高保真音頻功率放大器設(shè)計(jì)報(bào)告書(shū)課件

1、武漢理工大學(xué)模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)學(xué) 號(hào)： 課 程 設(shè) 計(jì)題 目高保真音頻功率放大器設(shè)計(jì)學(xué) 院信息工程學(xué)院專(zhuān) 業(yè)班 級(jí) 姓 名指導(dǎo)教師2014年1月15日課程設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)學(xué)生姓名： 專(zhuān)業(yè)班級(jí)： 指導(dǎo)教師： 工作單位： 信息工程學(xué)院 題 目: 高保真音頻功率放大器的設(shè)計(jì) 一、設(shè)計(jì)目的根據(jù)設(shè)計(jì)要求，完成對(duì)高保真音頻功率放大器的設(shè)計(jì)。進(jìn)一步加強(qiáng)對(duì)Protel軟件的應(yīng)用和對(duì)模擬電子技術(shù)知識(shí)的理解。二、設(shè)計(jì)內(nèi)容和要求根據(jù)技術(shù)指標(biāo)和已知條件，選擇合適的功放電路，如：OCL、OTL或BTL電路。完成對(duì)高保真音頻功率放大器的設(shè)計(jì)、裝配與調(diào)試。 輸出功率10W/8；頻率響應(yīng)2020KHz；效率60；失真小

2、。 選擇電路方案，完成對(duì)確定方案電路的設(shè)計(jì)。計(jì)算電路元件參數(shù)與元件選擇、并畫(huà)出總體電路原理圖，闡述基本原理。（選做：用PSPICE或EWB軟件完成仿真） 安裝調(diào)試并按規(guī)定格式寫(xiě)出課程設(shè)計(jì)報(bào)告書(shū)。三、初始條件可選元件：集成功放LA4100或LA4102；集成功放4430；集成功放TD2030；集成功放TDA2004、2009；集成功放TA7240AP（集成功放的選擇應(yīng)滿足技術(shù)指標(biāo)）。電容、電阻、電位器若干；或自備元器件。直流電源12V，或自備電源。可用儀器：示波器，萬(wàn)用表，毫伏表四、時(shí)間安排1、2014年1月13日集中，作課設(shè)具體實(shí)施計(jì)劃與課程設(shè)計(jì)報(bào)告格式的要求說(shuō)明。2、2014年1月13日至2

3、009年1月14日，查閱相關(guān)資料，學(xué)習(xí)電路的工作原理。3、2014年1月14日至2014年1月15日，電路裝配與調(diào)試。4、2014年1月15日至2014年1月16日，撰寫(xiě)課程設(shè)計(jì)報(bào)告書(shū)。5、2009年1月17日課程設(shè)計(jì)成果及報(bào)告，同時(shí)進(jìn)行答辯。課設(shè)答疑地點(diǎn)：鑒主14樓電子科學(xué)與技術(shù)實(shí)驗(yàn)室。指導(dǎo)教師簽名： 年 月 日系主任（或責(zé)任教師）簽名： 年 月 日目 錄摘要I1 設(shè)計(jì)內(nèi)容及要求11.1設(shè)計(jì)目的及主要任務(wù)11.2設(shè)計(jì)思想12 方案論證及整體電路工作原理22.1 方案確定與論證22.2 整體電路工作原理23 電路單元模塊設(shè)計(jì)33.1音頻輸入的設(shè)計(jì)33.2集成功放的設(shè)計(jì)34 器件選擇及參數(shù)計(jì)算4

