低頻功率放大器

1、 模擬電路課程設(shè)計說明書 低頻功率放大器設(shè)計院 、 部： 電氣與信息工程學(xué)院 學(xué)生姓名： 何 宙 指導(dǎo)教師： 職稱 專 業(yè)： 自動化 班 級： 自本1003 完成時間： 2011年12月 8目 錄1 緒論11.1 設(shè)計作用與目的11.2 設(shè)計任務(wù)與要求21.2.1 設(shè)計任務(wù)21.3 系統(tǒng)概述31.4 框圖設(shè)計31.4.1 前置放大器設(shè)計31.5.1 衰減式音調(diào)控制典型電路41.6 功率放大級52 電路調(diào)試6致謝及參考文獻(xiàn)8心得與體會9附錄A 元件清單10附錄B TDA2030的資料111 緒論1.1 設(shè)計作用與目的功率放大器在家電、數(shù)碼產(chǎn)品中的應(yīng)用越來越廣泛，與我們?nèi)粘Ｉ钣兄芮嘘P(guān)系。隨著生

2、活水平的提高，人們越來越注重視覺，音質(zhì)的享受。在大多數(shù)情況下，增強系統(tǒng)性能，例如更好的聲音效果，是促使消費者購買產(chǎn)品的一個重要因素。低頻功率放大器作為音響等電子設(shè)備的后即放大電路，它的主要作用是將前級的音頻信號進(jìn)行功率放大以推動負(fù)載工作，獲得良好的聲音效果。同時低頻功率放大器又是音響等電聲設(shè)備消耗電源能量的主要部分。因此設(shè)計出實用、簡潔、低價格的低頻功率放大器是一個發(fā)展方向。功率放大器隨著科技的進(jìn)步是不斷發(fā)展的，從最初的電子管功率放大器到現(xiàn)在的集成功率放大器，功率放大器經(jīng)歷了幾個不同的發(fā)展階段：電子管功放 晶體管功放 集成功放。功放按不同的分類方法可分為不同的類型，按所用的放大器件分類，可分為

3、電子管式放大器、晶體管式功率放大器（包括場效應(yīng)管功率放大器）和集成電路功率放大器（包括厚膜集成功率放大器），目前以晶體管和集成電路式功率放大器為主，電子管功率放大器也占有一席之地。電子管功率放大器俗稱膽機，電子管功放的生產(chǎn)工藝相當(dāng)成熟，產(chǎn)品的穩(wěn)定性很高，而離散性極小，特別是它的工作機理決定了它的音色十分溫柔，富有人情味，因而成為重要的音響電路形式。電子管電路的設(shè)計、安裝、調(diào)試都比較簡單，期缺點是輸出變壓器、電源變壓器的繞制工藝稍麻煩，耗電大、體積大、有一定的使用期限。因此在實際使用中有一定的局限性?，F(xiàn)在大功率晶體管種類很多，優(yōu)質(zhì)功放電路也層出不窮，因此晶體管功率放大器是應(yīng)用最廣泛的形式。人們研

4、制出許多優(yōu)質(zhì)新型電路使功放的諧波失真，很容易減少到0.05%以下。場效應(yīng)管是一種很有潛力的功率放大器件，它具有噪聲小、動態(tài)范圍大、負(fù)溫度特性等特點 ，音色和電子管相似，保護(hù)電路簡單。場效應(yīng)管生產(chǎn)技術(shù)還在不斷發(fā)展，場效應(yīng)管放大器將有更為強大的生命力。由于集成電路技術(shù)的迅速發(fā)展，集成電路功率放大器也大量涌現(xiàn)出來，其工藝和指標(biāo)都達(dá)到了很高水平，它的突出特點是體積小、電路簡單、性能優(yōu)越、保護(hù)功能齊全等。由于在很多情況下主機的額定輸出功率不能勝任帶動整個音響系統(tǒng)的任務(wù)，這時就要在主機和播放設(shè)備之間加裝功率放大器來補充所需的功率缺口，而功率放大器在整個音響系統(tǒng)中起到了“組織、協(xié)調(diào)”的樞紐作用，在某種程度上

