基于运放放大器

1、 模拟电子技术 课程设计 国际教育 学院 电气工程及其自动化 专业 题 目： 功率放大器 姓 名： 胡伟鹏 学 号： 指导教师： 周焱 时间： 2015 年 1 月 5 日 2015 年 1 月 9 日目录一、 设计目的二、 设计任务及要求三、 题目分析四、 单元电路设计五、 具体实现（安装与调试）六、 各部分定型水明以及定量计算七、 用CAD画电路原理图八、 在实验室实现过程中遇到的问题及排除措施：九、 综合总结十、 参考文献功率放大器的设计和制作【摘要】:功率放大器简称功放，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信号进行放大后，产生足够大的电流去推动扬声

2、器进行声音的重放。音频功率放大器是使用TDA2030A做后级放大，uA741做前级放大。【关键字】：音频放大器，功率放大，稳压， ua741 TDA2030a一、 设计目的1.1、学习基本理论在实践中综合运用的初步经验，掌握电路设计的基本方法、设计步骤，培养综合设计与调试能力。 1.2、培养实践技能，提高分析和解决实际问题的能力。二、设计任务及要求利用集成运算放大器uA741做前级放大，利用TDA2030A(做后级放大，利用实验箱现成电源或自己在实验箱上设计电源，构成一个完整的功率放大器。最后利用随身听作信号源，利用实验箱自带扬声器，进行功能验证。指标：Pom18W；fL50Hz，fH15KH

3、z；中点电位100mV；负载：4；输入电压18V三、题目分析音频功率放大器的主要作用是向负载提供功率，要求输出功率尽可能大效率尽可能高、非线性失真尽可能小。输出功率指的是功放提供给负载级的功率，为达到这一要求，功放管的电压和电流变化范围应尽可能大。功率放大器的效率指的是负载上得到的功率与电源提供的直流电源的功率之比，为达到这一要求必须选择合适的电路，下文中会有描述。非线性失真要小：功率放大器是在大信号状态下工作的，电压、电流摆动幅度交大，很容易超出管子特性曲线的线性变化范围而进入非线性区，造成输出信号波形的非线性失真。因此，功率放大器比小信号的电压放大器的非线性失真严重。为了减小这种失真，本设

4、计选择下文所述方案。功率放大器的常见电路形式有单电源供电的OTL电路和正负双电源供电的OCL电路。有集成运放和晶体管组成的功率放大器，也有专用集成电路功率放大器芯片。根据设计指标及要求，选择NE5532功放芯片的双电源供电的OCL互补推挽对称功放电路。此推挽功率放大器工作在甲乙类状态，其目的是为了减小交越失真。电路在工作时由于每管的工作点稍高于截止点，因此有一很小的静态工作电流CQI，这样便可克服管子的截止区电压，使两只管子交替工作处的负载电流按标准正弦规律变化，从而克服了交越失真。OCL互补推挽对称功放电路一般包括驱动级和功率输出级，前者为后者提供一定的电压幅度，后者则向负载提供足够的信号，

5、以驱动负载的工作。四、单元电路设计1、前置放大电路前置放大电路主要是由集成运放uA741组成的，它具有输入阻抗高而输出阻抗较低的特点。uA741通用高增益运算放大器是早些年最常见的运放之一，运用非常广泛。它具有零飘调整管脚，典型电路如下图1所示，再调零端2、7之间接一个调整失调电压电位器，当接成比例运算、求和运算电路时,调零电位器用于闭环调零。前置放大电路中包括有源滤波电路，有源滤波电路是用有源器件与RC网络组成的滤波电路，种类很多，按其带通的性能划分，可分为低通滤波器、高通滤波器和带通滤波器。根据本设计的要求应该选用一带宽与实际输入有用信号相一致的有源带通滤波器。 带通滤波器的带宽越窄，选择

6、性越好，也就是电路的品质因数Q值越高 （Q=0BW），高Q值的滤波器有大的输出电压；反之，低Q值的滤波器带宽较宽，有较小的输出电压。 我们所熟悉的RC桥式振荡电路其实就是一个选择性很好的有源带通滤波器。该电路在满足R1=R2=R，C1=C2=C的条件下，Q值与中心频率f,0分别为： 另外，也可以用一个低通滤波器和一个高通滤波器串联起来组成一带通滤波器，用该方法构成的带通滤波器通带较宽，截止频率易于调整，多用作测量信号噪声比的音频带通滤波器。如图2所示的带通滤波器，频率范围300Hz-3000Hz，整个通带增益为8 dB，非常适合语音放大。2、功率放大电路功率放大电路主要是由集成运放TDA203

7、0A组成，它具有输出功率大，静态电流小，动态电流大，负载能力强等特点，音色中规中矩，无明显个性，特别适合制作输出功率中等的高保真功放。TDA2030A可以采用单电源或双电源工作，本设计采用的是双电源。电路图如图3所示： 图3 TDA2030A内部电路 TDA2030A的主要参数：工作电压：正负15-22V， 静态电流：50mA, 输出功率：18W，当 V=正负15-22V时， 谐波失真：0.05%，当f=15kHZ，RL=8时， 闭环增益：26 dB，当=1kHZ时， 开环增益：80dB, 当=1kHZ时， 频响范围：40-14000HZ。 五、具体实现（安装与调试）设计框图：基本OCL电路原

