毕业设计-NE5532+TDA2030功放设计.doc

I 毕业设计（论文）毕业设计（论文） 题题 目目: 专专 业业: 应用电子技术应用电子技术 班班 级级: 学学 号号: 姓姓 名名: 指导老师指导老师: 成都工业学院 二一四年六月 I 摘要 随着社会的不断发展，功放出现在了人们生活的方方面面。目前，音频功 率放大器仍以模拟功放为主流产品，模拟功放经历了数十年的不断改进和完善， 其技术已发展到了顶峰。模拟类功放是以线性放大为基础，功率放大器件有电 子管和晶体管两类。晶体管功放的最大优点是电源转换效率高（C 类功放最大 可达 55%） 、体积小、重量轻、发热量不大、生产成本低。缺点是转换速率低、 偶次谐波失真较大。音质和可靠性指标都略逊于电子管功放。随着晶体管制造 技术的不断提高和新技术的应用，各项实用性指标和可靠性指标都有很大改善， 并不断在向更大的输出功率、更小的体积、更轻的重量、更多的功能和智能化 方向发展 本设计是紧贴现实生活来设计的是一个实用音频功率放大器。设计电路主 要由前置放大电路、音调控制电路及功率放大电路三部分构成，其中，前置放 大电路采用同相比例运算器来实现电压的放大；音调控制电路采用负反馈式来 实现音调控制；前置放大电路及音调控制电路均采用 NE5532 双运放实现，功 率放大电路采用 TDA2030 功率放大器来实现功率放大。 关键词关键词：音频功率放大器 NE5532 TDA2030 II Abstract With the development of society, the power amplifier in all aspects of peoples lives. At present, the audio power amplifier with analog amplifier is the mainstream products, analog amplifier has experienced decades of continuous improvement and perfection, its technology has developed to a peak. Analog amplifier is based on class based linear amplification, the power amplification device has two kinds of electron tube and transistor. The main advantage of the transistor amplifier is a power conversion efficiency (class C power amplifier up to 55%), small volume, light weight, less heat, low production cost. Drawback is the low conversion rate, even higher harmonic distortion. Quality and reliability are displayed in the electronic tube power amplifier. With the continuous improvement of transistor manufacturing technology and new technology, the availability of indicators and reliability have been improved greatly, and continue to a greater output power, smaller volume, lighter weight, more functions and intelligent direction The design is close to the real life to the design of a practical