OCL音频功率放大器课程设计

1、模模拟电拟电子技子技术课术课程程设计设计 专 业： 班 级： 姓 名： 指导教师： 时 间： 模拟电子技术课程设计模拟电子技术课程设计 1 目目 录录 一一 设计任务书设计任务书.2 2 1 1题目题目.2 2 oclocl 音频功率放大器音频功率放大器 .2 2 2 2设计要求设计要求.2 2 3 3给定条件给定条件.2 2 4 4 . . 设计思路设计思路.2 2 二二 整机概述及设计框图整机概述及设计框图.3 3 1.1.整机概述整机概述.3 3 2 2设计框图设计框图.4 4 三三 课设原理及工作原理课设原理及工作原理.5 5 1.1. 课设原理课设原理.5 5 四四 单元电路设计与参

2、数计算单元电路设计与参数计算.7 7 五五 实验器材实验器材.1111 六六 内容及步骤内容及步骤.1212 1.1. 按原理图连好电路图。按原理图连好电路图。.1212 2.2. 用低频信号输入实验所需的输入信号用低频信号输入实验所需的输入信号.1212 3.3. 静态工作点的调试静态工作点的调试.1212 4.4. 输出级静态工作点调整输出级静态工作点调整.1313 5.5. 负载的输出波形负载的输出波形.1414 6.6. 测量测量 oclocl 的电压增益和输出电阻的电压增益和输出电阻.1414 七七 课设注意项目课设注意项目.1515 八八 调试过程调试过程.1616 九九 课设总结

3、课设总结.1616 十十 tda2040tda2040 芯片及其介绍芯片及其介绍 .1717 1.1. 电路特点电路特点.1717 2.2. 相关介绍相关介绍.1818 十一十一 总原理图总原理图.1919 十二十二 心得体会心得体会.2020 模拟电子技术课程设计模拟电子技术课程设计 2 一一 设计任务书设计任务书 1 1题目题目 ocl 音频功率放大器音频功率放大器 2 2设计要求设计要求 （1）采用集成元件设计一个 ocl 音频功率放大器； （2）额定输出功率 po1w； （3）负载阻抗 rl=8； （4）失真度 v3%； （5）5.3 db 带宽 2030khz； （6）输入灵敏度不低

4、于 150 mv； （7）可使用实验室电源。 3 3给定条件给定条件 1.用实验室有量芯片及电阻电容实行电路控制。 2.用我们学习过的芯片，我们应该知道他的作用功能。 4 4 . . 设计思路设计思路 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 电路如果用分力元件，它主要由输入级、中间级、输出级、偏置等 模拟电子技术课程设计模拟电子技术课程设计 3 电路构成。这样会使电路很复杂，不易在实验室实现。因此，可采 用集成元件，功率放大器将它代替，而它 的输出功率大，好设有过 压、过流及过热保护等。它的铺电路用一些电容电阻构成是为改善 放大器的高频特性，防止低频自激。 二二 整机概述及设计

5、框图整机概述及设计框图 1.1.整机概述整机概述 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各功率放大，能输出较大的电流各功率， 具有较高的输入阻抗和很低的输出阻抗，带负载能力强，非线性失 真和频率失真要越小越好，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 大器和部分晶体管等分立元件实现，根据实际情况，要采用集成元 件。无论功率放大电路为哪一种类型，都要注意前置电压放大级、 电源电路的设计。还要注意由于工作升温引起的工作点飘移现象， 对其做以适当补偿以减小电路的非线形失真和稳定度的提高 集

6、成芯片内部组成部分： （1 1）输入级）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。它主要采用差动放大电路，它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，它直流电阻小、交流电组大具有温 模拟电子技术课程设计模拟电子技术课程设计 4 度补长等特点。 （2 2）中间级）中间级 它主要是将电压进行放大，使它有足够大幅值的电压信号进入 下一级。它主要采用共发级放大电路，它具有输入电阻大，带负载 能力强。 （3 3）输出级）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失 真。它一般采用互补对称放大电路。它具有输出功率大、效率高、 频率特性好。 2 2

