音频功率放大器的实训报告.doc

桂林电子科技大学信息科技学院08-09年度07机电一体化模拟电子技术系统实训报告报 告 名 称： 音频功率放大器的实训报告 系 别： 机械设计及其自动化 专 业、班 级： 指 导教 师： 宾恩钧 学 生姓 名： 学 号： 时 间：2008.12.29 - 2009.1.12 地 点： 第29和30号教学楼 摘 要本文介绍了音频功率放大电路中的UA741CP、TDA2030A、LM7809的工作原理，分析与设计音频功率放大电路的逻辑电路图，阐述了音频功率放大电路的工作原理及其设计方法。关键词：uA741通用高增益运算通用放大器；TDA2030A功率放大器；LM7809三端稳压集成块目 录引言 31 音频功率放大器概述 31.1 音频放大器分类 31.2 音频放大器重要参数 52 音频功率放大器元器件的选择及参数 72.1 稳压集成块的选择及参数 72.2 集成运算放大器的选择及参数 82.3 功率放大器的选择及参数 83 电路实物制作与调试 93.1 元器件布局 93.2 元器件的焊接 103.3 焊接问题 103.4 电路调试 114 结论12 谢辞12 参考文献 12引言学校为加强实践教学，提高实践教学质量，培养学生的实践动手能力、创新能力，适应社会经济建设的要求，促进我校职业教育健康持续的发展。通过开展此类实训活动可以解决本专业的学生实习实践培养问题，提高教育质量，为学生就业打下了良好的基础，使学生各方面素质全面提高。1 音频功率放大器概述前置输入级是由集成运放UA741CP组成的源级输出器，它具有输入阻抗较高而输出阻抗较低的 特点。 中间级是由集成运放UA741CP以及由电阻、电容、电位器组成的选频网络一起构成的电压并联负反馈式音调控制放大电路。它具有高低音提升或衰减功能。其工作原理如下：输入信号通过电容耦合，分两路输入运放，一路输入到反相端。集成运放输出端反馈到反相端，形成电压并联反馈；另一路输入到反相端。在此电路中，选频网络中电容量较大的电容对高频信号（高音）可看作短路，电容量叫小的电容对低频信号(低音)可看作开路，所有这些电容对中频信号（中音）可认为开路。根据反相比例运算关系可知，当电位器滑臂在中点时，放大倍数为-1。当电位器滑点在A端，电容被短路，电容和电阻并联与某电阻串联后阻抗增加，对低频信号来说负反馈增强，增益下降，其低音衰减过程，当电位器滑至C处，两个电阻和某个电阻并联后的阻抗减小，对高频信号负反馈削弱，增益提高，对高音起提升作用；在D点，电阻、电容与某电阻并联后的阻抗减小，并联后阻抗减小,对高频信号负反馈增强，对高音起衰减作用。 输出级是功率放大器，它由集成运放TDA2030和桥式整流电路组成。1.1 音频放大器分类传统的数字语音回放系统包含两个主要过程：1、数字语音数据到模拟语音信号的变换(利用高精度数模转换器DAC)实现；2利用模拟功率放大器进行模拟信号放大，如A类、B类和AB类放大器。从1980年代早期，许多研究者致力于开发不同类型的数字放大器，这种放大器直接从数字语音数据实现功率放大而不需要进行模拟转换，这样的放大器通常称作数字功率放大器或者D类放大器。（1）A类放大器A类放大器的主要特点是：放大器的工作点Q设定在负载线的中点附近,晶体管在输入信号的整个周期内均导通。放大器可单管工作，也可以推挽工作。由于放大器工作在特性曲线的线性范围内，所以瞬态失真和交替失真较小。电路简单，调试方便。但效率较低，晶体管功耗大，功率的理论最大值仅有25，且有较大的非线性失真。 由于效率比较低 现在设计基本上不在再使用。（2）B类放大器B类放大器的主要特点是：放大器的静态点在(VCC，0)处，当没有信号输入时，输出端几乎不消耗功率。在Vi的正半周期内，Q1导通Q2截止，输出端正半周正弦波；同理，当Vi为负半波正弦波(如图虚线部分所示)，所以必须用两管推挽工作。其特点是效率较高(78%)，但是因放大器有一段工作在非线性区域内，故其缺点是交越失真较大。即当信号在-0.6V 0.6V之间时， Q1 Q2都无法导通而引起的。所以这类放大器也逐渐被设计师摒弃。（3）AB类放大器AB类放大器的主要特点是：晶体管的导通时间稍大于半周期，必须用两管推挽工作。可以避免交越失真。交替失真较大，可以抵消偶次谐波失真。有效率较高，晶体管功耗较小的特点。当信号在-0.6V（4）D类放大器D类(数字音频功率)放大器是一种将输入模拟音频信号或PCM数字信息变换成PWM(脉冲亮度调制)或PDM(脉冲密度调制)的脉冲信号,然后用PWM或PDM的脉冲信号去控制大功率开关器件通/断音频功率放大器，也称为开关放大器。具有效率高的突出优点.