音频功率放大器课程设计(共12页).doc

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1、精选优质文档-倾情为你奉上电子技术综合训练设计报告题目： 音频功率放大器 姓名： 陈邈宏 学号： 班级： 自动化四班 同组成员： 赵斐 白治龙 指导教师： 骆作颢 日期： 2014.1.14 设计题目音频功率放大器学生姓名陈邈宏所在院系电子信息与电气工程学院专业、年级、班11级自动化四班一 设计内容及技术要求： 设计并制作一个音频功率放大器，将MP3输出的音乐信号放大。 基本要求：1. 放大器有两个MP3输出输入接口；2. 能够使用电子开关进行音源选择，并且能够用发光二极管指示；3. 放大器设有音量控制，功率放大功能；4. 主要技术指标如下：（1） 额定输出功率： 21 W （或25 W）（T

2、HD=0.5%）（2） 负载阻抗：8欧姆（3） 输入阻抗：600欧姆5. 电源：220V/50HZ的工频交流供电： （注：直流电源部分即完成设计即可，不许制作，用实验室提供的稳压电源调试，但要求设计的直流电源能够满足电路要求）6. 按照以上技术要求设计电路，绘制电路图，对设计的电路用MULTISIM或OrCAD/PspiceAD9.2进行仿真，用万用板焊接元器件，制作电路，完成调试，测试，撰写设计报告。发挥部分：1 设计均衡电路（音调电路）。2 有电平指示功能。二 提交成果1.设计报告。2.作品。3.电路原理图：要求提交两份，一份为CAD/EDA软件绘制，另一份为手工绘制，图纸大小自定，但要符

3、合标准，电路图绘制要规范。三 设计进度1.时间：三周。2.进度安排： （1）第一周 选题，熟悉题目，分析要求，查找资料，选择方案，优化方案，确定方框图，单元电路设计，选择元器件； （2）第二周 进行电路仿真，确定电路原理图，画出电路原理图，购买元器件，焊接电路； （3）第三周 电路调试，电路测试，绘制电路原理图，完成设计报告，答辩。 指导老师签字： 音频功率放大器摘 要：设计了一个带音调控制的音频放大电路，该电路具有对音频信号放大的功能。该电路主要由前置放大电路、音调控制电路及功率放大电路三部分构成，其中，前置放大电路采用反相比例运算器来实现电压的放大；音调控制电路采用负反馈式来实现音调控制；

4、功率放大电路采用DTA2030功率放大器来实现功率放大。利用Multisim 10对设计的电路进行仿真，可以得到放大后的不失真的波形。关键词：前置放大电路；功率放大器；音调控制目 录1.设计背景 1.1学习了集成运放的应用1.2了解了功率放大电路 1.3了解了TDA2030和NE5532的功能 2.设计方案2.1任务分析2.2方案论证3.方案实施 3.1原理图设计3.2电路仿真3.3安装与调试4.结果与结论5参考文献.6.总结及体会7.附件 7.1电路原理图7.2元器件清单7.3实物拍摄专心-专注-专业1. 设计背景1.1学习集成运放的运用 集成型运算放大器是模拟集成电路中应用最广泛的一种器件

5、。在集成运算放大电路与输出之间接入不同的反馈网络，可实现不同用途的电路，例如利用集成运算放大器可非常方便的完成信号放大、信号运算、信号处理以及波形的产生和变换。1.2了解功率放大电路功率放大电路在多级放大电路中处于最后一级，又称输出级。其主要作用是输出足够大的功率去驱动负载，如扬声器、伺服电机、指示表头、记录器等。功率放大电路要求：输出电压和输出电流的幅度都比较大、效率高。1.3了解TDA2030和NE5532P的功能NE5532是高性能低噪声运放，它具有很好的噪声性能，优良的输出驱动能力及相当高的小信号与电源宽带。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、

6、瞬态互调失真小，另一特点是输出功率大，而保护性能比较完善。2. 设计方案2.1任务分析根据课程设计要求，分析可知，带音调控制的音频放大电路主要用来对音频信号进行放大，能带动负载除，此还应该具备音调控制能力。要完成此次课程设计要求，该电路必须包括前置放大电路、音调控制电路及功率放大电路三部分构成。为了分别实现音频放大电路的上述三部分的功能，构成电路时我们对应要采用到集成运算放大器，电容、滑动变阻器、集成运放，和功率放大器。2.2方案论证在带音调控制的音频放大电路中，前置放大电路用来实现电压的放大，可以用NE5532或者LM741来实现，LM741和NE5532与很多标准运放相似，但NE5532具

7、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NE5532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中。音调控制电路有三种：衰减式音调控制电路、负反馈音调控制电路、衰减负反馈混合式音调控制电路。负反馈式电路与衰减式电路相比，中音电平不需要做很大衰减，并且噪声和失真小一些。负反馈式电路与负反馈式电路与电路相比，结构更加简单，更加稳定，能抑制反馈环内噪声和干扰等优点。因此，本设计选择负反馈音调控制电路。功率放大电路，除了对信号的电压进行足够的电压放大外，还要求对信号进行足够的电流放大。因此，其在系统的中的重要作用不言而喻。TDA2030是一块性

