模电课程设计-频功率放大电路

课程设计

课程名称模拟电子技术课程设计

题目名掰音频功率放大电路

物理与光电工程学院

学生学院

光电信息科学与工程

专业班级__________________

学号

学生姓名

指导教师

年12月17日

一、设计任务与要求和目的

课程设计目的

本课程是在前导验证性实验基础上，进行更高层次命题的课程设计，是在教师指导下独立查阅

资料、设计、安装和调试特定功能的电子电路U对于提高学生的电子工程素质和科学实验能力非常

重要，是电子技术人才培养成长的必由之路。

本课程旨在培养学生模拟电子电路知识，解决模拟电子技术方面常见实际问题的能力，促使学

生积累实际电子制作经验，准备走向更复杂更实用的应用领域，是参加“全国大学生电子竞赛”前

的技能培训课程之一。目的在于巩固基础、注重设计、训练技能、追求创新、走向实用。

课程设计要求

1、根据下面所给出的几个题目自行选择一个完成设计；

2、学生自行查找与设计题目有关的参考资料；

3、提出设计方案，写出设计步骤，并进行理论设计：

4、熟悉用计算机软件进行辅助电路设计方法，并对所设计的电路进行仿真；

5、分析电路，求得其参数

6、撰写设计报告；

任务选择题目二：音频功率放大电路要求：设计并制作一个音频功率放大电路(电路形式不限)，

负载为扬声器，阻抗8。。基本指标：频带宽50Hz〜20kHz,输出波形基本不失真；电路输出功率大

于等于10W；输入灵敏度为103mV,输入阻抗不低于47K。。

理解名词：

1、输出功率(outpulpower)：表明该功率放大器在一定负载下输出功率的大小，一般在功放说明

书上标明在8欧姆负载，4欧姆负载或2欧姆负载状态下的输出功率，同时也会衣明功放在桥接状态

下，8欧姆负载时或4欧姆负载时的输出功率。这个输出功率表示功放的额定输出功率，而不是最大

或峰值输出功率。

2、负载阻抗(loadimpedance)：表明功放的负载能力，负载的阻抗越小，表明功放能通过的电流能

力就越强，一般来说，大部分的功放最低负载阻抗为4欧姆，品质好的功放最低负载一般为2欧

姆。双通道时能够负载4欧姆的功放，在桥接状态下可以负载最低为8欧姆，双通道时能够负载2

欧姆的功放，桥接状态下可以负载4欧姆。桥接状态下只能负载8欧姆的功放，不可以负载更低的

阻抗，否则会造成功放因电流过大而烧毁。

3、频响范围(frequencyrange)：表明功放可以进行放大的工作频段，一般为20—20000赫兹，一般在

此数据后面有一个后缀，比如一l/+ldB,这代表这个频率范围的误差或浮动范围，这个数值约小，表

明频率范围内的频响曲线更平直。如果功放的频响范围以一3分贝为测试条件，这个功放出来的声音

可能就没那么平直了。

4、总谐波失真(THD)：表明功放工作时，由于电路不可避免的振荡或其他谐振产生的二次，三次谐

波与实际输入信号叠加.在输出端输出的信号就不单纯是与输入信号完全相同的成分，而是包括了

谐波成分的信号，这些多余出来的谐波成分与实际输入信号的对比，用百分比来表示就称为总谐波

失真。一般来说，总谐波失真在1000赫兹附近最小，所以大部分功放表明总谐波夫真是用100()赫

兹信号做测试，但有些更严格的厂家也提供20—200()0赫兹范围内的总谐波失真数据。总谐波失真

在1%以下，一般耳朵分辨不出来，超过10%就可以明显听出失真的成分。这个总谐波失真的数值

越小，音色就更加纯净。一般产品的总谐波失真都小于l%@lkHz,但这个数值越小，表明产品的

品质越局O

5、输入灵敏度(inputsensitivity)：这是个电压概念，表明当功放达到满功率输出时，在输入端的信号

电压的大小，一般的功放的输入灵敏度电压为().775v(0dB)到1.5v(+6dB)之间，灵敏度电压越高，输

入灵敏度越低。有些高品质功放，输入灵敏度低是由于采用更深的负反馈电路，所以具有更低的失

真，更宽的频响和更好的音质。

二：设计思想

本次设计首先在众多集成功率放大器中选出符合设计要求且工作性能最佳，优越性强的集成芯

片。而整个设计的核心部分就在功放模块电路的设计，该模块完成的功能主要包括放大输入音频以

及调节输出音频。随后运用Multisim软件中的仿真功能对其予以仿真，从仿真的结果中分析程序的

正确性。待所有模块的功能正确之后，运用原理图搭建顶层电路并进行整体仿真直至达到最初的设

计要求。

TDA2030A：

TDA2030是一块性能十分优良的功率放大集成电路，其主要特点是上升速率高、瞬态互调失真

小，在目前流行的数十种功率放大集成电路中，规定瞬态互调失真指标的仅有包括TDA2030在内的

几种。我们知道，瞬态互调失真是决定放大器品质的重要因素，该集成功放的•个重要优

点o

TDA2030集成电路的另•特点是输出功率大，而保护性能以较完善。根据掌握的资料，在各国

生产的单片集成电路中，输出功率最大的不过20W,而TDA2030的输出功率却能达18W,若使用两

块电路组成BTL电路，输出功率可增至35W。另一方面，大功率集成块由于所用电源电压高、输出电

