音频功率放大器.doc

测控电路 课程设计说明书题目： 音频功率放大器 目 录1 选题背景12 设计任务12.1 基本要求12.2 设计分析13 主要单元电路参考设计23.1 前置放大器电路33.2 功率放大器电路34 元器件清单45 小结46 设计体会及今后的改进意见56.1 体会56.2 本方案存在的问题56.3 改进意见5参考文献61.选题背景 随着社会的发展，电唱机、CD唱机、录音机、传声器（话筒）、音响设备等已完全融入我们的日常工作和生活中，这些设备中都需要必不可少的音频功率放大器，音频功率放大器的作用就是将声音源输入的信号进行放大，然后输出驱动扬声器。此次选择的课题就满足此项需求。2.设计任务 2.1基本要求 设计一个实用的音频功率放大器。在输入正弦波幅度5mV，负载电阻等于8的条件下，音频功率放大器满足如下要求： (1)最大输出不失真功率POM8W。 (2)功率放大器的频带宽度BW50Hz15KHz。 (3)输入阻抗Ri100k。 2.2设计分析 根据设计课题的要求，该音频功率放大器可由图2.2所示框图实现。 图2-2 音频功率放大器组成框图 2.2.1前置放大器 音频功率放大器的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。声音源的种类有多种，如传声器（话筒）、电唱机、录音机（放音磁头）、CD唱机及线路传输等，这些声音源的输出信号的电压差别很大，从零点几毫伏到几百毫伏。一般功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中的话，对于输入过低的信号，功率放大器输出功率不足，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，这样将失去了音频放大的意义。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。对于话筒和线路输入信号，一般只需将输入信号进行放大和衰减，不需要进行频率均衡。前置放大器的主要功能一是使话筒的输出阻抗与前置放大器的输入阻抗相匹配；二是使前置放大器的输出电压幅度与功率放大器的输入灵敏度相匹配。由于话筒输出信号非常微弱，一般只有100V几毫伏，所以前置放大器输入级的噪声对整个放大器的信噪比影响很大。前置放大器的输入级首先采用低噪声电路，对于由晶体管组成的分立元件组成的前置放大器，首先要选择低噪声的晶体管，另外还要设置合适的静态工作点。对于前置放大器的另外一要求是要有足够宽的频带，以保证音频信号进行不失真的放大。 图2-2-1前置级放大器电路图 2.2.2功率放大器 功率放大器的作用是给音响放大器的负载（一般是扬声器）提供所需要的输出功率。 功率放大器的主要性能指标有最大输出不失真功率、失真度、信噪比、频率响应和效率。目前常见的电路结构有OTL型、OCL型、DC型和CL型。有全部采用分立元件晶体管组成的功率放大器；也有采用集成运算放大器和大功率晶体管构成的功率放大器；随着集成电路的发展，全集成功率放大器应用越来越多。由于集成功率放大器使用和调试方便、体积小、重量轻、成本低、温度稳定性好，功耗低，电源利用率高，失真小，具有过流保护、过热保护、过压保护及自启动、消噪等功能，所以使用非常广泛。3.主要单元电路参考设计 本设计的音频功率放大器是一个多级放大系统。首先根据输出功率的确定电源大小和整个系统的增益。因为音频功率放大器的输出功率POM8W。所以音频功率放大器的输出幅值13（V）。当输入信号最小值为5mV时，整个放大系统的电压放大倍数为：2260（倍），即67（dB）。根据整个放大系统的电压增益，合理分配各级单元电路的增益。功率放大器级（采用集成功放）电压放大倍数取30倍；音调控制器放大器在中频（1KHz）处的电压放大倍数取1；前置放大器的电压放大倍数取80（考虑到实际电路中有衰减）。 音频功率放大器供电电源的选取主要从效率和输出失真大小方面考虑。