audio power amplifier. Circuit design by the preamplifier circuit, tone control circuit and power amplification circuit is composed of three parts, wherein, the preamplifier circuit using in-phase proportion amplifying arithmetic to realize voltage; tone control circuit with negative feedback to realize the tone control; preamplifier circuit and tone control circuit adopts NE5532 dual operational amplifier, power amplifier the circuit uses TDA2030 power amplifier to achieve power amplifier. Key Words: Amplifier NE5532 TDA2030 III 目目 录录 摘要I ABSTRACT.II 第一章 绪论.1 1.1 音频功率放大器简介 1 1.2 功放的常见分类 1 1.3 功放的性能指标 2 第二章 设计方案.3 2.1 设计要求分析 4 2.2 预定方案 4 2.3 方案论证 5 第三章 方案实施.6 3.1 模块电路分析与设计 6 3.1.1 前级放大模块.6 3.1.2 调音模块.9 3.1.3 后级放大模块10 3.1.4 电源模块14 3.2 电路仿真测试 .15 第四章 实物制作20 4.1 PCB 布线20 4.2 制作电路板 .22 4.3 装配 .22 第五章 调试23 参考文献.24 总结.25 致谢.26 附页一 元件清单27 附页二 左声道连级电路图28 附页三 实物图29 1 第一章 绪论 本章主要介绍功放的一些基础知识，主要是为了让读者对功放的性能及相 关参数有大概的了解。 1.1 音频功率放大器简介 功率放大器简称功放，俗称“扩音机” ，是音响系统中最基本的设备，它的 任务是把来自信号源（专业音响系统中则是来自调音台）的微弱电信号进行放 大以驱动扬声器发出声音。一套良好的音响系统功放的作用功不可没。功放， 是各类音响器材中最大的一个家族，其作用主要是将音源器材输入的较微弱信 号进行放大后，产生足够大的电流去推动扬声器进行声音的重放。由于考虑功 率、阻抗、失真、动态以及不同的使用范围和控制调节功能，不同的功放在内 部的信号处理、线路设计和生产工艺上也各不相同。音频功率放大器是一个技 术已经相当成熟的领域，几十年来，人们为之付出了不懈的努力，无论从线路 技术还是元器件方面，乃至于思想认识上都取得了长足的进步。 1.2 功放的常见分类 按功放中功放管的导电方式不同，可以分为甲类功放（又称 A 类） 、乙类 功放（又称 B 类） 、甲乙类功放（又称 AB 类）和丁类功放（又称 D 类功放） 。 甲类功放是指在信号的整个周期内（正弦波的正负两个半周） ，放大器的任 何功率输出元件都不会出现电流截止（即停止输出）的一类放大器。甲类放大 器工作时会产生高热，效率很低，但固有的优点是不存在交越失真。单端放大 器都是甲类工作方式，推挽放大器可以是甲类，也可以是乙类或甲乙类。 乙类功放是指正弦信号的正负两个半周分别由推挽输出级的两“臂”轮流 放大输出的一类放大器，每一“臂”的导电时间为信号的半个周期。乙类放大 器的优点是效率高，缺点是会产生交越失真。 甲乙类功放界于甲类和乙类之间，推挽放大的每一个“臂”导通时间大于 信号的半个周期而小于一个周期。甲乙类放大有效解决了乙类放大器的交越失 真问题，效率又比甲类放大器高，因此获得了极为广泛的应用。 丁类功放也称数字式放大器，利用极高频率的转换开关电路来放大音频号， 具有效率高，体积小的优点。许多功率高达 1000W 的丁类放大器，体积只不过 像 VHS 录像带那么大。