功放论文 NE5532+TDA2030

1、毕业设计（论文）题目:音频功率放大器 专业:XXXXXXXXXXX班级: XXXXXXXXX 学号: XX 姓名: XXXXX 指导老师: XXXX XXXXXXXXXXXXXX二一四年六月30摘要音频功率放大器，简称功放。随着经济的发展和社会进步，人们对功放的使用的越来越多，对功放的品质要求也逐渐变高。要有高品质的音质就需要好的元器件，好的电路。音频功放（APA）技术的最新发展进一步提高了音响的音质以及人们生活水平的不断提高，各种新型家庭影院的新技术、新品种器材不断涌现，市场中的音响设备品种繁多，音响爱好者被商店里的设备搞得眼花缭乱本设计采用的是曾被誉为功放之王的NE5532芯片做前级放大和

2、音调电路。后级部分采用 TDA2030 做功率放大，可以很方便的将声道进行功率放大。配合10W的全音喇叭，能很好的将音频信号进行较小失真的放大。关键词：功放；NE5532；TDA2030；10W AbstractAudio power amplifier, referred to as the power amplifier. With the economic development and social progress, more and more people use the power amplifier, the required quality of power amplifie

3、r has become high. To have high quality sound requires good components, good circuit. Audio power amplifier (APA) the latest development of technology to further improve the sound quality and the improvement of people's living standard, various kinds of new home theater of the new technology, ne

4、w varieties are emerging market equipment, sound equipment of variety, audio enthusiasts by the store equipment to see things in a blurThe design is adopted by NE5532 power amplifier chip known as the king of preamplifier and tone circuit. After the class part adopts TDA2030 power amplifier, can be

5、very convenient to the channel power amplifier. With the 10W Tritone horn, can be very good to the audio signal is less distortion amplifier.Keywords: power amplifier；NE5532；TDA2030；10W目录摘要IAbstractII第一章 绪论11.功放发展史12.功放的分类13.音频功放的基本参数2第二章 方案设计31.功能分析42.方案设计及功能说明4第三章 单元模块设计51、电源电路62、前级放大电路63、音调模

6、块84、后级放大模块9第四章 电路的仿真调试111.电源电路112前级放大电路113、音调电路124、后级放大14第五章 板图绘制与实物制作16第六章 检查调试18总 结21致 谢22参考文献23附页一 电路原理图24附页二 装配图纸25附页三 元件清单27附页四 电源PCB28附页五 调音电路PCB29附页六 实物图30第一章绪论1.功放发展史功率放大器简称功放，是音响系统中最基本的设备，是各类音响器材中最大的一个家族，其作用主要是将音源器材输入的较微弱信号进行放大后，产生足够大的电流去推动扬声器进行声音的重放。音响技术的发展历史可以分为电子管、晶体管、集成电路、场效应管四个阶段。1906年

7、美国人德福雷斯特发明了真空三极管，开创了人类电声技术的先河。1927年贝尔实验室发明了负反馈技术后，使音响技术的发展进入了一个崭新的时代，比较有代表性的如"威廉逊"放大器，较成功地运用了负反馈技术，使放大器的失真度大大降低，至50年代电子管放大器的发展达到了一个高潮时期，各种电子管放大器层出不穷。由于电子管放大器音色甜美、圆润，至今仍为发烧友所偏爱。60年代晶体管的出现，使广大音响爱好者进入了一个更为广阔的音响天地。晶体管放大器具有细腻动人的音色、较低的失真、较宽的频响及动态范围等特点。60年代初，美国首先推出音响技术中的新成员-集成电路，到了70年代初，集成电路以其质优价

