音频功率放大器的设计仿真与实现全解

课程设计任务书学生姓名：专业班级：电信指导教师：工作单位：信息工程学院题目:音频功率放大器的设计仿真与实现初始条件：可选元件：集成功放，电容、电阻、电位器若干；或自选元器件。直流电源±12V，或自选电源。可用仪器：示波器，万用表，毫伏表等。要求完成的主要任务:（1）设计任务根据技术指标和已知条件，选择合适的功放电路，如：OCL、OTL或BTL电路。完成对音频功率放大器的设计、装配与调试。（2）设计要求1输出功率10W/8Ω；频率响应20~20KHz；效率＞60﹪；失真小。2选择电路方案，完成对确定方案电路的设计。3利用Proteus或Multisim仿真设计电路原理图，确定电路元件参数、掌握电路工作原理并仿真实现系统功能。4安装调试并按规范要求格式完成课程设计报告书。5选做：利用仿真软件的PCB设计功能进行PCB设计。时间安排：1第18周前半周，完成仿真设计调试；并制作实物。2第18周后半周，硬件调试，撰写、提交课程设计报告，进行验收和答辩。系主任（或责任教师）签名：年月日年月日目录1设计任务与要求……………………………………………………………………………..错误！未定义书签。1.1设计任务…………………………………………………………………………………...错误！未定义书签。1.2设计要求…………………………………………………………………………………...错误！未定义书签。2设计方案………………………………………………………………………………………...错误！未定义书签。3选择器件与参数运算………………………………………………………………………错误！未定义书签。3.1运放NE5532介绍……………………………………………………………………..错误！未定义书签。3.2TDA2030介绍………………………………………………………………………….43.3功率计算……………………………………………………………………………………54单元电路设计…………………………………………………………………………………64.1主电源电路………………………………………………………………………………..64.2调音电路……………………………………………………………………………………64.3功率放大电路……………………………………………………………………………7指导教师签名：5电路设计仿真…………………………………………………………………………………95.1仿真电路图………………………………………………………………………………..95.2仿真结果………………………………………………………….96心得体会……………………………………………………………………………………….107参考文献……………………………………………………………………………………….11附表一：电路原理图………………………………………………………………………….错误！未定义书签。附表二：元器件清单……………………………………………………错误！未定义书签。附表三：实物图…………………………………………………………141设计任务与要求1.1设计任务根据技术指标和已知条件，选择合适的功放电路，如：OCL、OTL或BTL电路。完成对音频功率放大器的设计、装配与调试。1.2设计要求①输出功率10W/8Ω；频率响应20~20KHz；效率＞60﹪；失真小。②选择电路方案，完成对确定方案电路的设计。③利用Proteus或Multisim仿真设计电路原理图，确定电路元件参数、掌握电路工作原理并仿真实现系统功能。④安装调试并按规范要求格式完成课程设计报告书。⑤选做：利用仿真软件的PCB设计功能进行PCB设计。2设计方案音频功率放大器的作用是将声音源输入的信号进行放大，然后输出驱动扬声器。声音源的种类有很多种，故输出信号的电压差别很大，从零点几毫伏到几百毫伏。一般动率放大器的输入灵敏度是一定的，这些不同的声音源信号如果直接输入到功率放大器的话，对于输入信号过低的，功率放大器功率输出不足，不能充分发挥功放的作用；加入输入信号的幅值过大，功率放大器的输出信号将严重过载失真。这样就失去了音频放大的意义了，所以一个实用音频功率放大系统必须设置前置放大器，以便使放大器适应不同的输入信号，或放大，或衰减，或进行阻抗变换，使其与功率放大器的输入灵敏度相匹配。最后音频放大器由前置放大器和音调控制电路和功率放大器三部分组成。如图1所示图1音频放大器组成框图3选择器件与参数运算3.1运放NE5532介绍NE5532是高性能低噪声运放，与很多标准运放（如1458）相似，它具有较好的噪声性能，优良的输出驱动能力及相当高的小信号与电源带宽。（1）小信号带宽：10MHz；（2）输出驱动能力：60010V；（3）输入噪声电压：5nV/√HZ（典型值）；（4）DC电压增益：50000；（5）AC电压增益：10KHz时2200；（6）电源带宽：140KHz；（7）转换速率：9V/μS；（8）大电源电压范围：±3～±20V。极限参数：电源电压：Vs……………………±22V输入电压：VIN……………………±V电源V差分输入电压：VDIFF……………………±5V工作温度范围：TA……………………0℃～70℃存贮温度：TSTG……………………-65℃～150℃结温：Tj……………………150℃功耗（5532FE）：PD……………………1000mW引线温度（焊接，10S）……………………300℃直流电气参数：如图2所示。图2直流电气参数交流电气参数如图3所示图3交流电气参数3.2TDA2030介绍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，该集成功放的一个重要优点。