音频功率放大电路设计模拟电子技术

1、成绩课程设计说明书题目：音频功率放大电路设计课程名称：模拟电子技术学院：电子信息与电气工程学院学生姓名：学 号：专业班级：指导教师：2014年6月7日课程设计任务书设计题目音频功率放大电路设计学生姓名汇广电子信息与电气工上u 出尔所仕字阮工口a专业、年级、班程学院设计要求：1 .设计制作一个音频功率放大电路（带高彳ft#调节）；2 .负载电阻为8 a （扩音器的等效电阻）；3 .额定输出功率为 4w;4 .带宽j于 50hz75khz ;5 .音调io： c4,当电阻电容满足这些条件时，就可以保证电路的最大提升 /衰减量的要求, 使电路的幅频特性满足“上下”对称。f h2= whl = 1=2

2、5khz计算出 c4=1.9nf 近似取 c4=2.2nf。2 二2 二 r8 c4f l尸wl1=1= 50 hz 计算出 c2=c3=31.8nf 近似取 c2=c3=47nf。2二 2二 rp1c2ai 1 - r rrp2rp2图4低音提升电路示意图图5低音衰减电路示意图图6高音提升和衰减电路示意图健仝三鸟输入r5 rr r6 io1 t_r-t 1-tl 13 .功率放大级外部音源信号经过前置放大、音调调节电路后、输入后面的功率放大级，然后就可 以输出去驱动扬声器，发出声音。功率放大级电路图如图7所示。本实验中的功率放大器采用tda2030 a集成器件，其本质就是一个运算放大器，和其

3、它小信号放大用的运 放相比，具有较大电流输出能力，可以输出较大的功率。tda2030a功率集成放大器的使用十分灵活，可以构成多种输出结构：既可以在正负对称电源下工作构成ocl电路,也可以在单电源下工作，构成 otl电路，还可以用两只放大器一起工作，构成 btl电 路等。本课程设计功率放大级由集成功率器件tda2030a连成ocl电路输出。tda2030a功率集成电路具有转换速率高，失真小，输出功率大，外围电路简单等特点，内部电路包含由恒流源差动放大电路构成的输入级、中间电压放大级，复合互补对称式 ocl电路构成的输出级；启动和偏置电路以及短路、过热保护电路等。d2 1n40011n4q0105

4、47kq.1卬图7功率放大级电路图rp3是一只电位器，作用是进行音量（volume）调节。输入信号（音调调节电路的 输出信号）通过耦合电容 c7后，再由rp3进行分压调节，连接到 tda2030a的同相 输入端。电阻r13、r14组成反馈回路，和tda2030a构成了一个同相比例放大电路，其中r14=47kq, r13=680qo功率放大器的交流电压放大倍数为：入=1+凡4=70rl3这一部分就是整个功率放大电路的核心，其本质和普通运放完全一致。需要说明的是电 容c6同样是一只耦合电容，作用同样是“隔直通交”，使功率放大器仅仅对交流信号 产生放大作用，而对直流信号不产生任何放大：1、对于直流信

5、号，电容c6相当于“开 路”，此时电阻r13不起作用，功率放大器和电阻 r14构成的是一个电压跟随器。由 于电位器rp3是通过电容c7和前级电路耦合，因此rp3上的直流电位一定为零，同时 可以保证功率放大器的输出也一定为零，即有“零输入，零输出”的性质。2、对于交流信号，电容c6相当于“短路”，此时电阻r14和r13组成同相比例放大器反馈回路。图中d1、d2是两只起保护作用的二极管，反向并联在功率放大器的输出端和电源 之间，二极管d1、d2在电路正常工作时处于反向，是不导通的，对电路工作没有影响， 喇叭在工作时会产生感生电动势，如果感生电动势过大，超过了电源电压的范围，则 d1和d2开始导通，

