音频功率放大器设计报告

1、实验报告课程名称：模拟电子电路实验实验名称：音频功率放大器的设计与实现班级：12047512学号：12041231 12041234姓名：邹焱 高焓怡实验日期：2013年11月至12月1、 实验目的：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。要求直流稳压电源供电，多级电压、功率放大，所设计的电路满足以下基本指标：（1）频带宽度50Hz20kHz，输出波形基本不失真；（2）电路输出功率大于8W；（3）输入阻抗：10k；（4）放大倍数：40dB；（5）具有音调控制功能：低音100Hz处有±12dB的调节范围，高音10kHz处有±12dB的调节范围；（

2、6）所设计的电路具有一定的抗干扰能力；（7）具有合适频响宽度、保真度要好、动态特性好。发挥部分：（1）增加电路输出短路保护功能；（2）尽量提高放大器效率；（3）尽量降低放大器电源电压；（4）采用交流220V，50Hz电源供电。二、实验原理及实验内容根据设计课题的要求，该音频功率放大器可由图 所示框图实现。下面主要介绍各部分电路的特点及要求。 图1 音频功率放大器组成框图1、 前置放大器 由于声音源的种类有多种，输出信号的电压差别很大，从零点几毫伏到几百毫伏。一般功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中的话，对于输入过低的信号，功率放大器输出功率不足，不能充

3、分发挥功放的作用；假如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。 所以音频功率放大系统必须设置前置放大器，前置放大器的主要功能使话筒的输出阻抗与前置放大器的输入阻抗相匹配；使前置放大器的输出电压幅度与功率放大器的输入灵敏度相匹配。前置放大器输入级的噪声对整个放大器的信噪比影响很大，所以采用低噪声电路。足够宽的频带，以保证音频信号进行不失真的放大。 本实验采取集成运算放大器构成前置放大器，选择低噪声、低漂移的集成运算放大器。2、音调控制电路 为了控制放音音色，以适应不同听众对音色的不同爱好。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。高、低音从最强调到最

4、弱的整个过程中，中音信号（一般指1kHz）不发生明显的幅值变化，以保证音量在音调控制过程中不至于有太大的变化。 (1)音调控制电路的选择: 衰减式音调控制及电路：调节范围可以做得较宽，但由于中音电平也要作很大的衰减，并且在调节过程中整个电路的阻抗也在变化，所以噪声和失真较大。 负反馈式音调控制电路：噪音和失真较小，并且在调节音调时，其转折频率保持固定不变，而特性曲线的斜率却随之改变。所以本实验选择了负反馈式音调控制电路。 (2)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、工作稳定等优点.3、功率放大器功率放大器的作用是

5、给音响放大器的负载（一般是扬声器）提供所需要的输出功率。功率放大器的主要性能指标有最大输出不失真功率、失真度、信噪比、频率响应和效率。由于集成功率放大器使用和调试方便、体积小、重量轻、成本低、温度稳定性好，功耗低，电源利用率高，失真小，具有过流保护、过热保护、过压保护及自启动、消噪等功能，所以本实验选择集成功率放大器。仿真图形：全局图三、实验仪器、器件、材料： 铜板、油纸、转热机、打孔器、环保腐蚀剂、焊锡工具、函数信号发生器、实验箱、示波器 放大器个数电容个数电阻个数二极管个数Ne5532422uf21欧21n40013Tda2030147uf 21k210uf 45.1k30.02uf 47

6、.5k21000pf 210k3100uf 322k60.1uf351k222uf286k2100k滑阻2200k滑阻3200k 24、 实验过程1、 前置放大、音调控制、功率放大电路的分别设计画出原理图与波形仿真。2、 三级连的仿真及调试3、 确定所需器件4、 SCH文件生成与打印输出5、 制作PCB板6、 检查器件及焊接7、 前置放大、音调控制、功率放大电路的分别测试8、 三级连在一起后的测试7、 整机试听五、实验中出现的问题：1、 第一次设计电路时，放大倍数的分配不合理，第一级取了30多倍，第二级取了100多倍，这样会造成 后级电路的压力过大，后改为前级100倍，后级放大30倍，这样既保

7、证了输出，有使各级的放大倍数分配的合理性。2、 音频电路在开始设计的时候，由于开始舍不得计算，所以画出来的电路始终不符合实验要求，最后静下心来和队友一起计算，终于设计出了符合实验要求的电路。3、 Cadence中级联之后发现输出信号出现了衰减，调试电路问题始终没有得到解决，结果后来检查电路，发现时第三级的输出部分少了一个点。在cadence中改正后，问题得到解决。4、 画PCB时发现没有TDA2030和NE5532的封装，后来在陈南星的帮助下问题得到了解决。5、 焊接滑动变阻器时，滑动变阻器的脚的位置和PCB的不吻合，后来将其改过就可以了。6、 找不到实验所用的电阻和电容。就用了其它阻值和容值

