电子设计实践课程

设计报告

——音频功率放大器

             

   学    院：   机械与电子工程学院

    专    业：   电子科学与技术

组    员：  

    指导老师：  

       

2013.11.29

 一、设计要求和设计目的

音频功率放大器具体要求：

1、恒流驱动

2、8欧扬声器

3、输出功率5W以上

4、音量数字控制（可以用拨动开关设置）

5、音源为MP3

最后要算出功耗、输出功率和频率响应曲线。

根据设计要求，完成对音频功率放大器的设计。
进一步加强对模拟电子技术知识的理解和对Multisim软件的应用。
了解集成功率放大器内部电路工作原理，掌握其外围电路的设计与主要性能参数的测试方法。
学习音频功率放大器的设计方法与小型电子线路系统的安装调试方法。

二、设计总体方案

2.1设计思路

音频功率放大器的作用是将声音源输入的信号进行放大，然后输出驱动扬声器。声音源的种类有很多种，故输出信号的电压差别很大，从零点几毫伏到几百毫伏。一般动率放大器的输入灵敏度是一定的，这些不同的声音源信号如果直接输入到功率放大器的话，对于输入信号过低的，功率放大器功率输出不足，不能充分发挥功放的作用；加入输入信号的幅值过大，功率放大器的输出信号将严重过载失真。这样就失去了音频放大的意义了，所以一个实用音频功率放大系统必须设置放大器，同时弄个反馈电路来保持恒定电流。以便使放大器适应不同的输入信号，或放大，或衰减，或进行阻抗变换，使其与功率放大器的输入灵敏度相匹配。最后音频放大器由功率放大器和反馈电路两部分组成。

2.2 音频功放各级的作用和电路结构特征

本次设计是大于5瓦音频放大器 ，由于时间有限，上网找了一些电路图，下幅电路图稍微修改后是最合适的。由于电路采用，使电路不用那么复杂。

放大器由3554AM芯片实现和3288RT反馈，并通过电阻控制，最后采用功率放大电路。最后负载用扬声器。

三、选择器件及参数计算

3.1运放3554AM介绍

35554AM 是前置放大运放，与很多标准运放相似，它具有较好的噪声性能，优良的输出驱动能力及相当高的小信号与电源带宽。

3.2运放3288RT介绍

3288RT 是反馈运放，与很多标准运放相似，它具有较好的噪声性能，。

3.3其他零件：

 R1___________1KΩ电阻

 R2___________1KΩ电阻

 R3__________0.3Ω电阻

 R4_________1600Ω电阻

 R5_________200kΩ电阻

 R6____________8Ω电阻

 R7___________1KΩ电阻

 C1_________0.47uF电容器

 C2___________1μF电容器

 D1______________1DH62 二极管

 D2______________1DH62 二极管

 

Vin_________1V.40-4MHz信号源

3.4功率的计算

 计算输出功率P_o输出功率用输出电压有效值V₀和输出电流I₀的乘积来表示。设输出电压的幅值为V_om，则　因为I_om=V_om/R_L，所以.当输入信号足够大，使V_im=V_om= V_cem= V_CC- V_CES ≈V_CC和I_om=I_cm时，可获得最大的输出功率　　　　
　  由上述对P_o的讨论可知，要提供放大器的输出功率，可以增大电源电压V_CC或降低负载阻抗R_L。

3.5、放大器的增益

Vo=IR6

    Vi=（I R3 R4/R3+R7+R4）

Av=Vo/Vi

 = IR6/（I R3 R4/R3+R7+R4）

 =R6（R3+R7+R4）/R3R4

先设Av=10，取R3=0.3 R6=8 R7=1K 算得R4=1600

四、用multisim仿真音频功率放大器

1、功放电路原理图波形比对仿真图

2、功放电路波形图

通过实验可知，输入大概1v,输出大概为10v,电路的放大增益大致为10

五、仿真调试及记录

功率表图

通过改变信号源的频率可知，输出功率稳定在19.15W左右的频率范围在40Hz到20kHz之间。

频率响应频谱带

3db的衰减  带宽为44.02hz-2.65Mhz

六、仪器仪表

本次实验主要用到的Multisim的

万能表、

功率测试表、

示波器表

七、展望体会与总结

心得体会：

通过这次电子设计实践，“模拟电子技术”、“数字电子技术”和“Multisim&Ultiboard电路设计与虚拟仿真”等课程能实践应用。这次课程设计的题目是做一个恒流驱动的音频功率放大器，由于大四时间有限，只有一周时间，在找了有关资料后，用网上找来的一副电路图和劳五一教授讲的方案进行稍微的改造，基本上实现了这次课程设计的要求。

