高保真音频功率放大器设计报告书.doc

键入文字高保真音频功率放大器设计报告书1 设计内容及要求1.1设计目的及主要任务1.1.1设计目的要求了解集成功率放大器内部电路工作原理，掌握其外围电路的设计与主要性能参数的测试方法。要求掌握音频功率放大器的设计方法与小型电子线路系统的装调技术。 1.1.2 设计任务及主要技术指标根据技术指标和已知条件，选择合适的功放电路，如：ocl、otl或btl电路。完成对高保真音频功率放大器的设计、装配与调试。 输出功率10w/8；频率响应2020khz；效率60；失真小。 选择电路方案，完成对确定方案电路的设计。计算电路元件参数与元件选择、并画出总体电路原理图，阐述基本原理。（选做：用pspice或ewb软件完成仿真） 安装调试并按规定格式写出课程设计报告书。1.2设计思想本次设计首先在众多集成功率放大器中选出符合设计要求且工作性能最佳的集成芯片。而整个设计的核心部分就在功放模块电路的设计，该模块完成的功能主要包括放大输入音频以及调节输出音频。随后运用pspice软件中的仿真功能对其予以仿真，从仿真的结果中分析程序的正确性。待所有模块的功能正确之后，运用原理图搭建顶层电路并进行整体仿真直至达到最初的设计要求，最后再在实验箱上检验设计的正确与否。2 方案论证及整体电路工作原理2.1 方案确定与论证功率放大器的常见电路形式有单电源供电的otl电路和正负双电源供电的ocl电路。有集成运放和晶体管组成的功率放大器，也有专用集成电路功率放大器芯片。根据设计指标及要求，选择tea2025b功放芯片的otl典型电路，该芯片具有音色甜美动听、性能优良，工作可靠，外围元件少以及安装方便等特点，电源电压从2.2v到16.8v均可以正常工作，对电源电压的适应范围很宽，静态电流小，电源电压增高时，输出功率增大。另有一种方案为集成功放芯片的ocl电路，这种电路采用正负双电源供电，该电路全部是直流耦合的，当某一级电路某一点出现故障时，多数情况下都将造成其余放大级电路静态工作点的牵连变化，出现声音失真甚至烧机。2.2 整体电路工作原理由一片tea2025b接成otl功率放大器，电路书要分为电源电路（由电源输入、电源稳压电路组成）、音频输入、tea2025功放主体电路和音频输出。电路拟采用两种电源输入形式，usb接口输入和ck插头输入，适用于不同场合使用，usb主要用于电脑随放，ck 插头可接自制直流稳压电源亦可接一般随身听电源，非常方便。下图为设计电路整体框图： usb 电 源 输 入 ck插头 电 源 输 入ams1117 稳压电路音 频 输 入 tea2025 集 成 功 放 电 路 音 频 输 出3 电路单元模块设计3.1电源电路的设计考虑到电源获取的方便性，选取usb输出+5v电源和一般随身听4.5-6v电源作为本电源的供电模块。但如果上述电源直接输入，噪音太大，影响音质。故选取了噪声较低的集成稳压块1117-33作稳压作用，+5v输入，3.3v输出。经验证，此电压经tea2025输出可以驱动8/3w喇叭发声。下面是1117整流电路图：3.2音频输入的设计音频输入用一般的耳机输出线改装而成。去掉耳机头，刮掉信号线表面胶漆，直接到集成功放输入端。3.3集成功放的设计3.3.1 tea2025b的otl电路tea2025集成电路的输出功率由电源电压和负载阻抗大小决定。既可以构成单声道otl功放，又可以组成btl功放。本次课程设计采用其otl典型电路，应用电路如下图所示：表3-3-1 tea2025集成电路的引脚功能及数据说明4 器件选择及参数计算4.1输入电容的选取该电路要加一输入耦合电容，以减小噪声输入选取一小电容足矣，故取0.22f瓷片电容。5.1电路的安装按照电路设计图，在线路板上合理布局后，将元件焊接在线路板上，安装过程中，注意将电容尽量焊得离主芯片近些， ams1117要加散热片；另外要避免虚焊。这样制作出的tea2025b单声道otl电路。其音效好，音质高，失真小；功率达标；响应频带宽；效率高。5.2电路的调试与数据测定要想功放各项指标都达到要求，有三大关键：1.要求电源品质高。最初的设计中并未使用1117稳压电路，电流噪声大，几乎完全压倒音频信号的输出。加1117稳压电路后，电源性能好，对音频信号干扰小。2.要求输入、输出滤波好。滤波不好，会输出很大噪音或者产生严重失真。音频信号输入端串接了0.22f瓷片电容，输出端串接470f电解电容，并联0.15f瓷片电容，起到了很好的滤波作用。3.要求喇叭性能好。经试音比较，选取了大纸盆喇叭，音质更好。5.2.1 输出电压的测定用函数发生器给安装好的电路提供频率为1khz，峰峰值为300mv的正弦交流电压，用示波器观察输出端的波形，记录此时输出波电压的有效值，并记录下此时的波形图。实际调试过程中，测得输出电压的值为176.8mv。5.2.2 输出功率的计算在加8负载的情况下，根据功率计算公式求得输出功率为=4mw。5.2.3 电源供电功率的测定用开关电源给所设计的电路提供+5v的直流电压，将电路输入端断开，用万用表测得输入电流=20ma。应注意经ams1117稳压后，提供给tea2025b电路的电压只有3.3v，故根据功率计算公式可得电源供电功率=66mw。5.2.4 效率的计算根据上面测量计算出的输出功率和电源供电功率，可根据公式=，可计算出实际测试的效率只有6.06%。5.2.5 输出电压波形图根据5.2.1节的条件，示波器上显示的输出电压的波形图如下：7 设计电路的特点及改进意见7.1设计电路的特点本次课程设计所用的电路具有性能优良，工作可靠，外围元件少以及安装方便等特点，电源电压从2.2v到16.8v均可以正常工作，对电源电压的适应范围很宽，静态电流小，电源电压增高时，输出功率增大。7.2电路改进意见因在调试电路过程中发现输出功率及效率都不够指标的要求，分析电路可知，tea2025b所构成的电路本身提供的输出功率就小，为了满足设计指标，可考虑添加电路中tea2025b芯片的数量，也可扩展其外围电路，使得输出功率及效率满足设计要求。9心得体会本次课程设计至此已经接近尾声，一周的时间虽然很短暂，但在这一个个星期的设计过程中收获颇丰。整个课程设计过程中首先对模拟电路这门课程有了更深的了解，因为课程设计本身要求将以前所学的理论知识运用到实际的电路设计当中去，在电路的设计过程中，无形中便加深了对模拟电路的了解及运用能力，对课本以及以前学过的知识有了一个更好的总结与理解；以前的模电实验只是针对某一个小的功能设计，而此次课程设计对我们的总体电路的设计的要求更严格，需要通过翻阅复习以前学过的知识确立了实验总体设计方案，然后逐步细化进行各模块的设计。这周下来，我对电路故障的排查能力有了很大的提高；再次，通过此次课程设计，我对设计所用到的软件有了更加深刻地了解，这对我们以后的工作和学习的帮助都很有用处。感谢学校给我们这次机会，锻炼了我们的动手能力。通过这次课设让我明白了理论和实际操作之间差距，而且也让我很明确得意识到自己在模电上有很多的知识漏洞，以后应该多钻研一下。同时也感谢指导老师在设计过程中的辅导以及同学的帮助。参考文献1康华光模拟电子技术基础武汉：高等教育出版社，2006.12郑国川，李洪英电子管功放设计和装调技术福州：福建科学技术出版社