(完整word版)模电课程设计(音频功率放大电路)

1、1 设计题目：音频功率放大电路2、设计任务目的与要求：要求：设计并制作用晶体管和集成运算放大器组成的音频功率放大电路，负载为扬声器，阻抗 8.、指标：频带宽 50HA20kHZ 输出波形基本不失真；电路输出功率大于 8W 输入 灵敏度为 100mV 输入阻抗不低于 47。3、整体电路设计：方案比较：1利用运放芯片 LM1875 和各元器件组成音频功率放大电路，有保护电路，电源 分别接+30v 和-30v 并且电源功率至少要 50w,输出功率 30w。2利用运放芯片 TDA2030 和各元器件组成音频功率放大电路，有保护电路，电源 只需接+19v,另一端接地，负载是阻抗为 8的扬声器，输出功率大

2、于 8w0通过比较，方案的输出功率有 30w,但其输入要求比较苛刻，添加了实验难度。 而方案的要求不高，并能满足设计要求，所以选取方案来进行设计。整体电路框图：单元电路设计及元器件选择：1单元电路设计：功率放大器按输出级静态工作点的位置可分为甲类、乙类和甲乙类三种；若按照输出级与负载的耦合方式，甲乙类又可分为电容耦合（OTL 耦合）、直接耦合（OCL 电路）和变压器耦合三种。变压器耦合容易实现阻抗匹配，但体积大，较笨重。又 OCL 电路电源输入要求较高，所以采用 OTL 电路。采用单电源的 OTL 电路不需 要变压器中间抽头，但需要在输出端接上大电容，且低频特性不如 OCL 好。根据“虚短”、

3、“虚断”的原理，利用电阻的比值，可求得电路所需的放大倍数，其中 可加入一个电位器替代反馈电阻，这样就能够实现电路放大倍数的调整。因为功 率放大电路是追求在电源电压确定的情况下，输出尽可能大的功率，可以采取 OTL 电路来实现。为了提高转换功率，我们要对电路进行改善，这主要围绕功率 放大电路频率响应的改善和消除非线性失真来改进电路，因此要用到若干个电阻电容来保护电路。OTL 电路会产生交越失真，为了消除这种失真，应当设置合适 的静元器件和电源态工作点，使电路中的两只放大管均工作在临界导通或微导通的状态，这可 以通过加入两个二极管来实现， 因为二极管具有单向导电性。 或者将两个有一定 对称性的 N

4、PN 和 PNP 三极管的基极分别和 TDA2O30 勺两个电源输入端相连。最后 在输出端，还要加一个大电容来保证电路的低频性良好。 在接有感性负载扬声器 时还要加入一个电阻和一个电容来减少电路的自激振荡，确保高频稳定性。 元器件选择：如下面的系统原理图所示，C2 为输入耦合电容，应选取较小的电解电容；R1、R2、R3 和 C7 的作用是组成运放 TDA2030 的输入偏置电路，取 R1=R2=R3 可计算 得TDA2030 正向输入端的电压为 0.5VCC,而电容 C7 的作用是可以稳定这个电位。另外，R3 是为了防止输入信号被 C7 短接到地而设的。C6 是高频退耦电容，应选 用较小的陶瓷

5、电容或独石电容； C3 是滤波电容，应选用较大的电解电容。C4、R4 和 R11 构成交流负反馈，控制交流增益，对于音频信号，可以近似地认为C4 短路，所以功放的增益为 11+R11（有效部分）/R41+100/3.3=31.3。对于 直流信号， 可认为 C4 断路， 所有输出信号反馈到反向输入端， 所以直流增益为 1。 取 R6=R8和 C8 可起着保证 TIP31 和 TIP32 的基极电压相等，从而减少了推挽 电路的交越失真。而 R7 和 C5 可以滤除 TDA2030 俞出的高频信号。二极管 D1、 D2 保护运放免受扬声器的感应电压而造成损害。电容C1 是输出耦合电容，能够改善电路的

6、低频特性，要用容值较大的电解电容。C9 和 R10 能对扬声器的相位进行补偿，能够较少电路的自激振荡，确保高频稳定性。运放 TDA2030 内含各种 保护电路，需要外接元件非常少，且电路的频带宽较宽，并能在最低 6V 最高 22V 的电压下工作。另外，它输出功率较大，在土19V 8Q阻抗时能够输出16W 勺勺有效功率，THDC 0.1%,所以选用 TDA2030 能够实现电路的要求。而 TIP31C和 TIP32C 是一对互补性较好的 NPN 和 PNP 三极管，集电极和发射极之间所承受 的电压也可以高达 100V,集电极的电流为 3A 左右，每只管的功耗也只有 40W 左 右而已，所以用它们