这类放大器不适宜于用作宽频带的放大器，但在有源超 2 低音音箱中有较多的应用。 1.3 功放的性能指标 一 输出功率 输出功率是指功放电路输送给负载的功率。目前人们对输出功率的测量方 法和评价方法很不统一，使用时注意。 额定功率（RMS） 它指在一定的谐波范围内功放长期工作所能输出的最大功率（严格说是正 弦波信号）。经常把谐波失真度为 1%时的平均功率称为额定输出功率或最大有 用功率、持续功率、不失真功率等。很显然规定的失真度前提不同时，额定功 率数值将不相同。 最大输出功率 当不考虑失真大小时，功放电路的输出功率可远高于额定功率，还可输出 更大数值的功率，它能输出的最大功率称为最大输出功率，前述额定功率与最 大输出功率是两种不同前提条件的输出功率。 音乐输出功率（MPO） 音乐输出功率可以用来评价功放的动态听音效果，例如在平稳的音乐过程 后面突然出现了冲击性强的打击乐器声音，有的功放电路可在瞬间提供很大的 输出功率给以力度感有使不完的劲；有的功放却显得力不从心底气不足。为了 反映这瞬间突发性输出功率的能力可以用音乐输出功率来量度。 峰值音乐输出功率（PMPO） 它是最大音乐输出功率，是功放电路的另一个动态指标，若不考虑失真度 功放电路可输出的最大音乐功率就是峰值音乐输出功率。 二 频率响应 频率响应反映功率放大器对音频信号各频率分量的放大能力，功率放大器 的频响范围应不底于人耳的听觉频率范围，因而在理想情况下，主声道音频功 率放大器的工作频率范围为 20-20kHz。国际规定一般音频功放的频率范围是 40-16 kHz1.5dB。 三 失真 失真是重放音频信号的波形发生变化的现象。波形失真的原因和种类有很 3 多，主要有谐波失真、互调失真、瞬态失真等。 四 动态范围 放大器不失真的放大最小信号与最大信号电平的比值就是放大器的动态范 围。实际运用时，该比值使用 dB 来表示两信号的电平差，高保真放大器的动态 范围应大于 90 dB。 自然界的各种噪声形成周围的背景噪声，而周围的背景噪声和演奏出现的 声音强度相差很大，在通常情况下，将这个强度差称为动态范围，优良音响系 统在输入强信号时不应产生过载失真，而在输入弱信号时，有不应被自身产生 的噪声所淹没，为此好的音响系统应当具有较大的动态范围，噪声只能尽量减 少，但不可能不产生噪声。 五 信噪比 信噪比，即 SNR，又称为讯噪比。狭义来讲是指放大器的输出信号的电压与 同时输出的噪声电压的比，常常用分贝数表示，设备的信噪比越高表明它产生 的杂音越少。一般来说，信噪比越大，说明混在信号里的噪声越小，声音回放 的音质量越高，否则相反。信噪比一般不应该低于 70dB，高保真音箱的信噪比 应达到 110dB 以上。信噪比是衡量功放好坏的一个非常重要的参数。 六 输出阻抗和阻尼系数 1、输出阻抗 功放输出端与负载（扬声器）所表现出的等效内阻抗称为功放的输出阻抗。 功放与音箱要适配，阻抗匹配是最重要的。音箱是功放的负载主体，音箱的标 称（或称额定）阻抗应与功放的额定输出阻抗相等或相近。功放电路应当配接 多少额定负载阻抗值，这是生产厂家设计功放的一项基本参数。晶体管功放是 低阻抗输出电路；而电子管功放是高阻抗输出电路，它对音箱的阻抗值要求十 分严格。但晶体管低阻抗输出功放仍对负载阻抗值提出了一定的要求。 2、阻尼系数 阻尼系数是指放大器的额定负载阻抗与功率放大器实际阻抗的比值。阻尼系 数大表示功率放大器的输出电阻小，阻尼系数是放大器在信号消失后控制扬声 器锥体运动的能力。 4 第二章 设计方案 2.1 设计要求分析 根据设计要求，分析可知，本设计除了对音频信号进行功率放大推动负载 外，还应该有调音电路，对输入的信号进行各频段的声音调节。由于调音电路 对信号传递会有一定的衰减，所以在调音之前就需要有一个前级放大电路，先 对输入小信号进行初步的放大，才有利于调音的实现。这样设计就被简单的分 成 前级放大、调音、功率放大 三个模块。 2.2 预定方案 根据对几种功放的认真分析，甲类功放信号失真小但能量转换低，乙类功 放虽然只能拿放大半个周期信号，但是能量转换效率高。