基于Multisim的音频功率放大器设计与仿真

1、基于Multisim 的音频功率放大 器设计与仿真作者:日期:信息工程学院课程设计报告书题目：基于M基isimde 音频功率放大器设计与仿真课 程：电子线路课程设计专 业：班 级：学 号：学生姓名：指导教师：2015信息工程学院课程设计任务书学号学生姓名专业（班级）设计题 目基于Multisimde 音频功率放大器设计与仿真设计技术参数电源电压：Vs ±22V输入电压：VIN ±V电源 V差分输入电压：VDIFF ±5V工作温度范围：TA 0 c70 c存贮温度：TSTG -65C150c结温：Tj 150c功耗（5532FE） : PD 1000mW引线温度（焊

2、接,10S） 300 c设 计 要 求1输出功率10W/8Q;频率响应 2020KHz;效率60%;失真小。2选择电路方案，完成对确定方案电路的设计。3利用Multisim 仿真设计电路原理图，确定电路元件参数、掌握电路工作原理并 仿真实现系统功能。4安装调试并按规范要求格式完成课程设计报告书。参 考 资 料1 .谢自美.电子电路设计.实验.测试.武昌：华中理工大学出版社，1994.2 .童诗白.模拟电子技术基础.第二版.北京：人民邮电出版社，1999.3 .康华光主编，电子技术基础（数字部分、模拟部分），高等教育出版社，1998.4 .周泽义.电子技术实验。武汉：武汉理工大学出版社，2001

3、.55 .梁宗善.新型集成电路的应用-电子技术基础课程设计.华中科技大学，20046 .孙梅生.电子技术基础课程设计.高等教育出版社，20057 .黄继昌，张海贵.实用单元电路及其应用.人民邮电出版社，20068 . 土卫东，江晓安.模拟电子电路基础.四安电子科技大学出版社，20039 .华成英、童诗白.模拟电子技术基础.第四版.北京：高等教育出版社，2006.52015信息工程学院课程设计成绩评定表学生姓名： 学号： 专业（班级）：课程设计题目：基于Multisimde音频功率放大器设计与仿真成绩：指导教师：摘要TDA2030功率放大电路具有失真小、功率大、所需元件少、制作简单、效果良好等优

4、点，用它来做电脑有源音箱的功率放大部分或MP乌小型功放再合适不过，本论文便是用TDA2030来制作音频功率放大器原件。高效率的音频功率放大器不仅仅是在便携式设 备中需要，在大功率的设备中也占有较大的比重。随着人们居住条件的改善，高 保真音响设备和高档的家庭影院也逐渐兴起。音频功率放大器在这些设备中起到 了很重要的作用。关键字：TDA2030功率放大电路、音频功率放大器、高效率AbstractTDA2030 power amplifier circuitwithi smalldistortion,high power,whichneeds few components, simple fabri

5、cation,the advantages of good effect,(can useit to make power computer amplifyingpartor MP4 small power isagainappropriate however, this thesisistomake use of TDA2030audiopoweramplifieroriginal.Audio power amplifier withhigh efficiencyis notonly the need in portable devices,alsoaccountfor a large pr

6、oportion inhighpower devices. Withthedevelopmentof people'slivingconditions improve, high fidelityaudioequipment and high-endhometheater also gradually on therise.Audiopoweramplifierplays ai veryimportant rolein these devices.Keywords: TDA2030 power amplifier circuit,audio power amplifier,highef

7、ficiency目录1前言 11.1 音频放大器的发展 11.2 音频放大器设计背景 11.3 音频放大器设计意义 12任务与条件 32.1 初始条件 32.2 要求完成的主要任务 32.3 设计方案 33选择器件与参数运算 43.1 运放NE553筠绍 43.2 TDA 2030 介绍 53.3 功率计算 64单元电路设计 74.1 主电源电路 74.2 调音电路 74.3 功率放大电路 85电路设计仿真 105.1 仿真电路图 105.2 仿真结果 10总结 12参考文献 131前言1.1 音频放大器的发展上个世纪80年代以前，输出功率仅几瓦的声频功率放大器都要采用分立元件来制作。进入80

8、年代后，国内开始研制生产出一些小功率的功放IC,但由于这些功放IC的性能指标不佳，尤其是可靠性比较差，很快就被国外生产的功放IC所取代。日本生产的 HA1392、TA7240曾经是80年代用得非常普遍的功放 IC。HA1392与TA7240的输出功率都只有 4W 6W。意法SG铃司在80年代初开发生产的 TDA2030A算是比较好的一款功放 IC ,它的输 出功率能够达到 12W以上。尽管 SG铃司在TDA2030A基础上又研制出 TDA2040、TDA2050 功放IC,使输出功率能够达到 24皿但由于它们的电源适用范围只有土 22V,如果使用未经 稳压的整流滤波直流电供电，它们实际上都只能