6、将输出端的感生电动势进行钳位，从而保护功率放大器不会被损坏。这两只二极管采用的是普通整流二极管 1n4001。电阻r15和电容c11用接在电路的输 出端，对扬声器的频响特性进行补偿，和扬声器一起可以看成功率放大器的负载，使功 率放大器输出端的总负载趋近于纯阻性。整个原理图设计见附件8.1图11电路仿真图。3.2 电路图仿真设计好整个电路图后，在multisim仿真软件上先找到各个器件，然后对器件进行连 接，整个电路图连接好后，为各个电阻和电容选取适当值，然后打开multisim的开关进 行仿真，通过用示波器和交流毫伏表测量各级电压，发现模拟结果符合预期设计电路的 要求，由此判断我们所画电路图正

7、确，可以用 altium designer进行下一步操作。当频率为50hz时其各级电压有效值，波形图和波特图如图 8,功率放大级的输出 电压能满足负载所需电压，所以此频率下该功放电路能进行正常工作。图8 50hz时电路各级电压有效值，波形图和波特图当频率为1khz时，电路的各级电压有效值，波形图和波特图如图9。其功率放大级的输出电压为5.6v,刚好能满足负载所需电压，因此能够很好的工作。一万用表-xm.万用表-xm章万用表xm-波特图示仪-xbp1图9 1khz时电路各级电压有效值，波形图和波特图当频率为15khz时各级电压有效值，波形图和波特图如图 10所示一万用表-xm万用表-xm万用表_

8、2_| 凹号 一742.018 mv波特图示仪jbp115第9 k也49.97 db +图10 15khz时电路各级电压有效值，波形图和波特图功率放大级输出电压为3.103v,功率输出级电压值偏小，该电路高频特性不是太好。输入电阻测量数据如表1所示。表1输入电阻测试表频率输入电压输入电流输入电阻50hz49.497mv492.380na100.5k q1khz49.497mv492.129na100.5k q15khz49.497mv492.541na100.5k q由测量可知该设计电路的输入电阻在 100kq左右，满足了设计要求。3.3 画原理图打开altium designer软件，先新建

9、一个pcb工程，冉在该工程中建一个原理图和 pcb图，并保存。根据上面所仿真的电路图画原理图，先找到原理图所需要的各种器件， 并检查好封装。然后进行连线，连线时应注意看好导线是否交叉。检查所画原理图是否 正确，如果没有错误，把原理图导入到 pcb图中。对pcb中的各器件进行摆放，直到 各个器件之间的交叉线最少。然后进行布线，尽量避免有跳线。完成 pcb的布线后就 可以进行下一步操作了。3.4 pcb制作在altium designer中按照先前所画电路图，根据仿真原理图画出altium designer原理图，首先找出画原理图所需各种器件，将仿真图中的负载8欧电阻换成speaker;再根据需求

10、布线布局，在布线前要在 altium designer中完成对电路图中各元件的封装。 在封装时要注意，对于同一个元件可能有多种封装方式，封装时根据所给元件的类型选 择合适的封装对各个元件进行封装。 封装完成后，把原理图导入pcb中。导入pcb后， 再对元件的位置重新手动摆放，使线尽量少的重叠，以减少布线时的跳线出现。画成的 pcb图见附件8.3。在制作pcb中，根据制作过程的要求，需要制成单层板，pcb制板 中焊盘半径设置为0.85mm或0.9mm,电源和地线的宽度设置为0.6至u 0.8mm,信号线 设置为0.5mm,当导线从两个焊盘之间穿过时设置宽度为 0.3mm。印刷电路板的流程：首先，

11、在制作单层板时把pcb布线图打印为pdf文件，使用油光纸；其次，把覆铜板切割成设计要求的尺寸，把打印好的图纸放在覆铜板上，并在 转印机上转印；再次，将做好的板子放在盐酸溶液中腐蚀，直到导线周围的铜箔被腐蚀 9掉然后洗净钻孔，之后用砂纸把覆铜板导线表面的墨擦掉，把铜露出来，在打磨过程中 注意不要将比较细的铜线磨掉了。4 .安装与调试在安装电子器件前，应仔细查阅电路所使用的集成电路的管脚排列图及使用注意事 项，同时测量电子元器件的好坏。注意电解电容的极性不要接反，电源电压的极性不要 接反。安装时，根据原理图将原件对号入座，安装好所有的芯片和电子元器件后，进行 焊接，焊接完成后，按照电路图逐一检查电

