音頻功率放大器的設(shè)計(jì) 畢業(yè)設(shè)計(jì)_圖文

1、信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)(論文設(shè)計(jì)(論文 題目: 音頻功率放大器的設(shè)計(jì)專 業(yè): 應(yīng)用電子技術(shù)班 級(jí): 應(yīng)電08-2學(xué) 號(hào):姓 名:指導(dǎo)教師:二一年十二月十日 目 錄摘 要 . 1第1章 緒論 . 2第2章 方案設(shè)計(jì) . 42.1 方案選擇 . . 42.1.1 功放類型的選擇 . 42.1.2 實(shí)現(xiàn)電路的選擇 . 52.2 方案論證 . . 6第3章 單元模塊設(shè)計(jì) . 73.1 前置放大模塊設(shè)計(jì) . . 73.1.1 集成運(yùn)放 . 73.1.2 LM324簡(jiǎn)介 . 73.1.3 輸入放大電路 . 83.1.4 音調(diào)控制電路 . 93.2 音量控制模塊 . . 113.3 功放模塊 . .

2、 123.3.1 TDA2030簡(jiǎn)介 . 123.3.2 TDA2030應(yīng)用電路 . 133.3.3 級(jí)間耦合電容的選擇 . 153.4 電源模塊 . . 153.4.1 電源電路的系統(tǒng)結(jié)構(gòu) . 153.4.2 電源電路 . 16第4章 電路仿真 . 19 第5章 實(shí)物制作與調(diào)試 . 215.1 印制電路板的制作 . . 215.2 元器件的安放順序 . . 225.3 焊接 . . 225.3.1 焊接的工藝要求 . 225.3.2 焊接的操作 . 225.4 實(shí)物 . . 235.5 單元電路調(diào)試 . . 235.5.1 前置放大級(jí)的調(diào)試 . 235.5.2 音調(diào)控制級(jí)的測(cè)試 . 245.

3、5.3 功放級(jí)的調(diào)試 . 245.6 整機(jī)調(diào)試 . . 255.6.1 級(jí)聯(lián)調(diào)試 . 255.6.2 電壓放大倍數(shù)的測(cè)量 . 25總 結(jié) . 27致 謝 . 28參考文獻(xiàn) . 29附錄1 音頻功率放大器電路原理圖 . 30附錄2 元件明細(xì)表 . 31 摘 要在現(xiàn)代音頻普及中，人們因生活層次、文化習(xí)俗、音樂(lè)修養(yǎng)、欣賞口味的不同，對(duì)相同電氣指標(biāo)的音頻設(shè)備得出不同的評(píng)價(jià)。所以，就高效率音頻功率放大器而言，應(yīng)該達(dá)到電氣指標(biāo)與實(shí)際聽(tīng)音指標(biāo)的平衡與統(tǒng)一。音頻放大器的發(fā)展已經(jīng)有快要一個(gè)世紀(jì)的歷史了，從最早的電子管放大器的第一個(gè)應(yīng)用就是音頻放大器。然而直到現(xiàn)在為止，它還在不斷的更新、發(fā)展、前進(jìn)。主要因?yàn)槿祟惖?/p>

4、聽(tīng)覺(jué)是各種感覺(jué)中的相當(dāng)重要一種，也是最基本的一種。為了滿足它的需要，有關(guān)的音頻放大器就要不斷的加以改進(jìn)。音頻功率放大器是音頻系統(tǒng)中最重要的組成部分，它的作用是對(duì)各種音源設(shè)備送來(lái)的微弱音頻信號(hào)進(jìn)行放大，并進(jìn)行控制、加工和處理, 使其達(dá)到一定的功率，去推動(dòng)揚(yáng)聲器音箱發(fā)出聲音。而音頻功率放大器一般由前置放大器、推動(dòng)級(jí)、功率輸出級(jí)組成，也簡(jiǎn)稱功放。在設(shè)計(jì)中采用了TDA2030功放芯片，使電路的可靠性提高。本文介紹了家用功放的基本結(jié)構(gòu)及工作原理，設(shè)計(jì)了一款具有音調(diào)控制，適用于家用的簡(jiǎn)易音頻放大器，并介紹了主要性能參數(shù)的測(cè)試方法。關(guān)鍵詞 低音控制；高音控制；音頻功率放大器 第1章 緒論音頻放大器也叫功率放

5、大器，其作用是把來(lái)自音源或前級(jí)放大器的弱信號(hào)放大，產(chǎn)生足夠大的電流驅(qū)動(dòng)揚(yáng)聲器發(fā)聲。早在60年代以前，電子管功率放大器一直占著主導(dǎo)地位，其工作類別采用A 類(甲類 或AB 類(甲乙類 ，并由變壓器與負(fù)載偶合。這一趨勢(shì)，隨著半導(dǎo)體技術(shù)的發(fā)展，可認(rèn)為終止于真正可靠的半導(dǎo)體管達(dá)到了合理價(jià)格之時(shí)。隨后，使用鍺器件的設(shè)計(jì)首先出現(xiàn)，但是鍺管由于在一般的高溫時(shí)容易損壞而嚴(yán)重地遭受著磨難，熱逃逸這個(gè)詞由此誕生。之后硅材料的NPN 型半導(dǎo)體管出現(xiàn)，在一段時(shí)期里，絕大多數(shù)功率放大器采用此管用于功率放大級(jí)的推挽工作中，但仍依賴于輸入和輸出變壓器進(jìn)行偶合。顯然，這些變壓器往往是笨重而價(jià)高，線性不佳，再加上其低頻和高頻相

