音频功率放大电路

1、学号：1228401060姓名：唐榆专业：信息工程日期：2014年12月28日摘要摘要在现代音频普及中，人们因生活层次、文化习俗乐修养、欣赏口味的不同，对相同电气指标的音频设备得出不同的评价。所以，就高效率音频功率放大器而言，应该达到电气指标与实际听音指标的平衡与统一。音频放大器的发展已经有快要一个世纪的历史了，从最早的电子管放大器的第一个应用就是音频放大器。然而直到现在为止，它还在不断的更新、发展、前进。主要因为人类的听觉是各种感觉中的相当重要一种，也是最基本的一种。为了满足它的需要，有关的音频放大器就要不断的加以改进。音频功率放大器是音频系统中最重要的组成部分，它的作用是对各种音源设备送来

2、的微弱音频信号进行放大，并进行控制、加工和处理，使其达到一定的功率，去推动扬声器音箱发出声音。而音频功率放大器一般由前置放大器、推动级、功率输出级组成，也简称功放。在设计中采用了TDA2030功放芯片，使电路的可靠性提高。本文介绍了家用功放的基本结构及工作原理，设计了一款具有音调控制，适用于家用的简易音频放大器，并介绍了主要性能参数的测试方法。1，音频功放的性能和指标，音频功放的性能和指标功放的主要性能指标有输出功率，频应失真度，信噪比，输出阻抗，阻尼系数等。输出功率：是指输出失真度不超过规定值的条件下，功放对音乐信号的瞬间最大输出功率。峰值功率：是指在不失真条件下，将功放音量调至最大时，功放

3、所能输出的最大音乐功率。额定输出功率：当谐波失真度为10%时的平均输出功率。也称做最大有用功率。频率响应：表示功放的频率范围，和频率范围内的不均匀度。频响曲线的平直与否一般用分贝“dB”表示。家用HI-FI功放的频响一般为20HZ20KHZ正负1Db。这个范围越宽越好。失真度：理想的功放应该是把输入的信号放大后，毫无改变的忠实还原出来。但是由于各种原因经功放放大后的信号与输入信号相比较，往往产生了不同程度的畸变，这个畸变就是失真。用百分比表示，其数值越小越好。HI-FI功放的总失真在0.03%0.05%之间。功放的失真有谐波失真、互调失真、交叉失真、削波失真、瞬态失真、瞬态互调失真等。信噪比：

4、是指功放输出的各种噪声电平与信号电平之比，用“dB”表示，这个数值越大越好。一般家用HI-FI功放的信噪比在60dB以上。输出阻抗：对扬声器所呈现的等效内阻。2方案论证方案论证对高保真音频功率放大器可选以下方案:方案一：方案一：无输出耦合电容的分立元件低功放分立元件低功放可分输入级,偏置中间级和功率输出级三部分组成。为保证低频响应电路中采用直接耦合。采用基极分压式射极偏置电路，这对提高线性，降低波形失真起到很大的作用。末级输出电路工作在甲乙类状态，这既保证了线性不失真放大，又可使效率达到指标。方案二：方案二：直接耦合集成功放电路利用集成运放搭建输入级，中间级和输出级。优点是采用集成功放，电路总

5、体噪声小，可操作性好。方案选择：方案选择：对于这两种方案均可达到实验目的要求,但对于实际操作性和简易复杂度,以及成本高低，信号失真度选择方案二更优越一些。3，电路框图，电路框图音频输入前置放大电路音量节电路功率放大电路音频输出4，单元模块设计与参数计算，单元模块设计与参数计算4.1电源模块电源模块根据输出功率，决定采用实验室正负15V电源供电。4.2前置放大电路前置放大电路4.2.1设计的必要性设计的必要性输入音频信号的幅值约为5mV，输出功率要求10W，输出幅值约10V，放大倍数约为2000，而功率放大电路主要提高带负载能力，其放大倍数有限，因此必须设计前置放大电路。4.2.2芯片选择芯片选

6、择作为音频前置放大，主要完成对一定频率范围内信号的放大，要求芯片的增益带宽积要大，信号失真度小，噪声小，本身功耗低，经选择查找本设计采用NE5532实现前置放大。NE5532NE5532简介：简介：NE5532是高性能低噪声双运算放大器（双运放）集成电路。与很多标准运放相似，但它具有更好的噪声性能，优良的输出驱动能力及相当高的小信号带宽，电源电压范围大等特点。因此很适合应用在高品质和专业音响设备、仪器、控制电路及电话通道放大器。用作音频放大时音色温暖，保真度高，在上世纪九十年代初的音响界被发烧友们誉为“运放之皇”，至今仍是很多音响发烧友手中必备的运放之一。参数数值通道数2推荐电源电压 (V)5

