《模拟电子技术基础》课程设计说明书高保真音频功率放大器的设计

1、课程设计任务书学生姓名： 专业班级：电子科学与技术0803班指导教师： 工作单位： 信息工程学院题 目: 高保真音频功率放大器设计 初始条件： 可选元件：集成功放la4100或la4102；集成功放4430；集成功放tda2030；集成功放tda2004、2009；集成功放ta7240ap（集成功放的选择应满足技术指标）。电容、电阻、电位器若干；或自备元器件。直流电源12v，或自备电源。可用仪器：示波器，万用表，毫伏表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。完成对高保真音频功率放大器的设计、装配与调试。（2）设计要求 输出

2、功率10w/8；频率响应2020khz；效率60；失真小。 选择电路方案，完成对确定方案电路的设计。计算电路元件参数与元件选择、并画出总体电路原理图，阐述基本原理。（选做：用pspice或ewb软件完成仿真） 安装调试并按规定格式写出课程设计报告书。时间安排：1、 2010 年1月18日分班集中，布置课程设计任务、选题；讲解课设具体实施计划与课程设计报告格式的要求；课设答疑事项。2、 2010 年1月19日 至2010年1月21日完成资料查阅、设计、制作与调试；完成课程设计报告撰写。3、 2010 年1月22日提交课程设计报告，进行课程设计验收和答辩。指导教师签名： 年 月 日系主任（或责任教

3、师）签名： 年 月 日目 录摘 要1绪 论12设计任务及要求22.1 设计的主要任务2 2.2设计要求22.3 设计思想23 设计原理及单元模块设计33.1设计原理及方法33.2单元模块设计33.2.1功放电路设计33.2.2反馈电路的设计64电路的仿真及分析84.1电路的仿真84.2电路的分析114.2.1元件的定性分析11 4.2.2元件的定量分析115心得体会14参考文献15摘要本文介绍的是tda2030所制作的简单的高保真音频功率放大器，鉴于tda2030的种种优点，所设计的电路输出功率高、频率响应大、效率高并且失真小。使用两组电源，两个tda2030相接使电路的输出功率更高，电源利用

4、率更高。而且本设计中将反馈电阻由定值电阻改为了可变电阻，通过改变电阻的阻值可以实现反馈的调节，来改变电路的放大倍数，从而造成对音量的调节。关键词 tda2030,负反馈 abstractthis article describes the tda2030 produced by a simple high-fidelity audio power amplifier, in view of the various advantages of tda2030, the design of the circuit of high output power, frequency response,

5、and efficiency, and distortion. the use of two sets of power supply, the circuit connecting two tda2030 higher output power, power efficient. and this design feedback resistor will be replaced by a fixed value resistor of the variable resistor, the resistance by changing the resistor feedback regula

6、tion can be achieved to change the magnification circuit, resulting in the regulation of the volume key words： tda2030, negative feedback1 绪论音频放大器已经有快要一个世纪的历史了，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，它还在不断地更新、发展、前进。主要因为人类的听觉是各种感觉中的相当重要的一种，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地加以改进。进入21世纪以后，各种便携式的电子设备成为了电子设备的一种重要的发

7、展趋势。从作为通信工具的手机，到作为娱乐设备的mp3播放器，已经成为差不多人人具备的便携式电子设备。陆续将要普及的还有便携式电视机，便携式dvd等等。所有这些便携式的电子设备的一个共同点，就是都有音频输出，也就是都需要有一个音频放大器；另一个特点就是它们都是电池供电的。都希望能够有较长的使用寿命。就是在这种需求的背景下，d类放大器被开发出来了。它的最大特点就是它能够在保持最低的失真情况下得到最高的效率。高效率的音频放大器不只是在便携式的设备中需要，在大功率的电子设备中也需要。因为，功率越大，效率也就越重要。而随着人们的居住条件的改善，高保真音响设备和更高档的家庭影院也逐渐开始兴起。在这些设备中