9、给 4a负载输出12W功率。在90年代以前， 电子器件生产厂商提供的功放IC输出功率实际都在 30W以下。在经过10多年的努力后，美国NS公司和意法SG然司都在90年代期间相继开发生产出多款输出功率超过30W的功放IC 芯片。其中，LM3876 LM3886是美国 NS公司的代表作， TDA7294 TDA7295 TDA7296 是意法SG然司的代表作。1.2 音频放大器设计背景音频放大器的目的是在产生声音的输出元件上重建输入的音频信号，信号音量和功率级 都要理想一一如实、有效且失真低。音频范围为约 20Hz20kHz ,因此放大器在此范围内 必须有良好的频率响应（驱动频带受限的扬声器时要小

10、一些，如低音喇叭或高音喇叭）。根据应用的不同，功率大小差异很大，从耳机的毫瓦级到TV或PC音频的数瓦，再到“迷你”家庭立体声和汽车音响的几十瓦，直到功率更大的家用和商用音响系统的数百瓦以上，大到能满足整个电影院或礼堂的声音要求。1.3 音频放大器设计意义在传统晶体管放大器中，输出级包含提供瞬时连续输出电流的晶体管，实现音频系统放大器许多可能的类型包括 A类放大器，AB类放大器和B类放大器。与D类放大器设计相比 较，即使是最有效的线性输出级，它们的输出级功耗也很大。这种差别使得D类放大器在许多应用中具有显著优势，因为低功耗产生热量较少，节省印制电路板面积和成本，并且能够 延长便携式系统的电池寿命

11、。另外，D类功率放大器工作于开关状态，理论效率可达 100%实际的运用中也可达 80 以上，功率器件的耗散功率小，产生热量少，可以大大减小散热器的尺寸，连续输出功率很 容易达到数百瓦，功率 MOST自我保护电路，可以大大简化保护电路，而且不引入非线性失 真。2任务与条件2.1 初始条件可选元件：集成功放，电容、电阻、电位器若干；或自选元器件。直流电源土12V,或自选电源。可用仪器：示波器，万用表，毫伏表等2.2 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 音频功率放大器的设计、装配与调试。(2)设计要求1输出功率10W

12、/8Q ;频率响应 2020KHz;效率60% ;失真小。2选择电路方案，完成对确定方案电路的设计。3利用Multisim 仿真设计电路原理图，确定电路元件参数、掌握电路工作原理并仿真实现系统功能。4安装调试并按规范要求格式完成课程设计报告书。2.3 设计方案音频功率放大器的作用是将声音源输入的信号进行放大，然后输出驱动扬声 器。声音源的种类有很多种，故输出信号的电压差别很大，从零点几毫伏到几百 毫伏。一般动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 输入到功率放大器的话，对于输入信号过低的，功率放大器功率输出不足，不能 充分发挥功放的作用；加入输入信号的幅值过大，功率放大器的

13、输出信号将严重 过载失真。这样就失去了音频放大的意义了，所以一个实用音频功率放大系统必 须设置前置放大器，以便使放大器适应不同的输入信号，或放大，或衰减，或进 行阻抗变换，使其与功率放大器的输入灵敏度相匹配。最后音频放大器由前置放 大器和音调控制电路和功率放大器三部分组成。如图所示3选择器件与参数运算3.1运放NE5532介绍NE5532是高性能低噪声运放，与很多标准运放(如1458)相似，它具有较好的噪声性能，优良的输出驱动能力及相当高的小信号与电源带宽。(1)小信号带宽：10MHz(2)输出驱动能力：600 , 10V;(3)输入噪声电压：5nV/，HZ (典型值)；(4) DC电压增益：

14、50000;(5) AC 电压增益：10KHz 时 2200;(6)电源带宽：140KHZ；(7)转换速率：9V/S;(8)大电源电压范围：土 3±20V。极限参数：电源电压：Vs ±22V输入电压：VIN ±V电源 V差分输入电压：VDIFF ±5V工作温度范围：TA 0c70c存贮温度：TSTG -65C150c结温：Tj 150c功耗(5532FE) : PD 1000mW引线温度(焊接，10S) 300 c直流电气参数：如图 2所示。电舞也比Psu大信号电所,&Ag.心温503510L1510100VVimVVmV401550 mVH矗2

15、010VmV忸依琦电耳VKTi12±UT过急VRj.600QVlSV*16V±11*14VR12K2.：M'1±n=H70±13V谕，一JOO30300Kn*雷|1次1K_10601031nA图2直流电气参数交流电气参数如图3所示,t /脓机】事忖X= SE?5n单仲I褊H军机ftocrf-1'DKH;. F1-60X1也事用错耦OJCi-lOOpf Rl-600Q10MOKHzj 2VanV塔总带电Crl/F Fj -6HGQ109VjiS电步带1ftVCLTlOVI期KHzVourlOV. RirOOQ100KH=TehISV图3交流

