毕业设计（论文）-TDA2003音频功率放大器的设计.doc

2008届毕业设计 tda2003音频功率放大器河南质量工程职业学院 毕 业 设 计（论 文）题 目：tda2003音频功率放大器的设计系 别： 机电工程系 专 业： 商检技术（电器方向） 班 级： 05级商检电器(4)班 学生姓名： 指导老师： 完成日期： 2007年12月10日 河南质量工程职业学院毕业设计任务书班级05电器四班学生姓名王丽辉指导教师徐思成毕业设计题目tda2003音频功率放大器的设计主要研究内容利用tda2003设计并制作一个音频功率放大器主要技术指标或研究项目1、 输出功率：1020w（额定功率）2、 频率响应：20hz100khz（3db）3、 谐波失真：0.2(10w，30hz20khz)4、 输出阻抗：0.165、 输入灵敏度：600mv（1000hz，额定输出时）基本 要求1、 设计一个额定输出功率为1020w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。2、 根据具体电路图计算电路参数选取元件、识别和测试。包括各类电阻、电容、的数值、质量、电器性能的准确判断，解决大功率放大器散热的问题，并通过该设计了解音响的基本知识。3、 画出整机电路图，并进行实物的组装与调试。主要参考资料及文献【1】牟小令主编高效率音频功率放大器西南师范大学学报2003.01【2】胡宴如主编模拟电子技术高等教育出版社2005.10【3】徐治乐、王军伟主编音响设备原理与维修高等教育出版社2002.12【4】邹天汉主编数字功率和音箱设计与制作人民邮电出版社2001.03【5】铃木雅臣日著、周南生译、张文敏校晶体管的设计科学出版社【6】电子制作合订版2005.08【7】曾广兴主编现代音响技术应用广东科技出版社1997.03tda2003音频功率放大器的设计摘要本设计包含了电源、功放、音响的基本知识，以设计一款价格低廉、实用及性能良好的小型组合音响为思路，通过构思、查资料、设计电路选取元件为手段作出原理图，通过原理图组装出实物并对实物进行调试，学会用理性思维发现问题、处理问题和解决问题，以达到此次设计的最终目的，这不但提高了自己的实际操作能力，也迎合了现代化生产的需要。设计中介绍了电路的组成及工作原理。本次设计从处理低频信号入手，在保证原有信号的基础上，通过tda2003块对原有信号进行功率放大并改善音质后，最终得到所需要的音频信号。关键词电源 功率放大 散热 音响 tda2003tda2003 audio power amplifier designabstractthe design includes a power supply, amplifier, sound basic knowledge, the design of a cheap, practical and good performance for small qugeyinxiang idea, through the idea to look for materials, design circuit components as a means to select schematics, through principle assembling a physical map and physical debugging and learn how to use rational thinking discover and deal with problems and solve problems, so as to achieve the ultimate objective of this design, it will not only improve their operational capacity, but also to meet the needs of the modern production. on the circuit design of the composition and working principle. the low-frequency signal processing design from the start, guarantee on the basis of the original signal through the tda2003 block of the original signal power amplification and improve