6、移，嚴(yán)重地限制了可安全使用的負(fù)反饋量，從而增加了其傷害性。后來(lái)，人們已認(rèn)識(shí)到在功率晶體管和8揚(yáng)聲器之間的阻抗匹配上，無(wú)需再用變壓器了。于是出現(xiàn)了無(wú)變壓器的Lin 氏電路組合，從而構(gòu)成了準(zhǔn)互補(bǔ)輸出級(jí)。因?yàn)楫?dāng)時(shí)已有相當(dāng)不錯(cuò)的PNP 激勵(lì)管在市場(chǎng)上可售，而功率輸出器件采用推挽電路可做成NPN 型管，合適的互補(bǔ)功率器件，出現(xiàn)在60年代后期。這時(shí)，全互補(bǔ)輸出級(jí)立刻證明了它比準(zhǔn)互補(bǔ)電路具有失真較小的優(yōu)點(diǎn)。大約在同一時(shí)期由于晶體管差放對(duì)已成為人們熟悉的電路單元，直流偶合放大器開(kāi)始超越電容耦合方式的交流放大器。根據(jù)現(xiàn)在人們消費(fèi)和生活質(zhì)量的提高，對(duì)音頻功率放大器的要求也相對(duì)有了更高的基準(zhǔn)，一個(gè)新型高效率音頻功率

7、放大器可以帶來(lái)很高的效益，所以有很多的企業(yè)投入到了對(duì)高效率音頻功率放大器的設(shè)計(jì)中。下面是一個(gè)有關(guān)D 類放大器的高效率音頻功率放大器。功放的主要性能指標(biāo)有輸出功率，頻率響應(yīng)，失真度，信噪比，輸出阻抗，阻尼系數(shù)等。輸出功率：是指輸出失真度不超過(guò)規(guī)定值的條件下，功放對(duì)音樂(lè)信號(hào)的瞬間最大輸出功率。 峰值功率：是指在不失真條件下，將功放音量調(diào)至最大時(shí)，功放所能輸出的最大音樂(lè)功率。額定輸出功率：當(dāng)諧波失真度為10%時(shí)的平均輸出功率。也稱做最大有用功率。 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。頻響曲線的平直與否一般用分貝“dB ”表示。家用HI-FI 功放的頻響一般為20HZ 20KHZ 正

8、負(fù)1Db 。這個(gè)范圍越寬越好。失真度：理想的功放應(yīng)該是把輸入的信號(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。HI-FI 功放的總失真在0.03%0.05%之間。功放的失真有諧波失真、互調(diào)失真、交叉失真、削波失真、瞬態(tài)失真、瞬態(tài)互調(diào)失真等。信噪比：是指功放輸出的各種噪聲電平與信號(hào)電平之比，用“dB ”表示，這個(gè)數(shù)值越大越好。一般家用HI-FI 功放的信噪比在60dB 以上。輸出阻抗：對(duì)揚(yáng)聲器所呈現(xiàn)的等效內(nèi)阻。 第2章 方案設(shè)計(jì)按信號(hào)處理方式分類，音頻放大器可以分為模擬功放和數(shù)字功放

9、。本設(shè)計(jì)提供了基于D 類數(shù)字功放和模擬功放TDA2030實(shí)現(xiàn)的兩種方案。2.1 方案選擇2.1.1 功放類型的選擇方案一：采用A 類、B 類、AB 類功率放大器。這幾種放大電路的共同特點(diǎn)是晶體管都工作在線性放大區(qū)中，它按輸入音頻信號(hào)的大小控制著輸出信號(hào)，但自身也在消耗電能。A 類功率放大器的特點(diǎn)是線性好、失真小且失真成分以偶次諧波為主，通常需要偏置電壓才能工作，能量轉(zhuǎn)換效率很低，輸出功率一般較小并且理論效率只有50%，所以不行。B 類功率放大器雖然不需要偏置電壓，靠信號(hào)本身來(lái)導(dǎo)通放大管，理論效率可達(dá)78.5%，但電路在小信號(hào)時(shí)失真嚴(yán)重。通常，在電路中略加一點(diǎn)偏置形成AB 類功率放大器，雖然效率

10、略有下降，但保真度高、小信號(hào)時(shí)失真減弱。方案二：采用D 類功率放大器。D 類功率放大器基本構(gòu)成框圖如2-1所示，它是用音頻信號(hào)的幅度調(diào)制高頻脈沖的寬度，功率輸出管工作在高頻開(kāi)關(guān)狀態(tài)，通過(guò)LC 低通濾波器后輸出音頻信號(hào)。由于輸出管工作在開(kāi)關(guān)狀態(tài)，故具有極高的效率（理論上為100%，實(shí)際電路可以達(dá)到80%95%），但D 類功放也有不足之處，就是保真度低、輸出音質(zhì)較差，所以一般應(yīng)用于手持式設(shè)備（如手機(jī)、PDA 等）。 圖2-1 D類音頻功率放大器基本構(gòu)成圖 以上兩個(gè)方案中，D 類音頻功放雖然具有效率高、體積小、輸出功率大、低EMI 、具備多種工作模式等特點(diǎn)，但保真度不及傳統(tǒng)功放。傳統(tǒng)的模擬音頻功放保

11、真度高，但效率低、能耗大，且要求有良好的散熱設(shè)備。本設(shè)計(jì)選用第一種方案，以性價(jià)比較高、音質(zhì)較好、價(jià)格較低、外圍元件較少、應(yīng)用較方便的集成功放TDA2030為核心設(shè)計(jì)相關(guān)硬件。2.1.2 實(shí)現(xiàn)電路的選擇首先確定整機(jī)電路的級(jí)數(shù)，再根據(jù)各級(jí)的功能及技術(shù)指標(biāo)要求分配電壓增益，然后分別計(jì)算各級(jí)電路參數(shù)，通常從功放級(jí)開(kāi)始向前逐級(jí)計(jì)算?；谀M功放TDA2030的音頻放大器如圖2-2所示，主要由電源模塊、前置放大模塊、音量控制模塊及功率放大模塊和揚(yáng)聲器組成。 圖2-2 基本組成框圖各部分的基本功能如下： 1. 前置放大模塊前置放大模塊是把音頻信號(hào)放大至功率放大器所能接受的輸入范圍。它具有兩個(gè)功能：一是要選擇