16、电气参数3.2 TDA 2030 介绍TDA 2030是一块性能十分优良的功率放大集成电路，其主要特点是上升速率高、瞬态互调失真小，在目前流行的数十种功率放大集成电路中，规定瞬态互调失真指标的仅有包括TDA 2030在内的几种。我们知道，瞬态互调失真是决定放大器品质的重要因素，该集成功 放的一个重要优点。TDA2030A功率放大管利用三极管的电流控制作用或场效应管的电压控制作用将电源的 功率转换为按照输入信号变化的电流。因为声音是不同振幅和不同频率的波，即交流信号电流，三极管的集电极电流永远是基极电流的3倍，3是三极管的交流放大倍数，应用这一点，若将小信号注入基极，则集电极流过的电流会等于基极

17、电流的3倍，然后将这个信号用隔直电容隔离出来，就得到了电流（或电压）是原先的3倍的大信号，这现象成为三极管的放大作用。经过不断的电流及电压放大，就完成了功率放大。根据掌握的资料，在各国生产的单片集成电路中，输出功率最大的不过 20叩而TDA2030 的输出功率却能达18W若使用两块电路组成BTL电路，输出功率可增至 35W另一方面，大功率集成块由于所用电源电压高、输出电流大，在使用中稍有不慎往往致使损坏。然而在 TDA 2030集成电路中，设计了较为完善的保护电路，一旦输出电流过大或管壳过热，集成 块能自动地减流或截止，使自己得到保护（当然这保护是有条件的，我们决不能因为有保护功能而不适当地进

18、行使用）。TDA2030集成电路的第三个特点是外围电路简单，使用方便。在现有的各种功率集成电路中，它的管脚属于最少的一类，总共才5端，在焊接电路板的时候TDA2030A的管脚的分布对于焊接的时候很重要的，如果管脚的区分有错，直接会导致的 功率放大器烧掉。通过查阅资料知道他的管脚分布为：汉字对着人，从左往右数为1 2 3 45其中1为同武相输入端，2为反相输入端，3为功率放大器的接地端，4为功率放大器额的输出端，5为功率放大器的电源线的接入端。TDA2030 在电源电压土 14V,负载电阻为 4a时输出14瓦功率（失真度W 0. 5%）；在 电源电压 ±16V,负载电阻为 4a时输出1

19、8瓦功率（失真度W 0. 5%）。该电路由于价廉 质优，使用方便，并正在越来越广泛地应用于各种款式收录机和高保真立体声设备中。该电 路可供低频课程设计选用。本设计采用3个TDA2030A芯片，其中一个放大左声道，一个放大右声道，一个放大低音部 分。3.3 功率计算计算输出功率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则匕1 ” ,p工.士« _r 1* # 72 422 加"因为 Iom=Vom/RL 所以.当输入信号足够大，使 Vim=Vom=Vcem=VCC-VCES= VCC Iom=Icm时，可获得最大的输出功率三勺工。由

20、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降低负载阻抗RL。4单元电路设计4.1 主电源电路如图5所示，采用交流双 12V, 30W变压器，市电从 ACIN输入，VCC VSS给TDA2030A 供电，Va和Vb给NE5532供电。整流部分采用单向桥式全波整流电路，在滤波电路中，采 用电容滤波电路，VCCR26C26100U680RD1CN08C27100UC24104C22 C20 104 33005C25104ACINC2304D4 D3 亍VSS 680RC2133OOURL207x4图5主电源电路4.2 调音电路本设计采用六个参数为 50K的电位器。其中 R

21、P1A RP1琳节低音区，RP2A RP2则节中低音，RP3A RP3B调节音量。调音电路与功率放大电路用排线相连，数字一一对应相连。 电路图如图6所示图6调音电路10K7 NE5532NE5532电路如图7所示。TDA2030构成双电源互补对称功放，放大电4.3功率放大电路TDA2030单声道电路如图 8所示。路之间相连采用 RC禺合方式。NE5532是双运放，分为两个单运放连接于电路中图8 TDA2030单声道电路5电路设计仿真5.1 仿真电路图采用Multisim 11.0 仿真电路，如图 9所示图9 Multisim 11.0仿真电路5.2 仿真结果左右声道输入1kHz, 1Vpp的正

22、弦波，结果如图10所示。图10输出结果总结这次的论文和设计是我这学期间干的最有意义的事之一。从最初的选题，开题到写论文直到完成论文。其间，查找资料，与同学交流，反复修改论文，每一个过程都是对自己能力 的一次检验和充实。通过这次实践，我了解了音频功率放大器用途及工作原理，熟悉了音频 功率放大器的设计步骤，锻炼了设计实践能力，培养了自己独立设计能力。此次论文设计是 对我专业知识和专业基础知识一次实际检验和巩固，同时也是走向工作岗位前的一次热身。论文设计收获很多，比如学会了查找相关资料相关标准 ，分析数据，提高了自己的制作能力。不过从开始的原理图的确定上，遇到了一个难题，刚开始用LM38a但在查资料后发现它达不到输出功率20W所以用TDA2030单通道的功放。放假回到学校后就开始着手论文设计的 制作，一步一步的做下来。等做好设计的时候才发现这是个美好的过程，也不枉费自己对这 次设计和论文花的时间和精力。其实这么一次