8、理：电路分析与计算：（一）、合管准互补推挽电路的实现电路图如下图所示：由于大功率的NPN和PNP管不容易做到良好的对称性，为了提高功放电路的性能，在实际电路中广泛采用复合功率管。在图中，T2、T4为同型的NPN大功率管，容易配对，可以输出较大的电流；T1、T3采用异型的NPN和PNP小功率管，也容易配对。这样既获得良好的对称性又获得较大电流输出。在实际电路中，T1、T3的发射极和集电极分别接上一个电阻，使2T、4T能有一个合适的工作点。2R的作用是调整电路的整体对称性，减小因管子性能而引起的不对称性。(二)、整体电路原理图 按照设计好的电路原理图进行制板，完成后按顺序将所用元器件依次焊接到做好

9、的PCB板上，焊接的过程中要尽量避免虚焊。整个电路焊接完成后进行测试。用万用表测得中点电位为30mV符合设计要求。其他各项指标参数需到实验室借助有关仪器进行测试。六、各部分定性说明以及定量计算1、电源的确定设计要求为PoM5W，管子的Uces=3V, 由 可知，若Vcc=9V，则PoM =2.25W5W，符合要求。综上可知，选择电源电压Vcc=15V为功放提供直流电源。2、运放的选择由设计要求fL50Hz，fH15KHz；故同频带约为fbw= fH=15KHz，初步估计运放的放大倍数在110120之间，故增益带宽积为fH=151000110=1.65MHz ，而F007的GBW为1MHz，不能

10、满足要求。经查阅资料可知，运放NE5532的GBW为10MHz，而且其他方面的性能都能满足设计要求，故本设计选择NE5532作为前级驱动运放。 3、功率输出级的设计输出功率管的选择输出功率管2T、4T为同型的NPN大功率管，其承受的最大反向电压为：Umax2Vcc=30V; 最大集电极电流为：；最大集电极耗散功率为：因此在选择T2、T4时，除了应使每只管子的值尽量对称外，其极限参数满足下列关系：UceoUcemax2Vcc;IcmIcmmax1.25A;PcmPcmmax3W;TIP31NPN型大功率管的参数为：Uceo=5.0A; Icm=40V; Pcm=40W,均能满足设计要求。、电阻阻

11、值估算R6、R7用来减小复合管的船头电流，太小会影响复合管的稳定性，太大又会影响输出功率，一般取几百欧姆，在此取R6=R7=(510)Ri2330，Ri2为T2输入电阻，其大小为：Ri2=rbe2+（1+2）Rs输出管T2、T4的发射极和集电极所接电阻一般取R8=R9=(0.050.1) Rl0.5; R4、R5的阻值大小要根据输出级输入信号的幅度和前级运放的最大输出电流来决定。电路的静态工作点主要由Io决定，Io过小会使晶体管工作在乙类状态，产生交越失真，Io过大会增大静态功耗而使功率放大器的效率降低一般取Io=1.5mA,由计算得R4=R510K; Rp2取1 k，用来调整电路的对称性。

12、(四)直流稳压电源设计框图:电路原理图如下： 图中D1 D4构成单相桥式整流电路；C1 C4组成电容滤波电路，这里需要大容量的电容，一般采用电解电容，为了确保安全及输出电压的稳定性，选用容量为2200F的电解电容。LM317和LM337分别为三端可调正稳压和负稳压器，输出范围分别为1.2V 37V和-1.2V -37V。整个电源的电压输出范围为：0 15V和0 -15V,能够满足音频功放所需。七、用CAD画电路原理图 1、启动原理图设计服务器，装入所需的元件库，放置元件 根据实际电路的需要，到元件库中找出所需的元件。通过Tab键或双击原件调出属性对话框，在Attributes页设置原件标号、参

13、数、型号等，其中的关键项为封装名称和原件序号；然后根据元件之间的连接关系进行位置调整，使电路图的布局整齐美观，走线简洁合理，达到设计要求。 2、原理图布线 由高保真音频功率放大器的总原理图，利用Protel 99 SE提供的各种工具、指令进行布线，将工作平面上的器件用具有电气意义的导线、符号连接起来，完成一个完整的电路原理图。 3、检查原理图 使用Protel 99 SE 的电气规则，即执行菜单命令Tool/ERC，对画好的电路原理图进行电气规则检查。若有错误，根据错误报告进行改正。 4、生成网络表 网络表是电路原理图设计和印刷电路板设计之间的桥梁，执行菜单命令Design/Create Ne

14、tlist可以生成具有元件名、元件封装、参数及元件之间连接关系的网络表Sheet1.erc。八、在实验室实现过程中遇到的问题及排除措施：（1)电源电压不允许超过极限值，不允许极性接反，否则集成块将遭损(2)电路工作时绝对避免负载短路，否则将烧毁集成块。(3)接通电源后，时刻注意集成块的温度，有时，未加输入信号集成块就发热过甚，同时直流毫安表指示出较大电流及示波器显示出幅度较大，频率较高的波形，说明电路有自激现象，应即关机，然后进行故障分析，处理。待自激振荡消除后，才能重新进行实验。九、综合总结 本次课程设计至此已经接近尾声，设计的时间虽然不是很长，但在整个设计过程中收获颇丰。整个课程设计过程中首先对模拟电路这门课程有了更深的了解，因为课程设计本身要求将以前所学的理论知识运用到实际的电路设计当中去，在电路的设计过程中，无形中便加深了对模拟电路的了解及运用能力，对课本以及以前学过的知识有了一个更好的总结与理解；以前的模电实验只是针对某一个小的功能设计，而此次课程设计对我们的总体电路的设计的要求更严格，需要