12、所需要的音源信號(hào)，并放大到額定電平；二是要進(jìn)行各種音質(zhì)控制，以美化聲音。其基本組成由音源選擇、輸入放大和音質(zhì)控制等電路。2. 音量控制模塊音量控制模塊是將前置放大后的信號(hào)通過(guò)電位器來(lái)控制TDA2030A 芯片的輸入信號(hào)的大小，用來(lái)控制整個(gè)音量的大小。 3. 功率放大模塊給音頻放大器的負(fù)載RL(揚(yáng)聲器 提供一定的輸出功率。當(dāng)負(fù)載一定時(shí)，希望輸出功率盡可能大，輸出信號(hào)的非線性失真盡可能小，效率盡可能大。2.2 方案論證根據(jù)方案規(guī)劃及任務(wù)指標(biāo)設(shè)計(jì)基本組成框圖，如圖2-3所示。 圖2-3 音頻放大器的基本組成框圖首先電源模塊經(jīng)整流濾波后，為前置放大器LM324和功率放大器TDA2030提供±

13、12V 的雙電源，將音頻信號(hào)分別輸入到左右輸入端，信號(hào)經(jīng)前置放大器對(duì)電壓和電流進(jìn)行放大，同時(shí)對(duì)信號(hào)進(jìn)行高低音的提升或衰減控制，輸出信號(hào)經(jīng)音量控制電位器對(duì)功率放大器的輸入信號(hào)進(jìn)行大小調(diào)節(jié)，最后信號(hào)經(jīng)功率放大器輸出后幅度為4V 的音頻信號(hào)，驅(qū)動(dòng)揚(yáng)聲器工作。 第3章 單元模塊設(shè)計(jì)3.1 前置放大模塊設(shè)計(jì)前置放大模塊基本組成是有輸入放大和音質(zhì)控制等電路。其作用一是要選擇所需要的音源信號(hào)，并放大到額定電平；二是要進(jìn)行各種音質(zhì)控制，以美化聲音。這里的前置電路是由集成運(yùn)放和外圍元件組成的。3.1.1 集成運(yùn)放集成運(yùn)放的應(yīng)用十分廣泛，包括模擬信號(hào)的產(chǎn)生、放大、濾波以及進(jìn)行各種線性和非線性的處理。集成運(yùn)放的種類

14、很多，而且每塊集成電路根據(jù)引腳的數(shù)量不同而集成的運(yùn)放的個(gè)數(shù)不同，有單片集成電路集成四個(gè)運(yùn)放的，如LM324、TLC27M4、UPC324C 、LF347N 、LM2902N 等，也有單片集成電路集成一個(gè)運(yùn)放的，如UA741、UA709、LM301、LM308、TD07、LF356、OP07、OP37、MAX427等。集成運(yùn)放可以用來(lái)組成對(duì)模擬量進(jìn)行各種數(shù)學(xué)運(yùn)算功能的電路，例如比例、加減、積分和微分、對(duì)數(shù)和指數(shù)、乘除等運(yùn)算電路。由于放大電路只限于放大音頻輸入信號(hào)，且放大倍數(shù)也不高，因此采用單片集成電路集成四個(gè)運(yùn)放的LM324較為合適。3.1.2 LM324簡(jiǎn)介L(zhǎng)M324為四運(yùn)放集成電路，采用14

15、腳雙列直插塑料封裝，其引腳圖和實(shí)物圖如圖3-1和引腳功能如表3-1所示。 a 引腳圖 b 實(shí)物圖圖3-1 LM324的引腳圖和實(shí)物圖 表3-1 LM324引腳功能表 LM324內(nèi)部有四個(gè)運(yùn)算放大器，有相位補(bǔ)償電路。電路功耗很小，LM324工作電壓范圍寬，可用正電源330V ，或正負(fù)雙電源±1.5V ±15V 工作。它的輸入電壓可低到地電位，而輸出電壓范圍為O Vcc 。它的內(nèi)部包含四組形式完全相同的運(yùn)算放大器，除電源共用外，四組運(yùn)放相互單獨(dú)。每一組運(yùn)算放大器可用如圖所示的符號(hào)來(lái)表示，它有5個(gè)引出腳，其中“+”、“-”為兩個(gè)信號(hào)輸入端，“V+”、“V-”為正、負(fù)電源端，“Vo

16、 ”為輸出端。兩個(gè)信號(hào)輸入端中，Vi-（-）為反相輸入端，表示運(yùn)放輸出端Vo 的信號(hào)與該輸入端的相位相反；Vi+（+）為同相輸入端，表示運(yùn)放輸出端Vo 的信號(hào)與該輸入端的相位相同。LM124、LM224和LM324引腳功能及內(nèi)部電路完全一致。LM124是軍品，LM224為工業(yè)品，而LM324為民品。由于LM324四運(yùn)放電路具有電源電壓范圍寬，靜態(tài)功耗小，可單電源使用，價(jià)格低廉等特點(diǎn)，因此它被非常廣泛的應(yīng)用在各種電路中。3.1.3 輸入放大電路1. 電路原理圖前置放大電路可以用晶體管也可采用集成運(yùn)放來(lái)完成。本文中采用集成運(yùn)放并采用雙電源供電，電路原理圖如圖3-2所示。2. 參數(shù)計(jì)算與元件選擇放大

17、器電壓放大倍數(shù)Av 僅由外接電阻R12、R11決定：Av=- R11/R12。負(fù)號(hào)表示輸出信號(hào)與輸入信號(hào)相位相反。按圖3-2中所給數(shù)值，Av=-2。此電路輸入電阻為R12。一般情況下先取R12與信號(hào)源內(nèi)阻相等，然后根據(jù)要求的放大倍數(shù)再選定R11 。C16和C12為級(jí)間耦合電容。集成運(yùn)放交流放大器只放大交流信號(hào)，輸出信號(hào)受運(yùn)放本身的失調(diào)影 響較小，因此不需要調(diào)零。沒(méi)有必要加接調(diào)零電路。 圖3-2 同相輸入放大電路元件的選擇：R12取10K ，由Av=-R11/R12可知R11取100K ，R13為平衡電阻，根據(jù)平衡電阻的概念，R13=R12/R11=1K的電阻，C16一般取幾微法，本文中取4.7

