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文檔簡(jiǎn)介

1、音頻功率放大器設(shè)計(jì)報(bào)告系別:物理系成員:張?jiān)?,李春?biāo),周淼森 目錄1引言42 設(shè)計(jì)指標(biāo)及分析42 1主要技術(shù)指標(biāo)42 2性能指標(biāo)分析與說(shuō)明43 設(shè)計(jì)方案54 基于集成運(yùn)放TDA2030的電路設(shè)計(jì)74 1 電路設(shè)計(jì)流程74 2 直流穩(wěn)壓電源的設(shè)計(jì)74 3 OCL功率放大器的設(shè)計(jì)85電路板95 1 電路板調(diào)試96 變壓器設(shè)計(jì)10附錄:電路圖 Protues仿真 元件清單 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(yīng)為101400Hz,輸出電流峰值最大可達(dá)3.5A。其內(nèi)部電路包含輸入級(jí)、中間級(jí)和輸出級(jí),且有短路保護(hù)和過(guò)熱保護(hù),可確保電路工作安全可靠。TDA2030 在電源電

2、壓±14V,負(fù)載電阻為4時(shí)輸出14瓦功率(失真度05);在電源電壓 ±16V,負(fù)載電阻為4時(shí)輸出18瓦功率(失真度05)。該電路由于價(jià)廉質(zhì)優(yōu),使用方便,并正在越來(lái)越廣泛地應(yīng)用于各種款式收錄機(jī)和高保真立體聲設(shè)備中。關(guān)鍵詞:TDA2030 雙聲道 集成電路電路原理說(shuō)明: 220V市電經(jīng)過(guò)變壓器,和開(kāi)關(guān)S1.變壓器的次級(jí)輸出雙12V交流,雙12V送入由D1組成的橋式整流電路電路,經(jīng)過(guò)橋式整流和C1,C4(2200UF,)的濾波,C2、C3(104)=0.1UF為電源高頻旁路電容,防止電路產(chǎn)生自激振蕩。D2、R1組成電源指示電路,以指示電源是否正常。 輸出的空載電壓約為正負(fù)15V左

3、右(U=1.414*12V),即A+為正15V,A-為負(fù)15V。正負(fù)15V為兩塊功放芯片TDA2030提供電源。 聲道放大電路,因左右聲道作原理完全一致。這里我只以左聲道為例,作個(gè)介紹。如圖:RIN為信號(hào)輸入端,經(jīng)過(guò)分壓電阻R3進(jìn)入音量電位器R2,(音量電位器由三個(gè)引腳,與R3連接的是輸入端,輸出端也叫滑動(dòng)端、另一引腳為接地端). 調(diào)整音量后信號(hào)進(jìn)入由R4/C5組成的高音提升電路,此電路可以提升一定量的高頻信號(hào),使聲音更加清晰。C8,R10,R7,R8組成高通濾波電路,調(diào)整電位器R8(100K)都可以調(diào)整截止頻率。C6,C7,R6,R5組成的低通濾波電路。調(diào)整電位器R5(100K)都可以調(diào)整信

4、號(hào)截止頻率。 爾后信號(hào)經(jīng)過(guò)耦合電容C8進(jìn)入左聲道功放TDA2030的1腳,經(jīng)過(guò)功率放大后,由TDA2030的第四腳輸出,推動(dòng)揚(yáng)聲器LS1發(fā)聲。 R11、R12決定了該電路交流負(fù)反饋的強(qiáng)弱及閉環(huán)增益。該電路閉環(huán)增益為(R11+R12)/R11=(0.33+47)/0.33=143.4倍,C10起隔直流作用,以使電路直流為100%負(fù)反饋。靜態(tài)工作點(diǎn)穩(wěn)定性好。R13、C11構(gòu)成容性網(wǎng)絡(luò),與揚(yáng)聲器感性阻抗并聯(lián)后,可使功放的負(fù)載接近純阻性質(zhì),不僅可以改善音質(zhì)、防止高頻自激,還能保護(hù)功放輸出管。本設(shè)計(jì)是以集成電路TDA 2030A為中心組成的功率放大器,它具有失真小、外圍元件少、裝配簡(jiǎn)單、功率大、保真度極

5、高等特點(diǎn)。本電路由三部分組成,即電源部分;左(L)聲道功能放大器和右(R)聲道功能放大器。LED和R19為電源指示電路,以指示電源是否正常,開(kāi)關(guān)K為電源開(kāi)關(guān)。通過(guò)變壓器將220V交流電變?yōu)槌?2V交流電,然后將12V交流電與橋式整流連接,輸出15V直流電供電路使用。橋式輸出電壓通過(guò)C17、C18濾波之后作用于兩個(gè)功率放大器IC1、IC2。輸入信號(hào)通過(guò)L IN、R IN輸入,信號(hào)經(jīng)過(guò)放大后通過(guò)L OUT、R OUT輸出。通過(guò)三個(gè)電位器的調(diào)節(jié)(高、低音和音量調(diào)節(jié))就可以輸出高保真的立體聲音樂(lè)。1引言音頻放大器的目的是在產(chǎn)生聲音的輸出元件上重建輸入的音頻信號(hào),信號(hào)音量和功率級(jí)都要理想如實(shí)、有效且失真

