模拟电子课程设计

模拟电子课程设计目次：一.设计义务和要求 11.1设计义务： 11.2设计要求： 1二.总的设计步调 2三． 设计的筹划的选择与论证 43.1音频功率放大年夜器工作的基来源差不多理 43.2设计过程 4四． 电路设计运算与分析 94.1电路设计运算 94.2电路中各元器件的功能和参数选择 104.3电路的总体分析 11五Multisim仿真 12六Protel软件的应用 156.1PCB图的制造过程 156.2将设计图用protel软件制造的PCB 17七．心得领会 18心得与领会 18八．附录 201．原件清单 202．元器件的留意事项 213.音频功率放大年夜成长史 22九．参考文献 24

=1\*CHINESENUM3一.设计义务和要求1.1设计义务：设计并制造一个音频功率放大年夜电路（电路情势不限），负载为扬声器，阻抗4。1.2设计要求：技巧指标如下：(1)。输入旌旗灯号：ui=10mV，f=1kHz；(2)。不掉真输出功率：Po>4W；(3)。负载阻抗：RL=4Ω；(4)。输入阻抗：Ri>20KΩ(5)。整机电压增益：Au>200；(6)。频带宽：fL~fH=50=2\*CHINESENUM3二.总的设计步调总体设计步调开端开端研究商量设计义务及要求↓研究商量设计义务及要求音频功率放大年夜器道理分析↓音频功率放大年夜器道理分析↓确信总体设计思路确信总体设计思路↓道理图仿真道理图仿真↓调试电路以达到设计要求调试电路以达到设计要求摘要此次的仿照电路课程设计标题为音频功率放大年夜器，简称音频功放，音频功率放大年夜重视要用于推动扬声器发声，凡发声的电子产品中都要用到音频功放，比如手机、MP4播放器、笔记本电脑、电视机、音响设备等给我们的生活和进修工作带来了弗成替代的便利享受。我重要采取了两种方法对其进行了分析和设计，一种应用了TDA2030集成芯片对其进行放大年夜输出，另一种是应用二极管进行偏置的互补对称电路，即分立元件进行设计放大年夜。时代碰到了许多问题，只是好在在师长教师的指导，同窗的赞助下终于成功调试成功，设计标题也算比较美满的完成了。在设计的过程中，起首对本身的设计思路有个整体的熟悉，即对音频功率放大年夜器的道理明白得，在查阅了专门多材料，以及对实验器材有了初步明白得今后，应用教材及一些材料上所描述的同相放大年夜电路和甲乙类互补对称功率放大年夜电路的全然常识，经由过程对两种方法的比较评析确信了下面的课程设计。设计的筹划的选择与论证3.1音频功率放大年夜器工作的基来源差不多理音频功率放大年夜器实际上确实是比较较小的音频旌旗灯号进行放大年夜，使其功率增长，然后输出。其道理如图(一)所示，前置放大年夜重要完成对小旌旗灯号的放大年夜，应用一个同相放大年夜电路对输入的音频小旌旗灯号的电压进行放大年夜，获得后一级所须要的输入。后一级重要对音频进行功率放大年夜，使其能够或许驱动负载电阻而获得须要的音频。设计时起首依照技巧指标要求，对整机电路做出恰当安排，确信各级的增益分派，然后对各级电路进行具体的设计。依照技巧指标要求：Po>4W,输出电压U=PoRL>4×4=4V,要使输入为10mv的旌旗灯号放大年夜到输出大年夜于4V的旌旗灯号，所需的总放大年夜倍数应大年夜于43.2设计过程计整洁：图如上图所示，运算放大年夜器TAD2030为电路的驱动级电路，而两个晶体管构成功率输出级由双电源供电的OCL互补功放对称电路，为了克服交越掉真，由二级管和电阻构成输出级的偏置电路，使输出级工作于甲乙类状况，稳固了输出电压和功率增益，减小了掉真。然则，筹划中也差不多上应用到了运算放大年夜器的放大年夜运算感化，个中应用到了大年夜量的电阻和电容如许对个中的噪声的过滤就会有专门好的感化，然则与此同时，如许的话，元件数太多，焊接的时刻会比拟较较复杂，大年夜量临盆是所需工作量较大年夜。同时在实际生活中专门难找到对外性质完全雷同的两个三极管。是以我舍弃了第一个筹划。筹划二：LM386是一种音频集成功放，具有自身功耗低、电压增益可调剂、电源电压范畴大年夜、外接元件少和总谐波掉真小等长处，广泛应用于灌音机和收音机之中。LM386电源电压4--12V，音频功率0.5w。LM386音响功放是由NSC制造的，它的电源电压范畴专门宽，最高可应用到15V，消费静态电流为4mA，当电源电压为12V时，在8欧姆的负载情形下，可供给几百mW的功率。它的典范输入阻抗为50K。但输出功率要求在4w以上因此舍弃此筹划。图二筹划三：图二声调操纵电路大年夜多由RC元件构成，应用RC电路的传输特点，晋升或衰减某一频段的音频信声调操纵电路一样可分为衰减式和负反馈式两大年夜类，衰减式声调操纵电路的调剂范畴能够做得较宽，但因为中音电平也要作专门大年夜的衰减，同时在调剂过程中全部电路的阻抗也在变更，因此噪声和掉真较大年夜。负反馈式声调操纵电路的噪音和掉真较小，同时在调剂声调时，其转折频率保持固定不变，而特点曲线的斜率却随之改变。是以我将采取第三种筹划。第三种筹划包含音频放大年夜电路和集成运放两部分，使较小的输入旌旗灯号经由过程放大年夜后负载有较大年夜的输出功率。以实现音频功率放大年夜后果,总体电路路图如下页。图二（1）.功率放大年夜器的设计我们的第二种筹划选用了TDA2030型集成功率放大年夜电路TDA2030是德律风根临盆的音频功放电路，采取V型5脚单列直插式塑料封装构造。按引脚的外形引可分为H型和V型。该集成电路广泛应用于汽车立体声收灌音机、中功率音响设备，具有体积小、输出功率大年夜、掉真小等特点。并具有内部爱护电路。电路特点：1.外接元件专门少。