如上所述，该系统的输出信号幅值为11.3V，从提高效率的角度考虑，电源电压越接近11.3V越好，但这样输出信号的失真将增大；从减小失真的角度考虑，可适当的提高电源电压。综合考虑，音频功率放大器整个系统的电源电压采用15V供电。 3.1前置放大器电路 根据音频信号的特点，前置放大器选择由NE5532集成运算放大器构成的电压放大器完成。NE5532在噪声、转换速率、增益带宽积等方面具有优异的指标，由它组成的电压放大器可以很好的满足设计要求，电路如图3-2-1所示。前置放大器有两级放大器组成，第一级采用NE5532构成的电压串联负反馈电路，具有输入阻抗高的特点。第二放大器采用NE5532组成的电压并联负反馈电路，该电路具有输出电阻小、抗共模干扰信号强的特点。第一级放大器的电压放大倍数为：5.7；第二级放大器的电压放大倍数为：-20；电容C5、C6的作用是高频滤波，电容C3、C4是去耦电容，消除低频自激振荡。前置放大器的下限频率由电容C1和电阻R1决定。 3.2功率放大器电路采用集成功放设计功率放大器不仅设计简单，工作稳定，而且组装、调试方便，成本低廉，所以本设计选用集成功放实现。目前常用的集成功放型号非常多，本设计选取SGS公司生产的TDA2030/2030A集成功放，该器件具有输出功率大、谐波失真小、内部设有过热保护，外围电路简单，可以作OTL使用，也可作OCL使用。TDA2030/2030A的外引线如图11所示。1脚为同相输入端，2脚为反相输入端，4脚为输出端，3脚接负电源，5脚接正电源。电路特点是引脚和外接元件少。其主要特点为：电源电压范围为6V18V，静态电流小于60A，频响为10Hz140 kHz，在VCC = 14 V，RL=4时，输出功率为14W。 图3-2-1 TDA2030管脚图和TDA2030组成的OCL功率放大器电路 由TDA2030/2030A构成的OCL功率放大器电路如图3-2-1所示。二极管D1、D2起保护作用，一是限制输入信号过大，二是防止电源极性接反。R4、C2组成输出相移校正网络，使负载接近纯电阻。电容C1是输入耦合电容，其大小决定功率放大器的下限频率。电容C3、C6是低频旁路电容，电容C5、C4是高频旁路电容。电位器RP是音量调节电位器。4.元器件清单元件个数元件个数元件个数NE55322100K电阻10.1uf 电容2TDA2030122K电阻20.01uf 电容2220K电阻1680电阻147uf 电容15.1K电阻21电阻10.22uf 电容110K电阻110uf 电容422uf 电容147K电阻1100uf 电容2100K滑动变阻器1IN400128扬声器5小结 随着社会的发展，音频放大器的应用已十分普及，无论是在日常工作还是生活中，所以这次课程设计的选择我选了这个项目。经过几天考虑和分析，我做出了此次设计的思路和电路图，随后制出设计说明书。对于此次设计来说，虽然原理不难，但并不是很满意。总的来说，通过此次设计，使我不但再次熟悉了课本上的相关知识，并且做到了将书本上的知识与所需设计内容相结合，让我深有体会。同时，此次设计还考验了我们的理论设计，资料搜集，参数计算等综合素质，还培养了我们的独立思考能力，意义非凡。6.设计体会及今后的改进意见 6.1 体会 在此次课设的整个过程中，让我感触最深的就是用理论知识与实际设计相结合，这对于我们来说的确是一次不小的考验。 为了此次课设，我又复习原来测控电路所学的知识，并查找相关资料，进行初步的设计。在这个过程中我发现了许多知识上的不足，对许多知识还仅限于理解，不能很好的应用。我充分体会到了我们不应仅限于课本上的知识，还应学会如何去与实际相结合。 总体来说，通过此次课设使我受益匪浅，不仅巩固了我之前所学的内容，还提供了一次让我学会用书本上的理论知识与实际相结合的体验，而这也对我以后的学习工作产生很大的影响。 6.2本方案存在的问题经过我的分析后，发现一些本方案的不足之处，存在功能不是很全面，还有就是实用方面的问题，比如