音频功率放大器课程设计

电子技术综合训练设计报告题目：音频功率放大器姓名：陈邈宏学号：11220408班级：自动化四班同组成员：赵斐白治龙指导教师：骆作颢日期：2014.1.14设计题目音频功率放大器学生姓名陈邈宏所在院系电子信息与电气工程学院专业、年级、班11级自动化四班一．设计内容及技术要求：设计并制作一个音频功率放大器，将MP3输出的音乐信号放大。基本要求：1.放大器有两个MP3输出输入接口；2.能够使用电子开关进行音源选择，并且能够用发光二极管指示；3.放大器设有音量控制，功率放大功能；4.主要技术指标如下：（1）额定输出功率：2×1W（或2×5W）（THD=0.5%）（2）负载阻抗：8欧姆（3）输入阻抗：》600欧姆5.电源：220V/50HZ的工频交流供电：（注：直流电源部分即完成设计即可，不许制作，用实验室提供的稳压电源调试，但要求设计的直流电源能够满足电路要求）6.按照以上技术要求设计电路，绘制电路图，对设计的电路用MULTISIM或OrCAD/PspiceAD9.2进行仿真，用万用板焊接元器件，制作电路，完成调试，测试，撰写设计报告。发挥部分：1．设计均衡电路（音调电路）。2．有电平指示功能。二．提交成果1.设计报告。2.作品。3.电路原理图：要求提交两份，一份为CAD/EDA软件绘制，另一份为手工绘制，图纸大小自定，但要符合标准，电路图绘制要规范。三．设计进度1.时间：三周。2.进度安排：（1）第一周选题，熟悉题目，分析要求，查找资料，选择方案，优化方案，确定方框图，单元电路设计，选择元器件；（2）第二周进行电路仿真，确定电路原理图，画出电路原理图，购买元器件，焊接电路；（3）第三周电路调试，电路测试，绘制电路原理图，完成设计报告，答辩。指导老师签字：音频功率放大器摘要：设计了一个带音调控制的音频放大电路，该电路具有对音频信号放大的功能。该电路主要由前置放大电路、音调控制电路及功率放大电路三部分构成，其中，前置放大电路采用反相比例运算器来实现电压的放大；音调控制电路采用负反馈式来实现音调控制；功率放大电路采用DTA2030功率放大器来实现功率放大。利用Multisim10对设计的电路进行仿真，可以得到放大后的不失真的波形。关键词：前置放大电路；功率放大器；音调控制目录1.设计背景……………………………………………………………1.1学习了集成运放的应用………………………………………1.2了解了功率放大电路………………………………………………1.3了解了TDA2030和NE5532的功能……………………………2.设计方案……………………………………………………………2.1任务分析……………………………………………………………2.2方案论证……………………………………………………………3.方案实施……………………………………………………………3.1原理图设计…………………………………………………………3.2电路仿真……………………………………………………………3.3安装与调试………………………………………………………4.结果与结论…………………………………………………………5参考文献.………………………………………………………6.总结及体会……………………………………………………7.附件………………………………………………………………7.1电路原理图………………………………………………………7.2元器件清单………………………………………………………7.3实物拍摄…………………………………………………………11.设计背景1.1学习集成运放的运用集成型运算放大器是模拟集成电路中应用最广泛的一种器件。在集成运算放大电路与输出之间接入不同的反馈网络，可实现不同用途的电路，例如利用集成运算放大器可非常方便的完成信号放大、信号运算、信号处理以及波形的产生和变换。1.2了解功率放大电路功率放大电路在多级放大电路中处于最后一级，又称输出级。其主要作用是输出足够大的功率去驱动负载，如扬声器、伺服电机、指示表头、记录器等。