12、路有没有漏焊的问题，接下来用万用表逐一 检查有没有虚焊或线路断路或线路短路。在线路没有问题的情况下连接15v和-15电源调试，之后用电源逐个模块进行检查。将信号输入端对地短路，用万用表或示波器测量 每一级电路中关键点的直流电压是否正常，是否和理论计算值相同。用波特仪看一下电 路的幅频和相频特性曲线。在电路的输入端加入不同频率的正弦信号，调节各个电位器， 检查信号是否受控，受控是否正确，加上输入信号（一定幅度和频率的正弦信号），观察每一级放大器的输出信号是否正常，信号有无失真，信号的放大幅度是否与设计值相 同等。如果发现故障，则应当从第一级电路开始，逐级向后检查，找出原因并排除故障。5 .结果与

13、结论5.2 结果本次课程设计很好的完成了带有高低音调节功能的音频功率放大电路、带宽大于 50hz15khz、输入阻抗大于100kq,负载额定输出功率为4w等设计要求的音频功率 放大电路。通过对电路进行分解测试和整体测试，发现其符合要求，前置放大电路由ne5532p组成放大了 5.1倍，由阻容网络组成的rc型负反馈音调控制电路构成的音调 调节级没有放大，由集成功率器件 tda2030a连成ocl电路的功率放大级放大了 70 倍。负载额定输出功率为4w,所需电压为5.6v左右，经过两级放大能满足此条件。5.3 结论在画原理图中经过多次修改最终成功的将原理图导入了pcb中，并进行了布线。最终成功的画

14、好了 pcb图，并把它制成了电路板，经过焊接，调试，发现其不能正常 工作。经过检查发现 multisim 和altium designer两个软件中同一个器件 ne5532p里面 的端子接法不同，由于没有仔细看它们的端子的区别，导致 ne5532p电源正负极接反 了，然后加了两根跳线把电源正负极进行了对调，后经过测试电路能正常工作了，心里 十分的高兴。6 .收获与致谢经过这两周的课程设计实习我收获了很多，大大培养了我的动手能力和同学间的相互合作精神，加深了我对数字、模拟电子技术理论知识的理解，让我对制作一个实用电 路板的整体流程有了一个很好的理解。但是由于软件基本功不行，设计过程中遇到了许 多

15、小难题，从用 multisim软件对电路进行仿真，到用 altium designer画原理图进而导 入pcb图并对pcb进行布线，尤其是在画pcb图时遇到了很多问题，在 pcb布线的 时候，由于原理图中少了一个节点和有些原件封装不对，导致重新画了几次，耽误了大 量时间，在经过不懈努力后才完成了我们的pcb板。所以我们在设计的过程中，不可对其中任意一个环节不耐心，要认真检查到每一根导线和每一个器件的封装。确保每一 个环节的正确性，这样才不会返工。总体来说，这次实习使我受益匪浅，培养了我的设计思维，增加了我的实际操作能 力。同时也使我深刻意识到了认真的重要性，在设计的过程中也发现自己的好多不足之

16、 处。因此在以后要努力学习，熟练掌握书本上的知识，然后运用时才能得心应手。这次 课程设计要特别感谢张天鹏老师和我的组员及给予我帮助的人。其中张天鹏老师的耐心辅导以及在设计中给出的宝贵建议和意见，使我少走了很多弯路，在此我表示深深的感 谢！7 .参考文献1童诗白 模拟电子技术基础 m.北京：高等教育出版社，2005.2秦长海，张天鹏，翟亚芳.数字电子技术m.北京：北京大学出版社，2012.3邱关源，罗先觉.电路（第五版）m.北京：高等教育出版社，2006.4阎石.数字电子技术（第五版）m.北京：高等教育出版社，2005.5谷树忠，刘文洲.altium designer教程m.北京：电子工业出版社，2010.8 .附件8.2 电路仿真图电路仿真图如图11所示16图11电路仿真图8.2电路原理图0s! 匚图12电路原理图8.3 pcb布线图pcb布线图如图13所示。rpi图13 pcb布线图8.4 元器件清单元器件清单如表2所示表2元器件清单表元件型号数量元件型号数量电阻510kq1电容220n1电