在这次设计中，我们确实遇了很多难以解决的问题，同时也学到了很多知识。掌握了功率放大器电路的设计与制作，熟悉了Multisim的使用及了解了更多该软件的功能，如何用软件检查电路电流电压的测量，功率的测量，即波形的观察和波特图的查看。当然了这也让我们知道做好一件事情的不容易，就拿这次实践来说，首先是准备，各种计算，多次仿真等。接触到了与自己相关专业的具体的知识，感觉到所学的东西还是很有用的，通过实践巩固了学过的知识，同时其他的对所学知识进行实践论证，发现了存在的许多不足。进一步熟悉Multisim的软件的使用。

展望：

    通过这次电子设计实践，这只是在学校的一个设计就要花费这么多的时间去设计直到完成，在以后工作定会遇到更多麻烦的需要完成，这未来中要多实践，和理论知识联系起来才能更加有用，把书本中的知识与工程一起应用起来，实现知识向技能的转化，以便我们毕业生走上工作岗位能较快地适应社会的要求。

参考文献

1、电子技术基础模拟部分（第五版）. 康华光主编.北京：高等教育出版社，2005

2、Multisim&Ultiboard电路设计与虚拟仿真 主编李海燕 电子工业出版社，2007

3、恒流音频功放大器  资料来源：www.baidu.com 

致谢

                          三首先Uki李林甫觉得 基督教法国                                    十333反馈十十It uses the widespread NE5532 Dual IC but, obviously, its power output will be comprised in the 9.5 - 11.5W range, as the supply rails cannot exceed ±18V.电 As amplifiers of this kind are frequently used to drive small loudspeaker cabinets, the bass frequency range is rather sacrificed.首先感谢学院安排我们这电子实践，尤其是请来了华东师范大学劳五一教授。非常感谢劳五一教授的热情指导，很多问题都是在劳五一教授的指导下完成的。

 

第二篇：模电课设报告 音频功率放大器

1.设计思路

此次课程设计要求我们做一款音频功率放大器，通过在网上查找资料，我们发现TDA203是一款性能十分优良的功率放大集成电路，其主要特点是上升速率高、瞬态互调失真小，在目前流行的数十种功率放大集成电路中，规定瞬态互调失真指标的仅有包括TDA2030在内的几种。

TDA2030集成电路的另一特点是输出功率大，而保护性能以较完善。根据掌握的资料，在各国生产的单片集成电路中，输出功率最大的不过20W，而TDA 2030的输出功率却能达18W，若使用两块电路组成BTL电路，输出功率可增至35W。另一方面，大功率集成块由于所用电源电压高、输出电流大，在使用中稍有不慎往往致使损坏。然而在TDA2030集成电路中，设计了较为完善的保护电路，一旦输出电流过大或管壳过热，集成块能自动地减流或截止，使自己得到保护（当然这保护是有条件的，我们决不能因为有保护功能而不适当地进行使用）。 TDA2030集成电路的第三个特点是外围电路简单，使用方便。现有的各种功率集成电路中，它的管脚属于最少的一类，总共才5端，外型如同塑封大功率管，这就给使用带来不少方便。

TDA2030在电源电压±14V，负载电阻为4Ω时输出14瓦功率（失真度≤0.5％）、在电源电压±16V，负载电阻为4Ω时输出18瓦功率（失真度≤0.5％）。该电路由于价廉质优，使用方便，并正在越来越广泛地应用于各种款式收录机和高保真立体声设备中。该电路可供低频课程设计选用。

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2.电路选择

通过学习模电，我们对OCL、OTL和BTL功率放大电路有的一定的认识，经过比较，我们决定选择其一进行设计。下面是对三个功放电路的比较及介绍： 2.1 OCL电路简介：