18、F/25V的電解電容。綜上所述, 四個(gè)前置放大器都用運(yùn)放來(lái)完成，因此可用一個(gè)單片集成電路集成四個(gè)運(yùn)放的集成運(yùn)放，這類型的常用四運(yùn)放也很多，如UPC324C 、TLC27M4、LF347N 、LM324等，本文中就選取LM324作為前置放大器。3.1.4 音調(diào)控制電路負(fù)反饋式高低音調(diào)節(jié)的音調(diào)控制電路比較簡(jiǎn)單，圖中只畫(huà)出了一個(gè)聲道的電路, 如圖3-3所示。不同電容量在低音、中音、高音時(shí)的容抗值如表3-1所示。所謂音調(diào)控制就是人為地改變信號(hào)里高、低頻成分的比重，以滿足聽(tīng)者的愛(ài)好、渲染某種氣氛、達(dá)到某種效果或補(bǔ)償揚(yáng)聲器系統(tǒng)及放音場(chǎng)所的音頻不足。音調(diào)控制電路用以改變放大器的頻率特性，補(bǔ)償整個(gè)放音系統(tǒng)頻率

19、特性的偏差，也用來(lái)滿足聽(tīng)從對(duì)音色的不同需要。音調(diào)處理電路的基礎(chǔ)是各種形式的濾波器。正是這些濾波器構(gòu)成了音頻電路中的音調(diào)控制器。音頻器件中無(wú)論是簡(jiǎn)單的單調(diào)處理電路還是復(fù)雜的均衡器，均由各 種有源或無(wú)源濾波器組成。利用這些濾波電路，可以組成各種高通、低通濾波器和帶通濾波器，以抑制電路中不需要的頻率并通過(guò)所選擇的頻率。音調(diào)控制電路用來(lái)對(duì)音頻信號(hào)各頻段內(nèi)的信號(hào)進(jìn)行提升或衰減，調(diào)節(jié)輸入信號(hào)的低頻、中頻、高頻成分的比例，改變前置放大器的頻率特性，以補(bǔ)償音頻系統(tǒng)各環(huán)節(jié)的頻率失真，或滿足聽(tīng)者對(duì)音色的愛(ài)好和需求。 圖3-3 負(fù)反饋高低音調(diào)節(jié)的音調(diào)控制電路表3-1 不同電容量在低音、中音、高音時(shí)的容抗值 音調(diào)控制

20、是指調(diào)節(jié)反饋網(wǎng)絡(luò)的頻率特性，使它對(duì)音頻信號(hào)的高、低頻率成分產(chǎn)生不同程度的反饋或衰減網(wǎng)絡(luò)的頻率特性，從而達(dá)到改變電路頻率響應(yīng)特性之目的。常用的音調(diào)控制電路只有高音和低音頻段兩個(gè)控制電路，可以對(duì)高、低頻成分進(jìn)行提升或衰減的控制。1. 低音控制電路的工作原理圖中C21、C30的容量大于C24，對(duì)于低音信號(hào)C21與C30可視為開(kāi)路，而對(duì)于高音 信號(hào)C24可視為短路。低音調(diào)節(jié)時(shí)，當(dāng)W1滑臂到左端時(shí)，C21被短路，C30對(duì)低音信號(hào)容抗很大，可視為開(kāi)路；低音信號(hào)經(jīng)過(guò)R23直接送入運(yùn)放，輸入量最大；而低音輸出則經(jīng)過(guò)R19、W1負(fù)反饋送入運(yùn)放，負(fù)反饋量最小，因而低音提升最大；當(dāng)W1滑臂到右端時(shí)，則剛好與上述情形

21、相反，因而低音衰減最大。不論W1的滑臂怎樣滑動(dòng)，因?yàn)镃21、C30對(duì)高音信號(hào)可視為是短路的，所以此時(shí)對(duì)高音信號(hào)無(wú)任何影響。2. 高音控制電路的工作原理高音調(diào)節(jié)時(shí)，當(dāng)W2滑臂到左端時(shí)，因C24對(duì)高音信號(hào)可視為短路，高音信號(hào)經(jīng)過(guò)W2、C24直接送入運(yùn)放，輸入量最大；而高音輸出則經(jīng)過(guò)W2、C24負(fù)反饋送入運(yùn)放，負(fù)反饋量最小，因而高音提升最大；當(dāng)W2滑臂到右端時(shí)，則剛好相反，因而高音衰減最大。不論W2的滑臂怎樣滑動(dòng)，因?yàn)镃24對(duì)中低音信號(hào)可視為是開(kāi)路的，所以此時(shí)對(duì)中低音信號(hào)無(wú)任何影響。3.2 音量控制模塊音量控制模塊作用是控制輸入到功率放大器的信號(hào)幅度，常用的音量控制電路有分壓式音量控制電路和電子音量

22、控制電路兩種。如圖3-4所示。圖中只畫(huà)出了一個(gè)聲道的分壓式音量控制電路。 圖3-4 音量控制電路圖3-4，W5是音量電位器，滑動(dòng)端將W5分為前后（R1、R2）兩部分，輸入電壓取前部分R2的電壓。調(diào)節(jié)W5滑動(dòng)端的位置即可改變輸入電壓的大小。W5滑動(dòng)端滑到最下 端時(shí)，R1=W5，Uo=0，音量為零。W5滑動(dòng)端滑到最上端時(shí)，Ui=Uo，輸入電壓全部輸入到功率放大器中，音量最大。3.3 功放模塊功率放大器是音頻系統(tǒng)中一個(gè)不可缺少的重要部分，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、音箱等。不同于前置放大器的功率放大器不僅對(duì)音頻電壓信號(hào)進(jìn)行放大，而且放大了音頻電流信號(hào)，以滿足外接負(fù)載的功率需