8、能十分优良的功率放大集成电路，其主要特点上升速率高、瞬态互调失真小，输出功率大，而保护性能比较完善，外围电路简单，使用方便。所以功率放大电路采用TDA2030。由于设计要求双声道，所以音调控制电路，前置放大电路，功率放大电路采用两套。以下说明均以某一声道做分析说明。综合各部分电路，电路结构框图如图1所示。音调控制电路反比例放大电路信号的输入输出功率放大电路音源选择电路图1 电路结构框图 3.方案实施3.1原理图设计 1、电压放大电路设计在前置放大部分采用的是NE5532P，它是一种双运放高性能低噪声运算放大器。具有高精度、低噪音、高阻抗、高速、宽频带、电源电压范围大等特点，并且在上个世纪获得过

9、“ 运放之皇”的美誉。 NE5532参数如表1所示。表1 NE5532P极限参数表参数符号NE5532P单位电源电压Vcc22V差分输入电压Vdif13V输入电压Vi提供电压V功耗，TA=25PD1100mW工作温度TOPR070NE5532P引脚如图2所示。图2NE5532P引脚图本次设计采用如附图1所示的前置放大电路，采用反向比例运算。输入电阻为R7,R8/R7就是放大倍数，可以提高放大倍数，但也减小了输入电阻。R7=100K,R8=510K,Au=R8/R7=5.1。人耳听到的最低频率是20HZ，因此f=1/2PiR7C50.08uF,由于没有0.08uF电容，所以选择与它接近的10uF

10、电容。2、音调控制电路的设计 音调控制电路由三个10K的电阻两个47nf的电容两个2.2nf的电容一个1M的滑动变阻器两个和NE5532P以及10uf的电容构成一个负反馈构成。音调可控制电路如附图2所示。一般情况下C1=C2,C2,C1分别起到低音提升和衰减的作用，C3起到高音提升和衰减的作用，C3要远小于C1,C2.电路中各元器件满足广西是R1=R2=R4,R5=R6,C1=C2.由电路可知，R1=R2=R4=10K,R5=R6=1M，R4=3.3K，由于没3.3K的电阻， 我们4.7K的电阻。F(L2)=fL*22=400Hz,f(L1)=400/10=40Hz,f(H1)=fH*22=2

11、.5KHz,f(H2)=10*f(H1)=25Hz.fL为低频频率，fH为高频频率，f(L1)为低频转折频率，f(L2)为中低频转折频率，f(H1)为中高频转折频率，f(H2)为高频转折频率。由此可知，带宽达到4025KHz.由f（H2）=1/2PiC3R3=25KHz,C3=1.9nF.因为只能选择大于1.9nF的电容，所以C3=2.2nF.f(L1)=1/2PiC2R1=40Hz,计算出C3=C4=40Nf,由于没有40nF的电容，所以选择47nF的电容。低音调节时，当R5滑臂到左端时，C2被短路，C3对低音信号容抗很大，可视为开路；低音信号经过R1、R4直接送入运放，输入量最大，而低音输

12、出则经过R2、R5、4负反馈送入运放，负反馈量最小，因而低音提升最大；当R5滑臂到右端时，则刚好与上述情形相反，因而低音衰减最大。不论R5的滑臂怎样滑动，因为C1、C2对高音信号可视为是短路的，所以此时对高音信号无任何影响。高音调节时，当R6滑臂到左端时，因C3对高音信号可视为短路，高音信号经过R3、C3直接送入运放，输入量最大。而高音输出则经过C3、R6、R3负反馈送入运放，负反馈量最小，因而高音提升最大；当R6滑臂到右端时，则刚好相反，因而高音衰减最大。不论R9的滑臂怎样滑动，因为C3对中低音信号可视为是开路的，所以此时对中低音信号无任何影响。普及型功放一般都使用这种音调处理电路。使用时必

13、须注的是，为避免前级电路对音调调节的影响，接入的前级电路的输出阻抗必需尽可能地小，应与本级电路输入阻抗互相匹配。 3、功率放大电路根据题目设计要求，可供选择的功率放大器可由分立元件组成，也可由集成电路完成。集成功放具有工作可靠，外围电路简单，保护功能较完善，易制作调试等优点。许多性能优异的集成功放芯片，如TDA2040A、LM1875、LM386等。TDA2030是一块性能十分优良的功率放大集成电路，也是目前音质较好、价格较低、外围元件较少、应用较方便的一款性价比较高的集成功放。它的电气性能稳定、可靠、能适用长时间连续工作，集成块内部具有过载保护和热切断保护电路，不会损坏器件。在单电源使用时，