数字音频功率放大器也看上去成是一个一比特的功率数模变换器.放大器由输入信号处理电路、开关信号形成电路、大功率开关电路(半桥式和全桥式)和低通滤波器(LC)等四部分组成.D类放大或数字式放大器。系利用极高频率的转换开关电路来放大音频信号的。如图所示，PDM信号与PWM信号相比，没有固定的工作频率，其将输入的音频信号调制成一组脉冲宽度相同但是频率不同的PDM信号，有效的改善了PWM带来的EMI问题。目前市场上产品还不是很多。PWM(Pulse Width Modulation)中A类、B类和AB类放大器是模拟放大器，D类放大器是数字放大器。B类和AB类推挽放大器比A类放大器效率高、失真较小，功放晶体管功耗较小，散热好，但B类放大器在晶体管导通与截止状态的转换过程中会因其开关特性不佳或因电路参数选择不当而产生交替失真。而D类放大器具有效率高低失真，频率响应曲线好。外围元器件少优点。AB类放大器和D类放大器是目前音频功率放大器的基本电路形式。1.2 音频放大器重要参数（1）电源纹波抑制比(PSRR)电源纹波抑制比(power supply rejection rate)是音频放大器的输入测量电源电压的偏差偶合到一个模拟电路的输出信号的比值。PSRR反映了音频功率放大器对电源的纹波要求，PSRR值越大越好，音频放大器输出音质就越好。（2）总谐波失真加噪声() 总谐波失真(total harmonic distortion)是指一个模拟电路处理信号后，在一个特定频率范围内所引入的总失真量。噪声(noise)是指通常不需要的信号。有时是由于由于热或者其它物理条件产生的在线路板上的其它电气行为(干扰)。从的定义中不难看出总谐波失真和噪声越小越好。（3）信噪比(SNR) 通常指一个模拟信号中有用信号和噪声之间的比值。（4）增益(AO) 对音频功率放大器来说增益通常指放大器输出功率和输入功率之间的比值。增益越大说明放大器的效率越高。（5）最大输出功率(POCM)输出功率反映了一个音频功率放大器的负载能力，通常音频放大器厂家会提供产品的在工作电压一定条件和额定负载下的的最大输出功率。(6)关断电流(Shutdown current)和输出偏移电压(Output Offset Voltage)。2 音频功率放大器元器件的选择及参数PartTypeDesignatorFootprintPartTypeDesignatorFootprint0.01ufC3RAD0.2220VT1tr0.01ufC4RAD0.2300KR3AXIAL0.30.1ufC10RAD0.2410KR13vr40.1ufC11RAD0.2470KR5AXIAL0.40.1ufC9RAD0.2470KR14vr40.01ufC17RAD0.2470pfC5RAD0.21.5R10AXIAL0.4680R8AXIAL0.41ufC6rb.2/.42200ufC13rb.2/.41ufC1rb.2/.42200ufC8rb.2/.410KR6AXIAL0.44007D2400710KR1AXIAL0.44007D3400710KR15vr44700ufC16rb.2/.410KR2AXIAL0.44700ufC18rb.2/.410ufC2rb.2/.4BNCP1BNC13KR4AXIAL0.4LM7809U4TO-22022KR9AXIAL0.4RL = 8LS1sip222KR7AXIAL0.4TDA-2030AU3203022ufC7rb.2/.4UA741U1DIP847KR12AXIAL0.4UA741U2DIP847KR11AXIAL0.42.1 稳压集成块的选择及参数（1）概述7809 系列为3 端正稳压电路,TO-220 封装，能提供多种固定的输出电压，应用范围广。内含过流、过热和过载保护电路。带散热片时，输出电流可达1A。虽然是固定稳压电路，但使用外接元件，可获得不同的电压和电流。 （2）主要特点 输出电流可达1A 输出电压有： 9V 过热保护 短路保护 输出晶体管SOA 保护 （3）极限值（T =25） V 输入电压(V =518V) 35V R 热阻（结到壳） 5/W R 热阻（结到空气） 65/W TOPR工作结温范围 0125 TSTG贮存温度范围 -65150 2.2 集成运算放大器的选择及参数（1） 概述uA741通用高增益运算通用放大器是早些年最常用的运放之一.应用非常广泛, 双列直插8脚或圆筒8脚封装。（2）主要特点工作电压为22V差分电压为30V输入电压为18V允许功耗500mW2.3 功率放大器的选择及参数（1） 概述 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1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、失真小等特点。