quality, which are required for the final audio signal.key wordspower power amplifier thermal audio tda2003目录摘要2关键词2abstract3keywords3第一章 概述6前言61.1 功率放大器简介 61.2 系统结构 7第二章 功率放大器电源电路的设计72.1 变压器 82.2 整流电路 82.3 滤波电路102.4 电源电路整机电路11第三章 功率放大电路的设计 123.1 乙类双电源互补对称电路123.2 tda2003 音频功率放大器的总机电路 13第四章 tda2003功率放大器在音响技术中的应用及散热问题 154.1 音响技术的基本概念164.1.1 音响164.1.2 高保真（hi-fi）164.1.3 音响技术的现状164.2 高保真音响系统的基本组成174.2.1 高保真音源系统174.2.2 音频放大系统184.3 音响设备的基本性能指194.3.1 频率范围194.3.2 谐波失真204.3.3 信躁比204.4 功率放大器的散热问题20第五章 整机电路的组装与调试 235.1 tda2003 音频功率放大器的分析 23 5.2 电路组装235.3 电路调试26第六章 致谢 28参考文献 28附：整机电路图 29第一章 概述前言本设计从低频信号的基础知识出发，依据我国的现行标准着眼于实际的社会需求而进行设计的。我们都知道，一旦涉及到音频功率放大问题我们不难联想到放大器的散热问题及与音响有关的基本知识。该篇就是通过对由tda2003构成的音频功率放大器的设计、组装与调试来提高人们的设计思维与实际操作能力，并让大家从设计中学会分析问题、解决问题，及时掌握功率放大器及音响的有关知识。本次设计总共分为四大部分，第一部分：为电源部分的设计；第二部分：是功率放大器的设计；第三部分：音响的基本知识及解决放大器的散热问题；第四部分：整机电路的设计、组装与调试。11 功率放大器的简介在多级放大电路末级，往往要求具有较高的输出功率或要求具有较大的输出动态范围。这类主要用于向负载提供功率的放大电路称为功率放大器。功率放大电路的类型很多，目前主要分为以下几种： 1.1.1 功率放大器的分类功率放大电路按三级管在一个信号周期内导通的时间不同功率放大器可分为：甲类、乙类和甲乙类放大电路。1.1.2 集成功率放大器与单管功率放大器的比较目前电子电路中广泛采用的乙类（或甲类）互补对称功率放大电路。但是，乙类单管放大电路虽然管耗小，效率高，但其输出波形严重失真即使采用双电源进行供电，在两管交替导通的交接处容易产生交越失真，并且组装麻烦性能不稳定。顾，为了与目前的高科技尖端技术向适应，多数电子电路中广泛用到的是集成电路。集成电路不但具有集成化、输出功率大、效率高、失真小，其主要的优点是内置保护电路，利于散热。本设计就是利用集成电路tda2003来设计、组装一个实用的音频功率放大器，该集成电路不但融合了单管放大电路的特点，并且内置保护电路是小型功率放大器的首选器件。1.1.3 设计目的1、功率放大倍数方面：为了获得较高的输出功率该放大电路我采用了实用的功率放大集成电路tda2003块。2、能耗方面：本次设计采用了部分集成的方案改变了原来用元件直接焊接方式，减少了部分元器件的电能损耗。3、经济方面：现在人们虽然富裕了很多但以整个国家整个民族的发展来看建设节约社会势在必行，采用集成电路代替元件焊接电路符合时代潮流，不仅为国家节约也为自己节约。4、实际的应用方面：本次设计的产品具有体积小、能耗小、价格便宜，易与组装调试且tda2003内部具有保护电路等特点。12 系统结构模型电源系统扬声器系统音源系统功率放大系统图1-1 tda2003音频功率放大器框图第二章 功率放大器的电源部分的设计电源是功率放大器的生命，电源部分是推动扬声器的源泉，所以功放机无不重视电源方面的技术要求，即：功率要大。传统的模拟放大器为了达到电源有效的能源储备，往往采用巨大的型环形变压器，再配上数千微法的大电容以提高电源的瞬间能力。在今天的生产、科学实验和日常生活中，除了广泛应用到交流电能以外，交流电在其它领域内也被广泛使用。而目前电网所提供的电能都是交流电，所以在使用前是要进行处理的。例如：我设计的这款功率放大器使用的就是直流电。经过多方面的参考和分析，我把电源部分的设计分为三块：分别是1、变压器部分2、整流电路3、滤波电路。具体设计如下：21 变压部分2.1.1 变压器的分类1、按用途分类变压器按用途分为：用于输配出系统的电力变压器；用于工业动力系统中直流拖动的专用电源变压器的等。