7、设计框图设计框图 模拟电子技术课程设计模拟电子技术课程设计 5 三三 课设原理及工作原理课设原理及工作原理 1.1. 课设原理课设原理 图 3-1 实验原理 模拟电子技术课程设计模拟电子技术课程设计 6 2.2. 工作原理工作原理 da2040 芯片的应用比较灵活，既可以采用双电源供电构 成 ocl 电路，也可以单电源供电构成 otl 电路。它采用单列 5 脚 封装，其排列引脚如上图 tda2040 芯片采用双电源供电构成 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%。r3 和 r2 构成负反馈，是电路闭环增益 为 5.3d

8、b。r4、c7 构成频率补偿电路，改善放大为电源滤波电路， 用以防止电源引线太长时造成放大器低频自激。 3.3.功率放大器的作用功率放大器的作用 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内， 高效地为负载提供尽可能大的功率，功放管的工作电流、电压的变 化范围很大，那么三极管常常是工作在大信号状态下或接近极限运 用状态，有甲类、乙类、甲乙类等各种工作方式。为了提高效率， 将放大电路做成推挽式电路，功放管的工作状态设置为甲乙类，以 减小交越失真。常见的音频功放电路在连接形式上主要有双电源互 补推挽功率放大器 ocl（无输出电容） 、单电源互补推挽功率放大 器 otl（无输出变压器） 、

9、平衡（桥式）无变压器功率放大器 btl 等。由于功放管承受大电流、高电压，因此功放管的保护问题和散 热问题必须重视。功率放大器可以由分立元件组成，也可由集成电 路实现 模拟电子技术课程设计模拟电子技术课程设计 7 4.4.电路的作用机理：电路的作用机理： 输入级和中间级统称前置级，主要起电压放大作用。推动级和 输出级统称功率级，主要起功率放大作用。前置级:主要是同信号源 阻抗匹配并有一定的增益。一般要求输入阻抗高，输出阻抗低，为 后级提供一定信噪比的信号电压。音调控制电路：主要实现高低音 的提高和衰减。ocl 音频功率放大器电路：将电压信号进行功率放 大，保证扬声器得到最大不失真功率。 四四

10、单元电路设计与参数计算单元电路设计与参数计算 1.1.在整个实验过程中，电路不应有自激现象在整个实验过程中，电路不应有自激现象 2.2.单元电路设计单元电路设计 （1 1）输入信号）输入信号 c1=180uf r1=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变换 为电信号的能量器提供，也可是前一级电子电路的输出信号。c1 为 输 入入耦合电容，r1 为输入管的偏置电阻。 模拟电子技术课程设计模拟电子技术课程设计 8 （2 2）负反馈）负反馈 r2=680k r3=128 k 图 42 负反馈 r3 和 r2 构成负反馈，是电路闭环增益为 3db。 （3 3） 频率补偿电路频率补

11、偿电路 r4=4.7 c7=100uf 图 43 频率补偿电路 r4、c7 构成频率补偿电路，改善放大器的高频特性。 （4 4）tda2040tda2040 芯片芯片： 模拟电子技术课程设计模拟电子技术课程设计 9 图 44 tda2040 芯片 1 脚为+ui；2 脚为-ui；3 脚为-vee；4 脚为 uo；5 脚为+vcc。 3 3参数计算参数计算 （1 1）输出功率）输出功率 输出电流 i0 和输出电压 uo 有效值的乘积，就是放大电路的 输出功率，即 po=icm/1.414uom/1.414=1/2iomuom uomm=vcc-uce（sat）=vcc icmm=uomm / r

12、l=vcc/ rl 最大不失真输出功率： pomm=uomm/1.414icmm/1.414=vcc2/2 rl （2 2）电压放大倍数）电压放大倍数 au=uo/ui （3 3）输出电压）输出电压 uo=uot rl（rl+r0） r0=（uot/uo-1） rl （4 4）输入灵敏度测试）输入灵敏度测试 据输入灵敏度测试的定义，只要测出输出功率 po=pom 是的 输入电压 ui 即可。 模拟电子技术课程设计模拟电子技术课程设计 10 4 4工作原理工作原理 音频功率放大器的电路分别为电源电路、放大电路、输出电路。 电源有实验室的稳压就交流电源和直流电源组成电源电路。放大电 路由 tda2