8、的替代。7、 制版的时候油纸和铜板之间有气泡，导致了油墨没有印到铜板上，后来重做，将油纸和铜板反复碾压后，在换热机上加热足够久的时间后，终于得到了效果好的铜板。8、 第二级音调控制电路进行调试时，发出了异味，关闭电源检查，NE5532被烧坏，推测原因：电源的正负极接反了六、思考题1、对一个音频功率放大器的前置级有什么要求？对于功率放大级有什么要求？答：对音频功率放大器的前置级要求输入阻抗高、输出阻抗小、频带宽、噪声小。对功率放大级的要求是输出效率高，输出功率大。2、 何为D类功率放大器？D类功率放大器有什么特点？请列举出目前常用的D类集成音频功率放大器的芯片型号。答：D类功率放大器是一种将输入

9、模拟音频信号或PCM数字信息变换成PWM(脉冲宽度调制)或PDM(脉冲密度调制)的脉冲信号,然后用PWM或PDM的脉冲信号去控制大功率开关器件通/断音频功率放大器，也称为开关放大器。D类功率放大器的特点：具有很高的效率，通常能够达到85%以上。 体积小，可以比模拟的放大电路节省很大的空间。 无裂噪声接通。低失真，频率响应曲线好。外围元器件少，便于设计调试。目前常用的D类集成音频功率放大器的芯片型号：新日本无线公司生产的NJU8721、NJU8725,TI公司的TPA2000D4等. 雅玛哈公司的 YDA131-E,Tripath公司的TA2021、TI公司的TPA2000D2,ST微电子公司的

10、TDA7480等.路数据表中所推荐使用的MOS-FET.最近,日本三洋电机开发 出了专门用于功率级的混合集成电路STK210-030.3、 试画出利用TDA2030/2030A实现的OTL功率放大器电路？若要输出8W的功率，对电源电压有什么要求？若要求进一步提高输出功率，TDA2030/2030A可接成BTL结构，试画出BTL电路图，并说明其工作原理。答：OTL电路图：若要输出功率8W，则要求电源电压正负绝对值不低于11.3V。BTL电路图：工作原理: 用两块TDA2030 组成如图1所示的BTL功放电路，TDA 2030（1）为同相放大器，输入信号Vin通过交流耦合电容C1进入同相输入端脚，

11、交流闭环增益为KVC1R3 / R2R3 / R230dB。R3 同时又使电路构成直流全闭环组态，确保电路直流工作点稳定。TAD 2030（2）为反相放大器，它的输入信号是由TDA 2030（1）输出端的U01 经R5、R7分压器衰减后取得的，并经电容C6反馈给反相输入端脚，它的交流闭环增益KVCR9 / R7/R5R9/R730dB。由R9R5，所以TDA 2030（1）与TDA 2030（2）的两个输出信号U01 和U02 应该是幅度相等相位相反的，即： U01Uin·R3/R2，U02U01·R9 / R5，R9R5，U02 U01因此在扬声器上得到的交流电压应为：U

12、01-（-U02）2U012U02扬声器得到的功率 PY4PMONO4、 什么是自激振荡现象？如果电路一旦出现自激振荡，将如何解决？答：自激振荡就是内部等效元件构成正反馈产生的振荡现象，一种是人为的在放大线路中加入移相元件，如L、C，那是想要的产生的交变信号，还有一种是本来是一个正常电路，但由于设计参数不当或器件内部有寄生电容等移相元件，结果不希望出现但却发生了自己振荡使电路不能工作，比如电台伴随的啸叫。电路出现自激震荡可以使用二极管元件限制输出最大电压。5、如果一个音源信号的幅值为500mV，则允许该音源信号直接输入到本课题设计的音频功率放大器上吗？直接输入将会出现什么现象？如何解决？答：不能直接相连，因为按放大倍数计算输出会大于放大器的电源电压，会出现输出波形，应该在前级加分压电阻或者去掉放大器的第一级直接从第二级音频控制电路输入即可。注意事项：1、 衰减式音调控制电路噪声和失真较大，不采用。2、 画PCB板的时候注意布局，尽量不要有呈直角的连线，连线不能重叠。3、 在制作PCB板时注意不要有气泡在油纸与铜板之间，以免影响复印效果。4、 安装电路时注意电解电容的极性不要接反，电源电压的极性不要接反。5、 不加入交流信号时，用万用表测量每级放