5、主宰著整個系統(tǒng)能否提供良好的音質(zhì)輸出。現(xiàn)今功率放大器不僅僅是消費產(chǎn)品(音響) 中不可缺少的設(shè)備,還廣泛應(yīng)用于控制系統(tǒng)和測量系統(tǒng)中。 然而低頻功率放大器已經(jīng)是一個技術(shù)相當(dāng)成熟的領(lǐng)域,幾十年來,人們?yōu)橹冻隽瞬恍傅呐?無論從線路技術(shù)還是元器件方面,乃至思想認(rèn)識上都取得了長足的進(jìn)步。目前市場上的集成功放產(chǎn)品價格已經(jīng)很低并且種類也很多,典型的有LM1875、TDA2030、TDA1514等。這些優(yōu)質(zhì)功放模塊體積小、性能優(yōu)越、保護(hù)功能齊全、外圍電路簡單、易制作易調(diào)試。最近，一種應(yīng)用砷化鉀MESFET制成的功率放大器MMIC，在移動電話和個人數(shù)據(jù)終端領(lǐng)域中應(yīng)用越來越廣泛，一片尺寸為2.5×3.

6、48平方毫米的MMIC輸出功率可達(dá)1.1W，工作頻率達(dá)950MHZ。本文給出一種簡單實用、制作成本低廉的實用低頻功率放大器的設(shè)計方案,并給出實際測試結(jié)果。功率放大可由分立元件組成,也可由集成電路完成。由分立元件組成功率放大器，如果進(jìn)行精心的設(shè)計，則在效率和失真方面更優(yōu)于集成的，價格方面便宜一點，但如果電路選擇和參數(shù)設(shè)置不恰當(dāng)時,元件性能就不能很好的表現(xiàn)出來,制作調(diào)試比較困難。從電路的簡單性和易調(diào)性，集成電路更好些。本次設(shè)計功放采用集成電路完成。在電子電路中，輸入信號常常受各種因素的影響而含有一些不必要的成份（即干擾），或者輸入信號是不同頻率信號混合在一起的信號，對前者應(yīng)設(shè)法將不必要的成份衰減到

7、足夠小，而后者應(yīng)設(shè)法將需要的信號提取出來。而且隨著社會的發(fā)展，在我們的日常生活中也經(jīng)常會出現(xiàn)一系列的問題：如在檢修各種機器設(shè)備的時候，我們要根據(jù)故障設(shè)備的異常聲來尋找故障，這種異常的聲響的頻譜覆蓋面往往很廣；同時另外的一種情況我們在打電話的時候，有時往往因聲音或干擾太大而難以聽清對方的聲音，這時我們就需要一種既能放大語音信號又能降低外來噪聲的儀器。而且語音放大電路目前的運用很廣泛：適用于很多的家用電器上面的運用。例如：便攜式收音機、對講機等很多方面的運用。為了達(dá)到這樣的一個目的，我們就要考慮到設(shè)計一個能識別20Hz20KHz頻率范圍內(nèi)的小信號放大系統(tǒng)，我們可以用設(shè)計一個集成運算放大器組成的語音

8、放大電路。1.2 設(shè)計任務(wù)與要求1.2.1 設(shè)計任務(wù)設(shè)計一個具有音調(diào)控制、音量控制及功率放大的低頻功率放大器。技術(shù)指標(biāo)要求： 輸出功率不小于； 頻率響應(yīng)50-20KHz； 效率，失真小。(注：要有幅頻、相頻特性曲線，設(shè)計要有分析過程，設(shè)計電路系統(tǒng)由自己決定。)電路設(shè)計1.3 系統(tǒng)概述本次課程設(shè)計（低頻功率放大器設(shè)計）由四部分組成：前置放大級、音調(diào)控制級、音量控制級、功率放大級。前置放大級的主要任務(wù)是完成小信號電壓放大任務(wù)，同時要求低噪聲、低溫漂；音調(diào)控制主要任務(wù)是調(diào)節(jié)音調(diào)、要求要音調(diào)可調(diào)范圍大、音量控制主要任務(wù)是控制音量大小的輸出、要求是音量控制跨度大、功率放大級主要任務(wù)是在允許的失真限度內(nèi),