23、求。音頻功率放大器的類型很多，根據(jù)使用的器件不同，為純電子管、晶體管、集成電路、場(chǎng)效應(yīng)管功率放大器。一般認(rèn)為電子管功率放大器（俗稱膽機(jī)）的音色優(yōu)于晶體管功率放大器音色。晶體管放大器的頻響寬，低頻可延伸至直流，是目前輸出功率最大的功率放大器。場(chǎng)效應(yīng)管功率放大器的音色是晶體管機(jī)中音色最好的一種。集成電路功率放大器則以其制作簡(jiǎn)單、性能穩(wěn)定、功能齊全、價(jià)格低廉而使其成為數(shù)量最多的一種。TDA2030集成音頻功率放大器就是其中的一種。本文中就選取TDA2030集成音頻功率放大器做為功放電路。3.3.1 TDA2030簡(jiǎn)介1. 引腳排列(如圖3-5所示 圖3-5 TDA2030引腳圖圖中，1腳是正相輸入端

24、，2腳是反向輸入端，3腳是負(fù)電源輸入端，4腳是功率輸出端，5腳是正電源輸入端。TDA2030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)是上升速率高、瞬態(tài)互調(diào)失真小。瞬態(tài)互調(diào)失真是決定放大器品質(zhì)的重要因素，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TDA2030在內(nèi)的幾種該集成功放。 TDA2030集成電路的另一特點(diǎn)是輸出功率大，而保護(hù)性能以較完善。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，總共才5端，外型如同塑封大功率管，這就給使用帶來(lái)不少方便。TDA2030的電氣性能穩(wěn)定、可靠、能適用長(zhǎng)時(shí)間

25、連續(xù)工作，集成塊內(nèi)部具有過(guò)載保護(hù)和熱切斷保護(hù)電路，不會(huì)損壞器件。在單電源使用時(shí)，散熱片可直接固定在金屬板上與地線相通，無(wú)需絕緣，使用十分方便。是目前音質(zhì)較好、價(jià)格較低、外圍元件較少、應(yīng)用較方便的一款性價(jià)比較高的集成功放。2. 主要參數(shù)表3-2 TDA2030主要參數(shù) 3.3.2 TDA2030應(yīng)用電路由設(shè)計(jì)的框圖可知，本級(jí)的放大倍數(shù)為4V/100mv=40倍，相應(yīng)的電壓增益為44dB 。為了提高電路的穩(wěn)定性，電路的反饋采用電壓串聯(lián)負(fù)反饋。負(fù)回饋之所以能夠改善放大電路的多方面性能，歸根結(jié)底是由將電路的輸出量引回到輸入端與輸入量進(jìn)行比較，從而隨時(shí)對(duì)輸出量進(jìn)行調(diào)整。反饋愈深，即1+AF的值愈大，這種

26、作用愈強(qiáng)，對(duì)電路性能的改善愈為有益。但是1+AF的值愈大，增益下降愈多。由此可見(jiàn)，負(fù)反饋對(duì)放大電路性能的改善是以犧牲增益為代價(jià)的。該電路閉環(huán)增益可由下式估算：Au=1+R6/R7由上式可知： Au=1+R6/R7=40根據(jù)設(shè)計(jì)任務(wù)本次TDA2030采用正負(fù)雙電源供電，畫(huà)出相應(yīng)的電路圖，如圖3-6所示。 圖3-6 功放電路基本原理R7一般取幾百歐到幾千歐，本次R7取標(biāo)稱值為1K ，則R6為39K ，取標(biāo)稱值為39K 的電阻。C5的作用使電路的直流工作狀態(tài)采用100%的負(fù)反饋，即直流增益為1，所以工作點(diǎn)非常穩(wěn)定。C5一般取幾十微法，本文中取為22F 、耐壓為50v 的鋁電解電容。R9和C7組成阻容

27、吸收網(wǎng)絡(luò)，用以避免電感性負(fù)載產(chǎn)生過(guò)電壓擊穿芯片內(nèi)功率管，同時(shí)具有改善揚(yáng)聲響應(yīng)，消除自激振蕩的功效。R9一般取幾歐到幾十歐，本次取1.5的碳膜電阻。C7一般取零點(diǎn)零幾微法到零點(diǎn)幾微法本次取容量為0.1F 耐壓63V 的滌綸電容。 C6為耦合電容，取容量為2.2F 耐壓50V 的鋁電解電容。R8為芯片輸入級(jí)偏置電阻，為輸入端提供直流通路，一般取幾十千歐，本次取阻值為39K 的碳膜電阻。為了使運(yùn)放電路更穩(wěn)定的工作，還需要在運(yùn)放的正負(fù)電源端與地之間分別接幾十到 上百微法的電解電容和0.01-0.1F 的電容用來(lái)旁路非直流信號(hào)。但由于在后面要設(shè)計(jì)的電源電路中有了這樣的旁路電容，所以在集成運(yùn)放的電源輸入端

28、就不需要這類的電容了。3.3.3 級(jí)間耦合電容的選擇考慮到功放電路通常設(shè)有前置放大電路，且常用阻容耦合方式，在選取這類電容時(shí)應(yīng)留有裕量。本次設(shè)計(jì)除了功放電路外前面還有一二級(jí)前置放大電路。因此多級(jí)電路下限截止頻率通常由下式計(jì)算：L=1.1 n 332211fL fLn fL fL fL fL fL fL +設(shè)每級(jí)下限截止頻率相同，則一二級(jí)前置放大電路、功放電路的各級(jí)下限頻率為：L= L/(1.1418.18HZ忽略前一級(jí)輸出電阻，則C=(310/(2Ri×L=(310/(2×10×1000×18.18=(310×0.8758F =2.627F 8

29、.758F本文中C6取標(biāo)稱值為4.7F ，耐壓為50V 的鋁電解電容。因此本文中所有的級(jí)間耦合電容都取取4.7F ，兩端的電壓為V CC ，本文中選取耐壓為50V 的鋁電解電容。3.4 電源模塊3.4.1 電源電路的系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 圖3-7 電源電路組成框圖很多常見(jiàn)的電子設(shè)備中都需要直流電源供電，小功率不間斷時(shí)可以用電池供電，而 在很多很多場(chǎng)合電池就無(wú)法滿足供電需求，此時(shí)就要用直流電源來(lái)供電。直流穩(wěn)壓電源一般由電源變壓器、整流電路、濾波電路等構(gòu)成，其結(jié)構(gòu)框圖如圖3-7所示。本文中設(shè)計(jì)的電源為±12V 雙電源輸出，最大輸出電流為1.5A 。濾波電路通常由電容、電感等電抗性元件組成。利用電容兩