8、，往往需要几十瓦甚至几百瓦的音频功率。这时，低失真、高效率的音频放大器就成为其中的关键部件2 设计任务及要求2.1设计的主要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。完成对高保真音频功率放大器的设计、装配与调试。2.设计要求 输出功率10w/8；频率响应2020khz；效率60；失真小。 选择电路方案，完成对确定方案电路的设计。计算电路元件参数与元件选择、并画出总体电路原理图，阐述基本原理。（选做：用pspice或ewb软件完成仿真） 安装调试并按规定格式写出课程设计报告书。2.3设计思想本次设计首先按照输出功率和频率响应的要求选择合适的功率放大器，再由效

9、率的限制来选择电源电路，选择好之后再multisim上进行仿真，根据输入和输出的要求来确定电路中各个元器件的规格，之后买元件开始制作，最后在试验箱上检测设计的是否达到要求。3 设计原理及单元模块设计3.1 设计原理及方法高保真音频功率放大器由以下几部分组成：输入端功放电路输出电路反馈电路 3.2 单元模块设计.功放电路设计为了使输出功率达到10w/8，且输入频率响应为2020khz，我们要选择合适的集成功放，使它满足要求。本次设计中，我们选用的是tda2030，如图 1所示，tda2030a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。按引脚的形状引可分为h型和v型。该集

10、成电路广泛应用于汽车立体声收录音机中的功率音响设备，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。意大利sgs公司、美国rca公司、日本日立公司、nec公司等均有同类产品生产，虽然其内部电路略有差异，但引出脚位置及功能均相同，可以互换。 图 1 tda2030实物图电路特点： 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

11、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，用它来做电脑有源音箱的功率放大部分或小型功放再合适不过了。tda2030常见的应用电路图如图 2所示: 图 2 tda2030应用电路图引脚情况：1脚是正相输入端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。通过查数据手册可以知道：当tda2030接8的负载时的输出功率为15w，这只是理想值，在实际中，由于在其他元器件上的损耗，输出功率不容易保证在10w及以上，所以，我们为了保证输出功率，可以使用两个tda2030，来够成btl功放，如图 3所示，它在接8的负载时的输出功率可以达到3

12、0几瓦，很容易满足我们对输出功率的要求。 图 3 tda2030btl功率放大器是在大信号状态下工作，电压、 电流摆动幅度很大，极易超出管子特性曲线的线性范围而进入非线性区， 造成输出波形的非线性失真，因此，功率放大器比小信号的电压放大器的非线性失真问题严重。 功率放大电路的电路形式很多，有双电源供电的ocl互补对称功放电路，单电源供电的otl功放电路，btl桥式推挽电路和变压器耦合功放电路，等等。我选用的是双电源供电的btl互补推挽功率放大电路。和其他电路形式相比，btl电路在同样的直流电源条件下，输出功率可达otl电路和ocl电路的4倍，充分利用了系统电压，特别适合于电池供电的便携产品。此

13、推挽功率放大器的工作状态为甲乙类。推挽功率放大器的工作状态之所以设为甲乙类而不是乙类，其目的是为了减少“交越失真”。若设置为乙类状态，由于两管的静态工作点取在晶体管输入特性曲线的截止点上，因而没有基极偏流。这时由于管子输入特性曲线有一段死区，而且死区附近非线性又比较严重，因而在有信号输入、引起两管交替工作时，在交替点的前后便会出现一段两管电流均为零或非线性严重的波形；对应地，在负载上便产生了如图4（a）所示的交越失真。 将工作状态设置为甲乙类便可大大减少交越失真。这时，由于两管的工作点稍高于截止点，因而均有一很小的静态工作电流icq。 这样，便可克服管子的死区电压， 使两管交替工作处的负载中电