甲乙类功放的性能介 于两者之间。对于功放电路，能量转换以及信号失真度是相当重要的，所以为 了使能量转换效率尽量大，而且又让信号能尽量保真。功率放大部分选用 OTL 互补对称功率放大电路。功率放大电路，除了对信号的电压进行足够的电压 放大外，还要求对信号进行足够的电流放大。因此，其在系统的中的重要作用 不言而喻。TDA2030 是一块性能十分优良的功率放大集成电路，其性价比较高， 音质较好，其主要特点上升速率高、瞬态互调失真小，输出功率大，而保护性 能比较完善，外围电路简单，使用方便。所以功率放大电路采用 TDA2030。 常用音调控制电路有三种：衰减式音调控制电路、负反馈音调控制电路、 衰减负反馈混合式音调控制电路。负反馈式电路与衰减式电路相比，中音电平 不需要做很大衰减，并且噪声和失真小一些。负反馈式电路与负反馈式电路与 电路相比，结构更加简单，更加稳定，能抑制反馈环内噪声和干扰等优点。因 此，本设计选择负反馈音调控制电路。 前级放大电路及负反馈调音电路均采用集成运放实现。集成运放一方面可 以放大信号，另一方面其反馈的特性可以实现对声音音调控制。通过对各种运 放的对比，NE5532 双运放比较适合实现这两种功能。NE5532 曾是上世纪九十年 代初音响界的“运放之皇”。它具有优良的输出驱动能力及相当高的小信号带 宽，电源电压范围较大，很适合应用在高品质和专业音响设备仪器及控制电路、 电话中做放大器。用作音频放大时音色温暖，保真度高。 5 综合各部分电路，电路结构框图如图 2.2.1 所示 图 2.2.1 电路结构框图 2.3 方案论证 电源模块通过变压器次级输出，经整流、滤波稳压后输出直流电，为电路 提供稳定的工作电压。音频输入信号经前级初步放大到适当值，然后进入调音 模块电路，通过电位器调节反馈来影响不同频率的信号，使其输出有不一样的 变化，这就造成了高中低音的调节效果。调节后的信号，经过后级功放电路， 对信号进行功率放大，获得较大功率，然后推动负载（扬声器）发出声音。理 论上来分析，该方案可以实施，能达到预期效果。 喇叭 调音模块 功率放大模块 音频输入 前级放大 电源模块 6 第三章 方案实施 3.1 模块电路分析与设计 3.1.1 前级放大模块 从音频发生设备发出的声音信号都是些比较小的信号，虽然现在有的 功放模块已经可以直接使用这些信号进行放大，但如果有增加调音功能的 电路，调音电路就会对信号有一部分衰减，造成调音后的信号微弱甚至无 输出信号。所以为了弥补电路对信号的衰减，就需要对输入信号进行一个 前级放大。放大器选用方案预定的集成放大器 双运放 NE5532 。电路除了 要对信号进行放大之外，还需要对频率范围进行限制，即只选取 20Hz 20KHz 人耳能听到的声音的信号，减少其他干扰对声音信号的干扰。 器件介绍 NE5532 芯片简介 NE5532 是高性能低噪声双运算放大器（双运放）集成电路。与很多标准 运放相似，但它具有更好的噪声性能，优良的输出驱动能力及相当高的小信号 带宽，电源电压范围大等特点。因此很适合应用在高品质和专业音响设备、仪 器、控制电路及电话通道放大器。用作音频放大时音色温暖，保真度高，在上 世纪九十年代初的音响界被发烧友们誉为“运放之皇”，至今仍是很多音响发 烧友手中必备的运放之一。下面是对芯片的一些简单说明： 1.NE5532 引脚图与实物图 见图 3.1.1 图 3.1.2 图 3.1.1 引脚图 图 3.1.2 实物图 7 2.NE5532 引脚功能见表 3.1.1、参数特性见表 3.1.2 表 3.1.1 NE5532 引脚功能表 3.1.2 NE5532 参数 引 脚 功能 1通道 1 输出 2通道 1 倒相输出 3通道一非倒相输入 4电源 5通道 2 非倒相输入 6通道 2 倒相输入 7通道 2 输出 8电源+ 参数数值 通道数 2 推荐电源电压 (V) 5-15 增益带宽(MHz) 10 功率带宽(KHz) 140 转换速率(V/us) 9 输入失调电压(mV) 5 (Max) 输入噪声电压 (nV/Hz) 5 共模抑制比(dB) 70 (Min) 静态电流(mA) 8 8 根据分析设计的电路，左右声道完全一样，前级放大电路如图 3.1.3 所示。 