高保真音頻功率放大器設(shè)計(jì)報(bào)告書剖析

學(xué)號(hào):課程設(shè)計(jì)目 高保真音頻功率放大器設(shè)計(jì)信息工程學(xué)院指導(dǎo)教師2014年1月15日課程設(shè)計(jì)任務(wù)書學(xué)生姓名： 專業(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。①輸出功率10W/8q;頻率響應(yīng)20~20KHz;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)定格式寫出課程設(shè)計(jì)報(bào)告書。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?？捎脙x器：示波器，萬用表，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)告格式的要求說明。2、2014年1月13日至2009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，撰寫課程設(shè)計(jì)報(bào)告書。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：系主任（或責(zé)任教師）簽名：目錄TOC\o"1-5"\h\z\o"CurrentDocument"摘要 I\o"CurrentDocument"1設(shè)計(jì)內(nèi)容及要求 1\o"CurrentDocument"設(shè)計(jì)目的及主要任務(wù) 1\o"CurrentDocument"設(shè)計(jì)思想 1\o"CurrentDocument"2方案論證及整體電路工作原理 2\o"CurrentDocument"方案確定與論證 2\o"CurrentDocument"整體電路工作原理 2\o"CurrentDocument"3電路單元模塊設(shè)計(jì) 3\o"CurrentDocument"音頻輸入的設(shè)計(jì) 3\o"CurrentDocument"集成功放的設(shè)計(jì) 3\o"CurrentDocument"4器件選擇及參數(shù)計(jì)算 4\o"CurrentDocument"輸入電容的選取 4\o"CurrentDocument"自舉電容的選取 4\o"CurrentDocument"反饋電阻電容的計(jì)算 4\o"CurrentDocument"音頻輸出器的選擇 5\o"CurrentDocument"5電路安裝與調(diào)試 5\o"CurrentDocument"電路的安裝 5\o"CurrentDocument"電路的調(diào)試與數(shù)據(jù)測定 5\o"CurrentDocument"6設(shè)計(jì)電路的特點(diǎn)及改進(jìn)意見 6\o"CurrentDocument"設(shè)計(jì)電路的特點(diǎn) 6電路改進(jìn)意見 7\o"CurrentDocument"7元件列表 7\o"CurrentDocument"8心得體會(huì) 7\o"CurrentDocument"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，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1設(shè)計(jì)內(nèi)容及要求設(shè)計(jì)目的及主要任務(wù)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)。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，女口：OCLQutputCapacitorless)OTL(OutputTransformerless或BTL(BalaneedTransformerless)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。①輸出功率10W/8Q;頻率響應(yīng)20~20KHz;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)定格式寫出課程設(shè)計(jì)報(bào)告書。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方案確定與論證功率放大器的常見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、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)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)。整體電路工作原理由一片TEA2025歿成0正功率放大器，電路書要分為電源輸入、音頻輸入、直流稔出電源圖1為設(shè)計(jì)電路整體框圖：TEA2025功放主體電路和音頻輸出直流稔出電源音頻

輸出TEA2025

音頻

輸出音頻輸入

3電路單元模塊設(shè)計(jì)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。集成功放的設(shè)計(jì)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：CA|IP八5八CA|IP八5八c1OIPBOOT.2BOGNDGXDFEEDBACSVR圖2TEA2025B的OTL電路F面以表格的形式對(duì)各引腳做功能說明:表1TEA2025集成電路的引腳功能及數(shù)據(jù)說明引腳功能電壓（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4.510功放電路1信號(hào)輸入端3功放電路2自舉汕端8.711功放電路1負(fù)反饋元件端4功放電路接地線1012功放電路接地線35功放電路接地線2013功放電路接地線46功放電路2負(fù)反饋元件端14功放電路1自舉汕端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0.22RF瓷片電容。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。6(11)6(11)反饋電阻電容的計(jì)算輸出電壓由電阻人V輸出電壓由電阻人VoutR1、R1圖3TEA2025反饋電路R2、C1決定，其增益由（1）式?jīng)Q定:Vin 1 (1)Rf+R2+ jwC1當(dāng)Rf=0,C1=100yF,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8Q10W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，在線路板上合理布局后，將元件焊接在線路板上，安裝過程中，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1￡人20258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0.22PF瓷片電容，輸出端串接100PF電解電容，并聯(lián)0.10PF瓷片電容，起到了很好的濾波作用。(⑵.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300mVF正弦交流電壓，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)試過程中，測得輸出電壓的值為176.8m\A輸出功率的計(jì)算在加8Q負(fù)載的情況下，根據(jù)功率計(jì)算公式P:uRL求得輸出功率為F0=4mW/效率的計(jì)算根據(jù)上面測量計(jì)算出的輸出功率和電源供電功率，可根據(jù)公式耳=pp,可計(jì)算出實(shí)際測試的效率只有6.06%。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。因在調(diào)試電路過程中發(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，TEA2025斯構(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兀件列表元件名稱及規(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)200Q電阻1個(gè)音頻輸出線1根8Q10W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)模擬電路這門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)過程中，無形中便加深了對(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，需要通過翻閱復(fù)習(xí)以前學(xué)過的知識(shí)來確定實(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?