音频功率放大器

任务书任务书 设计题目 音频功率放大器 设计要求 1 设计内容 本课程要求设计一个音频功率放大器 2 性能要求 1 功率 5W 到 10W 2 电源电压 20V 以下 3 每人撰写一份设计报告 根据个人分工情况有所侧重 页面数目不少于 15 页 每位成员应参与设计与制作的每个过程 要了解整机设计的相关 知识 掌握安装与调试等相关技能 在提交电路板和设计报告时 能够 回答老师所提的问题 小组分工 根据个人擅长及相关专业技能 我们三个分工如下 方案设计 杨宏根 绘图 聂佳栋 安装与调试 郭海斌 目目 录录 前言 第一章 电路设计 1 1 电路设计方案 1 1 1 原理图 1 1 2 工作原理 第二章 音频放大器功能要求及元器件介绍 2 1 基本功能 2 2 元器件介绍和清单 第三章 PCB 板的制作 3 1PCB 板的制作 3 2 电路板制作的基本步棸 3 2 1 protel 软件来画好原理图 3 2 2 封装并画好 PCB 图 布好线 3 2 3 将 PCB 图打印出来 并压制好电路板 3 2 4 制作电路板 腐蚀好电路导航的铜 钻孔 3 2 5 安装元器件 焊接 3 2 6 手工焊接的步骤 第四章 电路板的调试 第五章 总结 5 1 心得体会 前言前言 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 中文名 功放 俗称 扩音器 全称 功率放大器 英文名 Power Amplifier 功放的作用就是把来自音源或前级放大器的音频信号放大 推动音箱放声 一套良好的音响系统功放的作用功不可没 功放 可以说是各类音响器材中最大的一个家族了 其作用主要是将音源 器材输入的较微弱音频信号进行放大后 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 在现代音响普及中 人们因生活层次 文化习俗 音乐修养 欣赏口味的 不同 令对相同电气指标的音响设备得出不同的评价 所以 就高保真度功放 而言 应该达到电气指标与实际听音指标的平衡与统一 第一章第一章 电路设计电路设计 1 11 1 电路设计方案 1 1 11 1 1 原理图 1 1 21 1 2 工作原理 第二章第二章 音频放大器功能要求及元器件介绍音频放大器功能要求及元器件介绍 2 12 1 基本功能 音频功率放大器 其作用是将音频输入的信号进行选择与入处理 进行功 率放大 使电箱号具有推动音箱的能力 将输入的信号放大 使其具有足够的功率来使负载工作 一般有音频功放 射频功放 视频功放等 用得最多的是音频功放 是将输入音频信号放大 有 足够的功率推动扬声器发声 也有足够的功率产生足够的声压 2 22 2 元器件介绍和清单 2 2 1 TDA2030 TDA 2030 是一块性能十分优良的功率放大集成电路 其主要特点是上升速 率高 瞬态互调失真小 在目前流行的数十种功率放大集成电路中 规定瞬态 互调失真指标的仅有包括TDA 2030 在内的几种 我们知道 瞬态互调失真是决 定放大器品质的重要因素 该集成功放的一个重要优点 TDA2030 功率放大管利用三极管的电流控制作用或场效应管的电压控制作用 将 电源的功率转换为按照输入信号变化的电流 因为声音是不同振幅和不同频 率的 波 即交流信号电流 三极管的集电极电流永远是基极电流的 倍 是三极管的交流放大倍数 应用这一点 若将小信号注入基极 则集 电极流过的电流会等于基极电流的 倍 然后将这个信号用隔直电容隔离出来 就得到了电流 或电压 是原先的 倍的大信号 这现象成为三极管的放大作用 经过不断的电流及电压放大 就完成了功率放大 根据资料介绍 在各国生产的单片集成电路中 输出功率最大的不过20W 而 TDA 2030 的输出功率却能达18W 若使用两块电路组成BTL 电路 输出功 率可增至 35W 另一方面 大功率集成块由于所用电源电压高 输出电流大 在 使用中稍有不慎往往致使损坏 然而在TDA 2030 集成电路中 设计了较为完善 的保护电路 