OCL电路称为无输出电容功放电路，是在OTL电路的基础上发展起来的。

主要特点：1采用双电源供电方式，输出端直流电位为零；由于没有输出电容，

低频特性很好扬声器一端接地，一端直接与放大器输出端连接，因

此须设置保护电路；

2具有恒压输出特性；允许选择4Ω、8Ω或16Ω负载；

3最大输出电压振幅为正负电源值，额定输出功率约为 /(2RL)

2.2 OTL电路简介：

OTC称为无输出变压器功放电路。是一种输出级与扬声器之间采用电容耦合而无输出变压器的功放电路，它是高保真功率放大器的基本电路之一，但输出端的耦合电容对频响也有一定影响。

主要特点：1采用单电源供电方式，输出端直流电位为电源电压的一半；

2输出端与负载之间采用大容量电容耦合，扬声器一端接地；

3具有恒压输出特性，允许扬声器阻抗在4Ω、8Ω、16Ω之中选择。

2.3 BTL电路简介：

BTL称为平衡桥式功放电路。它由两组对称的 OTL或OCL电路组成，扬声器接在两组OTL或OCL电路输出端之间，即扬声器两端都不接地。

主要特点有：可采用单电源供电，两个输出端直流电位相等，无直流电流通过扬声器，与OTL、OCL电路相比，在相同电源电压、相同负载情况下，BTL电路输出电压可增大一倍，输出功率可增大四倍，这意味着在较低的电源电压时也可获得较大的输功率，但是，扬声器没有接地端，给检修工作带来不便。

经过认真考虑，我们决定选择OTL电路图来进行制作。

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3.电路的分析

3.1 电路原理图

图3.1 TDA2030电路

3.2 工作原理分析

(1)电路放大部分

放大电路的输入信号：...X?

idXXi?，基本放大电路的增益（开环增益）：f

A=。X..o，反馈系数F?Xf

Xo..，负反馈放大电路的增益（闭环增益）：A.?X.o。

F

idi由上述公式联立得：，所以负反馈放大电路对信号的增益为A1?AF.。=

F。。

A

.?.oVSF?K。XA.。式子表明引入负反馈后，放大电路的闭环增益FA.为无反Fs2

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。1?AF越大闭环增益下降的越多，所以馈时的开环增益A的

1?AF。。。。。。

1?

1?AF是衡量反馈程度的重要指标，负反馈放大电路所有性能的改善程度都与AF有关。图3.1所示电路中的R6(150 K?)与R5 (4.7K?)电阻决定放大。。。。

器闭环增益，R4电阻越小增益越大，但增益太大也容易导致信号失真。

(2)音量调节部分

可调电阻R2通过调节电阻大小来调节音量大小。

(3)电路保护部分

两个二极管IN4001接在电源与输出端之间，是防止扬声器感性负载反冲而影响音质。还可以防止电路短路时电流对放大器造成影响。电容C7滤掉了直流成分，保证了交流负反馈。C6(0.1uF)电容与R6(1?)的电阻是对感性负载(喇叭)进行相位补偿来消除自激。

(4)输出部分

大电容C6起到隔直通交的作用，滤除输出信号中的直流信号。

3.3 元件参数选择与计算

(1)根据闭环增益计算方法，选取R5和R6时应增大他们之间的比例，所以选R6为150 K?，而R5太小会造成失真，所以选取4.7 K?。

(2)输出部分的滤波电容应尽量选择大电容以使输出中的直流分量尽可能多的被滤除。这里选取2200Uf的电容。

(3)由于TDA2030的工作电压不超过22V，所以这里的二极管选取IN4001即可，其反向击穿电压为50V，符合电路要求。

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4.电路调试与运行

焊接：在焊接电路之前，先检查各个元件的好坏，并及时更换不合格的元件。再由孔距确定元件的安装方式，电阻器采用卧式安装，涤纶电容、电解电容采用立式安装，并都要求津贴电路板。插装TDA2030芯片时务必小心，脚全部插进去后再焊接，并注意与散热片的孔位吻合。各焊点加热时间及用锡量要适当。防止虚焊、假焊及短路。焊后要剪去多余的引脚并检查所有的焊点。确认无误后才可以通电测试。同时还要注意电源变压器初次级与开关及电路板的接线不得有误。芯片要用自攻螺丝与散热片相连。

