模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)課程設(shè)計——功率放大器

1、<p>　　《模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)》</p><p><b>　　課程設(shè)計</b></p><p><b>　　一、設(shè)計任務(wù)與要求</b></p><p>　　1、技術(shù)指標(biāo) </p><p>　　設(shè)計一款額定輸

2、出功率為10 ~ 20W的低失真集成電路功率放大器，要</p><p>　　求電路簡潔，制作方便、性能可靠。性能主要指標(biāo)：</p><p>　　輸出功率：10 ~ 20W（額定功率）；</p><p>　　頻率響應(yīng)：20Hz ~ 100kHz（≤3dB）</p><p>　　諧波失真：≤3％ (10W,30Hz~20kHz）；</p&g

3、t;<p>　　輸出阻抗：≤0.16Ω;</p><p>　　輸入靈敏度：200mV（1000Hz，額定輸出時）</p><p>　　2、設(shè)計要求     A、設(shè)計簡易直流電源、音調(diào)控制級、功率放大級；     B、選定元器件和參數(shù)，并設(shè)計好電路原理圖；   &

4、#160; C、在萬能板或面包板上進(jìn)行電路安裝調(diào)測；     D、測試輸出功率；     E、測試輸入阻抗；    F、寫出設(shè)計報告。</p><p><b>　　二、方案設(shè)計與論證</b></p><p>　　由上可知，電源要采用雙電源供電，故可以用

5、無輸出電容的功率放大電路即OCL電源，電源可以雙12V的交流變壓器經(jīng)整流濾波得到，主要考慮功率放大部分。主要有分離器件和集成器件兩大類，各有優(yōu)缺點。經(jīng)過調(diào)試基本上能達(dá)到要求。 </p><p>　　方案一、采用分離器件的OCL電路</p><p>　　原理圖如右，靜態(tài)時，從+VCC經(jīng)過R1、R2、D1、D2、R3到-VCC有一個直流電流，</p><p>　　它在

6、T1和T2管兩個基極之間產(chǎn)生的電壓為</p><p><b>　　，</b></p><p>　　略大于T1管發(fā)射結(jié)和T2管發(fā)射結(jié)開啟電壓之和，從而使兩</p><p>　　只管子均處于微導(dǎo)通狀態(tài)，即都有一個微小的基極電波，分</p><p>　　別為IB1和IB2。靜態(tài)時應(yīng)調(diào)節(jié)R2，使發(fā)射極UE電位為0，即</p

7、><p>　　輸出電壓uo為0。輸入信號的正半周是T1管發(fā)射極驅(qū)動負(fù)載，</p><p>　　而負(fù)半周是T2管發(fā)射極驅(qū)動負(fù)載，在信號電壓很小時，兩只管子同時導(dǎo)通，因而它們工作在甲乙類狀態(tài)，消除了交越失真。</p><p>　　若靜態(tài)工作點失調(diào)，例如R2、D1、D2中任意一個元件虛焊，則從+VCC經(jīng)過R1、T1管發(fā)射結(jié)、T2管發(fā)射結(jié)、R3到-VCC形成一個通路，有較大的基

8、極電流IB1和IB2流過，從而導(dǎo)致T1和T2管有很大的集電極直流電流，以至于T1和T2管可能因功耗過大而損壞。因此，常在輸出回路中接入熔斷器以保護(hù)功放管和負(fù)載。</p><p><b>　　該電路的特點： </b></p><p>　　優(yōu)點： 只要調(diào)整元器件的參數(shù)，既可改變放大倍數(shù)和功率 ，元件選用靈活</p><p>　　缺點： 元件較多，調(diào)

9、試復(fù)雜，計算繁多，難以達(dá)到設(shè)計指標(biāo)要求</p><p>　　方案二、采用集成器件的OCL電路</p><p>　　TDA系列IC為引進(jìn)的國外集成器件，可以裝載散熱片，采用8根引出腳的單列直插塑封形式。由于管腳數(shù)量少，所以外圍元件也少，工作可靠，只要連接無誤，一般無須調(diào)整就能投入正常使用，此外，內(nèi)部具有較完善的過載、過熱保護(hù)環(huán)節(jié)，所以不易損壞，即使RL短路也能自動地限制電流，使內(nèi)部功放輸出管

10、工作與安全區(qū)。還有LM系列功放集成電路也是一種比較常用的功率放大器件?？梢哉f集成功放是近年來日趨廣泛應(yīng)用的一種功率放大器。</p><p>　　在本電路中選用TDA2030作為核心功放器件，由于它的內(nèi)部已經(jīng)集成了反饋電路，所以外部不需要在加反饋電路，外部只需加兩只音頻輸入耦合電容和輸出RC消振電路即可，不需要其它復(fù)雜的計算。如右圖所示，該集成塊電源電壓范圍為±10~±30V，當(dāng)電源電壓為

11、77;14V，RL=8Ω時，每聲道連續(xù)輸出12W左右，總諧波失真度為0.01%，足已滿足設(shè)計要求。</p><p><b>　　該電路的特點：</b></p><p>　　優(yōu)點：外圍元件少，調(diào)試方便，布局方便</p><p>　　缺點：內(nèi)部集成反饋，放大倍數(shù)難以改變改變功率只有提高電源電壓和負(fù)載</p><p>　　三、