图 3.1.3 前级放大电路 音频输入接的 R1 可调电位器，是对输入信号进行幅度调节，用于控制声 音的大小，可平衡左右声道。运放信号输入部分用一个 1U 电容串联 2.2K 电阻 对地用了一个 47K 电阻和一个 100P 电容，低频下由于的 C1 存在，对低频进行 衰减 有高通的作用。高频下由于 C2 的存在，这个容可以在频率高到一定程度 的时候视为通路。所以频率越高电路对信号的衰减就越大有低通的作用。纵观 这 2 个元件可以视为一个高通率波+一个低通滤波。把信号限制在一个特定区域 下粗略的计算一下 用上面的图 可以把信号频率限制在 3.3HZ700KHZ 之间(为 了满足听觉 略大于人耳听觉范围即可) 放大电路采用标准的正向比例放大电路 R5 R6 为负反馈提供反馈信号得分压电组 控制 R5 R6 的比例可以控制放大倍 数 C4 为反馈网络的高频超前补偿电容，适当的补偿高频可以修正波形 C3 为反 馈网络对地电容 高频下这个电容可以视为通路 电路按照电阻的比例进行放大 低频下信号频率低 或者没有信号的情况下 这个电容视为断路 电路变为典型跟 随结构 增益为 0 有这个电容可以把直流反馈变成交流反馈可以调节输出 0 点。 但是这个电容取值不当会出现严重的问题。 比如没有低频原因是直流反馈交流 反馈的界限指定错误 具体怎么定义可以通过公式计算 F=1/(2*pai*R*C) pai 是 9 圆周率 F 为频率 RC 为图中的 R6 C3 理论上让 F 小于 20HZ 即可实际上可以差 的多一点 比如图中的参数计算出来是 0.7Hz 。 注意，计算中电容单位用法 电阻单位用欧 算出来的频率用 Hz 这个电容选用高频的无级的电容，不过这个 电容一般值都比较大。所以很多电路也会使用电解电容，正因为这个电容在反 馈中起重要作用，这个电容的质量也是直接影响音质的。输出串联了一个 3.9K 的电阻 和一个 4.7U 的电容 4.7U 电容为了输出隔离直流，也是为了隔离后面 负反馈的反馈网络。 如果不用音调只用前级可以直通。如果想用音调部分就必 须接着个电容。电阻的作用是信号分压，前级作用是线性放大，运放输出串联 的电阻与后面放大器内阻进行分压有助于电路稳定，另一方面也可以防止输出 直接短路 IC 导致 IC 烧坏。 3.1.2 调音模块 要实现调音功能首先是要将信号按照不同的频率划分出来，然后通过运 放调节反馈，如此来对不同频率的信号进行放大衰减。这里选频用 RC 选频网 络来进行频率选择。电路如图 3.1.4 图 3.1.4 调音电路图 图示电路为经典三段音调电路，标准的负反馈音调调节运放为反向输入电 路，阻容有带通效果,电位器在中间位的时候,三频衰减的都一样,所以是均衡的。 如果低音衰减得少了,那相比另外两个就多了,看上去是提升了,其实是另两个被 衰减得多些。电位器在中间时，该频段增益为 1 倍，向下可低 12 分贝，向上可 增加 12 分贝。电位器向上调节反馈深度增加对信号有衰减作用向下调节反馈深 度减小信号增强，C11 电容起消镇作用可以不接输出 1K 电阻 跟后面放大器分 压 也可以防止输出短路保护 IC。 10 3.1.3 后级放大模块 器件简介 后级放大主要是为了输出足够大的功率，能够带动发声。这里选用的是 TDA2030 功放芯片，外围电路较为简单。下面是对 TDA2030 芯片的简单介绍 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 封装结构。如图所示，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、谐波 失真和交越失真小等特点。并设有短路和过热保护电路等，多用于高级收录机 及高传真立体声扩音装置 电路特点：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.