图6高音提升和衰减电路示意图3功率放大级外部音源信号经过前置放大、音调调节电路后、输入后面的功率放大级，然后就可 以输出去驱动扬声器，发出声音。功率放大级电路图如图7所示。本实验中的功率放大器采用TDA2030 A集成器件，其本质就是一个运算放大器，和其它小信号放大用的运 放相比，其有较大电流输出能力，可以输出较大的功率。TDA2030A功率集成放大器的使用十分灵活，可以构成多种输出结构：既可以在正负对称电源下工作构
13、成OCL电路,也可以在单电源下工作，构成 OTL电路，还可以用两只放大器一起工作，构成BTL电路等。本课程设计功率放大级由集成功率器件TDA2030A连成OCL电路输出。TDA2030A功率集成电路具有转换速率高，失真小，输出功率大，外围电路简单等特点，内部电路包含由恒流源差动放大电路构成的输入级、中间电压放大级，复合互补对称式OCL电路构成的输出级；启动和偏置电路以及短路、过热保护电路等。图7功率放大级电路图Rp3是一只电位器，作用是进行音量（Volume）调节。输入信号（音调调节电路的 输出信号）通过耦合电容 C7后，再由Rp3进行分压调节，连接到 TDA2030A的同相 输入端。电阻R13、R14组成反馈回路，和TDA2030A构成了一个同相比例放大电路，其中R14=47KQ, R13=680Q