4、4.1輸入電容的選取44.2自舉電容的選取44.3反饋電阻電容的計(jì)算44.4音頻輸出器的選擇55 電路安裝與調(diào)試55.1電路的安裝55.2電路的調(diào)試與數(shù)據(jù)測(cè)定56 設(shè)計(jì)電路的特點(diǎn)及改進(jìn)意見(jiàn)66.1設(shè)計(jì)電路的特點(diǎn)66.2電路改進(jìn)意見(jiàn)77元件列表78心得體會(huì)7參考文獻(xiàn)8摘要 本文介紹了采用集成功放芯片TEA2025設(shè)計(jì)高保真音頻功率放大器的原理與方法，闡述了集成芯片的比較選取，重點(diǎn)分析了TEA2025功放電路的結(jié)構(gòu)，記錄了其各項(xiàng)性能指標(biāo)。該功放的設(shè)計(jì)避免了單立元件組合電路布線復(fù)雜，輸出信號(hào)失真大的缺點(diǎn)，TEA2025單聲道功率放大集成電路，該電路具有聲道分離度高、電源接通時(shí)沖擊噪聲小、外接元件少，

5、最大電壓增益可由外接電阻調(diào)節(jié)等特點(diǎn)。關(guān)鍵詞：TEA2025；高保真；失真??；效率高71 設(shè)計(jì)內(nèi)容及要求1.1設(shè)計(jì)目的及主要任務(wù)1.1.1設(shè)計(jì)目的 要求了解集成功率放大器內(nèi)部電路工作原理，掌握其外圍電路的設(shè)計(jì)與主要性能參數(shù)的測(cè)試方法。要求掌握音頻功率放大器的設(shè)計(jì)方法與小型電子線路系統(tǒng)的裝調(diào)技術(shù)。1.1.2 設(shè)計(jì)任務(wù)及主要技術(shù)指標(biāo)根據(jù)技術(shù)指標(biāo)和已知條件，選擇合適的功放電路，如：OCL(Output Capacitorless)、OTL(Output Transformerless)或BTL(Balanced Transformerless)電路。完成對(duì)高保真音頻功率放大器的設(shè)計(jì)、裝配與調(diào)試。 輸出

6、功率10W/8；頻率響應(yīng)2020KHz；效率60；失真小。 選擇電路方案，完成對(duì)確定方案電路的設(shè)計(jì)。計(jì)算電路元件參數(shù)與元件選擇、并畫(huà)出總體電路原理圖，闡述基本原理。（選做：用PSPICE或EWB軟件完成仿真） 安裝調(diào)試并按規(guī)定格式寫(xiě)出課程設(shè)計(jì)報(bào)告書(shū)。1.2設(shè)計(jì)思想本次設(shè)計(jì)首先在眾多集成功率放大器中選出符合設(shè)計(jì)要求且工作性能最佳的集成芯片。而整個(gè)設(shè)計(jì)的核心部分就在功放模塊電路的設(shè)計(jì)，該模塊完成的功能主要包括放大輸入音頻以及調(diào)節(jié)輸出音頻。隨后運(yùn)用仿真軟件中的仿真功能對(duì)其予以仿真，從仿真的結(jié)果中分析程序的正確性。待所有模塊的功能正確之后，運(yùn)用原理圖搭建頂層電路并進(jìn)行整體仿真直至達(dá)到最初的設(shè)計(jì)要求，最

7、后再在實(shí)驗(yàn)箱上檢驗(yàn)設(shè)計(jì)的正確與否。2 方案論證及整體電路工作原理2.1 方案確定與論證功率放大器的常見(jiàn)電路形式有單電源供電的OTL電路和正負(fù)雙電源供電的OCL電路。有集成運(yùn)放和晶體管組成的功率放大器，也有專(zhuān)用集成電路功率放大器芯片。根據(jù)設(shè)計(jì)指標(biāo)及要求，選擇TEA2025B功放芯片的OTL典型電路，該芯片具有音色甜美動(dòng)聽(tīng)、性能優(yōu)良，工作可靠，外圍元件少以及安裝方便等特點(diǎn)，電源電壓從2.2V到16.8V均可以正常工作，對(duì)電源電壓的適應(yīng)范圍很寬，靜態(tài)電流小，電源電壓增高時(shí)，輸出功率增大。另有一種方案為集成功放芯片的OCL電路，這種電路采用正負(fù)雙電源供電，該電路全部是直流耦合的，當(dāng)某一級(jí)電路某一點(diǎn)出現(xiàn)