30、端不能突變和流過(guò)電感的電流不能突變的特點(diǎn)，把電容和負(fù)載并聯(lián)或電感和負(fù)載串聯(lián)都可以實(shí)現(xiàn)濾波，使輸出的電壓紋波變得平滑。電容組成的濾波器電路簡(jiǎn)單、輸出直流電壓較高、紋波較小，作為小功率直流電源。電感帶負(fù)載能力強(qiáng)，但成本高、易引起電磁干擾等，適用于低電壓、大電流場(chǎng)合。因此本文中選用電容作為電源濾波器。整流電路有半波整流、全波整流、橋式整流電路等幾類。整流電路是根據(jù)二極管的意向?qū)щ娦詠?lái)實(shí)現(xiàn)的。本文中就選取橋式整流電路作為電源的整流電路。電源指示電路是由一個(gè)LED 燈和一個(gè)限流電阻構(gòu)成的，其作用就是通過(guò)LED 燈來(lái)判斷電源電路的好壞。3.4.2 電源電路根據(jù)要求使輸出的電壓值為12V ，電流值為最大1.

31、5A ，其參數(shù)為 Uo=11.5V12.5V ，Iomax=1.5A。電源電路如圖3-8所示。 圖3-8 電源電路整流電路選取兩兩并聯(lián)的二極管橋式整流電路，取IN4007，其參數(shù)為耐壓為1000V ， 整流電路為1A ，電路如圖3-9所示。 圖3-9 整流電路變壓器的選?。汗浪阌捎跒V波后的電壓為濾波前的1.2倍，因此變壓器的輸出范圍應(yīng)為14/1.235/1.2V=1230V ，不忽略整流二極管的管壓降時(shí)，輸入電壓約為1331V 。由于電容濾波后的電壓為濾波前的確1.2倍，加上整流管的壓降，綜合上述考濾，輸入電壓約為：14/1.2+0.735/1.2+0.7=1331V故本文中選取的電源變壓器為

32、中間帶有抽頭的變壓器。如圖3-10所示。 圖3-10電源變壓器其參數(shù)為輸入電壓為220V/50Hz，兩端的任何一端和中間抽頭之間的電壓為12V ，兩端的端電壓為12V/1.5A，功率為12×1.5=18W的變壓器。若效率為70%，則功率應(yīng)這25.7W 的鐵芯變壓器。濾波電容的選取：濾波電容可由下式估算C (35T /(2RL式中，T 為市電周期，T=0.02s。電容耐壓值的估算：U CN =（1.52）U2，U2為變壓器的二次電壓。 根據(jù)公式 U CN (1.52U2本文中選取1000F 由于變壓器的輸出電壓為25.7V ，每個(gè)電容兩端的電壓約為12V ，則C10的耐壓應(yīng)為（1.52

33、）U2，U CN =22.530V ，故本文中的C10、C11應(yīng)選取容量為1000F ，耐壓為35V 的鋁電解電容。C8、C9一般用高頻特性較好的磁介電容，一般取0.1F 。 第4章 電路仿真本設(shè)計(jì)采用的是軟件Mulitisim10.0來(lái)進(jìn)行的仿真，首先按照音頻功率放大器的設(shè)計(jì)原理圖在仿真軟件中連接原理圖，并連接原理圖的過(guò)程中注意元件的參數(shù)設(shè)置。在Mulitisim10.0仿真軟件中連接好原理圖后，設(shè)置好參數(shù)，經(jīng)過(guò)電氣規(guī)則檢測(cè)無(wú)誤，然后用示波器檢測(cè)輸入端輸出波形。在最大不失真的時(shí)候，低音信號(hào)的輸入輸出與高音信號(hào)的輸入輸出比較。如下圖所示。 圖4-1 低音信號(hào)的輸入與輸出波形如圖4-1，當(dāng)?shù)鸵糨?/p>

34、入時(shí)，輸入信號(hào)f=500Hz，Ui=2.25V，Ii=2.54mA，輸出信號(hào)f=500Hz，Uo=7.78V，Io=1.63A ，Au=3.46。如圖4-2，當(dāng)高音輸入時(shí)，輸入信號(hào)f=20KHz，Ui=714mV，Ii=714uA，輸出信號(hào)f=20KHz，Uo=1.64V，Ii=344mA，Au=2.29。 圖4-2 高音信號(hào)的輸入與輸出波形 第5章 實(shí)物制作與調(diào)試5.1 印制電路板的制作印制電路板簡(jiǎn)稱PCB 板，它是采用互連工藝技術(shù)，在覆銅板上，按照規(guī)定的設(shè)計(jì)、加工安裝孔、連接導(dǎo)線或焊盤(pán)而制成的基礎(chǔ)組裝部件。根據(jù)音頻功率放大器的設(shè)計(jì)原理圖，采用電子設(shè)計(jì)自動(dòng)化軟件中的Protel 99 SE進(jìn)

35、行印制電路板底圖圖樣設(shè)計(jì)。印制電路板底圖圖樣如圖5-1所示。 圖5-1 印制板電路板底圖樣圖具體制作步驟如下：1. 運(yùn)用軟件Protel 99 SE進(jìn)行印制電路板底圖圖樣設(shè)計(jì)，并打印在熱轉(zhuǎn)印紙上。2. 通過(guò)熱轉(zhuǎn)印法（150）底圖轉(zhuǎn)印到覆銅板上。3. 清洗防護(hù)層，在高溫下進(jìn)行置換反應(yīng)（FeCl 3溶液）。 4. 對(duì)清洗好的印制電路板，在焊盤(pán)上鉆孔。5. 對(duì)制作好的PCB 板，要進(jìn)行嚴(yán)格檢查，判斷印制線間是否有短路、斷路、脫落和起層等問(wèn)題進(jìn)行檢修。5.2 元器件的安放順序印制電路板的裝配是整機(jī)質(zhì)量的關(guān)鍵，裝配質(zhì)量的好壞對(duì)功放的性能有很大的影響。電路板的裝配總是要求是：元器件裝插正確，不能有插錯(cuò)，漏