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、过热、地线偶 然开路、电源极性反接（Vsmax=12V） 、负载泄放电压反冲等。 封装形式：封装形式：TDA2030 为 5 脚单列直插式，如图3.1.5所示 图 3.1.5 TDA2030 引脚图 11 电气参数：电气参数：如表 3.2.0 和表 3.2.1 所示 表 3.2.0： TDA2030 电气参数 1（Vcc=14V，TA=25) 参数名称符号测试条件最小值 典型值最大值单位 电源电压 范围 VCC618V 静态电源 电流 ICCQVcc=18V4060mA 电源电流ICC Po=14W，RL=4 Po=9W，RL=8 900 500 mA 输入偏置电 流 IBVcc=18V0.22mA 输入失调电 压 VIVcc=18V220mV 输入失调电 流 IIVcc=18V20200mA 输出功率 Pd THD=0.5% Gvc=30dB f=4015000Hz RL=4 RL=8 12 8 15 10 W W 谐波失真度 THD Gvc=30dB f=4015000Hz Po=0.112W RL=4 Po=0.112W，RL=8 0.1 0.1 0.5 0.5 % % 12 表 3.2.1：TDA2030 电气参数 2 输入灵敏度 Vis Gvc=30dB，f=1 KHz Po=12W，RL=4 Po=8W，RL=8 215 250 mV mV 频带宽度 BW Gvc=30dB，Po= 12W，RL=4 1014000 Hz 输入阻抗 Ri （1）脚0.55 M 开环电压 增益 GVC 90 dB 闭环电压 增益 GVCf=1KHz29.53030.5dB 输入噪声 电压 VNI BW=22Hz22KH z，RL=4 310V 输入噪声 电流 INI BW=22Hz22KH z，RL=4 80200pA 电源波纹 抑制比 KSVR RL=4，Gvc=3 0dB，Rg=22K，Vg p=0.5Vcc fip=100Hz 4050 dB 过热截止 时壳温 RRPD=12W110 TDA2030 功率放大电路，如图 3.1.6 13 图 3.1.6 功放电路 图示电路为音频功率放大器原理图，其中 TDA2030 是高保真集成功率放大 器芯片，输出功率大于 10w ，频率响应为 10Hz 一 140KHz ，输出电流峰值最 大可达 3.5A 。其内部电路包含输入级、中间级和输出级，且有短路保护和过 热保护，可确保电路工作安全可靠。R1 是音最调节电位器，C3 是输入藕合电 容，R2 和 R4 是 TDA2030 同相输入端偏置电阻。R8 、R5 决定了该电路交流负 反馈的强弱及闭环增益。该电路闭环增益为( R8 R5）/R5 =( 4 .7 + l 50 ) / 4 . 7 = 33 倍，C2 起隔直流作用，以使电路直流为 100 负反馈。静态工 作点稳定性好。C4 、C5 为电源高频旁路电容，防止电路产生自激振荡。R6 和 扬声器内阻称为茹贝网路，用以在电路接有感性负载扬声器时，保证高频稳定 性。Dl 、D2 是保护二极管，防止输出电压峰值损坏集成块 TDA2030. C1 22u 去耦电容器，使电路经过两个 100K 分压后滤波再经过 100K 为放 大器提供反相输入偏置电压，的作用。因为是单电源，三个 100k 电阻是供为正 端提供电压的中心电压，R3 R2 两个分压，R4 隔离。150k 电阻是反馈电阻，反 相端 4.7k 电阻及下面的 22u 电容对信号有一个滤波作用。22u 电容是去耦电容， 是的电源经两个 100k 分压后，由 22u 滤波后，在经过 100k 给芯片提供工作点。 14 3.1.4 电源模块 根据电路需求，NE5532 需双 15V 供电， TDA2030 单 15V 供电，双声道 10W 额定输出功率，所以电源设计成最大输出功率 20W 双 15V 直流即可。变 压器选用额定功率 20W 双 18V 输出 稳压选用 LM7815/7915 分别产生正负电 压。 