2、按结构分类按变压器的绕组可将其分为双绕组变压器、三绕组变压器、多绕组变压器以及自藕变压器。按变压器的铁心结构形式可分为壳式变压器和心式变压器。3、按相数分类变压器按相数可分为单相变压器、三相变压器和多相变压器。2.1.2 变压器的构造尽管变压器的种类多，但是基本构造是相同的，都有铁心和绕组两个基本部分组成。1、铁心：铁心构成电磁感应所需的磁路。它可分为心式和壳式两种。2、绕组：变压器的绕组用良好的漆包线、纱包线或丝包线。3、变压器的作用：把市电220v变换为我们需要的额定低电压。4、具体的参数量：（1）、变压器主边电压220v，副边电压14v。（2）、f=50hz 本设计电源部分中的变压器采用的是ltf2-3将初级绕组交流220v降压为本电路所需要的直流电压14v。22 整流电路将交变电流变换成单向脉动电流的过程叫做整流。实现这种功能的电路称为整流电路或称整流器。我们知道，二极管具有单向导的特性。当二极管加正向电压时，二极管导通，其正向电阻很小；当加反向电压时，只要不引起反向击穿，二极管截止。呈现很大的电阻。这样，二极管就相当于一个开关，整流电路就是利用二极管的这种开关特性构成的。我们常用的整流电路有三种：单相半波整流电路，单相全波整流电路，单相桥式整流电路。单相半波整流效率低，输出电压脉动大，因此，它只适用与要求不高的场合。单相全波整流电路的整流效率高，输出电压高波动小，但变压器必须有中心抽头，二极管承受的反向电压高，因此电路对变压器和二极管的要求较高，因而应用仍较少，目前被广泛使用的是桥式整流电路。 图2-1 桥式整流电路 图2-2 整流波形图2.2.1 桥式整流电路工作原理单相桥式整流电路是最基本的将交流转换为直流的电路如图2-1示。再分析整流电路工作原理时，整流电路中的二极管是作为开关应用，具有单向导电性。根据图2-2电路图可知：当正半周时，二极管d1、d3导通，在负载电阻上可得到正弦波的正半周。当负半周时，二极管d2、d4导通，在负载电阻上得到正弦波的负半周。在负载电阻上正、负半周经过合成 ，得到的是同一个方向的单向脉动电压。单相桥式整流电路的波形见图2-22.2.2 负载与整流二极管的电压和电流桥式整流亦为全波整流，故负载上的平均电压和电流均比半波整流大一倍。v0=20.45v2=0.9v2 (2-1) i0=0.9u2/rl (2-2)桥式整流电路的结构决定了每只二极管在半个周期内导通，所以在一个周期内流过每个管子的平均电流只有负载的一半，即：iv=1/2i0 (2-3)每只二极管承受的反向电压亦为变压器负边电压的峰值，即： vrm=v2 (2-4)本电路所采用的就是桥式整流电路，其变压器的副边电压为14v ，电源频率为f=50hz，则输出电压、电流分别为：u020.45u20.9u20.914v12.6v （2-5） i00.9u2/rl0.912v/400.315a （2-6）考虑到使用方便、性能良好，顾：本设计中电源部分的整流电路采用桥式整流电路，整流桥的型号为ql1.5/100v。该整流桥的极限电流为1.5a耐压值为100v的扁平型整流桥。23 滤波电路 整流电路将交流变为直流电，但其中含有大量的交流成分。为了获得平滑的直流电压，应在整流电路后面加接滤波电路，以滤去交流成分。2.3.1 电容滤波电路图2-3 电容滤波电路图2-4 电容滤波波形滤波原理：若变压器的副边绕组v2处于正半周，二极管d1、d3导通，变压器次级电压v2给电容器c充电。此时c相当于并联在v2上，所以输出波形同v2，输出正弦波。需要指出的是，当放电时间常数rlc增加时，t1点要右移，t2点要左移，二极管关段时间加长，导通角减小；反之，rlc减少时，导通角增加。显然，当rl很大，即il很大时，电容滤波的效果不好，见图滤波曲线的2。反之，当rl很大，即il很小时，c较小，rlc仍大，电容滤波的效果也很好，见滤波曲线中的3。所以电容滤波合适输出电流较小的场合。整流电路接入电容后，不仅使输出电压变的平滑、纹波显著减小，同时输出电压的平均值也增大了。输出电压平均值uo的大小与滤波电容c及负载电阻rl的大小有关，c的电容一定时，rl越大，c的放电时间常数t就越大，其放电速度越慢，输出电压就越平滑，uo就越大。当rl开路时，uo=u2。为了获得良好的滤波效果，一般取：rlc（35）t/2 (2-7)式中，ty为输出交流电压的周期。此时输出电压的平均值近似为：uo=1.2u2 (2-8)由于电容c充电的瞬时电流很大，形成浪涌电流，容易损坏二极管，故在选择二极管时，必须留有足够的电流余量。