音响放大器课程设计与制作.doc

模拟电子课程设计 专业班级 电气工程及其自动化专业班级 电气工程及其自动化 6 6 班班 姓姓 名 名 XXXXXXXXXXXX 学学 号 号 XXXXXXXXXXXX 河南理工大学万方科技学院河南理工大学万方科技学院 目目 录录 题目 摘要 1 概述 1 1 音响的介绍 1 2 音响的作用意义 2 电路方案的比较与论证 2 1 放大电路的比较与论证 2 2 音频功率放大电路的比较与论证 3 核心元器件介绍 3 1 LM324 的介绍 3 2 TDA2030 的介绍 4 电路设计 4 1 直流稳压电源电路的设计 4 2 话音放大器与混合前置放大器的设计 4 3 功率放大电路的设计 5 PCB 的制作 5 1 对元器件的前期准备 5 2 SCH原理图应注意常见问题 5 3 PCB 设计中应注意的问题 5 4 焊盘应注意的常见问题 6 调试 6 1 静态工作点测试 6 2 最大输出功率测试 6 3 频率特性测试 6 4 话音放大器 参 考 文 献 附件 1 电路原理图 附件 2 元件清单 音响放大器课程设计与制作音响放大器课程设计与制作 摘摘 要要 本文介绍了音响的构成 功能 及工作原理 它由 TDA2030 芯片所组成的 功放电路 LM324 四运放大器为前置放大和音调放大构成 本身具有电源电压 范围宽 静态功耗小 可单电源使用 价格低廉等优点 而 TDA2030 一款输出 功率大 最大功率到达 35W 左右 静态电流小 负载能力强 动态电流大既可 带动 4 16 的扬声器 电路简洁 制作方便 性能可靠的高保真功放 并具有 内部保护电路 本设计的功能是将输入音频信号进行放大 是一种可普遍用于 家庭音响系统 立体声唱机等电子系统中 便于携带 适用性强 1 1 概述概述 1 1 音响的介绍 音响技术的发展经历了电子管 晶体管 场效应管的历史时期 在不同的 历史时期都各有其特点 通过音响放大器设计 使我们认识到一个简单的模拟 电路系统 应当包括信号源 输入级 中间级 输出级和执行机构 信号源的 作用是提供待放大的电信号 如果信号是非电量 还须把非电量转换为电信号 然后进入输入级 中间级进行电流或电压放大 再进入输出级进行功率放大 最后去推动执行机构做某项工作 1 2 音响的作用意义 音响放大器是将电信号还原成声音信号的一种装置 还原真实性将作为评 价音箱性能的重要标准 细心观察我的身边 现在音响可以说是无处不在 做 为一个现代人 我们已经离不开音响 它的出现与使用 丰富了我们的生活 而在实际生活中 它更是不可取代 娱乐 工作 学习 生活的方方面面都 有它的身影 音响将我们的生活带入了一个全新的世界 2 2 电路方案的比较与论证电路方案的比较与论证 2 1 放大电路的比较与论证 方案一 采用 uA741 运算放大器设计电路 uA741 通用高增益运算通用放 大器 应用非常广泛 为双列直插 8 脚或圆筒 8 脚封装 工作电压 22V 差分 电压 30V 输入电压 18V 允许功耗 500mW 方案二 采用 LM324 通用四运算放大器 双列直插 8 脚封装 内部包含四 组形式完全相同的运算放大器 除电源共用外 四组运放相互独立 方案选取 uA741 是通用放大器 性能不是很好 满足一般需求 而 LM324 四运放大器具有电源电压范围宽 静态功耗小 可单电源使用 价格低廉等优 点 本设计放大倍数不高 LM324 能达到频响要求 故选用 LM324 四运放大器 2 2 音频功率放大电路的比较与论证 方案一 采用 SL34 集成功率放大器 SL34 是低电压集成音频功放 功耗 低 失真小 工作电压为 6V 8 负载时 输出功率在 300mW 以上 主要用于收 音机及其它功放 方案二 LM386 是一种音频集成功放 具有自身功耗低 电压增益可调整 电源电压范围大等优点 广泛应用于录音机和收音机之中 LM386 电源电压 4 12V 音频功率 0 5w LM386 音响功放是由 NSC 制造的 它的电源电压范围非常 宽 最高可使用到 15V 消耗静态电流为 4mA 当电源电压为 12V 时 在 8 欧姆 的负载情况下 可提供几百 mW 的功率 它的典型输入阻抗为 50K 方案三 TDA2030 芯片所组成的功放电路 它是一款输出功率大 