8、廉、体积小、功能多等特点，逐步被音响界所认识。发展至今，厚膜音响集成电路、运算放大集成电路被广泛用于音响电路。70年代的中期，日本生产出第一只场效应功率管。由于场效应功率管同时具有电子管纯厚、甜美的音色，以及动态范围达90dB、THD<0.01%（100kHz时）的特点，很快在音响界流行。现今的许多放大器中都采用了场效应管作为末级输出。2.功放的分类功放中按照其功放管的导电方式的不同可以分为 甲类功放（A类）、乙类（B类）、甲乙类功放（AB类）、丁类功放（D类）。甲类功放的工作点设置在放大区的中间，这种电路的优点是输入信号的整个周期内三极管都处于导通状态，输出信号失真较小，缺点是会有较大

9、的静态电流，管耗功率大，使功放管发热量大，电路能量转换效率低。乙类功放的工作点设置在截止区，这时由于三极管静态电流为零，所以能量转换效率较高，但是它只能对半个周期的输入信号进行放大，非线性失真较大。甲乙类放大电路介于甲类和乙类之间，电路的工作点设在放大区但接近截止区，即三极管处在微导通状态，这样便可以有效的克服乙类放大电路的失真问题，而且能量转换效率也较高，现在在功放电路中使用较为广泛。 丁类功放也称数字式放大器，是放大元件处于开关工作状态的一种放大模式。利用极高频率的转换开关电路来放大音频信号，具有效率高，体积小的优点。无信号输入时放大器处于截止状态，不耗电。工作时，靠输入信号让晶体管进入饱

10、和状态，晶体管相当于一个接通的开关，把电源与负载直接接通。理想晶体管因为没有饱和压降而不耗电，实际上晶体管总会有很小的饱和压降而消耗部分电能。这种耗电只与管子的特性有关，而与信号输出的大小无关，所以特别有利于超大功率的场合。3.音频功放的基本参数1输入灵敏度，是指功放所需最小输入信号电平，它是要求将音源信号放大到足够推动后级功放所需要的必要条件。2谐波失真度，这是功放一项极重要的指标，谐波失真是非线性失真的一种，它是放大器在工作时的非线性特征所引起的，失真结果是产生了新的谐波分量，使声音失去原有的音色，严重时声音发破、刺耳。谐波失真还有奇次和偶次之分，奇次谐波会使人烦躁、反感，容易被人感知。有

11、些功放听起来让人感到烦躁，感觉疲劳，就是失真较大所引起的。对功放影响最大的就是失真度，一般高保真要求谐波失真在0.05%以下，越低越好。3输出功率，功率问题最令汽车音响从业人员认识不清，在这里需要一一讲解：A、额定输出功率，称为（RMS），指放大器输出的音频信号在总谐波失真范围内，所能输出的最大功率。它一般是交流信号峰值的0.707倍。B、平均功率，平均功率一般是指各个频率点的平均消耗功率，它与额定输出功率有点类似，但是它一般要参考时间。C、峰值输出功率，功放所能输出的最大音乐功率称为峰值输出功率，它不考虑失真，通常为（RMS）功率的1.414倍左右。4信噪比，数值越大越好，一般用（S/N）表

12、示，用信号功率Ps与噪声功率Pn的比值的分贝数表示，S/N=10lgPs/Pn=20lgVs/Vn（db），式中Vs、Vn分别为信号电压与噪声电压。5频率响应，早期俗称功率带宽，指谐波失真不超过规定值时，功放的1/2额定功率频带宽度，即有高低端下跌-3dB的两个频率点之间所包括的频带，称之为功率带宽。6阻尼系数，主要是对低频而言，是直接影响低音音质的极重要的技术参数。众所周知，喇叭的口径越大，低音相对就越好，但音盆越大其运动惯性也随之加大，此惯性使它很难与音频信号同步运动，往往表现出的声音混浊不清，尤其在100-400Hz低频，容易造成声染色，使人听起来模糊不清，很不自然。有些改装车的低音喇叭