8、故障時(shí)，多數(shù)情況下都將造成其余放大級(jí)電路靜態(tài)工作點(diǎn)的牽連變化，出現(xiàn)聲音失真甚至燒機(jī)。2.2 整體電路工作原理由一片TEA2025B接成OTL功率放大器，電路書(shū)要分為電源輸入、音頻輸入、TEA2025功放主體電路和音頻輸出。 TEA2025 集成功放電路圖1為設(shè)計(jì)電路整體框圖：直流穩(wěn)壓電源 音頻 輸出 音頻 輸入圖13 電路單元模塊設(shè)計(jì)3.1音頻輸入的設(shè)計(jì)音頻輸入用一般的耳機(jī)輸出線改裝而成。去掉耳機(jī)頭，刮掉信號(hào)線表面膠漆，直接到集成功放輸入端。3.2集成功放的設(shè)計(jì)3.2.1 TEA2025B的OTL電路TEA2025集成電路的輸出功率由電源電壓和負(fù)載阻抗大小決定。既可以構(gòu)成單聲道OTL功放，又可

9、以組成BTL功放。本次課程設(shè)計(jì)采用其OTL典型電路，應(yīng)用電路如圖2所示： 圖2 TEA2025B的OTL電路下面以表格的形式對(duì)各引腳做功能說(shuō)明： 表1 TEA2025集成電路的引腳功能及數(shù)據(jù)說(shuō)明 引腳 功能電壓（V） 引腳 功能電壓（V） 1BTL輔助輸出，雙聲道時(shí)懸空 9接地線端 2功放電路2信號(hào)輸出端 4.5 10功放電路1信號(hào)輸入端 3功放電路2自舉端 8.7 11功放電路1負(fù)反饋元件端 4功放電路接地線1 0 12功放電路接地線3 5功放電路接地線2 0 13功放電路接地線4 6功放電路2負(fù)反饋元件端 14功放電路1自舉端 7功放電路2信號(hào)輸入端 15功放電路1信號(hào)輸出端 8紋波濾波元

10、件連接端 16工作電源電壓輸入端 4 器件選擇及參數(shù)計(jì)算4.1輸入電容的選取該電路要加一輸入耦合電容，以減小噪聲輸入選取一小電容足矣，故取0.22F瓷片電容。4.2自舉電容的選取自舉電容使輸出幅值增加。建議值為100uF。自舉電容器避免減少輸出信號(hào)。此外，在低頻和低電源電壓時(shí)，有較好的減小失真的作用。4.3反饋電阻電容的計(jì)算 圖3 TEA2025反饋電路輸出電壓由電阻人R1、R2、C1決定，其增益由(1)式?jīng)Q定： （1）當(dāng)Rf=0，C1=100F，f=32Hz時(shí)，增益為46dB。4.4音頻輸出器的選擇本設(shè)計(jì)選取了810W大紙盆喇叭。5 電路安裝與調(diào)試5.1電路的安裝按照電路設(shè)計(jì)圖，在線路板上合

11、理布局后，將元件焊接在線路板上，安裝過(guò)程中，注意將電容盡量焊得離主芯片近些，另外要避免虛焊。這樣制作出的TEA2025B單聲道OTL電路。其音效好，音質(zhì)高，失真小；功率達(dá)標(biāo)；響應(yīng)頻帶寬；效率高。5.2電路的調(diào)試與數(shù)據(jù)測(cè)定要想功放各項(xiàng)指標(biāo)都達(dá)到要求，要求：(1)要求輸入、輸出濾波好。濾波不好，會(huì)輸出很大噪音或者產(chǎn)生嚴(yán)重失真。音頻信號(hào)輸入端串接了0.22F瓷片電容，輸出端串接100F電解電容，并聯(lián)0.10F瓷片電容，起到了很好的濾波作用。 (2).要求喇叭性能好。經(jīng)試音比較，選取了大紙盆喇叭，音質(zhì)更好。5.2.1 輸出電壓的測(cè)定用函數(shù)發(fā)生器給安裝好的電路提供頻率為1KHz，峰峰值為300mV的正弦