7、-15增益带宽(MHz)10功率带宽(KHz)140转换速率(V/us)9输入失调电压(mV)5 (Max)输入噪声电压(nV/Hz)5共模抑制比(dB)70 (Min)静态电流(mA)8NE5532的主要特性：符号参数测试条件数值单位ROUTOutput resistance 输出电阻AV=30dB Closed-loop f=10kHz, RL=6000.3W-Overshoot 上冲电压Voltage-follower VIN=100 mVP-P CL=100pF; RL=60010%AvGain 增益f = 10kHz2.2V/mVGBWGain bandwidth product 带

8、宽增益CL = 100 pF; RL = 60010MHzSRSlew rate 转换速率-9V/s-Power bandwidth 功率带宽VOUT = 10V140KHzVOUT = 14V; RL = 600, VCC=18V100KHzNE5532的交流电气特性ne5532引脚图和实物图设计电路如图所示设计电路如图所示:NE5532构成反相比例放大器，放大倍数为：A=-R2/R3前置放大电路电路图：前置放大电路电路图：4.3音量控制模块音量控制模块音量控制模块作用是控制输入到功率放大器的信号幅度R8是音量电位器，滑动端将R8分为上下两部分，输入电压取上部分的电压。调节R8滑动端的位置即

9、可改变输入电压的大小。R8滑动端滑到最下端时，Uo=0，音量为零。R8滑动端滑到最上端时，Ui=Uo，输入电压全部输入到功率放大器中，音量最大。4.4功放模块功放模块功率放大器是音频系统中一个不可缺少的重要部分，其主要任务是将音频信号放大到足以推动外接负载如扬声器、音箱等。不同于前置放大器的功率放大器不仅对音频电压信号进行放大，而且放大了音频电流信号，以满足外接负载的功率需求。音频功率放大器的类型很多，根据使用的器件不同，为纯电子管、晶体管、集成电路、场效应管功率放大器。一般认为电子管功率放大器的音色优于晶体管功率放大器音色。晶体管放大器的频响宽，低频可延伸至直流，是目前输出功率最大的功率放大

10、器。场效应管功率放大器的音色是晶体管机中音色最好的一种。集成电路功率放大器则以其制作简单、性能稳定、功能齐全、价格低廉而使其成为数量最多的一种。TDA2030集成音频功率放大器就是其中的一种。本文中就选取TDA2030集成音频功率放大器做为功放电路。4.4.1TDA2030简介简介TDA2030是一款音频功放电路，采用5引脚单列直插式塑料封装结构。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。TDA2030极限参数参数名称极限值单位电源电压(Vs)18V输入电压(Vin)VsV差分输入电压(Vdi)15V峰值输出电流(Io)3

11、.5A耗散功率(Ptot)(Vdi)20W工作结温(Tj)-40-+150存储结温(Tstg)-40-+1504.4.2TDA2030极限参数极限参数4.4.34.4.3电路特点电路特点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，THD0.1%。无疑，用它来做电脑有源

12、音箱的功率放大部分或小型功放再合适不过了。4.4.4引脚情况引脚情况1脚是正向输入端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。4.4.5使用时的使用时的注意事项注意事项1.TDA2030A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，二极管限压（5脚因为任何原因产生了高压，一般是喇叭的线圈电感作用，使电压等于电源的电压）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

13、。万一结温超过时，也不会对器件有所损害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TDA2030A所需的元件很少，但所选的元件必须是品质有保障的元件。 4.4.5功率放大电路图功率放大电路图5,电路仿真电路仿真5.1电路图电路图5.1将前置放大电路输入端接地，功率输出端接将前置放大电路输入端接地，功率输出端接8欧姆电阻，测噪声功率欧姆电阻，测噪声功率：噪声功率：Pn=Vo*Vo/R几乎为0.5.3输入端加上正弦信号，调节电位器使输出最大不失真输入端加上正弦信号，调节电位器使输出最大不失真此时滑动变阻器调到此时滑动变阻器调到79%。5.4对于不同的频率，末级输出的信号统计对于不同的频率，末级输出的信号统计信号频率/Hz末级输出/V504.171004.882005.2975005.6161k5.6412k5.6513k5.6565k5.537k5.3210k4.98915k4.349由此表可知，该音频功放对于频率为由此表可知，该