2.采取超小型封装（TO-220），可进步组装密度。

3.开机冲击极小。

4.内含各类爱护电路，是以工作安稳靠得住。重要爱护电路有：短路爱护、热爱护、地线有时开路、以及负载泄放电压反冲等。

5.TDA2030A能在最低±6V最高±22V的电压下工作在±19V、8Ω阻抗时能够或许输出16W的有效功率，THD≤0.1%。无疑，用它来做电脑有源音箱的功率放大年夜部分或小型功放再合适只是了。是以，我将采取TDA2030集成运放来实现功率的放大年夜感化。图三图三放大年夜倍数大年夜于20，取R4=650Ω,R5=22kΩ,得1+R5/R4=1+22kΩ使输出的电压扩大年夜为原有的34，8倍，远远的晋升了负载的功率。然则要想使负载的功率加倍大年夜我们能够加后置电路，后置电路同样有集成运放构成大年夜它的目标是增大年夜输出电压的倍数从增大年夜复杂的功率。实现真正意义生功率放大年夜。（2）。放大年夜器的设计图四应用功率放大年夜器放大年夜功率后，为了使负载获得更大年夜的功率，我选用了同向比例运算电路。R2=1kΩ，R3=27kΩ1+R3/R2=筹划切实事实上定：第一种筹划电路制造较为复杂，晦气于加工制造。第二种筹划电路的功率放大年夜倍数较小，在生活中应用的范畴较小，只是用于部分电路。前两种筹划都不克不及知足设计的要求，而第三种筹划实现了音频功率放大年夜又能减小旌旗灯号的掉真。削减了元器件个数，利于加工制造同时有专门强的放大年夜才能试用的范畴也大年夜大年夜进步了。同时集成运放将会在我们的生活中加倍被普及应用。因此我采取第三种筹划经行音频功率放大年夜。电路设计运算与分析4.1电路设计运算1.集成运放放大年夜倍数运算放大年夜电路的输入旌旗灯号：，全然放大年夜电路的增益（开环增益）：=，反馈系数，负反馈放大年夜电路的增益（闭环增益）：。由上述公式联立得：=，因此负反馈放大年夜电路对旌旗灯号的增益为。式子注解引入负反馈后，放大年夜电路的闭环增益为无反馈时的开环增益的。越大年夜闭环增益降低的越多，所因此衡量反馈程度的重要指标，负反馈放大年夜电路所有机能的改良程度都与有关。电路中的R4=650Ω,R5=22kΩ电阻决定放大年夜器闭环增益。=1\*GB2⑴输出电压（有效值）6.89V=2\*GB2⑵输出功率Po=11.86W=3\*GB2⑶电压放大年夜倍974.2=4\*GB2⑷（dB）=5\*GB2⑸η=Po/Pv<Pom/Pv=(π/4)(Uom/VCC)=(π/4)(6.89/12)=45%2．频率响应测试在包管输入旌旗灯号Ui大年夜小不变的前提下，改变低频旌旗灯号产生器的频率。用交换毫伏表测出Uo=0.707Uom时，所对应的放大年夜器上限截止频率fH和下限截止频率fL,算出频带宽度B:=1\*GB2⑴fL≈20Hz=2\*GB2⑵fH≈20KHz=3\*GB2⑶B=fH－fL≈20KHz4.2电路中各元器件的功能和参数选择C1=10uF，C7=10uF为低频旁路电容，C8=0.01uF为高频旁路电容。R8，C5构成了输出相移校订收集，使负载接近纯电阻。电容C3是输入耦合电容。R5,C2,R4；R2，R3因为是低频旁路电容，是以应当选用容值较大年夜的电容。他们能够过滤掉落直流电源中低频交换的部分，防止去对元器件工作是的阻碍。高频旁路电容，防止电路产生自激振荡，进而防止了旌旗灯号的掉真。R8，C5构成了输出相移校订收集，能够有效的输出波形的相移，是输出的波形与输入的波形相位相差2Kπ,以因相移所引起的掉真。因此电阻值不克不及太大年夜，R8=1,C5=1.