6、低。音頻范圍為約20Hz 20kHz,因此放大器在此范圍內(nèi)必須有良好的頻率響應(yīng)(驅(qū)動(dòng)頻帶受限的揚(yáng)聲器時(shí)要小一些,如低音喇叭或(高音喇叭)。其主要任務(wù)是將音頻信號(hào)放大到足以推動(dòng)外接負(fù)載,如揚(yáng)聲器、音響等。;所以要滿足于廣大消費(fèi)者享受優(yōu)美動(dòng)聽(tīng)的音質(zhì),必須研發(fā)更替功率放大器。目前,音頻功率放大器仍以模擬功放為主流產(chǎn)品,模擬功放經(jīng)歷了數(shù)十年的不斷改進(jìn)和完善,其技術(shù)已發(fā)展到了頂峰。根據(jù)應(yīng)用的不同,功率大小差異很大,從耳機(jī)的毫瓦級(jí)到TV或PC音頻的數(shù)瓦,再到“迷你”家庭立體聲和汽車(chē)音響的幾十瓦,直到功率更大的家用和商用音響系統(tǒng)的數(shù)百瓦以上,大到能滿足整個(gè)電影院或禮堂的聲音要求。音頻放大器的一種簡(jiǎn)單模擬實(shí)現(xiàn)

7、方案是采用線性模式的晶體管,得到與輸入電壓成比例的輸出電壓。正向電壓增益通常很高(至少40dB)。如果反饋環(huán)包含正向增益,則整個(gè)環(huán)增益也很高。因?yàn)楦攮h(huán)路增益能改善性能,即能抑制由正向路徑的非線性引起的失真,而且通過(guò)提高電源抑制能力(PSR)來(lái)降低電源噪音,所以經(jīng)常采用反饋。2 設(shè)計(jì)指標(biāo)及分析2.1主要技術(shù)指標(biāo)輸出功率:1020W(額定功率)頻率響應(yīng):20HZ200KHZ(3dB)諧波失真: 1(10W,20HZ20KHZ)輸出阻抗:0.2歐姆輸入靈敏度:500Mv(1000HZ,額定輸出時(shí))2.2性能指標(biāo)分析與說(shuō)明通常情況下,要求放大的輸出級(jí)輸出一定的功率來(lái)驅(qū)動(dòng)負(fù)載。從某種角度來(lái)看功率放大電路

8、與其他放大電路沒(méi)有本質(zhì)區(qū)別,但功率放大器即不是追求高電壓輸出,也不是追求大電流輸出;而是盡可能大的功率。功率放大電路主要是在允許的失真限度內(nèi),高效率的提供足夠的功率驅(qū)動(dòng)負(fù)載。對(duì)功率放大器的電路基本要求是:頻率響應(yīng):表示功放的頻率范圍,和頻率范圍內(nèi)的不均勻度。頻率曲線的平直與否一般用分貝db表示。家用HI-FI功放的頻響20Hz-20KHZ正負(fù)1db.這個(gè)范圍越寬越好。功率輸出:功率Po=U*U/R,即要求輸出電壓高,輸出電流大。晶體管在大信號(hào)極限運(yùn)行狀態(tài)工作,同時(shí)應(yīng)該注意管子的安全。效率:晶體管按照輸入信號(hào)的變化規(guī)律,將直流電壓提供的能量 轉(zhuǎn)化為交流能量的過(guò)程,就是信號(hào)放大的過(guò)程,轉(zhuǎn)化效率為負(fù)

9、載獲得的功率與電壓提供的功率的比值。失真度:理想的功放應(yīng)該是把輸入的訊號(hào)放大后,毫無(wú)改變的忠實(shí)還原出來(lái)。但是由于各種原因經(jīng)功放放大后的信號(hào)與輸入信號(hào)相比較,往往產(chǎn)生了不同程度的畸變,這個(gè)畸變就是失真。用百分比表示,其數(shù)值越小越好。 信噪比:是指信號(hào)電平與功放輸出的各種噪音電平之比,用db表示,這個(gè)數(shù)值越大越好。為了符合技術(shù)指標(biāo),獲得較佳的效果。信號(hào)源頻率f范圍可選為20HZ20KHZ ;電壓Us范圍可選為20mV500mV。電路放大倍數(shù)Av為70400。輸出電阻為0歐姆。3 設(shè)計(jì)方案采用TDA2030集成塊來(lái)實(shí)現(xiàn)電路要求。TDA 2030 是一塊性能十分優(yōu)良的功率放大集成電路,其主要特點(diǎn)是上升

