放大电路设计论文

1、摘 要:本文所介绍的TDA2030立体声BTL音频放大器，具有操作方便,音质效果好，使用一只扬声器就可输出左右音频的特点。而且，声波传到了人的耳朵,人便有了声音的感觉,不同的声音具有大小不同的音量、高低不同的音讽和发音体所特有的音色。只要重放的声音保持原来的音位便会使听者获得身临其境的感觉。这种连音位也能反映出来的声音信号就叫做立体声能把声音信号加以放大并如实地重放出来的电声设备称为音响系统。关键词:TDA2030、BTL、功率放大器。一、引言音频功率放大器是一个技术已经相当成熟的领域，几十年来，随着生活水平的提高，人们越来越注重视觉，音质的享受。TDA2030是ETC的一款20W中功率高保真

2、功率放大集成电路，至今还有不少厂家生产出的电脑有源音箱中采用此IC。在大多数情况下，增强系统性能，更好的声音效果，是促使消费者购买产品的一个重要因素。因此设计出实用、简洁、低价格的音频功率放大器是一个发展的方向。二、音频功率放大器简介2.1 音频功率放大的特点功率放大器的主要任务是不失真地向负载提供足够大的信号功率，以便驱逐负载（如喇叭、记录器等）。因此它处于多级放大电路的最末一级。2.2 音频功率放大的指标低频功率放大器的主要指标：输出功率Po要大；效率要高；非线性失真THD要小；效率管的散热要好。2.3功率放大电路工作状态的分类 传统的数字语音回放系统包含两个主要过程：（1）数字语音数据到

3、模拟语音信号的变换实现；（2）利用模拟功率放大器进行模拟信号放大，如甲类、乙类和甲乙类放大器。甲类放大器甲类放大器的工作点设置在交流负载的中点, 放大管在整个输入信号周期内都导通，有电流流过。缺点是三极管有较大的静态电流ICQ , 这时管耗PC大, 电路能量转换效率低。如图2.1所示。图2.1 甲类放大器它的输出功率Po，电源功耗PD,集电极最大功耗Pcmax和效率分别为：Po=Ec2/2RL PD=2Ec2/RL Pcmax=2Ec2/RL=4Po = Po/ PD=1/4=25%乙类放大器乙类功率放大电路的工作点设置在截至区，放大管在整个输入信号周期内仅有半个周期导通，有电流流过。在Vi的

4、正半周期内，Q1导通Q2截止，输出端正半周正弦波；同理，当Vi为负半波正弦波，所以必须用两管推挽工作。其特点是效率较高(78%)，但是因放大器有一段工作在非线性区域内，故其缺点是交越失真较大。即当信号在-0.6V 0.6V之间时， Q1 Q2都无法导通而引起的。如图2所示。图2.2 乙类放大器它的输出功率Po,电源功耗PD,集电极最大功耗Pcmax和效率分别为： Po=Ec2/2RL PD=2Ec2/RLPcmax=2Ec2/2RL 0.4Po = Po/ PD=/4=78% 甲乙类放大器甲乙类放大器的主要特点是：晶体管的导通时间稍大于半周期，必须用两管推挽工作。可以避免交越失真。交替失真较大

5、，可以抵消偶次谐波失真。有效率较高，晶体管功耗较小的特点。如图2.3所示。图2.3 甲乙类放大器三、系统总体框架图 在本设计中，选用的是TDA2030集成功率放大器。本电路主要有四部分组成：电源部分、功率放大器、音频输入、音频输出。如图3所示： 图3 系统总体框架图 3.1 BTL功放电路的工作原理及特点图3.1为BTL功放电路基本电路图,其工作原理是:静态时，电桥平衡，负载RL中无直流电流。动态时，桥臂对管轮流导通。在ui正半周，上正下负，D1、D4导通，D2、D3截止，流过负载RL的电流如图中实线所示；在ui负半周，上负下止，D1、D4截止，D2、D3导通，流过负载RL的电流如图中虚线所示