功率放大电路要求：输出电压和输出电流的幅度都比较大、效率高。1.3了解TDA2030和NE5532P的功能NE5532是高性能低噪声运放，它具有很好的噪声性能，优良的输出驱动能力及相当高的小信号与电源宽带。TDA2030是一块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，另一特点是输出功率大，而保护性能比较完善。2.设计方案2.1任务分析根据课程设计要求，分析可知，带音调控制的音频放大电路主要用来对音频信号进行放大，能带动负载除，此还应该具备音调控制能力。要完成此次课程设计要求，该电路必须包括前置放大电路、音调控制电路及功率放大电路三部分构成。为了分别实现音频放大电路的上述三部分的功能，构成电路时我们对应要采用到集成运算放大器，电容、滑动变阻器、集成运放，和功率放大器。2.2方案论证在带音调控制的音频放大电路中，前置放大电路用来实现电压的放大，可以用NE5532或者LM741来实现，LM741和NE5532与很多标准运放相似，但NE5532具有更好的噪声性能，优良的输出驱动能力及相当高的小信号带宽，电源电压范围大等特点。因此NE5532很适合应用在高品质和专业音响设备、仪2器、控制电路及电话通道中。音调控制电路有三种：衰减式音调控制电路、负反馈音调控制电路、衰减负反馈混合式音调控制电路。负反馈式电路与衰减式电路相比，中音电平不需要做很大衰减，并且噪声和失真小一些。负反馈式电路与负反馈式电路与电路相比，结构更加简单，更加稳定，能抑制反馈环内噪声和干扰等优点。因此，本设计选择负反馈音调控制电路。功率放大电路，除了对信号的电压进行足够的电压放大外，还要求对信号进行足够的电流放大。因此，其在系统的中的重要作用不言而喻。TDA2030是一块性能十分优良的功率放大集成电路，其主要特点上升速率高、瞬态互调失真小，输出功率大，而保护性能比较完善，外围电路简单，使用方便。所以功率放大电路采用TDA2030。由于设计要求双声道，所以音调控制电路，前置放大电路，功率放大电路采用两套。以下说明均以某一声道做分析说明。综合各部分电路，电路结构框图如图1所示。图1电路结构框图3.方案实施音源选择电路信号的输入音调控制电路反比例放大电路功率放大电路输出33.1原理图设计1、电压放大电路设计在前置放大部分采用的是NE5532P，它是一种双运放高性能低噪声运算放大器。具有高精度、低噪音、高阻抗、高速、宽频带、电源电压范围大等特点，并且在上个世纪获得过“运放之皇”的美誉。NE5532参数如表1所示。表1NE5532P极限参数表参数符号NE5532P单位电源电压Vcc±22V差分输入电压Vdif±13V输入电压Vi提供电压V功耗，TA=25℃PD1100mW工作温度TOPR0~70℃NE5532P引脚如图2所示。图2NE5532P引脚图本次设计采用如附图1所示的前置放大电路，采用反向比例运算。输入电阻为R7,R8/R7就是放大倍数，可以提高放大倍数，但也减小了输入电阻。R7=100K,R8=510K,Au=R8/R7=5.1。人耳听到的最低频率是20HZ，因此f=1/2PiR7C520HZ,C50.08uF,由于没有0.08uF电容，所以选择与它接近的10uF电容。2、音调控制电路的设计音调控制电路由三个10K的电阻两个47nf的电容两个2.2nf的电容一个41M的滑动变阻器两个和NE5532P以及10uf的电容构成一个负反馈构成。音调可控制电路如附图2所示。一般情况下C1=C2,C2,C1分别起到低音提升和衰减的作用，C3起到高音提升和衰减的作用，C3要远小于C1,C2.电路中各元器件满足广西是R1=R2=R4,R5=R6,C1=C2.由电路可知，R1=R2=R4=10K,R5=R6=1M，R4=3.3K，由于没3.3K的电阻，我们4.7K的电阻。