9、盡可能高效率地向負(fù)載提供足夠大的功率，要求是輸出功率要大、效率要高；直流穩(wěn)壓電源為整個電路供電。通過資料查詢和方案論證后，我選擇通過集成運放NE5532、TDA2030、的配套使用來使本電路系統(tǒng)設(shè)計簡潔、實用并且達(dá)到高增益、高保真、高效率、低噪聲、寬頻帶、快響應(yīng)的指標(biāo)。（各部分之間關(guān)系具體請見下圖2.2.1）1.4 框圖設(shè)計u圖2.2.11.4.1 前置放大器設(shè)計前置放大電路可以采用集成運算放大器構(gòu)成的前置放大器,也可以采用專用前置放大器IC構(gòu)成的前置放大器電路,從經(jīng)濟(jì)方面考慮本設(shè)計采用的是集成運算放大器方案,設(shè)計前置放大器可供選用的集成運算放大器有很多,有LF347、LF353、LF357、

10、LF356、0P-16、OP-37、NE5532、NE5534等。主要考慮的技術(shù)指標(biāo)是帶寬、電壓增益、轉(zhuǎn)換速率、噪聲和電流消耗等。為提高前置放大器電路輸入電阻和共模抑制性能,減少輸出噪聲,采用運算放大器構(gòu)成前置放大器電路時,應(yīng)該采用同相放大電路結(jié)構(gòu),電路如圖3所示。但在該實驗中，為簡化電路結(jié)構(gòu)，我們采用NE5532反相比例放大電路來實現(xiàn)對輸入電壓的放大。電路圖如下（2.2）所示：（圖2.2.1.前置放大級圖） （2.2.2.前置放大仿真）1.5.1 衰減式音調(diào)控制典型電路高音、低音分開調(diào)節(jié)：C3.C4.RW1構(gòu)成高音調(diào)節(jié)器，R5.R6.C5.C6.RW2構(gòu)成低音調(diào)節(jié)器。W1旋到A點時高音提升，

11、旋到B點時高音衰減。RW2旋到C點時低音提升，旋到D點時低音衰減。組成音調(diào)電路的元件值必須滿足下列關(guān)系： （1）RR1RR2； （2） RW1和RW2的阻值遠(yuǎn)大于R5.R6； （3） 與有關(guān)電阻相比，C3.C4的容抗在高頻時足夠小，在中、低頻時足夠大；而C5.C6的容抗則在高、中頻時足夠小，在低頻時足夠大。C3.C4能讓高頻信號通過，但不讓中、低頻信號通過；而C5.C6則讓高、中頻信號都通過，但不讓低頻信號通過。 只有滿足上述條件，衰減式音調(diào)控制電路才有足夠的調(diào)節(jié)范圍，并且RW1.RW2分別只對高音、低音起調(diào)節(jié)作用，調(diào)節(jié)時中音的增益基本不變，其值約等于R6/R5。 R5與R6的比值越大，高、低

12、音的調(diào)節(jié)范圍就越寬，但此時中音的衰減也越大。改變R1或R2后，如要保持原來的控制特性，有關(guān)電容器的容量也要作相應(yīng)改變，為了避免高、低音調(diào)節(jié)時互相牽制，有的衰減式音調(diào)電路還加進(jìn)了隔離電阻。作衰減式音調(diào)調(diào)節(jié)的電位器宜用指數(shù)型（Z型），此時，頻響平直的位置大致在電位器的機械中點。 （圖2.2.3）音調(diào)調(diào)節(jié)級 （圖2.2.4.） 音量控制級1.6 功率放大級功率放大電路可由分立元件組成也可以由集成功放組成。分立元件組成的功率放大電路，如果電路選擇得好，參數(shù)選擇恰當(dāng)，元件性能優(yōu)良，設(shè)計和調(diào)試的好，則性能也很優(yōu)良。 在分立元件組成功率放大電路中由三極管、二極管、電阻、電容等器件組成的核心電路，提供了自由調(diào)