一般可按（2-3）io来选择二极管。电容的选择：根据公式：rlc（35）t/2 取rlc4t/2。2.3.2 其他形式的滤波电路滤波电路另外还有：电感滤波电路、lc滤波电路。一般电感滤波电路只用于低电压、大电流的场合。lc滤波电路的电阻要消耗功率，所以电源的损耗功率较大，电源的效率会降低。考虑到其价格便宜及其电路特点，故采用电容滤波。本电路所采用的滤波电容为容量4700f耐压值为25v的滤波电容。24 电源部分整机电路 根据以上要求本课程设计中特设计出如下电源电路，整机电源电路如下：图2-6 电源设计电路总装结果分析处理：无电容滤波时的输出电压： （2-9）电容滤波后的输出电压、电流分别为： （2-10） （2-11）通过二极管平均电流： （2-12） 二极管承受最高反向工作电压： （2-13）由以上分析结果可知：功率放大电源电路部分的设计中各元件的参数选择设置基本上是合适的。第三章 功率放大部分的设计在多级放大电路的末级，一般要具有较高的输出功率或在求具有较大的输出动态范围，这类主要用于向负载提供功率放大电路专业音频功率放大器，又称后级放大器，我们称为功放，六十年代前期，在音频信号的放大领域中，雄霸天下的一直是电子管功率放大器六十年代末期到七十年代中期随着半导体技术的进步使晶体管放大器迈了一大步但由于电子管的体积大还有些缺点，新推出的集成运算放大电路，由于电路是集成的便于组装，实用等优点。随着发展和地位的提高，发烧友们的广泛使用得到了价值的提高下面将介绍和说明。31 乙类双电源互补对称功放电路采用正负电源构成的乙类互补对称功率放大电路如图7所示，v1和v2分别为npn型三极管和pnp型三极管两个管子的基极发射极分别连接在一起，信号从基极输入，从发射极输出，rl为负载，要求两三极管特性相同，且vcc=-vee如图3-1所示：图3-1 乙类双电源互补对称功放电路静态即ui=0时，n1和n2均处于零偏置状态，两管的ibq和icq均为零因此输出电压uo=0此时电路消耗功率。当放大电路有正弦信号ui输入时在u2的正半周n2因发射结反偏而截止，n1得正偏而导通，vcc通过n1向rl提供电流ic1产生输出电压uo的正半周，在ui的负半周n1发射结反偏而截止，n2因正偏而导通，-vee通过n2向rl提供电流ic2产生输出电压uo的负半周。由此可见，由于n1、n2两管轮流导通相互补足对方缺少的半个周期，rl上仍得到与输入信号波形相接近的电流和电压。互补对称放大电路是由两个工作在乙类的射级输出器所构成，所以输出电压uo的大小基本上与输入电压的大小相等，又因为射级输出器输出电阻很近，所以互补对称放大电路具有很强的带负载能力，即它能向负载提供较大的功率，实现功率放大的作用。32 tda2003功率放大器的总机电路tda2003简介：tda 2003 是一块性能十分优良的功率放大集成电路，其主要特点是上升速率高、瞬态互调失真小，在目前流行的数十种功率放大集成电路中，规定瞬态互调失真指标的仅有包括tda 2003 在内的几种。我们知道，瞬态互调失真是决定放大器品质的重要因素，该集成功放的一个重要优点。 tda2003 集成电路的另一特点是输出功率大，而保护性能以较完善。根据掌握的资料，在各国生产的单片集成电路中，输出功率最大的不过20w，而tda 2003的输出功率却能达15w，若使用两块电路组成btl电路，输出功率可增至30w。另一方面，大功率集成块由于所用电源电压高、输出电流大，在使用中稍有不慎往往致使损坏。然而在tda2003集成电路中，设计了较为完善的保护电路，一旦输出电流过大或管壳过热，集成块能自动地减流或截止，使自己得到保护（当然这保护是有条件的，我们决不能因为有保护功能而不适当地进行使用）。 tda2003 集成电路的第三个特点是外围电路简单，使用方便。在现有的各种功率集成电路中，它的管脚属于最少的一类，总共才5端，外型如同塑封大功率管，这就给使用带来不少方便。 tda2003 在电源电压14v，负载电阻为4时输出14瓦功率（失真度05）；该电路由于价廉质优，使用方便，并正在越来越广泛地应用于各种款式收录机和高保真立体声设备中。随着电子技术的发展，集成电路应用日趋广泛，集成结构简单，体积小，频率响应好，易于集成等优点。本电路采用集成电路tda2003，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。并具有内部保护电路。主要有以下特点： 1、外接元件非常少。 