OTL音頻功率放大電路

1、 院（系）電子工程專業(yè)電子信息工程學生姓名學號20094081048學生姓名學號學生姓名學號學生姓名學號設計題目1OTL功率放大電路的multisim仿真；2. OTL放大器電路內容及要求：題目1OTL功率放大器電路；使用multisim對所設計的電路進行仿真分析；要求熟練掌握multisim軟件的使用及仿真方法，畫出原理圖，改變參數進行理論分析，寫出實際實現(xiàn)過程，得出結論。題目2OTL功率放大器任務了與要求： 1、 采用全部或部分分立元件電路設計一種OTL音頻功率放大器；2、 額定輸出功率Po10W；3、 負載阻抗RL=8；4、 失真度3%。 進度安排:第17周（周一周二）：分析題目，查閱課

2、題相關資料；第17周（周二周四）：OTL功率放大器設計和實現(xiàn)；第17周（周五）：設計仿真及調試，驗收，編寫課程設計報告。指導教師（簽字）：年 月 日教研組長（簽字）年 月 日摘 要本報告包括兩個內容。第一部分，設計并實現(xiàn)OTL功率放大器，功率放大器的作用是給音響放大器的負載RL（揚聲器）提供一定的輸出功率。當負載一定時，希望輸出的功率盡可能大，輸出的信號的非線形失真盡可能的小，效率盡可能的高。功率放大器的常見電路形式有OTL電路和OCL電路。有用繼承運算放大器和晶體管組成的功率放大器，也有專集成電路功率放大器。本文設計的是一個 OTL 功率放大器，該放大器采用TDA2030音頻放大器芯片，TD

3、A2030音頻放大器電路是最常用到的音頻功率放大電路，TDA2030是高保真集成功率放大器芯片,輸出功率大于10W,頻率響應為101400Hz,輸出電流峰值最大可達3.5A，其內部電路包含輸入級、中間級和輸出級,且有短路保護和過熱保護,可確保電路工作安全可靠，采用正輸出單電源供電。其次本次實物產品采用PCB印制電路板制作（單面板）使其性能良好滿足設計要求和外表美觀。第二部分，用multisim軟件對OTL功率放大器進行仿真實現(xiàn)。根據實例電路圖和已經給定的原件參數，使用multisim軟件模擬電路，并對其進行靜態(tài)分析，動態(tài)分析，顯示波形圖，計算數據等操作。關鍵詞： OTL功率放大電路；multi

4、sim軟件仿真；TDA2030音頻放大器；交越失真；無輸出耦合電容；輸出功率；反饋網絡；PCB單面板。目錄一、設計要求二、設計總體方案2.1設計思路2.2 OTL功放各級的作用和電路結構特征2.3簡要原理分析2.4用集成運算放大器放大信號的主要優(yōu)點三、選擇器件及參數計算 3.1功率放大器芯片TDA2030介紹 3.2參數計算3.2.1參數計算 3.2.2功率的計算四、用multisim仿真OTC功率放大器五、實物電路安裝調試及使用 5.1電路調整與測試5.2通電觀察六、設計體會與總結七、參考文獻OTL功率放大器設計一、設計要求任務了與要求： 1、 采用全部或部分分立元件電路設計一種OTL音頻功

5、率放大器；2、 額定輸出功率Po10W；3、 負載阻抗RL=8；4、 失真度3%。二、 設計總體方案2.1設計思路 功率放大器的作用是給負載RL提供一定的輸出功率，當RL一定時，希望輸出功率盡可能大，輸出信號的非線性失真可能小，且效率盡可能高。由于OTL電路采用直接耦合方式，為了保證電路工作穩(wěn)定，必須采取有效措施抑制零點漂移。為了獲得足夠大的輸出功率驅動負載工作，故需要有足夠高的電壓放大倍數。因此，性能良好的OTL功率放大器應由輸入級、推動級和輸出級等部分組成。2.2 OTL功放各級的作用和電路結構特征 1. 輸入級：主要作用是抑制零點漂移，保證電路工作穩(wěn)定，同時對前級（音調控制級）送來的信號

6、作低失真，低噪聲放大。為此，采用帶恒流源的，由復合管組成的差動放大電路，且設置的靜態(tài)偏置電流較小。 2. 推動級的作用是獲得足夠高的電壓放大倍數，以及為輸出級提供足夠大的驅動電流，為此，可采用帶集電極有源負載的共射放大電路，其靜態(tài)偏聽偏信置電流比輸入級要大。 3. 輸出級的主要作用是級負載提供足夠大的輸出信號功率，可采有由復合管構成的甲乙燈互補對稱功放或準互補功放電路。 此外，還應考慮為穩(wěn)定靜態(tài)工作點須設置直流負反饋電路，為穩(wěn)定電壓放大倍數和改善電路性能須設置交流負反饋電路，以及過流保護電路等。電路設計時，各級應設置合適的靜態(tài)工作點，在組裝完畢后須進行靜態(tài)和動態(tài)測試，在小型不失真的情況下，使輸