电容C3是直截了当耦合的电容，直截了当阻碍到经由TAD2030放大年夜后旌旗灯号传输大年夜下一级的大年夜小，是以在选择的时刻既要包管电容能够过虑直流重量又要包管传输的旌旗灯号不克不及掉真。因此我选择了2。2uF的电容。R5,C2,R4；R2，R3，C6分别构成了两个负反馈收集。负反馈收集因此减小了原件的放大年夜倍数，然则负反馈电路稳固静态工作点，和放大年夜倍数。能够削减非线性是真，扩大频带，改变了放大年夜器的输入和输出阻抗。C2，C6是两个滤波电容，而电阻的阻值又直截了当决定了放大年夜倍数的大年夜小。R5，R3的值越大年夜，R两个集成运放分别应用与音频功率放大年夜和电压放的。两个集成运放的应用增大年夜了电路的有用范畴。为了仿照音频旌旗灯号我将应用函数产生器发射出的抢先旌旗灯号仿照生活中的声音旌旗灯号。4.3电路的总体分析音频功率放大年夜电路重要由两部分构成，分别是音频功率放大年夜和后置电路两部分构成。将小旌旗灯号经由过程音频功率放大年夜器TDA2030后，在经由过程集成运放NE5532P输出旌旗灯号。使负载获得一个相对大年夜的功率。该电路采取电压反馈，稳固了输出电压，同时负反馈不只稳固了放大年夜倍数同时使频带展宽。展宽频带后是输入旌旗灯号的频率范畴增大年夜。同时在电路中采取了多个电容经行滤波，削减因直流电源含有的交换重量和自基震动所引起的输出旌旗灯号掉真。=5\*CHINESENUM3五Multisim仿真在仿真软件Multisim中，起首，我们第一步是绘制功率放大年夜器的道理图，接着设置元件的各类参数，最后就要应用Multisim的仿真功能不雅察了电路静态工作点、交换分析等各类仿真分析，得出了响应的仿真图形。在现在代，我又依照仿真成果与实际成果的比较，对电路元件参数进行了响应的修改，最后获得了比较幻想、比较接近实际的仿真成果。也最后确信了实际功率放大年夜器的元件参数，即确信了实际功率放大年夜器的焊接道理图。1.输出与输入的波形如下图：图五因为两个集成运放差不多上正相输入是以输入和输出的波形偏向雷同，因为放大年夜是以输出电压远弘远年夜于输入电压2.此电路图仿照的相频特点如下图：图六当输入电压不变改变输入的频率使输出的电压为原有的0.707倍时即输入与输出的相位角相差45度时为临界值。是以由图可知当相角相差45度是输入的频率为20.742Hz。当输入旌旗灯号低于20。7Hz是输出旌旗灯号轻易产生掉真。是以电路的下限截至频率为20.742Hz。同理可知，当相位相差-45度时也是临界值，现在输入旌旗灯号的频率为20。3KHz。当输入的频率大年夜于20。3KHz时，输出的旌旗灯号将产生掉真。电路的上限截至频率为20。3KHz。3．仿照的幅频特点：图八由此图能够看出在幅频图中只有输入旌旗灯号只有知足幅频特点旌旗灯号才不轻易掉真。即在图八中的直线。4.负载输出的功率用Multisim对所设计的电路道理图进行仿真，在负载为4欧姆时测出最大年夜输出功率。PAGEREF_Ref297134472\h6PAGEREF_Ref297134472\h6PAGEREF_Ref297134476\h11PAGEREF_Ref297134478\h3可见，运算值与测量值在误差许可范畴内近似相等。证实仿照成功。=6\*CHINESENUM3六Protel软件的应用6.1PCB图的制造过程一．前期预备。这包含预备元件库和道理图。在进行PCB设计之前，起重要预备好道理图SCH的元件库和PCB的元件库。最好是本身依照所选器件的标准尺寸材料本身做元件库。原则上先做PCB的元件库，再做SCH的元件库。PCB的元件库要求较高，它直截了当阻碍板子的安装；SCH的元件库要求比拟较较松，只要留意定义好管脚属性和与PCB元件的对应关系就行。