一旦输出电流过大或管壳过热 集成块能自动地减流或截止 使 自己得到保护 当然这保护是有条件的 我们决不能因为有保护功能而不适当 地进行使用 TDA2030 集成电路的第三个特点是外围电路简单 使用方便 在现有的各种 功率集成电路中 它的管脚属于最少的一类 总共才5 端 在焊接电路板的时候 TDA2030A 的管脚的分布对于焊接的时候很重要的 如果管脚的区分有错 直接 会导致的功率放大器烧掉 通过查阅资料知道他的管脚分布为 汉字对着人 从左往右数为1 2 3 4 5 其中 1 为同相输入端 2 为反相输入端 3 为功率放大 器的接地端 4 为功率放大器额的输出端 5 为功率放大器的电源线的接入端 TDA2030 在电源电压 14V 负载电阻为4 时输出 14 瓦功率 失真度 0 5 在电源电压 16V 负载电阻为4 时输出 18 瓦功率 失真度 0 5 该电路由于价廉质优 使用方便 并正在越来越广泛地应用于各种 款式收录机和高保真立体声设备中 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 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 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 6 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 THD 0 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 引脚情况 1 脚是正相输入端 2 脚是反向输入端 3 脚是负电源输入端 4 脚是功率输出端 5 脚是正电源输入端 注意事项 1 TDA2030 具有负载泄放电压反冲保护电路 如果电源电压峰值电压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 甚至是长时 间的 或者环境温度超过时均起保护作用 3 与普通电路相比较 散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 如果发生这种情况 Po 当然还有Ptot 和 Io 就被 减少 4 印刷电路板设计时必须较好的考虑地线与输出的去耦 因为这些线路有 大的电流通过 5 装配时散热片与之间不需要绝缘 引线长度应尽可能短 焊接温度不得 超过 260 12 秒 6 虽然 TDA2030 所需的元件很少 但所选的元件必须是品质有保障的元件 2 2 2 元器件清单 第三章第三章 PCB 板的制作板的制作 3 13 1PCB 板的制作 3 23 2 电路板制作的基本步骤 3 2 13 2 1 protel 软件来画好原理图 3 2 23 2 2封装并画好 PCB 图 布好线 3 2 33 2 3 将 PCB 图打印出来 并压制好电路板 保存好文件退出程序 去影印处将 PCB 图打印出来 并通过专业设备成功 压制好电路板 压制电路板之应注意 1 电路板表面要用砂纸擦干净 预防一些赃物黏住 PCB 上的墨 2 压板的温度不要太高 一般在 120 度左右 压出板后 如果有一些不是 很清楚 要用彩粉笔画上 3 2 43 2 4 制作电路板 腐蚀好电路导航的铜 钻孔 腐蚀电路板时不要放太多的腐蚀液 摇晃也不要太迅速 否则腐蚀液会把 板上的线吃掉 腐蚀后 进行打孔 打孔要注意孔的大小 还要小心砖头 打孔时要缓慢 打进去 不能快速打进去 背面会起花 3 2 53 2 5 安装元器件 焊接 电路板做好然后安装元器件 安装时遵循先小后大的原则 然后进行焊接 焊接时要焊点尽可能的保持光亮 3 2 63 2 6 手工焊接 一 焊接操作姿势与卫生 焊剂加热挥发出的化学物质对人体是有害的 如果操作时鼻子距离烙铁头 太近 则很容易将有害气体吸入 一般烙铁离开鼻子的距离应至少不小于 30cm 通常以 40cm 时为宜 电烙铁拿法有三种 如图一所示 