13、，低频信号强时颤振不止，低音拖尾严重，这就是音盆惯性所引起的。7转换速率（Slew rate），功放的转换速率极大地影响着高音重放质量与性能。转换速率越快，高音音质就越佳，越能准确地捕捉到稍纵即逝的高频信息。高档功放可做到十几至几十V/us，低中档功放都一般不标出，这种转换速率的数值高低，与设计，用料有密切关系，但也不宜太高，太高会产生人耳听不见的20KHz以上超音信号，不但对改善音质无作用，反而容易烧坏高音喇叭 第二章 方案设计1.功能分析根据对几类功放电路的分析，甲类功放信号失真小但能量转换低，乙类功放虽然只能拿放大半个周期信号，但是能量转换效率高。甲乙类功放的性能介于两者之间。对于功放电

14、路，能量转换以及信号失真度是相当重要的，所以为了使能量转换效率尽量大，而且又让信号能尽量保真。功放部分选用OTL互补对称功率放大电路，由TDA2030芯片实现，其性价比较高，音质较好，外围器件少，应用较为方便。前级放大及音调部分用NE5532高性能低噪声双运算放大器，它具有优良的输出驱动能力及相当高的小信号带宽，电源电压范围较大，很适合应用在高品质和专业音响设备仪器及控制电路、电话中做放大器。用作音频放大时音色温暖，保真度高，曾是上世纪九十年代初音响界的“运放之皇”。2.方案设计及功能说明本方案主要设计几个分离模块，电源模块、前级放大模块、音调模块以及后级功放模块，方案框图如下图2-1所示。声

15、源负载功率放大音调调节前级放大电源部分图2-1各模块功能如下：前级放大模块由于从音频发送设备出来的信号有的是些较小的信号，功放无法直接识别这些信号，不能将其放大。所以就需要先对这小信号进行初步放大，一方面是为了使后级放大能够识别出小信号，另一方面是为了使音调电路能调节一个适当大小的因音频信号，使调音达到最佳效果。音频调节模块该模块主要是对前级放大来的信号进行调节，主要是对低音、中音、高音增强衰减的调节。经过调节的信号送出到功放电路进行功率放大。后级功放模块后级放大主要是对调节后的音频信号进行功率放大，放大后的信号才能推动负载（喇叭）发出声响。电源模块电源模块把交流市电转换为直流电，供其它模块使

16、用，使各部分模块电路能够稳定的工作。第三章 单元模块设计各模块电路设计1、电源电路电源电路是电路运行正常的必要保证，电源的好坏直接影响功放的性能。根据所选的功放电路工作芯片以及设计要求，电源需要有双15V的电压，工作电流12A，电路图3-1如下所示。 图3-1变压器选择 双18V 输出，以便为电路提供正负电源。整流电路选择桥式全波整流电路，其二极管选用耐压1000V，额定工作电流 1 A的 常用整流二极管 1N4001.滤波部分 正负级均采用2200uF、0.1uF电容进行滤波，0.1uF电容主要是滤除高频杂波，避免三端稳压管因高频杂波升温。稳压部分主要是 分别用7815 7915 稳出稳定正

17、负15V电压。输出后的电压再次滤波便能得到较纯净的直流信号。2、前级放大电路前级放大主要采用的是NE5532芯片，配合外围器件能将输入信号进行按设计倍数对信号进行放大。NE5532简介NE5532为双运放集成电路，采用的是8脚双列直插塑料封装。引脚图如下图3-2，芯片极限参数见下表3.1 图3-2参数符号NE5532单位电源电压Vcc±22V差分输入电压Vdif±13V输入电压Vi提供电压V功耗，TA=25PD1100mW工作温度TOPR070表3.1前级电路原理图及原理分析下图为电路原理图3-3： 图3-3前级放大采用NE5532双运放，可以对两个声道信号进行放大，由于两