二：PCB构造设计。这一步依照差不多确信的电路板尺寸和各项机械定位，在PCB设=7\*CHINESENUM3七区域和非布线区域（如螺丝孔四周多大年夜范畴属于非布线区域）。三：PCB构造。在道理图上生成收集表（Design->CreateNetlist），之后在PCB图上导入收集表（Design->LoadNets）。就看见器件哗啦啦的全堆上去了，各管脚之间还有飞线提示连接。然后就能够对器件构造了。——须要专门留意，在放置元器件时，必定要推敲元器件的实际尺寸大年夜小（所占面积和高度）、元器件之间的相对地位，以包管电路板的电气机能和临盆安装的可行性和便利性同时，应当在包管上面原则能够或许表现的前提下，恰当修改器件的摆放，使之整洁美不雅，如同样的器件要摆放整洁、偏向一致，不克不及摆得“错落有致”。那个步调关系到板子整体形象和下一步布线的难易程度，因此一点要花大年夜力量去推敲。构造时，对不太确信的处所能够先作初步布线，充分推敲。四：布线。布线是全部PCB设计中最重要的工序。这将直截了当阻碍着PCB板的机能短长。在PCB的设计过程中，布线一样有这么三种境域的划分：起首是布通，这时PCB设计时的最全然的要求。假如线路都没布通，搞得到处是飞线，那将是一块不合格的板子，能够说还没入门。其次是电器机能的知足。这是衡量一块印刷电路板是否合格的标准。这是在布通之后，卖力调剂布线，使其能达到最佳的电器机能。接着是美不雅。假如你的布线布通了，也没有什么阻碍电器机能的处所，然则一眼看往常纷乱无章的，加上花团锦簇、花花绿绿的，那就算你的电器机能如何好，在别人眼里照样垃圾一块。如许给测试和修理带来极大年夜的不便。布线要整洁整洁，不克不及纵横交错毫无章法。这些都要在包管电器机能和知足其他个别要求的情形下实现，不然确实是舍本逐最后。