2、输出功率大，po=10-30w(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、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、电源极性反接（vsmax=12v）以及负载泄放电压反冲等。采用v型5 脚单列直插式塑料封装结构。电路的主要参数：电压范围：1430v静态电流：50ma输出功率：20w谐波失真：0.02%，当f=1khz,rl=8，po=20w时额定增益：26db,当f=1khz时工作电压：14v转换速率：18v/ustda2003的极限参数参数名称极限值单位电源电压14v输入电压-vcc+veev工作结温+150存储结温-65+150表31tda2003的极限参数 图3-2 tda2003音频功率放大器总装电路图第四章 功率放大器在音响技术中的应用及散热问题41 音响技术的基本概念音响技术是研究声音信号的转换、传送、记录和重放的专门技术。音响技术的发展，自从爱迪生在1877年发明筒形留声机以来，至今已有百余年的历史了。学习音响的基本概念，是步入音响技术领域的开端。本节主要介绍在音响技术中经常遇到的几个基本概念，如音响、音响系统、高保真等。4.1.1 音响音响（sound）是一个通俗的名词。在物理学中，音响可以理解为人耳能听到的声音。然而，在音响技术中，音响是指通过放声系统重现出来的声音，如通过组合音响来重现cd片或磁带中的音乐、歌曲及其他声音。能够重现声音的放声系统，称为音响系统。4.1.2 高保真（hi-fi）音响系统若能如实的重现原始声音，再现原有声场，并能对音频信号进行适当的修饰加工，使重现的音质优美动听，则可称之为高保真音响系统；高保真的英文原词为high-fi-delity，简称hi-fi，它的一个高质量的音响设备，在如实地记录和重放、传输与重现原有声音本来面貌的基本能力的指标。4.1.3 高保真音响系统的属性高保真音响系统有3个重要属性。1、 如实的重现原始声音。2、 如实的重现原始声场。3、 能够对音频信号进行加工和修饰。4.1.4 音响技术的现状今天的音响设备，已成为人们生活、工作、学习的重要组成部分。从技术上讲，可以用高保真（hi-fi）化、立体声化、环绕声化、自动化、数字化来概括其特点。1、 高保真化。2、 立体声化。3、 自动化。4、 数字化。5、 环绕声化。42 高保真音响系统的基本组成高保真音响系统通常由高保真音源、音频放大器和扬声器系统这3大部分组成。其中，由音源部分送来的各种节目信号，经音频放大器进行加工处理并放大，取得足够的功率去推动扬声器工作，放出与原声源相同切响亮得多的声音。同时声音还要经过所在场所空间，才能送给听众欣赏，所以其音响效果既与音响系统的配置有关，也与听音乐的场所的室内声学特性有着密切的联系。双声道高保真音响系统的组成方框图如图所示。各组成部分的主要作用下面分别予以介绍。图4-1 高保真音响系统4.2.1 高保真音源系统高保真音源有调谐器、录音座、电唱机、cd唱机、vcd、dvd、mp3、mp4播放器等。他们为音响系统提供高保真的音频信号。1、 调谐器调谐器是一台不包括功放和扬声器的高性能收音机。其功能是接受中波段和短波段的调幅广播及调频波段的调频立体声广播，并还原成音频信号。新型调谐器采用数字调谐和数字频率显示技术，具有存储、预选及定时等功能。调谐器是一不需自备音响载体而又节目丰富的经济音源，特别是接受调频立体声广播时，可以提供高保真的音频信号。2、 电唱机电唱机是一种拾音装置。它利用拾音器将唱片声槽中记录着声音信息的振动轨迹变换成相应的音频信号。高性能的电唱机的频率特性好，信噪比高，抖晃率小，声道分离度大，与优质密纹唱片配合可以提供较好的高保真音频信号。但随着数码科技时代的到来，该机器的市场占有率也逐渐降低，取而代之则是电子数码产品。3、 cd唱机cd唱机，有称为激光唱机、镭射唱机。它利用激光束，以非接触方式将cd唱片上记录的声音信息的数字编码信号检拾出来，经解码器把数字信号变换为模拟音频信号。该机器音质效果好，并且克服了单放机与磁带直接磨损的缺陷，当时在市场中也占有相当大的比例，但由于成本高、价格昂贵、体积大的缺点在当代市场中也逐渐被体积小的电子数码产品取代。4、 vcd、dvd影碟机这两款机器是在cd机的基础发展而来的能够支持音频及视频的播放器，前者只是在cd的基础上增加了视频播放的功能，其记录格式和播放时间均与cd片相同。后者的碟片与cd、vcd相同，但该机器的碟片厚度比前者要厚一些记录信息的密度也比前者高得多，图像清晰度的前者的2倍，声音采用杜比数码5.1声道系统，达到更加逼真的3d立体声效果。