18、个声道电路完全一样，这里就只对其中一个声道电路进行分析。R1可调电位器为声道平衡电位器，通过这个电位器对信号的衰减可以实现左右声音的平衡。C1和C2 电容为信号限制电容. C1对低频信号阻抗较大，可视为断路。C2对高频信号的阻抗较小，可视为通路。由C1，C2，R2，R4组成的电路就可以把输入信号限制在大概人耳能听到的声音频率范围内。减少了其他频率信号的干扰。改变R6/R5 的值可以实现初级放大倍数的改变。C4为高频超前补偿电容。C3反馈网络对地电容高频下这个电容可以视为通路电路按照电阻的比例进行放大 低频下信号频率低 或者没有信号的情况下这个电容视为断路电路变为典雅跟随结构增益为0 有这个电容

19、可以把直流反馈变成交流反馈 可以调节输出0点。输出接了一个R3，进行线性分压有利于信号的稳定，C5是信号耦合电容，避免后面的直流电倒灌，影响前级电路。 3、音调模块 该模块电路也是用NE5532芯片， 通过调节反馈来对各频段的音频信号进行放大衰减的处理。电路原理图3-4如下： 图3-4该电路为标准的负反馈音调调节电路，运放为反向输入电路电位器向上调节反馈深度增加对信号有衰减作用。向下调节反馈深度减小信号增强参数按照图纸不需要调整C39两个电容起消镇作用 可以不接 输出1K电阻跟后面放大器分压 也可以防止输出短路保护IC。4、后级放大模块后级放大时音频系统中不可缺少的部分，信号只有经后级放大之后

20、才能有较大的输出功率，后级放大决定着功放输出功率的大小。本设计要求的输出功率是10W，选用TDA2030做功放芯片。下面是对TDA2030的简单介绍。芯片实物图以及引脚功能见下图(3-5) 和表3.2图3-5表3.2引脚功能1正向输入端2反向输入端3接地端4输出端5电源输入端注意事项：1.TDA2030A具有负载泄放电压反冲保护电路，如果电源电压峰值电压40V的话，那么在5脚与电源之间必须插入LC滤波器，二极管限压（5脚因为任何原因产生了高压，一般是喇叭的线圈电感作用，使电压等于电源的电压）以保证5脚上的脉冲串维持在规定的幅度内。2.热保护：限热保护有以下优点，能够容易承受输出的过载（甚至是长

21、时间的），或者环境温度超过时均起保护作用。3.印刷电路板设计时必须较好的考虑地线与输出的去耦，因为这些线路有大的电流通过。4.装配时散热片与之间不需要绝缘，引线长度应尽可能短，焊接温度不得超过260，12秒。后级放大电路如图 3-6 图(3-6)输入的滑动变阻器R1是音量调节电位器，C1是输入耦合电容，R1是放大器的同相输入端偏置电阻。R2、R3决定该电路的交流负反馈强弱及闭环增益。C2起隔直流的作用，以便使电路直流100%负反馈，静态工作点稳定性好，C4、C5为电源高频旁路电容，防止电路产生自激荡。R4、R5称为茹贝网络，用以在电路接有感性负载扬声器时，保证高频稳定性。VD1、VD2是保护二

22、极管，防止输出电压峰值过大损坏功率管。第四章 电路的仿真调试各模块电路仿真1. 电源电路电源电路按照原理图画好后，在变压器初级线圈端加上交流电源50Hz 220V 模拟市电。然后运行仿真，经检测稳压管能输出稳定的15V电压。仿真结果见图(4-1) 图4-12前级放大电路通过对输入信号的改变来测试电路的放大倍数。仿真见图4-2，测试结果见表 4.1图4-2表4.1同频率下输入信号幅值50mv80mv 100mv120mv200mv输出幅值172.381mv837.691mv1.046V1.263V2.081V放大倍数10.48310.47110.4610.42110.4033、音调电路通过对低中