TDA2030A功率放大管利用三极管的电流控制作用或场效应管的电压控制作用将电源的功率转换为按照输入信号变化的电流。因为声音是不同振幅和不同频率的波，即交流信号电流，三极管的集电极电流永远是基极电流的β倍，β是三极管的交流放大倍数，应用这一点，若将小信号注入基极，则集电极流过的电流会等于基极电流的β倍，然后将这个信号用隔直电容隔离出来，就得到了电流（或电压）是原先的β倍的大信号，这现象成为三极管的放大作用。经过不断的电流及电压放大，就完成了功率放大。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集成电路的第三个特点是外围电路简单，使用方便。在现有的各种功率集成电路中，它的管脚属于最少的一类，总共才5端，在焊接电路板的时候TDA2030A的管脚的分布对于焊接的时候很重要的，如果管脚的区分有错，直接会导致的功率放大器烧掉。通过查阅资料知道他的管脚分布为：汉字对着人，从左往右数为12345其中1为同武相输入端，2为反相输入端，3为功率放大器的接地端，4为功率放大器额的输出端，5为功率放大器的电源线的接入端。TDA2030在电源电压±14V，负载电阻为4Ω时输出14瓦功率（失真度≤0．5％）；在电源电压±16V，负载电阻为4Ω时输出18瓦功率（失真度≤0．5％）。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。本设计采用3个TDA2030A芯片，其中一个放大左声道，一个放大右声道，一个放大低音部分。示意图如图4图4TDA2030示意图3.3功率计算计算输出功率Po输出功率用输出电压有效值V0和输出电流I0的乘积来表示。设输出电压的幅值为Vom，则因为Iom=Vom/RL，所以.当输入信号足够大，使Vim=Vom=Vcem=VCC-VCES≈VCC和Iom=Icm时，可获得最大的输出功率由上述对Po的讨论可知，要提供放大器的输出功率，可以增大电源电压VCC或降低负载阻抗RL。4单元电路设计4.1主电源电路如图5所示，采用交流双12V，30W变压器，市电从ACIN输入，VCC和VSS给TDA2030A供电，Va和Vb给NE5532供电。整流部分采用单向桥式全波整流电路，在滤波电路中，采用电容滤波电路，图5主电源电路4.2调音电路本设计采用六个参数为50K的电位器。其中RP1A，RP1B调节低音区，RP2A，调节中低音，RP3A，RP3B调节音量。调音电路与功率放大电路用排线相连，数字应相连。电路图如图6所示图6调音电路4.3功率放大电路电路分左声道，右声道，以及低音区输入，TDA2030构成双电源互补对称功放，路之间相连采用RC耦合方式。NE5532是双运放，分为两个单运放连接于电路中。NE5532电路如图7所示。TDA2030单声道电路如图8所示。RP2B一对放大电图8TDA2030单声道电路CN06WOUT5电路设计仿真5.1仿真电路图采用Multisim11.0仿真电路，如图9所示图9Multisim11.0仿真电路5.2仿真结果左右声道输入1kHz，1Vpp的正弦波，结果如图10所示。6心得体会通过电子技术课程设计的训练，可以全面调动学生的主观能动性，融会贯通其所学的“模拟电子技术”、“数字电子技术”和“电子技术实验”等课程的基本原理和基本分析方法，进一步把书本知识与工程实际需要结合起来，实现知识向技能的转化，以便毕业生走上工作岗位能较快地适应社会的要求。而这次课程设计的题目是做一个有源滤波器的音频功率放大器，在这次设计中，我们确实遇了很多难以解决的问题，同时也学到了很多知识。掌握了功率放大器电路的设计与制作，掌握了NE5532，TDA2030等集成芯片的原理与作用以及晶体管极性的判断，如何去检查电路中的错误与线路是否导通，进一步熟练万用表的使用，如何制作PCB电路板。更让我明白团体精神的重要性。更懂得做好一件事情的不容易。接触到了与自己相关专业的具体的知识，感觉到所学的东西还是很有用的，通过实践不但巩固了学过的知识，而且其他的对所学知识进行实践论证，及时的现了存在的许多不足。通过本次课程设计初步了解了一些专业软件的使用，如Multisim的软件的使用，也初步接触到了具体的制版全过程。通过仿真发现分压电阻阻值不对，而且部分买过来的电阻负载功率不够，电容耐压数值不够，在接电测试时，铝电解电容一接电就马上冒烟爆掉了，经过检查是因为电容的正负交接反了，虚惊一场，不过经过检查后电路其他部分运作正常。经过了这次的课程实际，了解了在给定具体参数要求下，自己设计计算电路参数、使用multisim画原理图仿真、使用protel99es画PCB图、手动转印钻孔、安装元件焊锡、通电调试的整过过程。中间我发现我们思考的时候还不是很周全，好在能够及时发现补救，同时也有一个概念性的了解了一个产品的设计制作过程。总之，这次课程设计我们还是比较满意的，学习到的东西也很多。7参考文献1.周泽义.电子技术实验。武汉：武汉理工大学出版社，2001.52.谢自美.《电子线路设计·实验·测试》第三版.华中科技大学出版社，20053.梁宗善.《新型集成电路的应用-电子技术基础课程设计》.华中科技大学，20044.孙梅生.《电子技术基础课程设计》.高等教育出版社，20055.黄继昌，张海贵《.实用单元电路及其应用》.人民邮电出版社，20066.王卫东，江晓安《.模拟电子电路基础》.西安电子科技大学出版社，20037.华成英、童诗白.模拟电子技术基础.第四版.北京:高等教育出版社,2006.5附表电路原理图T50K:—|KP3B3处RP1』C4223615K-1-1