如果配备带环绕声解码器的av功放、高清晰大屏彩电和5.1声道扬声器系统可以构建高档的家庭影院，得到高质量的视听享受。5、 mp3、mp4播放器这两款数码播放器，是集cd、vcd、dvd为一体的数码科技产品，它不但支持多种音频格式还支持多种视频格式，具有体积小、价格便宜、内存大、音质好、便于携带的优点。是目前电子市场中占有率最大的一种数码产品，其市场前景也比较广阔，特别是学生一族的首选产品。4.2.2 音频放大器音频放大器的音响系统的主体，包括前置放大器和音频功率放大器两部分，必要时可以插入图示均衡器。音频放大器对音频信号进行处理和放大，最终用足够大的功率去推动扬声器系统发出声音。1、 前置放大器前置放大器具有双重功能，既选择音源进行并进行音频电压放大和音质控制。它将各种不同的音源送来的不同电平的音频信号放大为大致相同的额定电平；同时通过加工处理，实现音质控制，以恢复原始声音，输出高保真的音频信号。因此，前置级除必要的放大外还设有音量控制、响度控制、音调控制、平衡控制等音质控制电路。2、 图示均衡器图示均衡器是 一种为修饰美化音色而设置的音频信号处理设备。它将整个音频带划分为5个、7个或10个频段，最多达31个频段，分别进行提升或衰减，对音质进行精细调整，减小各种噪声。图示均衡器还可以配置频谱显示器，通过发光管动态显示各频率成分的幅度变化，光彩夺目，给人以声色动态变化的美感。3、 功率放大器功率放大器的作用是放大来自前置放大器的音频信号，产生足够的不失真功率，以推动扬声器发声。功率放大器处于大信号工作状态，动态范围很大，容易引起非线性失真，因此，它必须有良好的动态特性。功率放大器性能优劣直接关系到音响系统的放音质量，其衡量指标主要有频率特性、谐波失真和输出功率。本设计中的功率放大器tda2003就可以很好的作为音响技术中的功率放大级，起到功率放大的作用，去推动扬声器发出足够大的声音。43 音响设备的基本性能指标高保真音响系统要如实地重现原始声音和原始声场，其音响设备必须具有比语言和音乐更宽的频率9响应范围，更大的音量动态范围；并尽可能降低噪声，减小失真；应使立体声各声道特性平衡，防止互相串音等。为此，国际电工委员会定制了相应的标准（iec-581）标准，规定了高保真音响设备和系统特性的最低电声要求。我国也根据该标准指定了相应的国家标准（gb/t14277-93国家标准），规定了音频组合设备通用技术条件，提出了各种音响设备的最低电声要求和实验方法。下面着种介绍其中3项主要的性能指标。4.3.1 频率范围频率范围习惯上称为频率特性或频率响应。是指各种放音设备能重放声音信号的频率范围，以及在此范围内允许的振幅偏差程度（允差或容差）。显然，频率范围越宽，振幅容差就越小，则频率范围特性越好。国家标准规定，频率范围应宽于40hz-12.5khz，振幅容差应低于5db，各种音响设备不尽相同。规定有效频率范围，是为了保证语言和音乐信号通过设备时不会可以觉察的频率失真和相位失真。常见乐器与男女的频率范围如图1-2所示，图中实线表示各种乐器的基频频带范围，虚线表示要完美地反映该乐器的的声音所需要的音响设备的起码频率范围。图4-2 常见乐器与男女声的频率范围各频段声音对听感的影响，只有音响设备的频率范围足够宽，通频带内振幅响应平坦程度在容差范围之内，重放的音乐才会使人感到低音丰满深沉，中底音雄厚有力，中高音明亮悦耳，高音色彩丰富，整个音乐层次清楚。当然，为了补偿或突出某频段声音，也允许进行修饰美化。4.3.2 谐波失真由于各音响设备中的放大器存在着一定的非线性，导致音频信号通过放大器时产生新的各次谐波成分，由此而造成的失真称为谐波失真。谐波失真使声音失去原的声音，严重时使声音变得刺耳难听。该项指标可用新增谐波成分总和的有效值与原有信号的有效值的百分比来表示，因而又称为总谐波失真。电压谐波失真系数可采用国标规定的测试方法分别测量基波和各谐波分量而得到。电压谐波失真系数的值越小，说明保真度越高。例如调谐器的谐波失真一般都小于0.2%，而cd唱机的谐波失真可小于0.01%。可见，cd唱机的保真度远胜于调谐器4.3.3 信噪比信噪比又称为信号噪声比，是指有用信号电压与噪声电压之比，记为s/n，通常用分贝值表示：s/n=20lgus/un(db)式中，us为有用信号电压；un为无用噪声电压。信噪比越大，表明混在信号里的噪声电压越小，重放的声音越干净，音质越好。国家标准规定，信噪比可用去调制或滤基波法来测量。首先测得输出为额定功率时的信号（s）、失真（d）和噪声（n）电压之和（s+d+n），然后去掉滤去信号电压用带通滤波器取出失真和噪声电压（d+n），计算（s+d+n）与（d+n）的比值并取对数，即可获得信噪比的分贝值。