流大，在使用中稍有不慎往往致使损坏。然而在TDA2030集成电路中，设计了较为完善的保护电

路，一旦输出电流过大或管壳过热，集成块能自动地减流或截止，使自己得到保护（当然这保护是

有条件的，我们决不能因为有保护功能而不适当地进行使用）。

TDA2030在±19V、8Q阻抗时能够输出16W的有效功率，THDW0.设。无疑，用它来做有源音箱

的功率放大部分或小型功放再合适不过了。

该电路由于价廉质优，使用方便，并正在越来越广泛地应用于各种款式收录机和高保真立体声

设备中。该电路可供低频课程设计选用。

TDA2030A主要参数：

工作电压：±6〜22V

静态电流：＜50mA

输出功率:18W,当V二±16V,RL=4Q时

谐波失真：0.05%,当f=15kHz,RL=8Q时

闭环增益：26dB,当f=lkllz时

开环增益:80dB,当f=lkHz时

频响范围：40-14000Hz

电路特点：

[1],外接元件非常少。

[2].输出功率大。

[3],采用超小型封装，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、过热、地线偶然开路、电源

极性反接(Vsmax=12V)、负载泄放电压反冲等。

方案选择

功率放大器的常见电路形式有单电源供电的0TL电路和正负双电源供电的OCL电路还有双声道BTLo

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。根据设计指标求，以及由于

音频功放多是推挽式电路，很讲究电路的对称性，并且由于电路结构原因，单电源时上下输出幅度会不一

致和电路对电源噪声的抑制能力不如双电源的好，且双电源接法具有优良的短路和过热保护电路。

TDA2030是许多电脑有源音箱所采用的Hi-Fi功放集成块。它接法简单，价格实惠。额定功率为14W。电

源电压为±6〜±18V。输出电流大，谐波失真和交越失真小(±14V/4欧姆，THD=0.5%)。具有优良的短

路和过热保护电路。所以我选择0CL接法。如图

三、设计原理

功放设计

本次试验采用TDA2030双弓源OCL功率放大电路。如图所示电路为音频功率放大器原理图，其中

TDA2030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10^1400Ilz,输出电流峰值

最大可达3.5Ao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。R9是音量调节电

位器，OCL功放的形式:采用双电源，无输出耦合电容。如图所示电路中的R7(150kC)与R1(400Q)

电阻决定放大器闭环增益，R7与R1比值越大增益越大，但增益太大也容易导致信号失真。两个二极

管DI,D2接在电源与输出端之间，是防止扬声器感性负载反冲而影响音质同时防止输出电压峰值损

坏集成块TDA2030oC7(0.1uF)电容与R8(lQ)的电阻是对感性负载(喇叭)进行相位补偿来消除自

激。

分析：

1、功放的放大倍数计算公式是Au=l+(2400/600),我们可以通过改变电阻来改变放大倍数，即放大功

率数，400Q下的22uF电容式改善功放性能的

2、、1Q电阻和O.luF的电容是防止电路自激振荡的，因为扬声器是相当于电感。

四、仿真检查

运用Mulitisim仿真

111C2^r+-

100uF

R9R6

22kQ

C4-U160pF

50%

20kQ

Key=A

TDA2030LII：/\\

D2二•yrr

^\100mVu

〜51kHz

01

R1W-vyr--vf

U

400Q150kn

时间a«,A通道

22pFnSg_BI反向|

C60.000s0.000V24.928mV

『2例王1.281ms98.109mV15.035V

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F2-T11.281ms98.109mV15.010VT

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时命通道A通道B

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通道A：峰峰值lOOmV,1kHz的输入，通道B：负载喇叭处的输出。可见放大效果约为150倍。

C2)L

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100pFD1

北20V

0.1叶C11N4001

R9R6

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5U160pFTHD

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Kcy-A

TDA2030

R8

D2

100mV□k

、1kHz

1^f001R4

R1