36、插；焊點(diǎn)要光滑、無(wú)虛焊漏焊和連焊；在裝插元器件時(shí)，要執(zhí)行工藝指導(dǎo)書(shū)的規(guī)定，遵循元器件的裝插原則。滿足電路的電器規(guī)則，元器件要分部均勻。1. 安裝順序?yàn)椋娮?、瓷片電容、電解電容、TDA2030芯片、電位器、散熱片、喇叭、變壓器。2. 布局滿足電位器在最前面，便于控制。功放芯片應(yīng)在最后面，以便于安裝散熱片。由于變壓器和喇叭的體積大，體重超過(guò)13g 不滿足電路板最大尺寸要求，所以不能安裝在電路板上，應(yīng)安裝在固定板上。5.3 焊接5.3.1 焊接的工藝要求1. 焊接條件。被焊件端子必須具備可焊性。被焊金屬表面保持清潔。具有適當(dāng)?shù)暮附訙囟龋?80350）。具有合適的焊接時(shí)間（3秒中），反復(fù)焊接次數(shù)不得

37、超過(guò)三次，要求一次成形。2. 焊點(diǎn)的基本要求。具有良好的導(dǎo)電性。 焊點(diǎn)上的焊料要適當(dāng)。 具有良好的機(jī)械強(qiáng)度。焊點(diǎn)光澤、亮度、顏色有一定要求。要求：有特殊的光澤和良好顏色；在光澤和高度及顏色上不應(yīng)有凹凸不平和明暗等明顯的缺陷。焊點(diǎn)不應(yīng)有拉尖、缺錫、錫珠等現(xiàn)象。焊點(diǎn)上不應(yīng)有污物，要求干凈。焊接要求一次成形。焊盤(pán)不要翹曲、脫落。3. 應(yīng)避免常見(jiàn)的焊點(diǎn)缺陷如：拉尖、橋連、虛焊、針孔、結(jié)晶松散等。5.3.2 焊接的操作1. 為了提高電路的可靠性，首選應(yīng)對(duì)元器件進(jìn)行檢查。應(yīng)注意變壓器的檢測(cè)應(yīng)分為靜態(tài)檢測(cè)和動(dòng)態(tài)檢測(cè)。 2. 為了便于焊接，應(yīng)將要焊接的元器件進(jìn)行刮腳，焊盤(pán)應(yīng)用砂紙砂光滑以便于焊接。3. 插入元

38、器件，將烙鐵頭放在被焊件的焊盤(pán)上，使焊點(diǎn)溫度升高（有利于焊接）。如果烙鐵頭上有錫，則會(huì)使烙鐵頭上溫度很快傳遞到焊接點(diǎn)上。4. 用焊錫絲接觸到焊接處，熔化適量的焊料。焊錫絲應(yīng)從烙鐵頭側(cè)面加入，而不是直接加在烙鐵頭上。5. 從焊錫絲開(kāi)始熔化數(shù)3秒后，先移開(kāi)焊錫絲，再移開(kāi)電烙鐵。6. 焊點(diǎn)冷卻后，用斜口鉗子將元器件的管腳剪掉，剪去管腳的長(zhǎng)度應(yīng)盡可能的要短。7. 焊接完成后檢查看是否有錯(cuò)焊、漏焊、線路的走線下、是否正確。注事事項(xiàng)：移開(kāi)烙鐵頭的時(shí)間、方向和速度，決定著焊接點(diǎn)的焊接質(zhì)量，正確的方法是先慢后快，烙鐵頭移開(kāi)沿45°角方向移動(dòng)，及時(shí)清理烙鐵頭。5.4 實(shí)物 圖5-2 實(shí)物5.5 單元電

39、路調(diào)試5.5.1 前置放大級(jí)的調(diào)試電壓放大倍數(shù)的測(cè)量：分別在兩輸入端加上頻率1kHz 、有效值U =25mV的正弦交流信號(hào)，測(cè)出Uo 。計(jì)算Au 并與理論值進(jìn)行比較，同時(shí)用示波器觀察Uo 的波形如圖5-3所示。測(cè)量值如表5-1所示。 表5-1 測(cè)量值 圖5-3 前置放大器電壓放大倍數(shù)的輸入與輸出波形5.5.2 音調(diào)控制級(jí)的測(cè)試測(cè)量音調(diào)控制級(jí)的特性，計(jì)算Au 并與理論值進(jìn)行比較，同時(shí)用示波器觀察輸入輸出的波形。如圖4-1和圖4-2所示。5.5.3 功放級(jí)的調(diào)試把輸入音頻信號(hào)加到頻率2kHz 、Ui=4.4V的正弦交流信號(hào)，測(cè)量靜態(tài)值Ui 、Uo 的值，計(jì)算Au 并與理論值進(jìn)行比較，同時(shí)用示波器觀

40、察Uo 的波形。Ui=6.43V,Uo=7.64V, Au=1.12,波形如圖5-4所示： 圖5-4 功放電壓放大倍數(shù)的輸入與輸出波形5.6 整機(jī)調(diào)試5.6.1 級(jí)聯(lián)調(diào)試把輸入音頻信號(hào)加到頻率1kHz 、Ui=50mV的正弦交流信號(hào)，前置放大器的輸出Uo ，計(jì)算Au 并與理論值相比較，同時(shí)用示波器觀察Uo 的波形，看是否失真。Ui=35.4mV,Uo=389mV, Au=10.99,波形如圖5-5所示：5.6.2 電壓放大倍數(shù)的測(cè)量分別在輸入端加上頻率1kHz 、有效值Ui=20mV的正弦交流信號(hào)，測(cè)出Uo 。計(jì)算Au 并與理論值進(jìn)行比較。注意用示波器觀察的波形，看是否失真。若產(chǎn)生失真，可適當(dāng)