23、高音电位器的调节，对信号进行衰减增强。低音仿真如图(4-3)中音调节如图(4-4)高音调节如图（4-5）。 图(4-3)图4-4图4-54、后级放大仿真主要是测试其信号放大倍数及失真临界点，仿真结果如下。输入幅度50mv100mv150mv176mv输出幅度1.643V3.286V4.908V5.767V放大倍数32.8632.8632.7232.76仿真波形见下图4-7 图4-7当输入信号幅度达到185mv时，信号明显失真。失真临界波形见图4-8 图4-85.组合仿真图见下图4-9 图4-9 第五章 板图绘制与实物制作要做好实物就需要先对电路进行PCB布线操作，设计采用的是Protel99S

24、e来进行PCB板图绘制，布线采用单层线，地线粗，方便手工制板。在元件库里没有的原件，需自己画封装的，要先对实际元件进行精确的尺寸测量，元件排版遵循按功能排列，以便后期调试能快好的模块测试点，找出电路问题所在。PCB制板主要分为了两个模块，一个是电源模块，另一个是前级放大和音调组合模块。绘制好的电源PCB见附页四 音调见附页五。实物制作 制板前期准备材料及工具 电熨斗一个 塑料盆一个 三氯化铁一袋 热转印纸若干张 单面覆铜板10mm*15mm两块 酒精一瓶 小电钻一套 锯子一把1. 将画好的PCB图检查无误后，用激光打印机将PCB图纸的底层线路打印到热转印纸上，检查电路是否打印完好，必须选取较完

25、整的电路，然后沿着电路四周把电路裁剪下来，注意不要破坏到电路。2. 把一块覆铜板平分锯成两半，然后用酒精将板子覆铜面洗净，待晾干后，将转印纸压倒覆铜板上，再用加热的熨斗在转印纸上来回熨烫12分钟，待线路完全印上覆铜板。3. 检查覆铜板上已经印制好的线路，和原始电路作对比，看是否有漏线或缺线。如果有，用记号笔将缺陷弥补完整。4. 用40到50摄氏度的温水，调制三氯化铁溶液，然后将印制了电路的覆铜板放入溶液中，来回摇晃。待到除电路外的其他铜都反应完之后，立即将板子取出，用清水冲洗。5. 用砂纸砂去板子上的墨迹，再用电钻钻元件焊孔，接口及大元件焊孔要尽量大些，以方便器件的焊接。下图为做好的实物电路图

26、之一焊接需要使用的工具有 电烙铁 吸锡器 镊子 剪刀 尖嘴钳等1.根据元件清单找出需要的原件，然后按进行分件归类，这里选用一块泡沫来插元件，并用小的纸条写上元件参数，方便拿取，避免拿错。2.焊接时要保证烙铁头干净，不能含有杂物，否则会导致焊接后的电路接触不良。焊接元件要尽量快准，避免因为焊接过久导致高温而损坏元件。适量上焊锡，避免过少导致电路虚焊，过多导致短路。3.焊接不能将元件管脚弯曲，避免在电路调试出问题时难以取下元件。4.散热器安装一定要与元件紧贴，才能达到散热效果。第六章 检查 调试进行调试之前首先是要对电路进行检查，经检查无误后才能对电路调试。1检查首先是目测，大致的看一下电路板有没

27、有明显的漏焊，虚焊，短路等。2根据装配图，原理图来逐点检查电路，一方面是看电路是否连通，另一方面是检查元件是否有装错，发现有问题的电路要及时更改，这步奏也至关重要。3电路连接端查完后，再检测电路的电源输入端，这步是上电调试前的必要步骤，经检测输入端不短路，即可上电操作。装配图和原理图见附页调试是本设计的最后一个步骤，只有调试好了，电路才能正常运行。实物调试主要是在实验室进行，分模块调试，通过输入正弦波查看波形是否符合要求。 测试需要用到的仪器有示波器、可调稳压电源、函数信号发生器、万用表等电源模块的调试将变压器的输入端接入市电，稳压管输出接上负载，用万用表测得稳压后的直流电压，7815的为输出