14、散热片可直接固定在金属板上与地线相通，无需绝缘，使用十分方便。功率放大电路可由附图3所示的电路图实现。其中，D1、D2是为了防止电源正负极性加反，滑动变阻器实现了对其响度的控制。Au=1+R10/R13=33倍。TDA2030引脚排列如图6所示，各脚阻值如表2所示，参数如表3所示。 图2 TDA2030引脚图表2 TDA2030各脚阻值表引脚12345阻值黑表笔接3脚4k4k03k3k红表笔接5脚018k3k表3 TDA2030A主要技术指标参数 参数名称符号单位参数最小典型 最大 测试条件 电源电压VccV+、- 6 +、-18 静态电流IccmA4060 Vcc=+-18,RL=4欧 输出

15、功率PoW1214 RL=4,THD=0.5% W89 RL=8,THD=0.5 频响BWHz10 140k Po=12w,RL=4, 输入阻抗RiM0.55 开环，f=1kHz 4，音源选择电路音源选择电路主要由74LS160N，74LS138和模拟开关组成。原理图详见附图4.3.2 电路仿真 在各单元电路设计的基础上，按照总体电路图在仿真软件Multisim上一一选择芯片并进行连接，然后启动开关观察。将电路在Multisim上连接好后，为各个电阻和电容选取适当值，为各个开关设置好适当的键盘打开数值连接，然后打开Multisim的开关，根据输出波形的情况判断电路是否正常。通过仿真，我们的电路

16、原理图无误，可以制板。仿真电路图如图5所示，本电路仿真结果的波形如图6所示。经测量输入电压U1=70.6924mV，输出电压U2=8.965V，Au=127.根据仿真结果可知电路原理无误，可以进行PCB板布线。3.3 安装与调试在安装好所有的芯片和电路原件后，按照电路图逐一检查电路有没有漏焊的问题，接下来用万用表逐一检查有没有虚焊或线路断路或线路短路。在解决了检查出来有些地方存在虚焊的问题后，再次确认线路没有问题的情况下接通+15V和-15V的直流稳压工作电源电源进行调试，最后发现8的喇叭能够正常工作，说明电路板可以正常工作，达到了预期效果。4. 结果与结论利用NE5532和TDA2030芯片

17、来设计的功率放大器，经过仿真，并利用示波器观察波形，得到了一个放大后的正弦波；将焊接好的电路加上+15V和-15V的直流稳压工作电源，接上8的喇叭，插入音频信号输入，喇叭能够实现放大的作用。总体说来，这次课程设计对我们的动手能力有所提高，也引导了我们将专业知识的理论与实际的结合。5.参考文献1、教材 电子技术实验与课程设计（第三版），毕满清，机械工业出版社，2005，72、参考书（1）电子线路设计实验测试（第4版），谢自美，高等教育出版社，2009，3（2）电子设计指南，孙肖子，高等教育出版社，2006，10（3）电子技术基础实验电子电路实验设计仿真（第四版），陈大钦，高等教育出版社，2006

18、，5（4）模拟电子技术基础（第四版，）华成英 童诗白，高等教育出版社，2006，5（5）阎 石 数字电子技术基础（第五版），高等教育出版社，2006，5（6）电子技术基础-模拟部分（第五版），康华光，高等教育出版社，2006，1（7）电子技术基础-数字部分（第五版），康华光，高等教育出版社，2006，1总结及体会通过这次课程设计，使我受到了一次应用所学的专业知识、专业技能分析和解决问题的全面系统的锻炼。使我在综合知识的选用方面，在产品开发的基本思想、方法方面，以及在常用电路分析思路技巧的掌握方面都能向前迈了一大步。为日后成为合格的应用型人才打下良好的基础。这次在指导老师的帮助下，在同学的帮助下

19、，基本上完成了设计任务，在电路分析与设计方面也有了一定的提高，为今后走上工作岗位打下了专业基础。在这次的课程设计中，让我深深地体会到进行电子产品的开发不是一件简单的事情，它需要设计者具有全面的专业知识、缜密的思维、严谨的工作态度以及较高的分析问题、解决问题的能力。最后，我要衷心感谢老师在我的课程设计中给予我的极大帮助，使我能够及时、顺利地完成此次的课程设计。 7.附件7.1 电路原理图 电路原理图如附图所示。7.2 元器件清单元器件清单如表4所示。表4 仪器仪表明细清单类型商品名称数量（个）运算放大器NE5532P2功率放大器TDA20302电容电容50V/47nf4电容50V/10uf6电容 50v/330nf2电容50V/220nf2电阻10k电阻64.7K 电阻2 100k电阻2100K滑动变阻器31k电阻222k电阻2360电阻1680电阻2510k电阻2计数器74LS160N1译码器74LS1381模拟开关HCF40511二极管1N40014发光二极管-3与门7408N1非门7406N1扬声器-27.3 实物图拍摄 实物拍摄如图6图7所示。