6、。忽略饱和压降，则两个半周合成，在负载上可得到幅度为Ucc的输出信号电压。 图3.1 BTL电路图BTL功放电路的主要特点是在同样电源电压和负载电阻条件下，它可得到比OCL或OTL电路大几倍的输出功率。3.2 TDA2030的工作原理及特点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3.2所示。图3.2 TDA2030实物TDA2030的工作原理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%。TDA2030的特点TDA2030的BTL电路的特点是在相同的电源供电条件下可以得到较普通功放两倍以

7、上的功率。在12V供电时输出功率可达到10W以上，想获得更大的输出功率克提高输入电压，最大不超过22V，其内部电路包括输入电路，中间级，输出电路如下： 图3.2.1 TDA2030的BTL电路图3.4音调控制电路音调控制电路的主要功能是通过对放音频带内放大器的频率响应曲线的形状进行控制，从而达到控制放音音色的目的，以适应不同听众对音色的不同爱好。此外还能补偿信号中所欠缺的频率分量，使音质得到改善，从而提高放音系统的放音效果。下面分析负反馈型音调控制电路的工作原理。负反馈式音调控制器的工作原理由于集成运算放大器具有电压增益高、输入阻抗高等优点，用它制作的音调控制电路具有电路结构简单、工作稳定等优

8、点，典型的电路结构如图3.4所示。图3.4 负反馈式音调控制电路图在电路图3.4中，由于电容C11对于低音信号容抗大，所以相对地提高了低音信号的放大倍数，起到了对低音提升的作用。图电路的频率响应分析如下：图 低音提升等效电路图 音调控制器的幅频特性曲线综上所述，负反馈式音调控制器的完整的幅频特性曲线的波特图如所示。根据设计要求的放大倍数和各点的转折频率大小，即可确定出音调控制器电路的电阻、电容大小。图音调控制电路的幅频响应波特图四、电路图及原理4.1电路原理图 图4.1 电路原理图如图4.1所示电路为本作品双电源供电BTL音频功率放大器（双声道）原理图，本作品自带电源电路，简单实用。其中TDA

9、2030是高保真集成功率放大器芯片，输出功率大于10W，频率响应为101400Hz，输出电流峰值最大可达3.5A。其内部电路包含输入级、中间级和输出级，且有短路保护和过热保护，可确保电路工作安全可靠。TDA2030使用方便、外围所需元器少，一般不需要调试即可成功。TDA 2030（1）为同相放大器，输入信号Vin通过交流耦合电容C1馈入同相输入端1脚。D7为整流桥堆起整流作用，C13.C14起滤波作用，R5是音量调节电位器，C1是输入耦合电容，。R2、R6决定了该电路交流负反馈的强弱及闭环增益。该电路闭环增益为（R2+R6）/R6=（0.68+22）/0.68=33.3倍，C15起隔直流作用，

10、以使电路直流为100%负反馈。静态工作点稳定性好。C3、C5、C7、C8为电源高频旁路电容，防止电路产生自激振荡。4.2前置放大电路分析 图4.2 前置放大电路 此电路简洁方便实现前置放大，放大倍数由R2和R1的比值确定。uA741通用高增益运算通用放大器,早些年最常用的运放之一.应用非常广泛, 双列直插8脚或圆筒8脚封装。工作电压22V,差分电压30V,输入电压18V,允许功耗500mW.其管脚与OP07（超低失调精密运放）完全一样，所以选择此芯片完全能实现要求。4.3功率放大电路分析 此部分选择LM386芯片，因为静态功耗低，约为4mA，可用于电池供电。工作电压范围宽，4-12V or 5