28、+15.1V 7915的输出为-15.1V ，基本符合预定参数。 前级放大模块调试该模块主要功能是对信号进行初步放大，测试前先将信号发生器调至1kHz 300mv ,稳压电源调至15V。 根据原理图与装配图，在信号传递通路逐点测试，用示波器观察波形。将电路板上电，然后加信号源在音频输入端，这里要注意的是，加信号源要先接地，在接信号的输出。这样避免一些外部干扰。另外在测试的时候，手不能触碰到信号输入端，人体会产生大量杂波对信号造成很大干扰。由于电路是双音频电路，所以前级放大要测试两个点波形，如原理图（6-1）和图（6-2）所示：图（6-1）图（6-2）对照原理图与装配图，找到测试点，分析波形，看

29、峰值电压，对比其放大倍数。音调电路调试对这部分电路的调试直接将示波器夹在音调输出端，然后分别改变信号输入频率，从几十赫兹到十几千赫兹，从输出波形可以看出，电路对不同频率正弦信号的放大倍数会有很大差别。后级放大调试与前级放大方法相似，这里要注意的是，输入信号的幅值不能调的过大，一般从几十毫伏往上调，观察波形，当波形失真时停止调幅度，记录下相应参数，计算放大倍数，看其与理论值的差距。无较大差距就说明电路功能可以实现。 级联调试将各部分电路连接（包括电源），将音量调节电位器调到最小值。然后加上输入信号，逐渐调节音量电位器，看后级输出波形变化情况。然后改变输入频率，分析波形，看其放大倍数。最后将所有仪

30、器撤去，音频信号直接加在输入端，后级输出接上喇叭，分别调节各个声音旋钮，听其生音变化。经调试好的电路板，能基本实现电路功能。可以对高中低音及音量进行调节。总 结时光飞逝，三年的大学生活很快就要过去了，在这即将离开大学生活踏上社会的时候。再次，我有必要对自己三年的大学生活做一下小小的总结。大学三年里，在提高自己的思想道德素质的同时，也努力提高自己科学文化素质，在这三年里，我严格要求自己，作为专科院校生的我在动手能力方面有了很大的提高，事业也得到了很大的拓展，总的来说，我度过了一个快乐而充实的大学生涯。在这毕业的钟声敲响之时，我也进入利润毕业设计阶段，并且次时刻设计业已接近尾声，一下对本次设计业做

31、一次总结。 本次毕业设计对于我来说，我还是具有一定的挑战性的。通过这段时间做毕业设计，发现了自己的很多不足之处，毕业设计是在在校大学生最后一次只是的全面检验，是对学生基本知识、基本理论、基本技能掌握与提高程度的总测试。在学习期间，已经按照教学计划的规定，学完了公共课、基础课、专业课以及选修等，每门课程也已经过了考试或考查。但毕业设计不是单一地对学生进行某一学科已学知识的考核，而是着重考查运用所学知识对某一个问题进行探讨和研究的能力。通过做毕业设计，可以初步了解科学研究的过程，掌握如何收集、整理个利用材料；如何观察、如何调查、作样本分析；如何利用图书馆，检索文献资料等方法。吧学过的专业知识运用于

32、实际，在理论和实际结合过程中进一步消化、加深和巩固所学的专业知识，并把所学的专业知识转化为分析和解决问题的能力。在搜集材料、调查研究、接触实际的过程中，既验证学过的书本知识，又学到许多课堂和书本里学不到的新知识，还培养了我学习的兴趣。在完成毕业设计的这段时间里，我遇到了大大小小的问题非常多，为此花费了大多的时间在完成毕业设计。在此期间，我学到了许多的道理，不光是在专业学习方面，学习到更多的事人生中的一些道理。面对一些困难的时候不要退缩，要勇敢的去面对，即使在以后的人生道路上，必然有许多的困难在等着我，但我会努力的前进，相信最后的成功在终点等着我致 谢在这里，我首先向我的指导老师致以深深的谢意，也感谢我同组同学给我的帮助和鼓励，也感谢所有在毕业设计中帮助过我的老师和同学们。我