OTL音频功率放大电路 1

1、华北科技学院课程设计 目录一.设计要求-1二.设计的作用及目的-1三.设计的具体实现-1(一)设计总体方案-11.1 设计思路-21.2 OTL攻放各级的作用和电路的结构特征-21.3 简要原理的分析-41.4用集成运算放大器放大信号的主要优点-5(二)选择器件及参数计算-5 2.1功率放大器芯片TDA2030介绍-6 2.2参数计算-82.2.1参数计算-8 2.2.2功率的计算-9(三)用multisim仿真OTC功率放大器-10四、实物电路安装调试及使用-12 4.1电路调整与测试-124.2通电观察-14五、设计体会与总结-14六、参考文献及附录-16OTL音频功率放大器的设计报告一、

2、设计要求任务了与要求： 1、 采用全部或部分分立元件电路设计一种OTL音频功率放大器；2、 额定输出功率Po10W；3、 负载阻抗RL=8；4、 失真度3%。2、 设计的作用和目的1.设计并实现OTL功率放大器，功率放大器的作用是给音响放大器的负载RL（扬声器）提供一定的输出功率。2.设计并实现OTL功率放大器，功率放大器的作用是给音响放大器的负载RL（扬声器）提供一定的输出功率。3、 设计的具体实现(一)设计总体方案1.1设计思路 功率放大器的作用是给负载RL提供一定的输出功率，当RL一定时，希望输出功率尽可能大，输出信号的非线性失真可能小，且效率尽可能高。由于OTL电路采用直接耦合方式，为

3、了保证电路工作稳定，必须采取有效措施抑制零点漂移。为了获得足够大的输出功率驱动负载工作，故需要有足够高的电压放大倍数。因此，性能良好的OTL功率放大器应由输入级、推动级和输出级等部分组成。1.2 OTL功放各级的作用和电路结构特征 1.输入级：主要作用是抑制零点漂移，保证电路工作稳定，同时对前级（音调控制级）送来的信号作低失真，低噪声放大。为此，采用带恒流源的，由复合管组成的差动放大电路，且设置的静态偏置电流较小。 2.推动级的作用是获得足够高的电压放大倍数，以及为输出级提供足够大的驱动电流，为此，可采用带集电极有源负载的共射放大电路，其静态偏听偏信置电流比输入级要大。 3.输出级的主要作用是

4、级负载提供足够大的输出信号功率，可采有由复合管构成的甲乙灯互补对称功放或准互补功放电路。 4.此外，还应考虑为稳定静态工作点须设置直流负反馈电路，为稳定电压放大倍数和改善电路性能须设置交流负反馈电路，以及过流保护电路等。电路设计时，各级应设置合适的静态工作点，在组装完毕后须进行静态和动态测试，在小型不失真的情况下，使输出功率最大。动态测试时，要注意消振和接好保险丝，以防损坏元器件。电路基本框图负载扬声器输出级推动级输入级输入信号 图1-1电路基本框图 1-2电路基本原理图图1-3电路在multisim中的仿真图1.3简要原理分析：电路为音频功率放大器原理图,其中TDA2030是高保真集成功率放

5、大器芯片,输出功率大于10W,频率响应为101400Hz,输出电流峰值最大可达3.5A。其内部电路包含输入级、中间级和输出级,且有短路保护和过热保护,可确保电路工作安全可靠。TDA2030使用方便、外围所需元器少,一般不需要调试即可成功。 RP是音量调节电位器,C1是输入耦合电容,R1是TDA2030同相输入端偏置电阻。 R4、R5决定了该电路交流负反馈的强弱及闭环增益。该电路闭环增益为(R4+R5)/R5=(4.7+150)/150=33.3倍,C3起隔直流作用,以使电路直流为100%负反馈。静态工作点稳定性好。 C2、C4、C7为电源高频旁路电容,防止电路产生自激振荡。R6用以在电路接有感

6、性负载扬声器时,保证高频稳定性。VD1、VD2是保护二极管,防止输出电压峰值损坏集成块TDA2030。1.4用集成运算放大器放大信号的主要优点：1.电路设计简化，组装高度方便，只需适当选配外接元件，便可实现输入、输出的各种放大关系。 2.由于运放的开环增益都很高，其构成的放大电路一般工作在 深度负反馈的闭环状态，则性能稳定，非线性失真小。 3.运放的输入电阻高，失调和漂移都很小，故很适合于各种微弱的信号放大。又因其具有很高的共模抑制比，对温度的变化、电源的波动以及其他外界干扰都有 很强的抑制能力。 4.由运放构成的放大单元功耗低、体积小、寿命长，使整机使用的元器件数大大减少，成本降低，工作可靠

7、性大为提高。 (二)选择器件及参数计算2.1功率放大器芯片TDA2030介绍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。如图1所示，按引脚的形状引可分为H型和V型。该集成电路广泛应用于汽车立体声收录音机、中功率音响设备，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。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

8、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。引脚情况：1脚正相输出端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脚是正电源输入端极限参数：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

9、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（甚至是长时间的），或者环境温度超过时均起保护作用。 3.与普通电路相比较，散热片可以有更小的安全系数。万一结温超过时，也不会对器件有所损害，如果发生这种情况，Po=（当然还有Ptot）和Io就被减少。 4.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。 5.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。 6.虽然TDA2030A所需的元件很少