最后强调，上述3项指标是音响设备最基本的性能指标，各种音响设备还有表征各自特性的其他性能指标，如功率放大器的输出功率、增益、舜态特性、动态范围、左右声道分离度等等。44 功率放大器的散热问题散热这个名词在科学应用上的很多领域都有这个说法，如：制冷领域、机械领域、电子工艺领域、计算机领域等只是他们采用的方式不同罢了，制冷领域采用的散热方式有：辐射散热 传导散热 对流散热 蒸发散热。而计算机领域中的cpu散热则采用的是散热风扇等。本节介绍的则是电子科学中的散热问题，在音响技术中的功率放大器都需要进行散热，功率放大器在长时间工作状态下并且音量开致很大，如果不采取特殊手段克服这些问题功率放大器的寿命会大大缩短的，一般情况下功放采用的散热方式都是铝制散热片，把管子固定在散热片上就可以了，如果还是很热可以加风扇进行散热。散热设计是保证功放安全工作的重要技术手段之一，其设计目标就是用尽可能小的散热片将功放输出的温度控制在额定值之下，但散热片的散热效率与其材质、结构、安装方式和环境温度等诸多因素有关因而很难得到一个切合实际的定量设计结构，通常的做法是先根据有关数据估算出散热起的面积或包络体积，然后通过实验调整确定。1、关于散热器分类 为了方便用户查找选购，按照散热器的制造工艺分为型材散热器、插片散热器、组合散热器及热管散热器；其中对用量极大的型材散热器按其形状分为单肋、双肋、异型。本设计中所采用的散热器根据实际情况采用型材散热器，并且材料为铝制黑色，工艺散热片做成黑色的那种叫做：氧化发黑工艺，作成黑色的目的是散热效果比其他颜色相对效果要好。2、关于散热器的选择 首先确定要散热的电子元器件，明确其工作参数，工作条件，尺寸大小，安装方式，选择散热器的底板大小比元器件安装面略大一些即可，因为安装空间的限制，散热器主要依靠与空气对流来散热，超出与元器件接触面的散热器，其散热效果随与元器件距离的增加而递减。对于型材散热器，可选择两倍或三倍宽度的散热器截断即可。3、散热器的表面颜色对散热性能的影响通常散热器的表面颜色制成银白色（铝本色）、黑色、金黄色及其他鲜艳的颜色，由于黑色的热辐射能力最强，在自然对流的条件下，黑色的散热器比银白色的散热能力提高5左右，而金黄色及其他鲜艳的颜色，则不会增加散热能力或增加极小，但对表面能起到保护作用。在强制冷却（如风冷）条件下，散热器表面颜色对散热性能没有影响。本设计中的散热器选用的颜色为铝制黑色，工艺散热片做成黑色的那种工艺叫做：氧化发黑工艺，散热器采用这种工艺处理，以提高辐射率，提高散热效果。另外还可以使散热器表面相对稳定不容易氧化。在一些场合也是装饰，比如一些外露式的散热器，为和黑色机壳搭配，采用了发黑的散热器。当然如果不作发黑处理也是可以的，实际效果要逊色一些就是了4、 散热器通常采用铝来制作的原因 从材料的导热性能来看，银最好、铜、金次之、然后是铝，但是金、银的价格相对昂贵，不适宜大量使用；铜的导热性比铝好，但是铜比铝重约两倍而且加工成形性差，只能制作成简单的形状；铝的导热性良好、重量轻、比铜便宜而且耐腐蚀、利用加工设备可以制成各种复杂的形状，能满足电子电力行业对散热器的诸多要求，因此被认为是制作散热器的最佳材料；而6063铝合金具有良好的导热性,成形性,强化处理后强度适中适合各种机加工,是制造型材散热器的首选材料。通过以上介绍，我们可以确定散热起的材料、颜色、规格尺寸。本电路所用的tda2003体积小，外围电路简单，且输出功率大。该集成电路内部没有过载过热及感性元件所属以需要加散热片应对集成块进行及时的散热，tda2003与散热片接触的部分必须涂少量的散热脂以利散热。本设计中所选用的散热器为：铝制、黑色、大小为30mm 20mm15mm的散热器，但要注意在安装时散热片不能与线路板的地线相连接。第五章 tda2003音频放大器的组装与调试51 tda2003音频功率放大器的电路分析图5-1 tda2003原理图本电路采用核心元件tda2003功率放大块，迎合了现代化集成电路的特点，起到了节约成本、减小能耗的作用，本设计为双声道功率放大器图5-1仅为tda2003的原理图，由图可以看出该电路结构简单，元件较少便于理解与组装。工作原理：信号进入通过低音补偿电路，图中1脚为音频信号输入端，在1点接入rc低音提升网络随着电位器音量的开小对低音进行提升补偿，以实现等响控制的目的，5脚为电源输入端，为保证整机电路正常工作提供必备的条件，图中2脚为反馈支路，因为在tda2003中含有保护电路，为防止信号失真或电流过大提供一个反馈信号，图中3脚为公共地端，电路中4脚为音频信号输出端,信号通过tda2003进行功率放大后由4脚输出带动扬声器发出声音实现了功率放大的作用。