41、減小輸人信號(hào)的幅值。Ui=31.4mV,Uo=83.7mV, Au=2.67,波形如圖5-6所示： 圖5-5 級(jí)聯(lián)調(diào)試的輸入與輸出波形 圖5-6 電壓放大倍數(shù)的輸入與輸出波形 總 結(jié)時(shí)光飛逝，三年的大學(xué)生活很快就要過(guò)去了，在這即將離開(kāi)大學(xué)生活踏上社會(huì)的時(shí)刻。在此，我有必要對(duì)自己三年的大學(xué)生活做一下小小的總結(jié)。大學(xué)三年里，在提高自己的思想道德素質(zhì)的同時(shí)，也努力提高自己科學(xué)文化素質(zhì)，在這三年里，我嚴(yán)格要求自己，不僅以優(yōu)異的成績(jī)通過(guò)各門(mén)學(xué)科考試，而且作為職校生的我在動(dòng)手能力方面有了很大的提高，視野也得到了很大的拓展，總的來(lái)說(shuō)，我度過(guò)了一個(gè)快樂(lè)而又充實(shí)的大學(xué)生涯。在這畢業(yè)的鐘聲敲響之時(shí)，我也進(jìn)入了畢業(yè)

42、設(shè)計(jì)階段，并且此時(shí)該設(shè)計(jì)也已接近尾聲，以下對(duì)本次設(shè)計(jì)也做一總結(jié)。本次畢業(yè)設(shè)計(jì)對(duì)于我來(lái)說(shuō)，還是具有一定的挑戰(zhàn)性的。通過(guò)這段時(shí)間做畢業(yè)設(shè)計(jì)，發(fā)現(xiàn)了自己的很多不足之處，畢業(yè)設(shè)計(jì)是在校大學(xué)生最后一次知識(shí)的全面檢驗(yàn)，是對(duì)學(xué)生基本知識(shí)、基本理論、基本技能掌握與提高程度的總測(cè)試。在學(xué)習(xí)期間，已經(jīng)按照教學(xué)計(jì)劃的規(guī)定，學(xué)完了公共課、基礎(chǔ)課、專業(yè)課以及選修課等，每門(mén)課程也都經(jīng)過(guò)了考試或考查。但畢業(yè)設(shè)計(jì)不是單一地對(duì)學(xué)生進(jìn)行某一學(xué)科已學(xué)知識(shí)的考核，而是著重考查運(yùn)用所學(xué)知識(shí)對(duì)某一問(wèn)題進(jìn)行探討和研究的能力。通過(guò)做畢業(yè)設(shè)計(jì)，可以初步了解科學(xué)研究的過(guò)程，掌握如何收集、整理和利用材料；如何觀察、如何調(diào)查、作樣本分析；如何利用圖

43、書(shū)館，檢索文獻(xiàn)資料等方法。把學(xué)過(guò)的專業(yè)知識(shí)運(yùn)用于實(shí)際，在理論和實(shí)際結(jié)合過(guò)程中進(jìn)一步消化、加深和鞏固所學(xué)的專業(yè)知識(shí)，并把所學(xué)的專業(yè)知識(shí)轉(zhuǎn)化為分析和解決問(wèn)題的能力。在搜集材料、調(diào)查研究、接觸實(shí)際的過(guò)程中，既驗(yàn)證學(xué)過(guò)的書(shū)本知識(shí)，又學(xué)到許多課堂和書(shū)本里學(xué)不到的新知識(shí)，還培養(yǎng)了我學(xué)習(xí)的興趣。在完成畢業(yè)設(shè)計(jì)的這段日子里，我遇到了大大小小的問(wèn)題非常多，為此花費(fèi)了大多的時(shí)間在完成畢業(yè)設(shè)計(jì)。 在此期間，我學(xué)到了許多的道理，不光是在專業(yè)學(xué)習(xí)方面，學(xué)習(xí)到更多的是人生中的一些道理。面對(duì)一些困難不要退縮，要勇敢的去面對(duì)，即使是在以后我的人生道路上，必然有許多的困難在等著我，但我會(huì)努力的前進(jìn)，相信最后成功在終點(diǎn)等著我。

44、致 謝在這里，我首先向我的指導(dǎo)老師陳運(yùn)軍致以深深的謝意，也感謝同學(xué)們給我的幫助和鼓勵(lì)，更感謝所有在畢業(yè)設(shè)計(jì)中幫助過(guò)我的老師和同學(xué)們。我的畢業(yè)設(shè)計(jì)是在陳老師的親切關(guān)懷和耐心指導(dǎo)下完成的。他嚴(yán)肅的科學(xué)態(tài)度，嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)精神，精益求精的工作作風(fēng)，深深地感染和激勵(lì)著我。從課題的選擇到項(xiàng)目的最終完成，陳老師都始終給予我細(xì)心的指導(dǎo)和不懈的支持，使我克服一個(gè)個(gè)的困難和疑惑。在整個(gè)畢業(yè)設(shè)計(jì)過(guò)程中，他們都給予了我極大的關(guān)心和幫助，并對(duì)我的畢業(yè)設(shè)計(jì)進(jìn)行了悉心的指導(dǎo)。陳老師定期檢查我的設(shè)計(jì)進(jìn)度，對(duì)于設(shè)計(jì)中出現(xiàn)的問(wèn)題都給我及時(shí)糾正，正是由于他的耐心指導(dǎo)，我才能順利的完成整個(gè)設(shè)計(jì)。從他的身上我不僅學(xué)到了設(shè)計(jì)的思想，還學(xué)到了嚴(yán)謹(jǐn)?shù)膶W(xué)風(fēng)和敬業(yè)的精神。由于我的知識(shí)淺薄，經(jīng)驗(yàn)不足及閱歷頗淺，因此，在該方案的設(shè)計(jì)方面還有很多不足，比如功能不夠完善，我會(huì)在工