13、整的余地。但分立元件組成的功率放大電路只要其中一個環(huán)節(jié)出現(xiàn)問題，則性能會低于一般集成功率放大電路。而且為了不致過載、過流、過熱等損壞元件，需要加以復(fù)雜的保護(hù)電路。集成功率放大電路成熟，低頻性能好，內(nèi)部設(shè)計具有復(fù)合保護(hù)電路，可以增加其工作的可靠性，尤其集成厚膜器件參數(shù)穩(wěn)定，無須調(diào)整，信噪比較小，而且電路布局合理，外圍電路簡單，保護(hù)功能齊全，還可外加散熱片解決散熱問題。以下介紹采用集成芯片構(gòu)成的的功率放大器。采用集成功放TDA2O30構(gòu)成的低頻功率放大器電路如下圖所示。TDA2030是一個輸出功率最大可達(dá)到35W（雙電源BTI接法）的音頻功率放大器，Avo為90dB,失真率為0.015%(1KHz

14、,20W)，帶寬為70 KHz，具有AC和DC短路保護(hù)電路和熱保護(hù)電路，電源電壓范圍為640V，元件封裝采用高密度（TO220）。（圖2.3.1）功率放大級2 電路調(diào)試低頻功率放大器的整機電路：采用NE5532前置放大；衰減式音調(diào)控制典型電路；單電位器音量控制；TDA2030功率放大，四級電路實現(xiàn)。圖3.1.1整機電路圖3.1.2仿真波型圖圖3.1.3頻率響應(yīng)圖致謝及參考文獻(xiàn)在課程設(shè)計的這兩周時間里，由于我們對電路知識的匱乏，軟件操作的不熟練，使我們在設(shè)計過程中遇到一個又一個問題，有好多次這些問題都讓我?guī)缀跏バ判?，它們讓我的工作停滯不前，使我無法繼續(xù)下去。在這里我要感謝我的指導(dǎo)老師*參考文獻(xiàn)

15、1 胡翔駿 電路分析(第二版) 北京：高等教育出版社 20072 華成英、童詩白 模擬電子學(xué)基礎(chǔ)（第四版）北京：高等教育出版社 20063 高吉祥 全國大學(xué)生電子設(shè)計競賽培訓(xùn)系列教程之模擬電子線路設(shè)計 北京：電子工業(yè)出版社 20074 黃智偉 全國大學(xué)生電子設(shè)計競賽系統(tǒng)設(shè)計 北京：北京航空航天大學(xué)出版社 20065 譚博學(xué)、苗匯靜 集成電路原理及應(yīng)用（第二版） 北京：電子工業(yè)出版社 20086 夏路易、石宗義 電路原理圖與電路板設(shè)計教程PROTEL99SE 北京希望電子出版社 20027 谷麗華、辛?xí)詫?、么旭東 實用低頻功率放大器的設(shè)計 沈陽化工學(xué)院學(xué)報 2005年01期8 NE5532、LM

16、339、TDA2030等器件的DATA SHEET心得與體會通過此次課程設(shè)計，使我更加扎實的掌握了有關(guān)低頻功率放大電路各個方面的知識，在設(shè)計過程中雖然遇到了一些問題，但經(jīng)過一次又一次的思考，一遍又一遍的檢查終于找出了原因所在，也暴露出了前期我在這方面的知識欠缺和經(jīng)驗不足。實踐出真知，通過親自動手制作，使我們掌握的知識不再是紙上談兵。過而能改，善莫大焉。在課程設(shè)計過程中，我們不斷發(fā)現(xiàn)錯誤，不斷改正，不斷領(lǐng)悟，不斷獲取。最終的檢測調(diào)試環(huán)節(jié)，本身就是在踐行“過而能改，善莫大焉”的知行觀。這次課程設(shè)計終于順利完成了，在設(shè)計中遇到了很多問題，最后在老師的指導(dǎo)下，終于游逆而解。在今后社會的發(fā)展和學(xué)習(xí)實踐過