F(L2)=fL*2^2=400Hz,f(L1)=400/10=40Hz,f(H1)=fH*2^2=2.5KHz,f(H2)=10*f(H1)=25Hz.fL为低频频率，fH为高频频率，f(L1)为低频转折频率，f(L2)为中低频转折频率，f(H1)为中高频转折频率，f(H2)为高频转折频率。由此可知，带宽达到40—25KHz.由f（H2）=1/2PiC3R3=25KHz,C3=1.9nF.因为只能选择大于1.9nF的电容，所以C3=2.2nF.f(L1)=1/2PiC2R1=40Hz,计算出C3=C4=40Nf,由于没有40nF的电容，所以选择47nF的电容。低音调节时，当R5滑臂到左端时，C2被短路，C3对低音信号容抗很大，可视为开路；低音信号经过R1、R4直接送入运放，输入量最大，而低音输出则经过R2、R5、4负反馈送入运放，负反馈量最小，因而低音提升最大；当R5滑臂到右端时，则刚好与上述情形相反，因而低音衰减最大。不论R5的滑臂怎样滑动，因为C1、C2对高音信号可视为是短路的，所以此时对高音信号无任何影响。高音调节时，当R6滑臂到左端时，因C3对高音信号可视为短路，高音信号经过R3、C3直接送入运放，输入量最大。而高音输出则经过C3、R6、R3负反馈送入运放，负反馈量最小，因而高音提升最大；当R6滑臂到右端时，则刚好相反，因而高音衰减最大。不论R9的滑臂怎样滑动，因为C3对中低音信号可视为是开路的，所以此时对中低音信号无任何影响。普及型功放一般都使用这种音调处理电路。使用时必须注的是，5为避免前级电路对音调调节的影响，接入的前级电路的输出阻抗必需尽可能地小，应与本级电路输入阻抗互相匹配。3、功率放大电路根据题目设计要求，可供选择的功率放大器可由分立元件组成，也可由集成电路完成。集成功放具有工作可靠，外围电路简单，保护功能较完善，易制作调试等优点。许多性能优异的集成功放芯片，如TDA2040A、LM1875、LM386等。TDA2030是一块性能十分优良的功率放大集成电路，也是目前音质较好、价格较低、外围元件较少、应用较方便的一款性价比较高的集成功放。它的电气性能稳定、可靠、能适用长时间连续工作，集成块内部具有过载保护和热切断保护电路，不会损坏器件。在单电源使用时，散热片可直接固定在金属板上与地线相通，无需绝缘，使用十分方便。功率放大电路可由附图3所示的电路图实现。其中，D1、D2是为了防止电源正负极性加反，滑动变阻器实现了对其响度的控制。Au=1+R10/R13=33倍。TDA2030引脚排列如图6所示，各脚阻值如表2所示，参数如表3所示。图2TDA2030引脚图表2TDA2030各脚阻值表引脚12345阻值黑表笔接3脚4kΩ4kΩ03kΩ3kΩ红表笔接5脚∞∞018kΩ3kΩ表3TDA2030A主要技术指标参数6参数名称符号单位参数最小典型最大测试条件电源电压VccV+、-6+、-18静态电流IccmA4060Vcc=+-18,RL=4欧输出功率PoW1214RL=4,THD=0.5%W89RL=8,THD=0.5频响BWHz10140kPo=12w,RL=4,输入阻抗RiM0.55开环，f=1kHz4，音源选择电路音源选择电路主要由74LS160N，74LS138和模拟开关组成。原理图详见附图4.3.2电路仿真在各单元电路设计的基础上，按照总体电路图在仿真软件Multisim上一一选择芯片并进行连接，然后启动开关观察。将电路在Multisim上连接好后，为各个电阻和电容选取适当值，为各个开关设置好适当的键盘打开数值连接，然后打开Multisim的开关，根据输出波形的情况判断电路是否正常。通过仿真，我们的电路原理图无误，可以制板。仿真电路图如图5所示，本电路仿真结果的波形如图6所示。经测量输入电压U1=70.6924mV，输出电压U2=8.965V，Au=127.根据仿真结果可知电路原理无误，可以进行PCB板布线。3.3安装与调试在安装好所有的芯片和电路原件后，按照电路图逐一检查电路有没有漏焊的问题，接下来用万用表逐一检查有没有虚焊或线路断路或线路短路。在解决了检查出来有