测试：通电测试全部器件及插件焊接完后经过认真仔细检查后方可通电测试。 组装：分别焊接完电路放大部分、音量调节部分、电路保护部分和输出部分后，进行各部分之间的连接。

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5.电源部分设计

5.1 电源设计图

5.2 电源设计图原理

(1)首先利用变压器将220V交流电压变为12V交流电压。

(2)较低交流电压经过由四个二极管IN4001直流电压。

(3)利用2200Uf的大电容进行滤波，随后可得到直流电压。

(4)在负载R上可得到直流稳定电压。

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6.元件清单

集成运放：TDA2030

可调电阻：50? ?1

电阻： 1? ?1

4.7K? ?1

100K? ?3

150K? ?1

极性电容：1u ?1

10u

22u

2200u

无极性电容：0.1u

二极管：IN4001

?1 ?2 ?1 ?1 ?2 6

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7.电路制作过程中遇到的问题

1、第一次接通电路时，芯片发热因发热过高而烧毁，经检查电路无连接故障，所以可以认定是散热片过小的原因，更换散热片后接通电路则电路正常运行。

2、调节电位器发现音量增大或减小到一定程度时便不再增大或减小，这与电位器的阻值有关，使得调节至一定范围后效果不够显著。

3、开始焊接电路时使用了普通变阻器，结果发现由于其他原件的存在使得变阻器的调节十分麻烦，后来改用音频变阻器，使得调节变得简单。

4、在电路运行过程中，有时会听到声音忽大忽小，经检查是由于输入及输出端接触不良造成的，处理后让输入输出端稳定即可消除以上情况。

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8．心得体会

通过这次课程设计，加强了我们动手、思考和解决问题的能力。在整个设计过程中，我们通过这个方案包括设计了一套电路原理和PCB连接图，和芯片上的选择。这个方案总使用了TDA2030

在设计过程中，经常会遇到这样那样的情况，就是心里想老着这样的接法可以行得通，但实际接上电路，总是实现不了，因此耗费在这上面的时间用去很多。 我觉得做课程设计同时也是对课本知识的巩固和加强，由于课本上的知识太多，平时课间的学习并不能很好的理解和运用各个元件的功能，而且考试内容有限，所以在这次课程设计过程中，我们了解了很多元件的功能，并且对于其在电路中的使用有了更多的认识。

平时看课本时，有时问题老是弄不懂，做完课程设计，那些问题就迎刃而解了。而且还可以记住很多东西。比如一些芯片的功能就，通过动手实践让我们对各个元件映象深刻。所以这个期末测试之后的课程设计对我们的作用是非常大的。 制作PCB时，我发现只有细心才能做到完美，首先是线的布局上既要美观又要实用和走线简单，还有电路板的大小，兼顾到方方面面去考虑是很需要的，否则只是一纸空话。

同时我认为我们的工作是一个团队的工作，团队需要个人，个人也离不开团队，必须发扬团结协作的精神。某个人的离群都可能导致导致整项工作的失败。课程设计中只有一个人知道原理是远远不够的，必须让每个人都知道，否则一个人的错误，就有可能导致整个工作失败。团结协作是我们实习成功的一项非常重要的保证。而这次实习也正好锻炼我们这一点，这也是非常宝贵的。

通过这次课程设计使我懂得了理论与实际相结合是很重要的，只有理论知识是远远不够的，只有把所学的理论知识与实践相结合起来，从理论中得出结论，才能真正为社会服务，从而提高自己的实际动手能力和独立思考的能力。在设计的过程中遇到问题，可以说得是困难重重，这毕竟第一次做的，难免会遇到过各种各样的问题，同时在设计的过程中发现了自己的不足之处，对以前所学过的知识理解得不够深刻，掌握得不够牢固。

8

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参考文献

[1] 胡宴如．模拟电子技术．北京：高等教育出版社，2000

[2] 胡宴如．高频电子线路．北京：高等教育出版社，1998

[3] 汪建宇．电类专业英语．北京：机械工业出版社，2005

[4] 杨志亮．Protel 99 SE原理图设计．西安：工业大学出版社，2002

[5] 方建中．高频电子实验.浙江：浙江大学出版社，2001

[6] 张庆双．电子元件的选用与检测.北京：机械工业出版社，2002 9