并具有内部保护电路。（2）主要特点 外接元件非常少 输出功率大，Po=18W(RL=4) 采用超小型封装（TO-220）,可提高组装密度 开机冲击极小 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 TDA2030A能在最低6V最高22V的电压下工作在19V、8阻抗时能够输出16W的有效功率，THD0.1%。无疑，用它来做电脑有源音箱的功率放大部分或小型功放再合适不过了。3 电路实物制作与调试要求：（1） 最大不失真输出功率：Pom5W（2） 负载电阻RL=8欧姆（3） 频率响应在无高低音提升和衰减时，50Hzf20KHz（4） 音调控制范围：低音fL=200Hz，高音fH=12KHz（5） 电压放大倍数：600倍（包括前级放大）（6） 噪声电压：输入端短路时，输出噪声电压有效值UN20mV3.1 元器件布局3.2 元器件的焊接3.3 焊接问题（1） 焊接方法 焊锡丝的拿法 经常使用烙铁进行锡焊的人，一般把成卷的焊锡丝拉直，然后截成一尺长左右的一段。在进行连续焊接是，锡丝的拿法应用左手的拇指、食指和小指夹住锡丝，用另外两个手指配合就能把锡丝连续向前送进。若不是连续焊接，锡丝的拿法也可以采用其他形式。 电烙铁的握法 根据电烙铁的大小、形状和被焊件要求的不同，电烙铁的握法一般有三种：正握法、反握法和握笔法。握笔法适合于使用小功率的电烙铁和进行热容量小的被焊件的焊接。（2）焊接步骤 准备 首先把被焊件、锡丝和烙铁准备好，处于随时可焊的状态。加热被焊件 把烙铁头放在接线端子和引线上进行加热。放上焊锡丝 被焊件经加热达到一定的温度后，立即将手中的锡丝触到被焊件上使之溶化以得到适量的焊料。注意焊锡应加到被焊件上与烙铁头对称的一侧，而不是直接加到烙铁头上。移开焊锡丝 当锡丝熔化一定量后（焊料不能太多），迅速移开锡丝。移开电烙铁 当焊料的扩散范围达到要求后移开电烙铁。撤离烙铁的方向和速度的快慢与焊接质量密切相关，操作时应特别留心仔细体会。（2） 焊接注意事项 烙铁的温度要适当，可将烙铁头放放到松香上去检验，一般以松香熔化较快又不冒大烟的温度为适宜。焊接的时间要适当，从加焊料到焊料熔化并流满焊接点，一般应在三秒钟之内完成。若焊接时间过长，助焊剂完全挥发，就失去了助焊的作用，会造成焊点表面粗糙，且易使焊点氧化。但焊接时间也不宜过短，时间过短则达不到焊接所需要的温度，焊料不能充分熔化，易造成虚焊。焊料与焊剂的使用要适量，若使用焊料过多，则多余的焊料会流入管座的底部，降低管脚之间的绝缘性；若使用的焊剂过多，则易在管脚周围形成绝缘层，造成管脚与管座之间的接触不良。反之，焊料和焊剂过少易早成虚焊。焊接过程中不要触动焊接点，在焊接点上的焊料未完全冷却凝固时，不应移动被焊元器件及导线，否则易变形，也可能造成虚焊现象。焊接过程中也要注意不要烫伤周围的元器件及导线。 3.4 电路调试测量电压法首先要确认的是各芯片电源引脚的电压是否正常，其次检查各种参考电压是否正常，另外还有各点的工作电压是否正常等。例如，一般的硅三极管导通时，BE结电压在0.7V左右，而CE结电压则在0.3V左右或者更小。如果一个三极管的BE结电压大于0.7V（特殊三极管除外，例如达林顿管等），可能就是BE结就开路。信号注入法将信号源加至输入端，然后依次往后测量各点的波形，看是否正常，以找到故障点。有时我们也会用更简单的办法，例如用手握一个镊子，去碰触各级的输入端，看输出端是否有反应，这在音频、视频等放大电路中常使用（但要注意，热底板的电路或者电压高的电路，不能使用此法，否则可能会导致触电）。如果碰前一级没有反应，而碰后一级有反应，则说明问题出在前一级，应重点检查。其它的寻找故障点的方法，例如看、听、闻、摸等“看”就是看元件有无明显的机械损坏，例如破裂、烧黑、变形等；“听”就是听工作声音是否正常，例如一些不该响的东西在响，该响的地方不响或者声音不正常等；“闻”就是检查是否有异味，例如烧焦的味道、电容电解液的味道等，对于一个有经验的电子维修人员来说，对这些气味是很敏感的；“摸”就是用手去试探器件的温度是否正常，例如太热，或者太凉。一些功率器件，工作起来时会发热，如果摸上去是凉的，则基本上可以判断它没有工作起来。但如果不该热的地方热了或者该热的地方太热了，那也是不行的。一般的功率三极管、稳压芯片等，工作在70度以下是完全没问题的。70度大概是怎样的一个概念呢？如果你将手压上去，可以坚持三秒钟以上，就说明温度大概在70度以