13、040 芯片组成，依靠芯片的功能进行对电路中输出信号进 行放大。输出电路由喇叭形性对输出电路中输出。 5 5测量仪器连接图测量仪器连接图 模拟电子技术课程设计模拟电子技术课程设计 11 五五 实验器材实验器材 器件名称 器件型号 器件数量 实验电路箱和面包板 一台 芯片 tda2040 一片 直流电压表 ss179 一台 万用表 dm3000 一台 双踪示波器 ca9060d 一台 喇叭 yd78-3 一个 频率计 51331a 一台 其它元件 电阻器、电容器若干 模拟电子技术课程设计模拟电子技术课程设计 12 六六 内容及步骤内容及步骤 1. 按原理图连好电路图。 2. 用低频信号输入实验所

14、需的输入信号 图 61 输入信号 3. 静态工作点的调试静态工作点的调试 1）通电调试）通电调试：在确认安装电路无误的条件下，可以进行调试。 2）通电观察）通电观察：观察接上电源之后，电路是否有异常现象，如冒 烟异气味及元器件是否发烫等，应立即切断电源，检查电路，排 除故障。 放大器静态工作点的调试是指对管子集电极电流 ic 的调整与测 试静态工作点是否合适，对放大器的性能各输出波形都有很大的影 响，如工作点偏高，放大器在加入交流信号以后易产生饱和失真， 此时输入信号的负半周将被削底，如工作点偏低则易产生截止失真， 模拟电子技术课程设计模拟电子技术课程设计 13 即输入信号的正半周被缩顶，这些

15、情况都不符合不失真放大的要求， 所以在选定工作点后还必须进行动态调试，即在放大器的输入端加 入一定的输入电压，检查输出电压的大小和波形是否满足要求。如 不满足，则应调节静态工作点的位置。 4.4. 输出级静态工作点调整输出级静态工作点调整 打开 ewb 仿真软件，按输出级电路图接好电路，假设参数，然 后接通电源在电路中接入电压表和示波器。然后单击运行按钮，按 以下步骤进行操作。 1)1) 调节输出端中点电位调节输出端中点电位 u ua a 调节电位器 rw1 ，用直流电压表测量 a 点电位，使它为电源电 压的一半。 2)2) 调整输出极静态电流及测试各级静态工作点调整输出极静态电流及测试各级静

16、态工作点 调整输出级静态电流的动态调试法。先使 rw20，在输入端接 入 f1khz 的正弦信号 ui。逐渐加大输入信号的幅值，此时， 输出 波形应出现较严重的交越失真（注意：没有饱和和截止失真） ，然后 缓慢增大 rw2 ，当交越失真刚好消失时，停止调节 rw2 ，恢复 ui0 ，然后把 rw换成一个固定的电阻。此时元件的参数即为该电路的实 际参数。 注意： 1）在调整 rw2 时，一是要注意旋转方向，不要调得过大， 更不能开路，以免损坏输出管 模拟电子技术课程设计模拟电子技术课程设计 14 2）输出管静态电流调好，如无特殊情况，不得随意旋动 rw2的 位置 3）各级静态电流调好后，不得随意

17、更换个元件的参数。 5.5. 负载的输出波形负载的输出波形 图 62 输出信号 当 rl=8，vcc=vee=12v，输入信号频率为 20khz 时，求测 量最大不失真输出功率： 因为 rl=8 ui=150mv vcc=vee=12v 所以 pom=vccvcc/2rl=9w 6.6. 测量测量 oclocl 的电压增益和输出电阻的电压增益和输出电阻 电压增益 au=uo/ui=2.8v/150mv=18.867 因为 au=1+r3/r2 1+r3/r2=188.67 所以 r2=680 r3=128k 模拟电子技术课程设计模拟电子技术课程设计 15 七七 课设注意项目课设注意项目 （1