最大功 率到达 35W 左右 静态电流小 负载能力强 动态电流大既可带动 4 16 的 扬声器 电路简洁 制作方便 性能可靠的高保真功放 并具有内部保护电路 方案选取 本课题要求音响放大器的输出功率在 5W 以上 然而 LM386 达不到这功率 故选用 TDA2030 频率响应 fL fH 50Hz 20kHz 而单电源供电音频功率放大 器已经达到所需要的目标 3 3 核心元器件介绍核心元器件介绍 3 1 LM324 的介绍 LM324 系列器件为价格便宜的带有真差动输入的四运算放大器 与单电源 应用场合的标准运算放大器相比 它们有一些显著优点 该四放大器可以工作 在低到 3 0 伏或者高到 32 伏的电源下 静态电流为 MC1741 的静态电流的五分 之一 共模输入范围包括负电源 因而消除了在许多应用场合中采用外部偏置 元件的必要性 3 2 TDA2030 的介绍 TDA2030A 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 意大利 SGS 公司 美国 RCA 公司 日本日 立公司 NEC 公司等均有同类产品生产 虽然其内部电路略有差异 但引出脚 位置及功能均相同 可以互换 4 4 电路电路设计设计 4 1 直流稳压电源电路的设计 各种电器设备内部均是由不同种类的电子电路组成 电子电路正常工作需 要直流电源 为电器设备提供直流电的设备称为直流稳压电源 直流稳压电源 可以将 220V 的交流输入电压转变成稳定不变的直流电压 直流稳压电源的组成 框图如图 4 2 所示 22ov AC 变压电路 Uo 直流 整流电路滤波电路稳压电路 图 4 2 电源组成框图 4 2 话音放大器与混合前置放大器的设计 由于话筒的输出信号一般只有 5mV 左右 而输出阻抗达到 20k 亦有低输 出阻抗的话筒如 20 200 等 所以话音放大器的作用是不失真地放大声音 信号 最高频率达到 10kHz 其输入阻抗应远大于话筒的输出阻抗 其放大倍 数 Av 1 R12 R11 8 5 倍 图 4 3 话音放大器电路 4 3 功率放大电路的设计 功率放大器 简称 功放 很多情况下主机的额定输出功率不能胜任带动 整个音响系统的任务 这时就要在主机和播放设备之间加装功率放大器来补充 所需的功率缺口 而功率放大器在整个音响系统中起到了 组织 协调 的枢 纽作用 在某种程度上主宰着整个系统能否提供良好的音质输出 当负载一定 时 希望其输出的功率尽可能大 其输出信号的非线性失真尽可能地小 效率 尽可能高 功放的常见电路有 OTL Output Transformerless 电路和 OCL Output Capacitorless 电路 有用集成运算放大器和晶体管组成的功放 也有专用集成电路功放 100K R22 4 7K R24 100K R23 10K R21 1K R26 150K R25 10uF C13 D2 22uF C12 2uF C14 D3 IN4001 12V 2200uF C18 0 1uF C17 LS1 Speaker GND 1 2 3 4 5 U2 TDA2030 35WIN 图 4 4 功率放大电路 4 4 总电路图 图4 5 总电路图 5 5 PCBPCB 的制作的制作 5 1 对元器件的前期准备 在确定原理图后 就得开始对各个元器件的阻值和符号进行标注 弄好后 最关键的还是各个元器件的封装 一定要根据实物的大小了封装 5 2 Sch 原理图应注意常见问题 根据自己元器件的复杂程度和数量来确定框的大小 把元器件根据输入和输出 分别放两端 调整元器件使它看起来最简单 然后在规则中设定一些值 如焊 盘大小 1 8mm 线与线间距最小距离为 0 7mm 连线大小 GND 为 1 5mm VCC 为 1 2mm 信号线为 1mm 等等 5 3 PCB 设计中应注意的问题 a 布线方向 从焊接面看 元件的排列方位尽可能保持与原理图相一致 布线方向最好与电路图走线方向相一致 b 各元件排列 分布要合理和均匀 力求整齐 美观 c 电阻 二极管的放置方式分为平放与竖放两种 1 平放 当电路元件数量不多 而且电路板尺寸较大的情况下 一般是 采用平放较好 2 竖放 当电路元件数较多 而且电路板尺寸不大的情况下 