12、交流電壓，用示波器觀察輸出端的波形，記錄此時(shí)輸出波電壓的有效值，并記錄下此時(shí)的波形圖。實(shí)際調(diào)試過(guò)程中，測(cè)得輸出電壓的值為176.8mV。5.2.2 輸出功率的計(jì)算在加8負(fù)載的情況下，根據(jù)功率計(jì)算公式求得輸出功率為=4mW。5.2.3 效率的計(jì)算根據(jù)上面測(cè)量計(jì)算出的輸出功率和電源供電功率，可根據(jù)公式=，可計(jì)算出實(shí)際測(cè)試的效率只有6.06%。5.2.4 輸出電壓波形圖根據(jù)5.2.1節(jié)的條件，示波器上顯示的輸出電壓的波形圖如下：圖4 輸出電壓波形6 設(shè)計(jì)電路的特點(diǎn)及改進(jìn)意見(jiàn)6.1設(shè)計(jì)電路的特點(diǎn)本次課程設(shè)計(jì)所用的電路具有性能優(yōu)良，工作可靠，外圍元件少以及安裝方便等特點(diǎn)，電源電壓從2.2V到16.8V均

13、可以正常工作，對(duì)電源電壓的適應(yīng)范圍很寬，靜態(tài)電流小，電源電壓增高時(shí)，輸出功率增大。6.2電路改進(jìn)意見(jiàn)因在調(diào)試電路過(guò)程中發(fā)現(xiàn)輸出功率和效率都不夠指標(biāo)的要求，分析電路可知，TEA2025B所構(gòu)成的電路本身提供的輸出功率就小，為了滿足設(shè)計(jì)指標(biāo)，可考慮添加電路中TEA2025B芯片的數(shù)量，也可擴(kuò)展其外圍電路，使得輸出功率及效率滿足設(shè)計(jì)要求。7元件列表表2 元 件 列 表元件名稱(chēng)及規(guī)格數(shù)量TEA2025B1片100uF電解電容6個(gè)0.22uF瓷片電容1個(gè)0.1uF瓷片電容1個(gè)0.01uF瓷片電容1個(gè)200電阻1個(gè)音頻輸出線1根810W喇叭1個(gè)8心得體會(huì)這次課程設(shè)計(jì)基本完成，在這次課程設(shè)計(jì)中，我對(duì)模擬電路

14、這門(mén)課程有了更深的了解，課程設(shè)計(jì)本身就是要求將以前所學(xué)的理論知識(shí)運(yùn)用到實(shí)際的電路設(shè)計(jì)當(dāng)中去，在電路的設(shè)計(jì)過(guò)程中，無(wú)形中便加深了對(duì)模擬電路的了解及運(yùn)用能力，對(duì)課本以及以前學(xué)過(guò)的知識(shí)有了一個(gè)更好的總結(jié)與理解；以前的模電實(shí)驗(yàn)只是針對(duì)某一個(gè)小的功能設(shè)計(jì)，而此次課程設(shè)計(jì)對(duì)我們的總體電路的設(shè)計(jì)的要求更嚴(yán)格，需要通過(guò)翻閱復(fù)習(xí)以前學(xué)過(guò)的知識(shí)來(lái)確定實(shí)驗(yàn)總體設(shè)計(jì)方案，然后逐步進(jìn)行各模塊的設(shè)計(jì)，最終我們可以做出我們的作品。通過(guò)這次課程設(shè)計(jì)，我的動(dòng)手能力及獨(dú)立思考能力有了一定的提高，同時(shí)也對(duì)仿真軟件的使用變的熟練。同時(shí)，感謝指導(dǎo)老師以及同學(xué)的支持與幫助。參考文獻(xiàn)1康華光模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)武漢：高等教育出版社，20062鄭國(guó)川，李洪英電子管功放設(shè)計(jì)和裝調(diào)技術(shù)福州：福建科學(xué)技術(shù)出版社，