10、，但所选的元件必须是品质有保障的元件。2.2参数计算22.1参数计算RP是音量调节电位器,考虑到实际情况本设计RP=2.2 K；C1是输入耦合电容（C1=1uf）；R1是TDA2030同相输入端偏置电阻；R2、R3为反馈网络电阻（R1=R2=R3=100K）；.R4、R5决定了该电路交流负反馈的强弱及闭环增益。该电路闭环增益为(R4+R5)/R5=(0.68+22)/0.68=33.3倍,C3起隔直流作用,以使电路直流为100%负反馈。静态工作点稳定性好。 C2、C4、C7为电源高频旁路电容,防止电路产生自激振荡；R6用以在电路接有感性负载扬声器时,保证稳定性；VD1、VD2是保护二极管,防止

11、输出电压峰值损坏集成块TDA2030,负载RL=8。.                                   2.2.2功率的计算 1、 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Io

12、m=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。 (三)用multisim仿真OTC功率放大器1、功放电路原理图仿真图2、功放电路仿真波形图用仿真可知当RL调的过小时，波形失真；如下图：用multisim软件仿真，可以完成以后对PCB的通电测试，测试是对安装后的电路板的参数及工作状态进行测量，以便提供调整电路的依据，经过反复测量和调整，就可以使电路性能达到要求。仿真的函数信号发射器的频率课选择1kHZ左右，幅度可以

13、在12V左右，电位计要靠中间档。四、实物电路安装调试及使用4.1电路调整与测试 实践证明，新安装的电路板往往难以达到预期的效果，这是因为我们在设计的时候不可能周全地考虑元件的误差、器件参数的分散性等各种各样的客观因素。此外，电路板的安装中仍存在有可能没有查出来的错误。通过电路板整体测试与调整，可发现和纠正设计方案中的不足，并查出电路安装中的错误然后采取措施加以改进和纠正，就可以使之达到预定的技术要求。 本次设计采用的是PCB制作电路板，步骤繁琐，流程较为复杂。所以在电路调整与测试的应注意的问题较多，具体如下：u 通电前调试 电路安装完毕后，必须在不通电的情况下，对电路板进行认真细致的检查，以便

14、纠正安装错误。检查应特别注意： 1.元器件引脚之间有无短路。因为我们该组是第一次用PCB制作板，在检查电路引脚间的有无短路的时候出现了不少的问题。首先板子在腐蚀的时候就没有腐蚀好（这可能是板子的质量、腐蚀时间的长短、FeCL3溶液的配置等原因）所以在用万用表测量的时候真的是处处短路，而有的地方就是处处断路，为了保证的电路的正确性，只有通过万用表一条条的线路检查是否导通，引脚间是否短路。所以本次设计实物的走线用导线和焊锡补了不少，同时为了避免短路很多地方用小刀刮了不少了。 2.电源的正负、负极性有没有接反，正、负极之间有没有短路现象，电源线、地线是否接触良好。关于电源正、负极问题主要是在本次设计

15、中的单电源供电的导线插在功放电路的插座上，在此应特别注意在测试极性的时候，应注意红、黑表笔不要弄反。红表笔接正极，黑表笔接负极。该设计为了避免次问题在PCB制图的时候将地线稍微加宽。不但满足制图制板的要求，而且使其极性区分明显。 3.二极管有电解电容极性有没有接反，三极管、集成器件引脚有没有接错，集成电路的型号及安插方向对不对，引脚连接处有无接触不良等。在安装的时候我们严格按照测量晶体管的步骤和要求进行，用万用表分别判断出二极管的阳、阴极；小功率三极管的类型、B极、C极、E极；大功率三极管的类型、B极、C极、E极。并作了相应的标注。 u 通电调试此在用软件仿真是就完成了。4.2通电观察 改变R

16、P电阻值或调节函数信号发生器的频率计幅度（在器件允许承受范围），用示波器观察输出与输入波形，并对比。同时观察喇叭发出的声音是否产生异同。五、设计体会与总结1、在这次设计中，让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。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，及时的发现了存在的许多不

17、足。通过本次课程设计初步了解了一些专业软件的使用，如ultisim的软件的使用，也初步接触到了具体的制版全过程。2、制作电路板之前在制图要注意的问题可很多很多，尤其是初次接受到Multisim等软件，遇到了很多问题，例如如何连线和布局，连线完毕后还要通过调整，连接电路时一定要细仔细，要确保每条线路接触性良好。为保证接出的电路不出现错误，在接线时不能只看着电路原理图去接，应该先把电路图中的每个元件的原理和用途搞清楚，明白每个元件的各个管脚与它哪里相对应，最主要的是搞清楚元件与元件之间的联系，它们在一起有怎样的作用，它们接在一起可以实现那些功能，它们之间有什么相互的影响，好几个元件在一起又能有怎样的功能，弄明白了这些过后，就可以接电路了。在接电路的过程中要仔细并且得有耐心，在检查错误时要更耐心，当出现错误时，首先检查线接对了没有，如果没有错误就看是不是元件存在问题，遇见错误要一步一步的来，不要这里弄一下那里弄一下，这样是不行的。总之检测电路是