反握法动作稳定 长时间操作不宜疲劳 适于大功率烙铁的操作 正握法适于中等功率烙铁或带弯头电烙铁的操作 一 般在操作台上焊印制板等焊件时多采用握笔法 焊锡丝一般有两种拿法 如图二所示 由于焊丝成分中 铅占一定比例 众所 周知铅是对人体有害的重金属 因此操作时应戴手套或操作后洗手 避免食入 使用电烙铁要配置烙铁架 一般防止再工作台右前方 电烙铁用后一定要 稳妥防御烙铁架上 并注意导线等物不要碰烙铁头 二 五步法训练 作为一种初学者掌握手工锡焊技术的训练方法 五步法是卓有成效的 值 得单独作为一节来讨论 不少电子爱好者重通行一种焊接操作法 即先用烙铁头沾上一些焊锡 然 后将烙铁放道焊点上停留等待加热后焊锡润湿焊件 这种方法 不是正确的操作方法 虽然这样也可以将焊件焊起来 但却不 能保证质量 从我们所了解的锡焊机理不难理解这一点 如图三所示 当我们把焊锡融化道烙铁头上时 焊锡丝重的焊剂伏在焊料表面 由于烙铁头温度一般都再 250 350 以上 当烙铁放道焊点上之前 松香焊 剂将不断挥发 而当烙铁放到焊点上时由于焊件温度低 加热还需一段时间 在此期间焊剂很可能挥发大半甚至完全挥发 因而在润湿过程中由于缺少焊剂 而润湿不良 同时由于焊料和焊件温度差很多 结合层不容易形成 很难避免 虚焊 更由于焊剂的保护作用丧生后焊料容易氧化 质量得不到保证就在所难 免了 正确的方法应该时五步法 1 准备施焊 准备好焊锡丝和烙铁 此时特别强调的施烙铁头部要保持干净 即可以沾 上焊锡 俗称吃锡 2 加热焊件 将烙铁接触焊接点 注意首先要保持烙铁加热焊件各部分 例如印制板上 引线和焊盘都使之受热 其次要注意让烙铁头的扁平部分 较大部分 接触热 容量较大的焊件 烙铁头的侧面或边缘部分接触热容量较小的焊件 以保持焊 件均匀受热 3 熔化焊料 当焊件加热到能熔化焊料的温度后将焊丝置于焊点 焊料开始熔化并润湿 焊点 4 移开焊锡 当熔化一定量的焊锡后将焊锡丝移开 5 移开烙铁 当焊锡完全润湿焊点后移开烙铁 注意移开烙铁的方向应该是大致 45 的 方向 上述过程 对一般焊点而言大约二 三秒钟 对于热容量较小的焊点 例 如印制电路板上的小焊盘 有时用三步法概括操作方法 即将上述步骤 2 3 合 为一步 4 5 合为一步 实际上细微区分还是五步 所以五步法有普遍性 是 掌握手工烙铁焊接的基本方法 特别是各步骤之间停留的时间 对保证焊接质 量至关重要 只有通过实践才能逐步掌握 第四章第四章 电路板的调试电路板的调试 1 静态工作点测试 接上电源变压器 次级为双 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分 15V 左右 若出现异常应 该立即断电 电源电压正常后 测集成电路 1 2 4 脚对地电压均为 0 伏 2 最大输出功率测试 将 8 负载 滑线电阻器 接入功入输出端 再将信号源调至频率 f 1000Hz 输出电压为 1V 接到音频放大器的一个声道输入端 将音调调节电 位器调到最大 功入输出端接上示波器 毫伏表 失真度仪 接线图如图 8 所 示 图 8 输出功率测试电路连接图调节音量电位器 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 另一个声道测试方法相同 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 fL fH 整机频率特性的测 试如表 1 所示 低频率端和高频端可增加测试点 信号频率 20Hz 50Hz 100Hz 200Hz 1kHz 10kHz 15kHz 17kHz 20kHz Hz 输入电压 mV 输入电压 V 1 BW fL fH 表 1 频率特性测试 4 音乐试听 在功率调试正常后 接上音乐信号源 试听音量和音调电路对音乐的调节 效果 调节左右声道的音调电位器 RP2 和 RP3 能够听到高低音调的声音有明 显的提升和衰减 第五章第五章 总结总结 5 15 1 心得体会 这次模拟电子基础课程设计的学习 学