18、1）合理选择品种和型号）合理选择品种和型号 器件品种和型号的选择主要依据电路对功放级的要求，使所 用的器件主 主要性能指标均能满足电路要求，同时要求，在任何情况下， 器件所有极 参数都不会超过。 （2 2）合理安置元器件及布线）合理安置元器件及布线 在接线中元件分布排线走向不合理，极容易产生自激或放大器 工作不稳定，严重时甚至无法正常工作。 功率器件应安置在电路通风良好的部位，并远离前置放大级 及耐热性能差的元件（如电解电容） ；电路接地线要尽量短而粗，需 要接地的引出端要尽量做到一点接地，接地端应与输出回路负载接 地端靠在一起。 （3 3）按规定选用负载）按规定选用负载 集成功率放大器使用中

19、，应在规定的负载条件下工作，切勿随 意加重负荷，严禁输出负荷短路。 （4 4）合理选用散热装置）合理选用散热装置 散热器是由铜，铝等热性能良好的金属材料制成的，并有各种 规格的成品选用。 （5 5）其它方面）其它方面 集成运放的输出端应避免与地、正电源、负电源短接；同时输 模拟电子技术课程设计模拟电子技术课程设计 16 出端所接负载电阻不易太小，其值应使集成运放输出电流小于其最 大允许输出电流，否则有可能损坏器件，或使输出波形变差；装接 电路或改接、插拔器件时，必须断开电源，否则器件容易受到极大 的感应或电冲击而损坏。 八八 调试过程调试过程 经过ewb仿真软件及multisim2001仿真软

20、件和以上的分析，该电 路完全符合设计要求，在经过老师的同意后，我们到实验室进行实 物电路的安装。到实验室后，每组人员各肆其职。由于元件清单上 各元件的参数是经过ewb调试所得到的，用了不到两个小时的时间， 各组员别完成了各自的连接，然后是调试，我们的调试仍然是各组 负责各自的，在确保各组连接的电路都达到要求的情况下，然后进 行总电路图的连接。在总图连接好后对它进行了调试，由于前置电 压放大器采用了集成动放,电路简单、可靠、无须调试。相电压放大 器,信号由器。前置电压放大器采用了集成动放,电路简单、可靠、无 须调试。信号由于发现电路存在失真，在对个别偏置电阻进行了调 整后，失真的问题解决了，经过

21、测试它和理论基本相同。就证明我 们此次调试成功。 九九 课设总结课设总结 （1）巩固加深了对电子线路基本知识的理解，提高综合运用课 本知的能力 模拟电子技术课程设计模拟电子技术课程设计 17 （2）培养学生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）通过实际电路方案的分析比较，设计计算，元件选取，安装 调试等环节，初步掌握简单实用电路的分析方法和工程设计方法 （4）掌握用仪器设备的正确使用方法，学会简单电路调试和整机 指标测试方法，提高动手能力。 （5）了解与课程有关的电子线路及元件工程技术规范，按课程 设计任务书的要求编写设计说明书，能正确反映设计的试验结果，能 正确制

22、电路图。 （6）通过课程实践树立正确的生产观、经济观和全局观。 十十 tda2040tda2040 芯片芯片及其介绍及其介绍 1.1. 电路特点电路特点 （1）单列 5 脚直插塑料封装，仅 5 只引脚。.外接元件非常少 外接元件非常少输出功率大，po=22w(rl=4)。 （2）采用超小型封装（to-220）,可提高组装密度内含各种 模拟电子技术课程设计模拟电子技术课程设计 18 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。 2.2. 相关介绍相关介绍 偶然开路、电源极性反接（vsmax=12v）以及负载泄放电压 反冲 tda2040 是德律风根生产的音频功放电路，采

23、用 v 型 5 脚单列直 插式塑料封装结构。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。 3.3. 注意事项注意事项 如果 40v 的话，那么在 5 脚与电源之间须插入 lc 滤波器，以 保证 5 脚上的脉冲串维持在规定的幅度内。 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。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。 印刷电路板设计 时必须较好 tda2040 具有负载泄放电压反冲保护电路，如果电源电 压峰值电压的考虑地线与输出的去耦，因为这些线路有大的电流通 过。 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。虽然 tda2040 所需的元件很少，但所 选的元件必须是品质有保障的。电路略有差异