10、速率高、瞬態(tài)互調(diào)失真小,能在最低±6V最高±22V的電壓下工作在±19V、8阻抗時(shí)能夠輸出16W的有效功率,THD0.1%。TDA2030 集成電路的另一特點(diǎn)是保護(hù)性能比較完善。一旦輸出電流過(guò)大或管殼過(guò)熱,集成塊能自動(dòng)地減流或截止,使自己得到保護(hù)。所以只要采用兩片TDA2030集成塊,再附加一些其他功能電路和一些補(bǔ)償、保護(hù)器件即可設(shè)計(jì)出一款性能較佳的雙聲道功放。 電路方框圖音頻放大電路是典型應(yīng)用電路, 由一塊TDA 2030和較少元件組成的音頻放大電路、裝置調(diào)整方便、性能指標(biāo)好等突出的優(yōu)點(diǎn)。特別是集成塊內(nèi)部設(shè)計(jì)有完整的保護(hù)電路,能自我保護(hù)。TDA 2030是一塊性

11、能十分優(yōu)良的功率放大集成電路,其主要特點(diǎn)是上升速率高、瞬態(tài)互調(diào)失真小,在目前流行的數(shù)十種功率放大集成電路中,規(guī)定瞬態(tài)互調(diào)失真指標(biāo)的僅有包括TDA 2030在內(nèi)的幾種。我們知道,瞬態(tài)互調(diào)失真是決定放大器品質(zhì)的重要因素,該集成功放的一個(gè)重要優(yōu)點(diǎn)。TDA2030A功率放大管利用三極管的電流控制作用或場(chǎng)效應(yīng)管的電壓控制作用將電源的功率轉(zhuǎn)換為按照輸入信號(hào)變化的電流。因?yàn)槁曇羰遣煌穹筒煌l率的波,即交流信號(hào)電流,三極管的集電極電流永遠(yuǎn)是基極電流的倍,是三極管的交流放大倍數(shù),應(yīng)用這一點(diǎn),若將小信號(hào)注入基極,則集電極流過(guò)的電流會(huì)等于基極電流的倍,然后將這個(gè)信號(hào)用隔直電容隔離出來(lái),就得到了電流(或電壓)是原

12、先的倍的大信號(hào),這現(xiàn)象成為三極管的放大作用。經(jīng)過(guò)不斷的電流及電壓放大,就完成了功率放大。 根據(jù)掌握的資料,在各國(guó)生產(chǎn)的單片集成電路中,輸出功率最大的不過(guò)20W,而TDA 2030的輸出功率卻能達(dá)18W,若使用兩塊電路組成BTL電路,輸出功率可增至35W。另一方面,大功率集成塊由于所用電源電壓高、輸出電流大,在使用中稍有不慎往往致使損壞。然而在TDA 2030集成電路中,設(shè)計(jì)了較為完善的保護(hù)電路,一旦輸出電流過(guò)大或管殼過(guò)熱,集成塊能自動(dòng)地減流或截止,使自己得到保護(hù)(當(dāng)然這保護(hù)是有條件的,我們決不能因?yàn)橛斜Wo(hù)功能而不適當(dāng)?shù)剡M(jìn)行使用)。電路特點(diǎn):1.外接元件非常少。2.輸出功率大,Po=18W(RL

13、=4)。3.采用超小型封裝(TO-220),可提高組裝密度。4.開(kāi)機(jī)沖擊極小。5.內(nèi)含各種保護(hù)電路,因此工作安全可靠。主要保護(hù)電路有:短路保護(hù)、熱保護(hù)、地線偶然開(kāi)路、電源極性反接(Vsmax=12V)以及負(fù)載泄放電壓反沖等。 6.TDA2030A能在最低±6V最高±22V的電壓下工作在±19V、8阻抗時(shí)能夠輸出16W的有效功率,THD0.1%。無(wú)疑,用它來(lái)做電腦有源音箱的功率放大部分或小型功放再合適不過(guò)了。 TDA2030集成電路的第三個(gè)特點(diǎn)是外圍電路簡(jiǎn)單,使用方便。在現(xiàn)有的各種功率集成電路中,它的管腳屬于最少的一類(lèi),總共才5端,在焊接電路板的時(shí)候TDA2030A