一般是采 用竖放 竖放时两个焊盘的间距一般取 1 2 10 英寸 d 电位 IC 座的放置原则 电位器 在稳压器中用来调节输出电压 故设计电位器应满中顺时针调节 时输出电压升高 反时针调节器节时输出电压降低 在可调恒流充电器中电位 器用来调节充电电流折大小 设计电位器时应满中顺时针调节时 电流增大 电位器安放位轩应当满中整机结构安装及面板布局的要求 因此应尽可能放轩 在板的边缘 旋转柄朝外 IC 座 设计印刷板图时 在使用 IC 座的场合下 一定要特别注意 IC 座上定位槽放置的方位是否正确 并注意各个 IC 脚位是否正确 例如第 1 脚只能位于 IC 座的右下角线或者左上角 而且紧靠定位槽 从焊接面看 e 进出接线端布置 相关联的两引线端不要距离太大 一般为 2 3 10 英寸 左右较合适 进出线端尽可能集中在 1 至 2 个侧面 不要太过离散 f 设计布线图时要注意管脚排列顺序 元件脚间距要合理 g 设计布线图时走线尽量少拐弯 力求线条简单明了 h 布线条宽窄和线条间距要适中 电容器两焊盘间距应尽可能与电容引线 脚的间距相符 i 设计应按一定顺序方向进行 例如可以由左往右和由上而下的顺序进行 5 4 焊盘应注意的常见问题 焊盘内孔边缘到印制板边的距离要大于 1mm 这样可以避免加工时导致焊 盘缺损 焊盘的开口 有些器件是在经过波峰焊后补焊的 但由于经过波峰焊 后焊盘内孔被锡封住 使器件无法插下去 解决办法是在印制板加工时对该焊 盘开一小口 这样波峰焊时内孔就不会被封住 而且也不会影响正常的焊接 焊盘补泪滴 当与焊盘连接的走线较细时 要将焊盘与走线之间的连接设计成 水滴状 这样的好处是焊盘不容易起皮 而是走线与焊盘不易断开 相邻的焊 盘要避免成锐角或大面积的铜箔 成锐角会造成波峰焊困难 而且有桥接的危 险 大面积铜箔因散热过快会导致不易焊接 6 6 调试调试 6 1 静态工作点测试 接上电源 次级为 12 伏 不带负载情况下接通电源 按下电路板上电源开 关 测试滤波电容两端输出电压应为 14v 左右 若出现异常应该立即断电 6 2 最大输出功率测试 将 8 负载接入功率输出端 再将信号源调至频率 f 1000hz 输出电压为 1V 接到音频放大器的声道输入端 将音调调节电位器调到最大 功率输出端 接上示波器 毫伏表 图 6 1 测试的接法 调节音量电位器 使输出信号失真度 THD 3 时 测出功率放大器的输出电 压 Vo 的值 由公式 P Vo2 16 计算放大器的最大输出功率 6 3 频率特性测试 调节 1000hz 输入信号幅度 或调音量电位器 使输出信号为 1V 测出电 路输入信号的大小 Vi 的值 调节输入信号的频率 保持输入信号 Vi 的大小不 变 测量输出信号的大小 找出上下限频率 fL 和 fH 求出通频带 BW FH f 6 4 话音放大器 由于话筒的输出信号一般只有 5mV 左右 而输出阻抗达到 20K 亦有低输出 阻抗的话筒如 20 欧 200 欧等 所以话筒放大器的作用是不失真地放大声音 信号 最高频率达到 10KHz 其输入阻抗应远大于话筒的输出阻抗 放大倍数 160 20 8 倍 电路图中 A1 组成同向放大器 具有很高的输出阻抗 能与高阻话筒配接作 为话音放大器电路 其放大倍数 Av 1 R12 R11 8 5 倍 18 5dB 与仿真结果 相似 四运放 LM324 的频带虽然很窄 增益为 1 时 带宽为 1MHz 但这里放 大倍数不高 故能达到 fH 10kHzd 的频响要求 心得与体会 这次模电课设的论文和设计是我这大学期间干的最有意义的事之一 从最初的 选题 开题到写论文直到完成论文 每一个过程都是对自己能力的一次检验和 充实 通过这次实践 我了解了音频功率放大器用途及工作原理 熟悉了音频 功率放大器的设计步骤 锻炼了设计能力 此次设计是对我专业知识和专业基 础知识一次实际检验和巩固 这次设计收获很多 比如学会了查找相关资料相 关标准 分析数据 提高了自己的能力 其实这么一次的锻炼可以学到书本里 许多学不到的知识 但是课程设计也暴露出自己专业基础的很多不足之处 比 如缺乏综合应用专业知识的能力 对材料的不了解等等 这次实践是对自己模 电所学的一次大检阅 使我明白自己知识还很不全面 首先 我要感谢