电源电路如图 3.1.7 所示 图 3.1.7 电源电路图 电路中变压器输出的交流电，经过四个二极管全波桥式整流后，由 C25 C29 两个大电容滤波送到稳压管输入端，稳压输出后再次滤波，即可得到较为 稳定的正负 15V 电压。 对 C25C29 这两个电容的选取很重要，根据负载的电流来定其容量。由方 案设计电路，后级功放电流在额定功率下工作，电流达 1A 以上，此电容耐压 值 通常取（1.52）*U2 ，计算查表后该电容取 2200uF 50V 较合适。C33 C34 C35 C36 为高频滤波电容，滤除高频杂波信号，可以避免稳压管因为杂波升温。 C30 C32 为去耦电容，可滤除低频信号。 15 3.2 电路仿真测试 电源仿真结果如图 3.2.1 图 3.2.1 电源仿真 由仿真结果分析，可以达到正负 15V 输出要求。 前级放大仿真 在同一频率下，这里选择的是 100Hz 正弦波 ,然后分别改变输入信号的幅 值，在放大器输出端测试幅值，计算放大倍数。具体数据间表 3.2.1。 同频率下输入 信号幅值 30mv80mv100mv150mv200mv 输出幅值314.513mv837.691mv1.046V1.563V2.081V 放大倍数10.48310.47110.4610.4210.40 表 3.2.1 前级仿真结果 由不同幅值输入信号的仿真结果表明，前级放大电路可以实现放大功能， 放大倍数有点误差，基本符合理论放大值。 16 前级仿真波形图如下图 3.2.2 和图 3.2.3。 图 3.2.2 前级仿真波形图 1 17 图 3.2.3 前级仿真波形图 2 调音电路仿真 电路为左右声道对称电路，要看到调音效果，就需要将一个电路作参照， 调节另一个电路的中高低音电位器来看波形，分析电路对不同频率信号的调节 作用。下面是对几种不同频段信号的调节波形图。 图 3.2.4 高音调节仿真图 18 图 3.2.5 中音调节仿真图 图 3.2.6 低音调节仿真 功率放大电路仿真 仿真主要是测试其信号放大倍数及失真临界点，仿真结果如下表 3.1.2，仿 真图见图 3.2.7 和图 3.2.8。 表 3.1.2 输入幅度50mv100mv150mv176mv 输出幅度1.643V3.286V4.908V5.767V 19 放大倍数32.8632.8632.7232.76 图 3.2.7 功率放大电路仿真 当输入信号幅度达到 185mv 时，信号明显失真。失真临界波形如图 3.2.8。 图 3.2.8 组合仿真 将电路各模块连接，仿真图见 3.2.9。 20 图 3.2.9 组合仿真 第四章 实物制作 4.1 PCB 布线 布线是制作电路板一个最基本的也是很重要的步骤，只有把线路布好，电 路才能有稳定运行的条件。 本设计采用 Protel99SE 软件进行布线操作，布线之前先将一些封装库没有 的元件的实物找出来，进行精确量尺寸。这里主要是几个接线端、散热器、以 及几个调音双联电位器需要画封装。布线采用单层布线，线宽 40mil 以上，方 便实物的制作。绘制好的电源 及 调音电路 PCB 见图 4.1.1 和 图 4.1.2 21 图 4.1.1 电源 PCB 22 图 4.1.2 调音电路 PCB 23 4.2 制作电路板 电路板制作主要分为以下几个步骤： 1）将画好的 PCB 图纸，经检查无误后，用热转印纸在激光打印机 上打印出来。由于激光打印会产生高温，对转印纸有影响，偶尔会影响打 印效果。所以在打印出来的图纸中选择最为完整的一张。 2）将覆铜板切割成所需电路板大小，表面用酒精擦拭，待干了后， 将打印好的热转印纸贴在上面，然后用热熨斗压转印纸上熨烫。来回熨烫 12 分钟即可将转印纸上的电路转印到覆铜板上。 3）待覆铜板冷却，将其放入 40 度左右的 三氯化铁 溶液进行腐蚀。 来回的晃动，等到除电路外的铜全部腐蚀完后，及时的取出电路板用清水 洗净。用抹布擦干，再用砂纸将电路墨迹砂去。 4）对板子进行打孔操作，要注意的是不能把孔钻偏，不同的元件 使用的钻头会有一些差异。 4.3 装配 电路板装配的好坏直接影响其使用寿命和使用效果，装配前应把所有工具 准备齐全，如：镊子、 吸锡器、 剪刀、 钳子、 电烙铁等。