14、的管腳的分布對(duì)于焊接的時(shí)候很重要的,如果管腳的區(qū)分有錯(cuò),直接會(huì)導(dǎo)致的功率放大器燒掉。通過(guò)查閱資料知道他的管腳分布為:漢字對(duì)著人,從左往右數(shù)為1 2 3 4 5 其中 1 為同相輸入端2為反相輸入端3為功率放大器的接地端4為功率放大器的輸出端5為功率放大器的電源線的接入端 4 基于集成運(yùn)放TDA2030的電路設(shè)計(jì)4.1 電路設(shè)計(jì)流程圖1 電路方框圖4.2 直流穩(wěn)壓電源的設(shè)計(jì)穩(wěn)定直流源在幾乎所以電路中不可缺少,主要給電子電路提供能量。直流穩(wěn)壓電源最主要是能夠輸出恒定的電壓,設(shè)計(jì)的一般思路是讓輸入電壓先通過(guò)電壓變壓器,再通過(guò)整流網(wǎng)絡(luò),然后經(jīng)過(guò)濾波網(wǎng)絡(luò),最后經(jīng)過(guò)穩(wěn)壓網(wǎng)絡(luò)輸出。本設(shè)計(jì)采用中心抽頭式變壓器

15、,然后經(jīng)過(guò)橋式整流電路作為整流網(wǎng)絡(luò),再以容值為1000uF/25V電容作為濾波網(wǎng)絡(luò),接著采用固定式三端集成穩(wěn)壓器LM7812和LM7912作為穩(wěn)壓網(wǎng)絡(luò),最后經(jīng)過(guò)10uF電路濾波輸出。其中電容cap1、cap2、cap5和cap6主要是抑制穩(wěn)壓塊的自激震蕩。二極管D1,D2主要是對(duì)穩(wěn)壓塊的保護(hù)。設(shè)計(jì)制作出來(lái)的直流穩(wěn)壓電源原理圖如下:圖2直流穩(wěn)壓電源4.3 OCL功率放大器的設(shè)計(jì)功率放大器是本設(shè)計(jì)的核心部分,功率放大器的每一環(huán)節(jié)都直接影響到輸出的音質(zhì)。本設(shè)計(jì)電路為雙電源供電OCL音頻功率放大器(雙聲道),其中高保真運(yùn)算放大器TDA2030集成塊輸出電流峰值最大可達(dá)3.5A,其內(nèi)部電路包含輸入級(jí)、中

16、間級(jí)和輸出級(jí),且有短路保護(hù)和過(guò)熱保護(hù),可確保電路工作安全可靠。運(yùn)用TDA2030集成塊設(shè)計(jì)的電路圖如下:圖2 功率放大器5電路板5.1電路板調(diào)試步驟調(diào)試工具:信號(hào)發(fā)生器 數(shù)字萬(wàn)用表 數(shù)字示波器 1 將直流穩(wěn)壓電源插上插座,用數(shù)字萬(wàn)用表測(cè)量直流電源輸出端是不是±12v 。實(shí)測(cè)數(shù)據(jù):11V -12.5V2 將直流穩(wěn)壓電源輸出端與功放板電源端相連接,測(cè)量?jī)蓚€(gè)TDA2030的3腳和5腳是否為-12V和+12V。實(shí)測(cè)數(shù)據(jù) 10.8 V 12V3將信號(hào)發(fā)生器調(diào)到1kHz 50mV 正弦交流波形輸出,接到功放板的信號(hào)端。將示波器接到TDA2030 的1腳,并將W1電位器旋到最左端,看示波器是不是輸

17、出7mV 1kHZ的正弦波;旋到最右端,看示波器是不是輸出44mV 1KHZ的正弦波。誤差范圍:±5%實(shí)測(cè)數(shù)據(jù):6 mV 40mV4將信號(hào)發(fā)生器調(diào)到50mV 100HZ , 調(diào)節(jié)W2 W3 電位器,看示波器有沒(méi)波形輸出,再將信號(hào)發(fā)生器調(diào)到23KHZ 看示波器有沒(méi)波形輸出。測(cè)試結(jié)果: 沒(méi)有5調(diào)節(jié)信號(hào)發(fā)生器輸出波形的幅度,并將示波器接在TDA2030的第4引腳,觀察波形失真度為7.07%時(shí),信號(hào)發(fā)生器的電壓有效值。測(cè)試數(shù)據(jù):輸入靈敏度:400mV 單個(gè)通道額定功率: 8.5 W 6 變壓器設(shè)計(jì) 變壓器是利用電磁感應(yīng)的原理來(lái)改變交流電壓的裝置,主要構(gòu)件是初級(jí)線圈、次級(jí)線圈和鐵芯(磁芯)。主要功能有:電壓變換、電流變換、阻抗變換、隔離、穩(wěn)壓(磁飽和變壓器)等。此次電路設(shè)計(jì)才用220V轉(zhuǎn)12V變壓,根據(jù)e1/e2=L1/L2,應(yīng)用此變壓器設(shè)計(jì),220V/12V=44000/2400(圈數(shù)),見(jiàn)圖圖3 變壓器工作原理圖附錄電路圖Protues仿真第13頁(yè)元件清單1

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