六：收集和DRC检查和构造检查。起首，在确信电路道理图设计无误的前提下，将所生成的PCB收集文件与道理图收集文件进行物理连接关系的收集检查（NETCHECK），并依照输出文件成果及时对设计进行修改，以包管布线连接关系的精确性；收集检查精确经由过程后，对PCB设计进行DRC检查，并依照输出文件成果及时对设计进行修改，以包管PCB布线的电气机能。最后需进一步对PCB的机械安装构造进行检查和确认。6.2将设计图用protel软件制造的PCB=7\*CHINESENUM3七．心得领会心得与领会此次模电课设的论文和设计是我这大年夜学时代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，查找材料，师长教师指导，与同窗交换，反复修改论文，每一个过程差不多上对本身才能的一次考查和充分。经由过程此次实践，我明白得了音频功率放大年夜器用处及工作道理，熟悉了音频功率放大年夜器的设计步调，锤炼了设计实践才能，培养了本身自力设计才能。此次课程设计为我们供给了一次将理论进修与实际设计相结合的一次机会。此次仿照电子课程设计我收成专门多，比如学会了查找相干材料相干标准，分析数据，进步了本身应用各类专业软件的才能。起首我们学会了用Multisim进行仿真，我们从一窍不通到能够或许实现电路的全然仿真。用PROTEL进行制造PCB板更是对我们的一项挑战。从开端的道理图切实事实上定上，碰到了一个难题，刚开端用LM386，但在查材料后发明它达不到输出功率20W，因此用TDA2030单通道的功放。一步一步的做下来。等做好设计的时刻才发明这是个美好的过程。事实上这么一次的锤炼能够学到书本里专门多学不到的常识，坚强、自力、思虑等。完成此次课程设计我认为收成专门多，不只进一步操纵了模电的常识及一门专业仿真软件的全然操作，还进步了本身的设计才能及着手才能。更多的是让我看清了本身，明白了凡事须要耐烦，实践是考查真谛的独一标准。理论常识的不足在此次练习中表示的专门明显。这将有助于我往后的进修，正派本身的进修立场，从而加倍尽力的进修。只有如许我们才能真正的去操纵它，而不是只明白得一点外相。课程设计也裸露出本身专门多不足之处，深切领会到理论常识与实际设计的差距。比如缺乏综合应用专业常识的才能，对材料的不明白得等等。同时我认为我们的工作是一个团队的工作，团队须要小我，小我也离不开团队，必须发扬联结协作的精力。课程设计同时培养了大年夜脑分析的才能和锤炼我们的设计才能。因为时刻有限，未能将Multisim和Protel99se软件的各项功能明白得完全，仅仅明白得制造的一些全然功能。是以我将在往后的生活中加紧进修，加倍明白得软件的机能。本设计是在师长教师的精心指导和鼓舞下完成的。在此，谨向师长教师和赞助我的同窗表示衷心的感激！因为本人才能有限是以在设计过程中多有推敲不严密的处所，欲望指导师长教师能够或许批驳指导，我将虚心接收看法并加以改进电路。此外，我还要感激在我的论文中所有被援引过的文献的作者们，他们是我的常识之源！最后，再次向所有赐与我赞助和鼓舞的师长教师和同窗致以最真诚的谢意！=8\*CHINESENUM3八．附录1．原件清单元器件清单电阻R1=22KR2=1KR3=27KR4=650R5=22kR7=4R8=1电容C1=10uFC2=22uFC3=2。2uFC5=1。0uFC6=47uFC7=10uFC8=0。01uF集成运放TDA2030NE5532P二极管4001电源VEE=-12VVSS=-12VVCC=12V函数旌旗灯号产生器XFG1;2．元器件的留意事项TAD2030工作情形；[1]。TDA2030具有负载泄放电压反冲爱护电路，假如电源电压峰值电压40V的话，那么在5脚与电源之间必须插入LC滤波器，以包管5脚上的脉冲串保持在规定的幅度内。[2]。热爱护：限热爱护有以下长处，能够或许轻易遭受输出的过载（甚至是长时刻的），或者情形温度跨过时均起爱护感化。[3]。与通俗电路比拟较，散热片能够有更小的安稳系数。万一结温跨过时，也可不能对器件有所损害，假如产生这种情形，Po=（因此还有Ptot）和Io就被削减的。[4]。印刷电路板设计时必须较好的推敲地线与输出的去耦，因为这些线路有大年夜的电流畅过。[5]。装配时散热片与之间不须要绝缘，引线长度应尽可能短，焊接温度不得跨过260℃，12秒。NE5532P工作情形；