17、程中，一定要不懈努力，不能遇到問題就想到要退縮，一定要不厭其煩的發(fā)現(xiàn)問題所在，然后一一進(jìn)行解決，只有這樣，才能成功的做成想做的事，才能在今后的道路上劈荊斬棘，而不是知難而退，那樣永遠(yuǎn)不可能收獲成功，收獲喜悅，也永遠(yuǎn)不可能得到社會及他人對你的認(rèn)可！課程設(shè)計誠然是一門專業(yè)課，給我很多專業(yè)知識以及專業(yè)技能上的提升，同時又是一門講道課，一門辯思課，給了我許多道，給了我很多思，給了我莫大的空間。同時，設(shè)計讓我感觸很深。使我對抽象的理論有了具體的認(rèn)識。通過這次課程設(shè)計，我掌握了常用元件的識別和測試；熟悉了常用儀器、儀表；了解了電路的連線方法；以及如何提高電路的性能等等，掌握了焊接的方法和技術(shù)，通過查詢資料

18、，也了解了收音機的構(gòu)造及原理。我認(rèn)為，在這學(xué)期的實驗中，不僅培養(yǎng)了獨立思考、動手操作的能力，在各種其它能力上也都有了提高。更重要的是，在實驗課上，我們學(xué)會了很多學(xué)習(xí)的方法。而這是日后最實用的，真的是受益匪淺。要面對社會的挑戰(zhàn)，只有不斷的學(xué)習(xí)、實踐，再學(xué)習(xí)、再實踐。這對于我們的將來也有很大的幫助。以后，不管有多苦，我想我們都能變苦為樂，找尋有趣的事情，發(fā)現(xiàn)其中珍貴的事情。就像中國提倡的艱苦奮斗一樣，我們都可以在實驗結(jié)束之后變的更加成熟，會面對需要面對的事情。課程設(shè)計做到這里，我不禁有些感慨，經(jīng)歷了將近三周的艱難時光，一個最初的簡單設(shè)想，到現(xiàn)在變得有血有肉?，F(xiàn)在，當(dāng)我翻看這份報告的時候，心中充滿莫

19、名的感動。也許有一天，當(dāng)我再次翻開這份設(shè)計的時候，我可能都不會相信自己曾經(jīng)這么專注過去做一件事情。這畢竟是我親自操刀上陣，完成的一項之前從未經(jīng)歷過的大事件，它注定會為我?guī)頍o限的驚喜和煩惱。 附錄A 元件清單部件類型元件標(biāo)號封裝部件類型元件標(biāo)號封裝電阻R7AXIAL-0.4電容C8RAD-0.2電阻R6AXIAL-0.4電容C7RAD-0.2電阻R8AXIAL-0.4電容C1RAD-0.2電阻R10AXIAL-0.4電容C2RAD-0.2電阻R9AXIAL-0.4電容C3RAD-0.2電阻R2AXIAL-0.4電解電容C12RB-.2/.4電阻R1AXIAL-0.4電解電容C10RB-.2/.

20、4電阻R3AXIAL-0.4電解電容C11RB-.2/.4電阻R5AXIAL-0.4電解電容C13RB-.2/.4電阻R4AXIAL-0.4TDA2030TDA2030TO-220-5V電容C6RAD-0.2電位器RW3VR-4電容C5RAD-0.2電位器RW2VR-4電容C4RAD-0.2電位器RW1VR-4電容C9RAD-0.2NE5532NE5532DIP-8附錄B TDA2030的資料TDA2030是德律風(fēng)根生產(chǎn)的音頻功放電路，采用V型5 腳單列直插式塑料封裝結(jié)構(gòu)。如圖1所示，按引腳的形狀引可分為H型和V型。該集成電路廣泛應(yīng)用于汽車立體聲收錄音機、中功率音響設(shè)備，具有體積小、輸出功率大、失真小等特點。并具有內(nèi)部保護(hù)