模拟电子技术课程设计-OCL音频功率放大器的设计.doc

19井冈山大学机电工程学院模拟电子技术课程设计题 目： OCL音频功率放大器的设计 课 程： 模拟电子技术基础 专 业： 电气工程及其自动化 班 级： 12级电气本（1）班 学 号： 1206150043 姓 名： 吴红园 指导教师： 罗志扬 完成日期： 2014/7/8 院（系）：机电工程学院 学 号学生姓名专业班级课程设计题目OCL音频功率放大器课程设计任务设计参数：1. 采用集成元件设计一个OCL音频功率放大器。2. 额定功率放大器3. 负载阻抗。4. 失真度5. 输出灵敏度不低于150mV。设计要求：1 .分析设计要求，明确性能指标。必须仔细分析课题要求、性能、指标及应用环境等，广开思路，构思出各种总体方案，绘制结构框图。2 .确定合理的总体方案。对各种方案进行比较，以电路的先进性、结构的繁简、成本的高低及制作的难易等方面作综合比较，并考虑器件的来源，敲定可行方案。3 .设计各单元电路。总体方案化整为零，分解成若干子系统或单元电路，逐个设计。4.组成系统。在一定幅面的图纸上合理布局，通常是按信号的流向，采用左进右出的规律摆放各电路，并标出必要的说明。指导教师评语及成绩成绩： 指导教师签字： 年 月 日1设计的目的及任务 1.1课程设计的目的（1） 学习基本理论在实践中综合运用的初步经验，掌握模拟电路设计的基本方法，基本步骤，综合培养设计与调试能力，提高分析问题解决问题的能力；（2） 培养自身根据课本需要自学参考书籍，查阅书册，图表和文献资料的能力；（3） 学会OCL音频功率放大器的设计和性能指标测试方法；（4） 通过实际电路方案的分析比较，设计计算，选取元件，运用Multisim11.0工具对所作出的理论设计进行模拟仿真测试,进一步完善理论设计；（5） 设计出原理图后，运用altium designer 软件画出PCB图,并制作PCB板，然后安装，调试；（6） 熟悉电子仪器的正确使用方法,能分析实验中出现的正常或不正常现象(或数据)独立解决调试中所发生的问题，能够独立分析整机指标测试，提高动手能力；（7） 了解与课设有关的电子线路及元件工程技术规范，学会撰写课程设计任务书，按要求编写设计说明书，正确反应设计的实验结果； 1.2课程设计的任务与要求（1） 根据技术指标要求及实验室条件设计出电路图，分析工作原理，计算元件参数；（2） 列出所有元器件清单；（3） 安装调试所设计的电路，达到设计要求；（4） 记录实验结果。 1.3课程设计的技术指标（1）采用集成元件设计一个OCL音频功率放大器（2）额定功率放大器（3）负载阻抗。（4）失真度（5）输出灵敏度不低于150mV。2电路设计总方案及原理框图 2.1电路设计思路低频功率放大器主要用来对低频信号进行放大，它应具有以下几个方面的功能，对低频信号进行电压放大，具有较高的输入阻抗和很低的输出阻抗，为了实现音频放大电路的上述功能，构成电路时可采用多种方案，可采用分立元件组装，也可采用运算放大器，根据设计要求应采用集成元件。我们知道OCL功率放大器是一种直接耦合的功率放大器，它具有频响宽，保真度高，动态特性记忆与集成化等特点。性能优良的集成放大电路具有输出功率大，外围元件少，使用方便等特点。因此在收音机，电视机，扩音器，伺服放大电路得到广泛应用。那么要设计一个采用集成元件的OCL音频功率放大器，其中额定功率大于1W，负载阻抗8，利用课本上第五章所学的有源带通滤波中计算参数，并且TDA2030集成功率放大器在16V双电源供电，在8的情况下保证，失真度V3%，在multisim软件中可以找到TDA2030，分析器其参数可知它比较适合设计高保真音频功率放大器。 2.2电路设计原理框图设计一个音频功率放大器电路，电路主要由两大部分组成，主电路如果采用分立元件，它主要由输入级，中间级，输出级，偏置电路等组成，这样会使电路复杂，不易在实验室进行，因此可采用集成元件，且集成电路中设有过压及过流保护等，它的辅电路用一些电容电阻构成是为了改善放大器的高频的特性防止低频自激，除此之外还要注意由于工作升温引起的工作点的飘移现象，对其做以适当补偿，以减小电路的非线性失真。（1） 输入级它主要完成信号源的阻抗变换，并把输入信号有效地传递到下一级。主要采用差动放大电路，对差模信号具有放大能力，对共模信号具有很强的抑制作用，且它的直流电阻小，交流电阻大，具有温度补偿等特点。（2） 中间级中间级主要将电压进行放大，使其具有足够大幅值的电压信号进入下一级，采用共发射级放大电路。具有输入电阻大，带负载能力强等特点。（3）输出级将电压信号进行功率放大，以使在扬声器上得到足够大的不是真信号。它一般采用互补对称放大电路，具有输出功率大，效率高，频率特性好等特点输入级中间级输出级 反馈 2.3电路工作原理TDA2030芯片的应用比较灵活，即可以采用双电源供电构成OCL电路，也可以采用单电源供电构成OTL电路，它采用单列5脚封装。