11、-18V。 外围元件少。 电压增益可调，20-200。 低失真。C4为去耦电容，C1滤掉直流，C2和R3构成低阶滤波。图4.3 放大电路五、电路制作与调试5.1 利用PCB制作电路板由于此图较简单，在实验室我们能很快制作出电路板，下面我将制作电路板的详细过程列举出来：第1步：利用一个能生成图像的软件生成一些图像文件，比如用低版本的 PROTEL组织SCH， 再利用网络表生成相应PCB图（不会PROTEL的话，甚至是WINDOWS的画笔程序也行)，以备打印。第2步：将PCB图打印到热转印纸上（所谓的热转印纸就是不干胶纸的黄色底衬！）。现在有这样的专门买的纸张。第3步：将打印好PCB的转印纸平铺在

12、覆铜板上，准备转印。第4步：用热转印机加温（要很热）将转印纸上黑色塑料粉压在覆铜板上形成高精度的抗腐层。第5步：转印机加温加压成功转印后的效果！若你经常搞，熟练了，很容易成 功。 第6步：准备好三氯化铁溶液进行腐蚀。第7步：效果还不错吧！注意不要腐蚀过度，腐蚀结束，准备焊接。第8步：清理出焊盘部分，剩下的部分用于阻焊。第9步：安装所需预定原件并焊接好。第10步：测试以验证其正确性。通过上面的方法能容易的得到我们所需要的电路板，但是焊接完的电路成品的效果好坏取决于电路原理图设计的好坏以及制作出的电路板的好坏。5.2 装配与调试工具准备：20W电烙铁一把，万用电表一个，尖嘴钳一把，螺丝刀一把，焊锡

13、丝和松香水若干。焊接：焊接时先焊接跳线，再焊接电阻，再焊电容，再焊整流管，再焊电位器，最后焊TDA2030，焊接TDA2030前须先把TDA2030用螺丝固定在散热片上，否则在最后装散热片时螺丝很难打进去。TDA2030与散热片接触的部分必须涂少量的散热脂，以利散热。焊接时必须注意焊接质量，对于初学者，可先在废旧的电路板上多练习几次，然后再正式焊接。调试：本功放板调试特别简单，电路板焊好电子元件后，要仔细检查电路板有无焊错的地方，特别要注意有极性的电子零件，如电解电容，桥式整流堆，一旦焊反即有烧毁元器件之险，要特别注意。接上变压器，放大器的输出端先不接扬声器，而是接万用电表，最好是数显的，万用

14、表置于DC*2V档。功放板上电注意观察万用电表的读数，在正常情况下，读数应在30mV以内，否则应立即断电检查电路板。若电表的读数在正常的范围内，则表明该功放板功能基本正常，最后接上音箱，输入音乐信号，上电试机，旋转音量电位器，音量大小应该有变化，旋转高低音旋钮，音箱的音调有变化。值得一试的实验：将C6短路，用万用表测TDA2030输出端的直流电位，看是否是在30MV以内，然后接上音箱试两小时，用万用表测LM1875输出端的直流电位，看直流电位是否在30MV以内，如果是的话，则C6这个电容可以省掉，这样的话，此放大板就成一个纯直流功放了。六、结束语通过这次毕业设计对音频功率放大器的设计与制作，如

15、果仅从对功率放大器性能的完美追求上去考虑，我们还可以把许多只功率放大管并联起来工作获得更高的性能。然而这乃是在用高投入成本来获得实际效果增加不多。事实上，当人们把功率放大器的输出功率制做得很巨大时，它也成为中高音单元喇叭的致命杀手！而且使用级后分频方式，在使用到高中低三个单元喇叭的情况下就开始明显表现不佳，级后分频方式仅能在二分频情况下表现得比较良好。只有改为采用级前分频方式来设计制作音频功率放大器，我们才能从根本上克服级后分频的缺点，并根据不同工作频带范围要求选用适合的器件，以最少的制造成本获得最高的效果 ，本次用功放芯片能基本满足课题要求。七、参考文献： 1吴振平.实用声电技术,中国铁道出版社，1984. 11.2曾广兴.现代音响技术应用.广东科技出版社,1997.3. 3童诗白.模拟电子技术基础M.北京:高等教育出版社,2001.4陈伟鑫.新型实用电路精