52 电路的组装过程第二章和第三章已经系统的设计出电源电路与功放电路的原理图，其工作原理也做了详细的介绍，下面就着手开始按照电路原理图进行实物的组装。一、电路实物组装的目的1、充分掌握tda2003音频功率放大器的组成及工作原理2、提高实际操作能力3、学会在实际操作中发现问题并解决问题，培养自己处理问题的定向思维。二、所需器材及工具1、器材：220-14v变压器一个、ql1.5a/100v整流桥堆一个、容量4700f耐压值为25v的滤波电容器一个，tda2003功放块两个、功放辅助散件一套、音频线一根、音箱一对、万能实验板两块、连接导线若干。2、工具：螺丝刀两把（平口、*口）、剥刀一把、电烙铁一把、焊锡、松香、散装螺丝等。三、组装步骤1、检查元件将元器件安装在电路板上之前，要仔细检查元器件。通过检查一方面可熟练器件的规格、型号及结构特点，另一方面应确认元器件质量的好坏，一避免人为故障的发生。主要检查重点元器件如下：（1）、变压器：变压器的功率放大器电源电路的核心元件，其质量的好坏直接影响整机电路能否正常的工作，本电路采用的变压器为220v变换为12v。其检查方法如下：将万用表选择量程为交流50v，再把变压器初级绕组接市电220v，次级绕组分别接万用表的红黑表笔，然后读数。（2）、整流桥堆：整流桥的选取也是致关重要的，整流电路是交流变直流的重要元件，其质量的优劣直接关系着后期电路能否在安全的环境下工作。所以，整流桥的选取及质量的优劣也是非常重要的。本电路采用的整流桥为ql1.5a/100v的整流桥，其检测方法为：用万用表r*1挡或r*100挡分别用黑红两表笔接触整流桥的任意向邻两个管脚测其正反向电阻，正向电阻一般为几千欧反向电阻一般趋近于，接近该数值既为合格。通过对其正反向电阻的阻止的测量最终来确定其质量的优劣。（3）、电容器：滤波电容质量的好坏关系着扬声器中交流自激声音的大小，交流自激声音越小则滤波效果就越好，反之就越差。本电源电路采用的滤波电容为容量4700f耐压值为25v的固定电容器，其检测方法如下：将万用表选择量程为r*1k挡或r*100挡，首先将两表笔瞬间短接，然后红接正黑接负看指针摆动情况来确定电容器的质量好坏。若指针不动则说明电容器内部断极；若指针指向0不动则说明电容器内部短路；若指针瞬间指向某一个量程然后逐渐回摆到位置则说明电容器无漏电现象；若指针瞬间指向某一个量程后不在动，则说明电容器严重漏电已不能使用。（4）、集成电路：本电路所采用的集成电路为tda2003功率放大集成电路，该元件是本设计中的核心元件，其质量的好坏直接影响该设计电路的正常性能。集成电路的检测方法有：电压法和电阻法。a、检测前要了解集成电路及其相关电路的工作原理检查和修理集成电路前首先要熟悉所用集成电路的功能、内部电路、主要电气参数、各引脚的作用以及引脚的正常电压、波形与外围元件组成电路的工作原理。如果具备以上条件，那么分析和检查会容易许多。 b、测试不要造成各个引脚之间短路 电压测量或用示波器探头测试波形时，表笔或探头不要由于滑动而造成集成电路引脚间短路，最好在与引脚直接连通的外围印刷电路上进行测量。任何瞬间的短路都容易损坏集成电路，在测试扁平型封装的cmos集成电路时更要加倍小心。 c、严禁在无隔离变压器的情况下，用已接地的测试设备去接触底板带电的电视、音响、录像等设备，严禁用外壳已接地的仪器设备直接测试无电源隔离变压器的电视、音响、录像等设备虽然一般的收录机都具有电源变压器，当接触到较特殊的尤其是输出功率较大或对采用的电源性质不太了解的电视或音响设备时，首先要弄清该机底盘是否带电，否则极易与底板带电的电视、音响等设备造成电源短路，波及集成电路，造成故障的进一步扩大。 d、要注意电烙铁的绝缘性能: 不允许带电使用烙铁焊接，要确认烙铁不带电，最好把烙铁的外壳接地，对mos电路更应小心，能采用6-8v的低压电路铁就更安全。 e、要保证焊接质量: 焊接时确实焊牢，焊锡的堆积、气孔容易造成虚焊。焊接时间一般不超过3秒钟，烙铁的功率应用内热式25w左右。已焊接好的集成电路要仔细查看，最好用欧姆表测量各引脚间有否短路，确认无焊锡粘连现象再接通电源。 f、不要轻易断定集成电路的损坏: 不要轻易地判断集成电路已损坏。因为集成电路绝大多数为直接耦合，一旦某一电路不正常，可能会导致多处电压变化，而这些变化不一定是集成电路损坏引起的，另外在有些情况下测得各引脚电压与正常值相符或