7、出功率最大。動態(tài)測試時，要注意消振和接好保險絲，以防損壞元器件。電路基本框圖負載揚聲器輸出級推動級輸入級輸入信號 圖1-1電路基本框圖采用集成運算放大器設計基本放大電路輸入級中間級輸出級輸出調節(jié) TDA2030高保真集成功率放大器短路保護過熱保護負載揚聲器圖1-2電路結構框圖1-3電路基本原理圖圖1-4 電路在multisim中的仿真圖2.3簡要原理分析：電路為音頻功率放大器原理圖,其中TDA2030是高保真集成功率放大器芯片,輸出功率大于10W,頻率響應為101400Hz,輸出電流峰值最大可達3.5A。其內部電路包含輸入級、中間級和輸出級,且有短路保護和過熱保護,可確保電路工作安全可靠。TD

8、A2030使用方便、外圍所需元器少,一般不需要調試即可成功。 RP是音量調節(jié)電位器,C1是輸入耦合電容,R1是TDA2030同相輸入端偏置電阻。 R4、R5決定了該電路交流負反饋的強弱及閉環(huán)增益。該電路閉環(huán)增益為(R4+R5)/R5=(4.7+150)/150=33.3倍,C3起隔直流作用,以使電路直流為100%負反饋。靜態(tài)工作點穩(wěn)定性好。 C2、C4、C7為電源高頻旁路電容,防止電路產生自激振蕩。R6用以在電路接有感性負載揚聲器時,保證高頻穩(wěn)定性。VD1、VD2是保護二極管,防止輸出電壓峰值損壞集成塊TDA2030。2.4用集成運算放大器放大信號的主要優(yōu)點：1. 電路設計簡化，組裝高度方便，

9、只需適當選配外接元件，便可實現(xiàn)輸入、輸出的各種放大關系。 2. 由于運放的開環(huán)增益都很高，用其構成的放大電路一般工作在深度負反饋的閉環(huán)狀態(tài)，則性能穩(wěn)定，非線性失真小。 3. 運放的輸入享受搞高，失調和漂移都很小，故很適合于各種微弱的信號放大。又因其具有很高的共模抑制比，對溫度的變化、電源的波動以及其他外界干擾都有 很強的抑制能力。 4. 由運放構成的放大單元功耗低、體積小、壽命長，使整機使用的元器件數大大減少，成本降低，工作可靠性大為提高。 三、選擇器件及參數計算3.1功率放大器芯片TDA2030介紹TDA2030A是德律風根生產的音頻功放電路，采用V型5 腳單列直插式塑料封裝結構。如圖1所示

10、，按引腳的形狀引可分為H型和V型。該集成電路廣泛應用于汽車立體聲收錄音機、中功率音響設備，具有體積小、輸出功率大、失真小等特點。并具有內部保護電路。意大利SGS公司、美國RCA公司、日本日立公司、NEC公司等均有同類產品生產，雖然其內部電路略有差異，但引出腳位置及功能均相同，可以互換。電路特點： 1.外接元件非常少。 2.輸出功率大，Po=18W(RL=4)。 3.采用超小型封裝（TO-220）,可提高組裝密度。 4.開機沖擊極小。 5.內含各種保護電路，因此工作安全可靠。主要保護電路有：短路保護、熱保護、地線偶然開路、電源極性反接（Vsmax=12V）以及負載泄放電壓反沖等。 6.TDA20

11、30A能在最低±6V最高±22V的電壓下工作在±19V、8阻抗時能夠輸出16W的有效功率，THD0.1%。無疑，用它來做電腦有源音箱的功率放大部分或小型功放再合適不過了。引腳情況：1腳正相輸出端2腳是反向輸入端3腳是負電源輸入端4腳是功率輸出端5腳是正電源輸入端極限參數：注意事項：1.TDA2030A具有負載泄放電壓反沖保護電路，如果電源電壓峰值電壓40V的話，那么在5腳與電源之間必須插入LC濾波器，二極管限壓（5腳因為任何原因產生了高壓，一般是喇叭的線圈電感作用，使電壓等于電源的電壓）以保證5腳上的脈沖串維持在規(guī)定的幅度內。 2.熱保護：限熱保護有以下優(yōu)點，能夠

12、容易承受輸出的過載（甚至是長時間的），或者環(huán)境溫度超過時均起保護作用。 3.與普通電路相比較，散熱片可以有更小的安全系數。萬一結溫超過時，也不會對器件有所損害，如果發(fā)生這種情況，Po=（當然還有Ptot）和Io就被減少。 4.印刷電路板設計時必須較好的考慮地線與輸出的去耦，因為這些線路有大的電流通過。 5.裝配時散熱片與之間不需要絕緣，引線長度應盡可能短，焊接溫度不得超過260，12秒。 6.雖然TDA2030A所需的元件很少，但所選的元件必須是品質有保障的元件。3.2參數計算32.1參數計算RP是音量調節(jié)電位器,考慮到實際情況本設計RP=2.2 K；C1是輸入耦合電容（C1=1uf）；R1是

13、TDA2030同相輸入端偏置電阻；R2、R3為反饋網絡電阻（R1=R2=R3=100K）；.R4、R5決定了該電路交流負反饋的強弱及閉環(huán)增益。該電路閉環(huán)增益為(R4+R5)/R5=(0.68+22)/0.68=33.3倍,C3起隔直流作用,以使電路直流為100%負反饋。靜態(tài)工作點穩(wěn)定性好。 C2、C4、C7為電源高頻旁路電容,防止電路產生自激振蕩；R6用以在電路接有感性負載揚聲器時,保證穩(wěn)定性；VD1、VD2是保護二極管,防止輸出電壓峰值損壞集成塊TDA2030,負載RL=8。.          