然后将电路所需 元件找齐，分类整理，这样方便焊接时拿取元件，避免焊接时取错。 焊接应注意： 1 随时保证工作台整洁，对照图纸进行焊接。焊点要有足够的机械强度， 保证被焊件在受振动或冲击时不致脱落、松动。不能用过多焊料堆积，这样容 易造成虚焊、焊点与焊点的短路。 2 焊接时要掌握好焊接的温度和时间，在焊接时保持合适的温度，温度过 低或时间不足，会使焊料不能充分浸润焊件而形成虚焊。 温度过高或时间过长 会损坏元件，焊点的外观也会变差。 3 焊点表面要光滑、清洁 ， 焊点表面应有良好光泽，不应有毛刺、空隙， 无污垢，尤其是焊剂的有害残留物质，要选择合适的焊料与焊剂。 24 第五章 调试 在调试之前要对板子进行一个简单地检测，主要是看电路板电源有无短路， 元件管脚有无短路，有无漏焊、虚焊等现象。对照装配图与电路图进行检测， 发现问题及时更改。原理图及装配图见附页二、附页三。 电源调试主要测试其电压值，其他模块主要检测其波形。先是分模块检测， 然后再将几个模块连接检测。通过从音频输入端输入正弦波，在各个测试点分 析其波形来判断电路是否存在问题。 调试中发现的问题及解决办法： 1.前级放大电路中，左右两路有输入信号，右路无放大信号输出。经检查， 是 IC 供电不到位，负电源虚焊断路。 2.信号从前级放大出来以后，到耦合电容过后就无法用示波器检测到了，用 电压表测试电压达 14V。经分析，该点电压应该为零。反复检查，分析原理图， 原来是因为缺少一个低音调节双联电位器导致直流反馈无法回到反向端。待找 来电位器装上后，问题便解决。 3.测试调音输出波形时，发现有杂波干扰，据分析应该是使用的电源滤波不 纯有干扰。在电源正负输入端分别对地加了一个 470uF 极性电容，和 0.1uF 无 极性电容。再次测试，波形无杂波。 4.电源模块调试时，测试稳压管输出电压，空载情况下正电压为 15V ，负 电压为18V，经反复检查电路图，无原理错误。测试各个点电压，变压器标 注为双 18V 输出，但实际输出 20V，比理论值偏高，经整流滤波后达 26V。经 分析是由于稳压输入电压与稳压输出电压落差偏大，所以导致空载时无法稳到 所需电压值，加上负载后再测试，可压达到正负 15V 稳压。 经过和同组人员几天紧张的调试，解决了种种技术和非技术的问题之后， 电路各个模块均可以正常运行。根据示波器波形分析，电路可以实现前级放大， 对各频段信号调节，以及推动负载工作，能达到预期效果。实物图见附页三。 25 参考文献 1 童诗白.模拟电子技术基础. 北京：高等教育出版社，2003 2 李德润.电子技术基础. 北京：高等教育出版社，1998 3 陈梓城.实用电子线路设计与调试. 北京：中国电力出版社，2006 4 胡斌.家用音响电路原理与检修方法. 北京：人民邮电出版社，2000 5 蔡元宇.电路及磁路. 北京：高等教育出版社, 1999 6 曾兴雯.高频电子线路. 北京：高等教育出版社, 2009 7 臧春华.电子线路设计与应用.北京:高等教育出版社，2005. 8 邱关源.罗先觉.电路（第五版）.北京：高等教育出版社，2006. 9 聂广林.音响技术与设备.北京：高等教育出版社 ，2004 10 张阳天.韩异凡.Protel DXP 电路设计 .北京：高等教育出版社，2005 26 总结 通过这次毕业设计我获益良多，本次设计是老师给任务同学自由选择项目。 我选择的是功率放大器。这是我第一次做功放，但深知功放很难调试，最后还 是选择功放，就是想挑战一下自己。 第一步是找电路原理图，在网上找原理图很容易，因为功放的原理图很多， 但是很多具有缺陷，可行度不高。无意中我发现了一个原理图，是较多网友亲 身试验过可行的，最终我选择了它。 第二步是分析原理图，我在分析次原理图时发现原理比较简单，就是以 TDA2030 为放大芯片，加上电源滤波电容和过压过流保护，和反馈部分的电阻， 基本上就没什么了。分析好电路原理图以后，接下来的就是第三步了。 第三步是 PCB 的排版，做功放的排版时我学到了很多东西。首先