14、流能按正弦规律变化，从而克服了交越失真， 波形如图4（b）所示。 图 432.2 反馈电路的设计 电路中所采用的反馈为电压串联负反馈，如图 5所示，反馈深度可由来调节，我们把电阻由定电阻改为了电位器，这样可以通过改变电位器的阻值的大小来调节反馈深度，就可以调节放大系数，就可以用来改变扬声器的声音的大小。 图 5 反馈网络图4电路的仿真及分析4.1电路的仿真在本次设计的电路仿真中我们使用的是multisim，multisim是interactive image technologies (electronics workbench)公司推出的以windows为基础的仿真工具，适用于板级的模拟/数

15、字电路板的设计工作。它包含了电路原理图的图形输入、电路硬件描述语言输入方式，具有丰富的仿真分析能力。图 6为multisim的仿真图。 图 6 multisim仿真图（1） 图示的输入信号为6khz,幅值大小为400mv的时候，输出负载的功率为15.355w，而且输出波形没有失真。改变输入信号的幅值，将400mv增加到600mv的时候，我们可以明显的看到输出的波形产生了失真，如图 7所示： 图 7 multisim仿真图（2）如图所示的是：当输入信号的频率为1khz，幅值为600mv的时候，电路中输出信号的波形产生了严重的失真。4.2 电路的分析4.2.1 元件的定性分析所设计的电路图如图 8

16、 所示： 图 8 设计的电路 我们所设计的btl电路采用的是双电源供电，vcc和vee为两组电源，其中，vcc为12v,vee为-12v, btl 功放电路能把单路功放的输出功率（pmono）扩展4倍，但实际上却受到集成电路本身功耗和最大输出电流的限制，该电路若在vs12v工作时，24w。和是两个比较大的的电容，它的作用是滤高频信号，和是两个比较小的电容，它的作用滤低频信号。为输入端，为滤波电容，和的作用是保证直流平衡。在负反馈电路中，和为两个电解电容，它在这里的作用是隔直流，这样可以使负反馈达到最大，通过调节电位器的大小可以改变反馈的深度，可以使放大器在高频状态下工作的时候也满足输出功率的要

17、求，电位器的调节还可以影响放大倍数，从而改变输出声音的大小。在输出电路中，利用功放电路u1，u2分别构成电压放大电路，使rl两端的电压极性大小相等，相位相反，在构成电路时，尽量使电路对称，同时选用参数相同的功放电路，以减小失真。以选用双功放电路最好。电容和的作用是隔去直流信号，同时也有滤波的作用，滤去电路中的一些杂质信号，使输出的负载受到的干扰更小，和是两个比较小的电阻，它们和并联使输出电阻变小，由于输出电阻越小负载越强，这样可以增强电路带负载的能力。4.2.2 元件的定量分析 由公式可得负载的最大不失真功率，由于本电路设计的是双tda2030所以 ，这样的话，功率就可以很容易达到要求的10w

18、了。 10v 即每个放大器的输出电压 又有若取，则可得由对称性可得：根据输入信号中的高低频交流信号分别取：同向输入端的电阻：由于电路的对称性可得：输出端的滤波电容的大小由查阅资料知： 5 心得与体会通过为期一周的课程设计，我深刻体会到了自己知识的匮乏。我也深深的感觉到自己所学的知识的肤浅，自己原来所学的东西只是一个表面性的，理论性的，而且是理想化的。根本不能够解决在现实中还存在的很多问题。因此，学习中应多与实际应用相联系。在今后的学习中，我要以学习理论知识为基础，尽量多学实际应用知识。特别是动手操作能力，更需要提高。我将多参加实践活动，以培养自己的动手能力。做一名合格的电子学毕业生。设计一个很完整的电路，所要考虑的问题，要比考试的时候考虑的多的多。所以，一开始，我遇到了很多麻烦。通过老师和同学们的帮助，我渐渐的有了眉目。这样，在很大程度上提高了我考虑问题的全面性。设计完整的电路，还要考虑到它的前因后果。什么功能需要什么电路来实现。另外，还要考虑它的可行性，实用性等等。这样，也提高了我的分析问题的能力。原来，我们学习的电路只是一个理论知识，通过这次实习。使我