14、60;                        3.2.2功率的計算1、 計算輸出功率Po輸出功率用輸出電壓有效值V0和輸出電流I0的乘積來表示。設輸出電壓的幅值為Vom，則因為Iom=Vom/RL，所以.當輸入信號足夠大，使Vim=Vom= Vcem= VCC- VCES VCC和Iom=Icm時，可獲得最大的輸出功率由上述對Po的討論可知，要提供放

15、大器的輸出功率，可以增大電源電壓VCC或降低負載阻抗RL。 四、用multisim仿真OTC功率放大器1、功放電路原理圖仿真圖2、功放電路仿真波形圖用仿真課可之當RL調的過小時，波形失真；如下圖：用multisim軟件仿真，可以完成以后對PCB的通電測試，測試是對安裝后的電路板的參數及工作狀態(tài)進行測量，以便提供調整電路的依據，經過反復測量和調整，就可以使電路性能達到要求。仿真的函數信號發(fā)射器的頻率課選擇1kHZ左右，幅度可以在12V左右，電位計要靠中間檔。五、實物電路安裝調試及使用5.1電路調整與測試實踐證明，新安裝的電路板往往難以達到預期的效果，這是因為我們在設計的時候不可能周全地考慮元件的

16、誤差、器件參數的分散性、寄生參數等各種各樣的客觀因素。此外，電路板的安裝中仍存在有可能沒有查出來的錯誤。通過電路板整體測試與調整，可發(fā)現(xiàn)和糾正設計方案中的不足，并查出電路安裝中的錯誤然后采取措施加以改進和糾正，就可以使之達到預定的技術要求。本次設計采用的是PCB制作電路板，步驟繁瑣，流程較為復雜。所以在電路調整與測試的應注意的問題較多，具體如下：u 通電前調試電路安裝完畢后，必須在不通電的情況下，對電路板進行認真細致的檢查，以便糾正安裝錯誤。檢查應特別注意：1. 元器件引腳之間有無短路。因為我們該組是第一次用PCB制作板，在檢查電路引腳間的有無短路的時候出現(xiàn)了不少的問題。首先板子在腐蝕的時候就

17、沒有腐蝕好（這可能是板子的質量、腐蝕時間的長短、FeCL3溶液的配置等原因）所以在用萬用表測量的時候真的是處處短路，而有的地方就是處處斷路，為了保證的電路的正確性，只有通過萬用表一條條的線路檢查是否導通，引腳間是否短路。所以本次設計實物的走線用導線和焊錫補了不少，同時為了避免短路很多地方用小刀刮了不少了。 2. 電源的正負、負極性有沒有接反，正、負極之間有沒有短路現(xiàn)象，電源線、地線是否接觸良好。關于電源正、負極問題主要是在本次設計中的單電源供電的導線插在功放電路的插座上，在此應特別注意在測試極性的時候，應注意紅、黑表筆不要弄反。紅表筆接正極，黑表筆接負極。該設計為了避免次問題在PCB制圖的時候

18、將地線稍微加寬。不但滿足制圖制板的要求，而且使其極性區(qū)分明顯。 3. 二極管有電解電容極性有沒有接反，三極管、集成器件引腳有沒有接錯，集成電路的型號及安插方向對不對，引腳連接處有無接觸不良等。在安裝的時候我們嚴格按照測量晶體管的步驟和要求進行，用萬用表分別判斷出二極管的陽、陰極；小功率三極管的類型、B極、C極、E極；大功率三極管的類型、B極、C極、E極。并作了相應的標注。 u 通電調試此在用軟件仿真是就完成了。5.2通電觀察 改變RP電阻值或調節(jié)函數信號發(fā)生器的頻率計幅度（在器件允許承受范圍），用示波器觀察輸出與輸入波形，并對比。同時觀察喇叭發(fā)出的聲音是否產生異同。六、設計體會與總結1、在這次設計中，讓我們確實遇了很多難以解決的問題，同時也學到了很多知識。掌握了功率放大器電路的設計與制作，掌握了TDA2030 等集成芯片的原理與作用以及晶體管極性的判斷，如何去檢查電路中的錯誤與線路是否導通，進一步熟練萬用表的使用，如何制作PCB電路板。更讓我明白團體精神的重要性。更懂得做好一件事情的不容易。接觸到了與自己相關專業(yè)的具體的知識，感覺到所學的東西還是很有用的，通過實踐不但鞏固了學過的知識，而且其他的對所學知識進行實踐論證，及時的發(fā)現(xiàn)了存在的許多