TDA2030芯片双电源供电构成OCL电路，该电路在12V电源电压，RL为8的情况下，输出功率大于15W,失真度小于0.5%，R2和R5构成负反馈使电路闭环增益为5.3dB,R4和R7构成频率补偿电路，用以防止电源引线太长造成放大器低频自激。 2.4功率放大器的作用及主要芯片介绍功率放大电路是一种能量转换电路，要求在失真许可的范围为内，高效的为负载提供尽可能大的功率。 TDA2030引脚作用的分析引脚1：同相信号输入引脚，用来输入音频信号。1脚上信号相位与引脚4的信号相位相同引脚2：反相信号输入引脚，有称负反馈引脚。用来接入负反馈电路。引脚3：负电源引脚，接入负极性直流电压；采用正极性单电源供电时，引脚3改为姐弟，接电路中的地线。引脚4：信号输出引脚，输出经过功率放大的音频信号，送入养生器RL。引脚5：正电源引脚，接直流电压供给电路，供直流电路内部使用，采用负极性单电源供电时，引脚5 改为接地。TDA2030的特点及注意事项（1） TDA2030具有负载泄放电压反冲保护电路，如果电源电压峰值为40V的话，那么在5脚与电源之间必须插入LC滤波器，以保证5脚上的脉冲串维持在规定的幅度内。（2） 热保护：限热保护有以下优点，能够容易承受输出的过载，或者环境温度超过时均起保护作用。（3） 与普通电路相比较，扇热片可以有更小的安全系数。万一结温超过时，也不会对器件有所损害。（4） 印刷电路板设计时，必须较好的考虑底线与输出的去耦，因为这些线路有大的电流通过。 2.5电路总原理图主要元器件的作用分析TDA2030：音频功率放大集成电路，构成OCL功率放大器。对音频信号进行功率放大，以推动扬声器发声。C1：输入端耦合电容。将1脚直流电路与前级电路隔离。同时将交流信号无损耗地输入到1脚的内电路。C2：交流负反馈回路隔直电容，将2脚直流电路与地线隔离。防止负反馈电阻R2产生直流负反馈作用。C3：正电源的高频率波电容，滤除正电源中的高频交流成分，用来补偿低频滤波电容C5的高频特性。C5：正电源的低频滤波电容，滤除正电源中的高频交流成分，使功率放大器的交流声更小。它常与整流滤波电容共用。C4和C6：与C3和C5的作用一样。R1：反馈电阻，建立2脚和4脚之间的直流电流回路。同时有交流反馈和直流反馈的作用。R2：交流反馈电阻，阻值越大，TDA2030的放大倍数越小，反之则越大。由于R2上没有直流电流流过。因此R2不存在直流反馈作用。R3：直流偏置电阻。为1脚内电路放大器提供直流通路。3 单元电路设计与参数计算 3.1输入信号C1=280uF R3=22K输入信号就是所需放大的电信号，它可将非电信号物理量转换为电信号的能量提供，C1为输入耦合电容，R1为输入管的偏置电阻。 3.2负反馈电路=680K =128K =5.3，由此求出和的可能阻值R1和R2构成负反馈，电路闭环增益大致为为5.3db 3.3频率补偿电路R4，R7构成频率补偿电路，改善放大器的高频特性 3.4参数计算（1）输出功率输出电流和输出电压有效值的乘积，就是放大电路的输出功率。即=（理想条件下，忽略晶体管的管压降）=所以最大不失真输出功率（2) 电压放大倍数（3） 输出灵敏度测试据输出灵敏度测试的定义，只需测出输出功率=的输入电压即可，当=8，=12时，=9W，所以只要在仿真的时候测出此时的输入电压即可。4用multisim仿真电路 4.1输出波形仿真由图可以看出波形并没有产生太大的失真 4.2输出灵敏度测试输出灵敏度是指当输出功率为最大不失真输出功率是的输入电压，由图得此时的输入电压为1.3V150mV 4.3频带宽度仿真 1设计的目的及任务32电路设计总方案及原理框图44.4失真度分析5收获与体会此次课程设计，我学会了如何使用multisim仿真软件，而且正是通过这次课程设计，我懂得如何把学到的理论知识运用到实践中，这样不仅巩固了理论，我的动手能力也提高了不少。因为这是第一次课程设计，期间遇到不少困难，不知如何运用仿真软件，也不知如何通过给定的条件去设计所需的产品，刚开始接触的时候真的一头雾水，很想放弃，但是我说服自己一定要坚持下去，最后我也战胜了自己。通过上网百度资料，与同学互相讨论，慢慢的进入状态，开始设计OCL音频功率放大器。通过仿真，我认为我设计的音频功率放大器满足要求，所以我用之前学过的altium designer 软件画出了该设计的原理图，并且也画出了PCB图，制成PCB板，最后我把元件焊接上去，经过调试与硬件检测发现我的设计真的没有问题，那时真的很开心。所以，这一系列的过程，我真的学到不少东西。当然，我还学会如何撰写课程设计报告，为将来写毕业论文打好坚实的基础。所以，我觉得任何时候都不要小看自己，要相信自己潜力无限，要学会挖掘自己的潜能，更要学会鼓励自己，因为做任何事情不可能每次都一帆风顺，当你失败的时候，要学会去思考问题解决问题，或许有时候失败带给自己的东西远胜过一帆风顺的成功。这次课程设计，我更深的体会就是无论何事，都必