7、来搭建 OTL 电路比较合适。系统的电路总图：VCVCCG6ilODnF4 C3；100uFUC102UN40O1C2TP2JUFTO -XFG12-4-X3C2OOd 口口=OiOOXBP1LTDA20R7nnR61.5QR3 -WV-R111OTkQ 34%KyADIjirwuxm靖卜2JmFC& 22恤FTIP32C1PIP31C11+士伽FG5 -220nFTRIO22QC9fOPhF标号型号大小封装形式数量R7 nRJ1410AXIAL0.41R6、R8RJ141.50AXIAL0.42R10RJ14220AXIAL0.41R4nRJ143.3kOAXIAL0.41R1、R2

8、、R3RJ14100kCAXIAL0.43R11B100K100 kO1C125V-2200uf2.2mf1C325V-100uf100uf1C4、C750V-10uf10uf2C250V-2.2uf2.2uf1C5、C8224220nf2C6、C9104100 nf21n4001 DO-352TIP31CTO-2201TIP32CTO-2201TDA2030PENTAWATT1总计234-元件清单如下:4、电路调试过程与结果：测试频带宽：fL=6.41Hz,上限截止频率为 fH=127.481kHz。当然在 50f20kHZ频率范围内电 路输出不失真，这满足条件“频带宽 50H20kH，输出

9、波形基本不失真”的要 求。在实验室里也经过测量，显示可以在 50HZ20kHZ频率范围内电路输出不失 真。2测量输出电压放大倍数：测试条件：直流电源电压 19v,输入信号峰峰值为 100mv 输入频率为 1KHz 电 位器 R11的有效阻值为 66k，负载电阻 8 门。输入和输出的波形如下图所示：姻波芍囹示仪XBP1TektronixQQOOI *OXALTTOSETCHI MeanOVCHI-CH1/0VMZOOusUndoAJUosetCH1 MmV CH2 1VPOSIliOHPOITKhN输出电压峰峰值为：Uo=Ui*【1+R11（有效部分）/R4】 放大倍数：Ao=1+R11 （有效

10、部分）/R4=1+66/3.3=21 仿真数据和实测数据比较：Ui （峰峰值）Uo （峰峰值）（仿真）Uo（峰峰值）（实测）100mv2.1 v2.0v400mv8.4v8.3v由上表可知，实际上输出电压放大倍数：AUM21误差分析：因为元件的实际数据大小与理论的大小存在差异，譬如金属膜电阻的阻值误差为 1%或 5%电容的容值误差也有 5%20%实际上 1n4001、TIP31、TIP32 等元器件跟仿真软件所表现出来的特性不是完全一样的。同时，音频集成放大芯片发热量比较大，比较容易受到周围环境温度的影响，从而也导致了一定的误差。 另外，在实测中读数时会产生误差。3测量最大不失真功率：2根据理

11、论可得最大不失真功率为Pm=（u。/2）/RL,Uo 为输出电压峰峰值。经过 测试，在19V 的直流电源，8负载作用下，调节电位器 R11，使其允许的最大 不失真输入信号为 Ui=600mv,其最大不失真功率为：Po=8.4w8w。也满足“电路 输出功率大于 8W”条件。4测量输入灵敏度为 100mV 时的输入阻抗：在信号输入端接上两个万用表，分别测量输入端的电压和电流，得Ui -70 .71mV，Ii 716.48nA,所以输入阻抗为 Ri=Ui/Ii =98.69K47K，明显 也满足“输入灵敏度为 100mV，输入阻抗不低于 47K ”的条件。lekfrtmix0000PMITI0HVE

12、RT1POWERQ恣區画画VOLTSDIVPUDBECOM -vsua imfJT5、总结和体会:方案和作品的优点为：1焊接板排版较为缜密，焊接没有跳线；2作品所用元器件较少，电源输入要求较低，频带宽 6.41HZ127.481k HZ,输 出波形基本不失真，电路输出功率大于 8W,输入灵敏度为 100mV，输入阻抗高 于 47KJ 能够基本实现设计的任务要求；3电路中有 TDA2030 的保护电路，另外在输出部分能对扬声器的相位进行补偿，从而能够较少电路的自激振荡，确保高频稳定性；4作品用了 TIP31C 和 TIP32C 组成的推挽放大电路，能够较少 TDA2030 的功耗, 使TDA2030 的发热量减少；5电位器 R11 能够实现电路增益的调整。缺点有：1功率不是很高，最大输出功率只有 8.4W；2TIP31C 和 TIP32C 的功耗都比较大，集电极电流输出不是很大；32.2mf 的电解电容存在电感，电路的低频特性不是很好；4电路的电源输入由于没有保护电路，若在调试时正负电源接反可能会把芯片烧 坏。针对 4 个缺点各自的改进方案：缺点 1:采用双电源供电的 OCL电路或者用 LM1875