高机能16位

数字旌旗灯号操纵器工作范畴：

•最高40MIPS的工作速度（3。0-3。6V时）：

-工业级温度范畴（-40°C至+85°C）

-扩大级温度范畴（3.音频功率放大年夜成长史一、早期的晶体管功放半导体技巧的进步使晶体管放大年夜器向前迈进了一大年夜步。早期的放大年夜器几乎全用锗管来制造,但因为锗督工艺上的一些缘故,使得放大年夜器中所用的晶体管,专门是功放管机能指标不易做得专门高,如许,放大年夜器的频率响应也就专门狭小,其3dB截止频率平日在10kHz阁下,大年夜大年夜阻碍了音乐中高频旌旗灯号的重现。再加上功放管的耐压、电流和功耗三个指标互相制约,制造较大年夜功率的OTL或OCL放大年夜器不易寻到三个指标都知足要求的管于,因此不得不采取变压器耦合输出。变压器的相移又使电路中加深度负反馈变得专门困难,谐波掉真得不到充分的克制,是以这一时代的晶体管放大年夜器音质是专门差的。二、晶体管功放的成长和互调掉真跟着半导体工艺的逐步成熟,大年夜电流、高耐压的晶体管品种日益增长,越来越多的功率放大年夜器采取了无输出变压器的OCL电路或OTL电路(图一)。最初的大年夜功率PNP管是锗管,而NPN管是硅管,两者的特点差别专门明显,电路的对称性专门差,人们更多采取的是准互补电路,经由过程小功率硅管Q1与一只大年夜功率的NPN硅管Q2复合,获得一只极性与PNP管类似的大年夜功率管,降低了电路因对称性差而招至的掉真。到了六十年代末,大年夜功率的PNP硅管商品化的时刻,互补对称电路才获得广泛的应用。元器件的进步使晶体管功率放大年夜器的技巧指标产生了质的飞跃,在主不雅音质评判方面,也改变了往常人们对晶体管功放的看法,晶体管功放都被大年夜量地采取,1970年起首揭橥丁关于晶体管功率放大年夜器瞬态互调掉真(TIM)的论文。在直截了当耦合的晶体管放大年夜电路中,为了获得专门小的谐波掉真度和宽敞平坦的频率响应,平日对整体电路施加深达40dB一60dB的负反馈。高增益之下引入深度负反馈,电路势必会产生自激振荡,因而须要进行相位补偿,一样是在推动级晶体管的集电极——基极之间接接一个小电容C,破坏自激振荡的相位前提,形成所谓“滞后补偿”,当放大年夜器输入端输入连续时刻专门短的过渡性脉冲时,因为电容C须要充电时刻,因此推动管集电极电压要经由一段时刻延迟方能达到最大年夜值,见图四。明显,在电容C充、放电时代,输出电压V。将达不到应有的电压值,输入级也弗成能获得应有的反馈电压Vf,因而,在过渡脉冲经由过程输入级的刹时,输入级将处于负．反馈掉控状况,致使输入级严峻过载,输出将严峻削波,引起过渡脉冲瞬时掉真。假如过渡脉冲波形上还叠加有正弦旌旗灯号,输出端还会获得专门多输入旌旗灯号频谱不存在的互调频率成份,这确实是TIM掉真。TIM掉真和音乐旌旗灯号也有紧密关系,音量大年夜、频率高的节目旌旗灯号轻易诱发TI