12、單元電路設(shè)計與參數(shù)計算</p><p><b>　　1、電源部分</b></p><p>　　直流電壓不宜取得過高，否則不僅集成塊發(fā)熱嚴(yán)重，而且音質(zhì)劣化，還可能引發(fā)過壓保護(hù)電路的誤動作。優(yōu)先使用廠家推薦電壓，也可用極限電壓×８５％得到直流電壓，再以直流電壓除以１．２５得交流電壓。</p><p>　　電源變壓器采用雙12V變壓器，通過

13、橋式整流后即可得到正負(fù)電源。考慮到負(fù)載的功率，在選用變壓器時要功率匹配，約25W。</p><p>　　功放無需使用穩(wěn)壓電源，但電源的功率容量一定要足夠。變壓器的功率可取總輸出功率的兩倍，并作好屏蔽。整流管選低內(nèi)阻的。整流電路中二極管的選擇，考慮到電網(wǎng)電壓的波動范圍為±10%，在實際選用二極管時，至少有10%的余量，選擇最大整流電流 Imax和最高反向工作電壓U RM由分別為</p>&l

14、t;p>　　Imax>1.1 IO(AV) =1.1*1.5=1.65A</p><p>　　U RM>1.56U2 ≈19V</p><p>　　考慮到整流橋使用方便，故電路選用整流橋，用4A/600V已經(jīng)能夠滿足本功放電路并大有余量或者用4個IN4001組成橋式整流也行，電路如原理圖所示。</p><p>　　濾波電容容量適可而止，不能要盲目求

15、大，C的取值應(yīng)滿足：</p><p>　　RLC≥(3~5)T/2</p><p>　　故 RL=UO(AV)/IL(AV)=15/1.5Ω=10Ω</p><p>　　C=(3~5)T/2RL=(3~5)*1000uF</p><p>　　故電容的容量選取約4700μＦ。變壓器副邊電壓有效值為12V , 電容的耐壓值為U>1.1

16、15;1.41×12V≈19V</p><p>　　綜合上述，故電容選取4700μＦ/25V。</p><p>　　電源指示直接從變壓器次級取交流12V,但要加一個限流電阻R1,</p><p><b>　　R1的取值：</b></p><p>　　發(fā)光二極管的工作電流在3~20mA之間，正向?qū)▔航担ㄒ曅吞柌?/p>

17、同而不同）約為1.5~2.5。在這里取電流為5mA，正向?qū)▔航禐?V,則</p><p>　　R1=（ERMS—UF）/ 2IF =1kΩ</p><p><b>　　2、功放部分</b></p><p>　　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)。</p><p>　　如圖1

18、所示，按引腳的形狀引可分為H型和V型。</p><p>　　該集成電路廣泛應(yīng)用于汽車立體聲收錄音機(jī)、中功</p><p>　　率音響設(shè)備，具有體積小、輸出功率大、失真小等</p><p>　　特點。并具有內(nèi)部保護(hù)電路。意大利SGS公司、美</p><p>　　國RCA公司、日本日立公司、NEC公司等均有同類</p><p&

19、gt;　　產(chǎn)品生產(chǎn)，雖然其內(nèi)部電路略有差異，但引出腳位置</p><p>　　及功能均相同，可以互換。</p><p>　　電路特點：[1].外接元件非常少。[2].輸出功率大，Po=18W(RL=4Ω)。[3].采用超小型封裝（TO-220）,可提高組裝密度。[4].開機(jī)沖擊極小。[5].內(nèi)含各種保護(hù)電路，因此工作安全可靠。主要保護(hù)電路有：短路保護(hù)、熱保護(hù)、地線偶然開路、電源極

20、性反接（Vsmax=12V）以及負(fù)載泄放電壓反沖等。 [6].TDA2030A能在最低±6V最高±22V的電壓下工作在±19V、8Ω阻抗時能夠輸出16W的有效功率，THD≤0.1%。無疑，用它來做電腦有源音箱的功率放大部分或小型功放再合適不過了。引腳情況：[1]、腳是正相輸入端[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。</p>

21、<p>　　1腳,2腳正負(fù)音頻信號輸入,100K歐,4腳輸出4歐或8歐，電源接5正12伏，3負(fù)12伏注意事項：[1].TDA2030具有負(fù)載泄放電壓反沖保護(hù)電路，如果電源電壓峰值電壓40V的話，那么在5腳與電源之間必須插入LC濾波器，以保證5腳上的脈沖串維持在規(guī)定的幅度內(nèi)。[2].熱保護(hù)：限熱保護(hù)有以下優(yōu)點，能夠容易承受輸出的過載（甚至是長時間的），或者環(huán)境溫度超過時均起保護(hù)作用。[3].與普通電路相比較，散熱片可以有

22、更小的安全系數(shù)。萬一結(jié)溫超過時，也不會對器件有所損害，如果發(fā)生這種情況，Po=（當(dāng)然還有Ptot）和Io就被減少。[4].印刷電路板設(shè)計時必須較好的考慮地線與輸出的去耦，因為這些線路有大的電流通過。[5].裝配時散熱片與之間不需要絕緣，引線長度應(yīng)盡可能短，焊接溫度不得超過260℃，12秒。[6].雖然TDA2030所需的元件很少，但所選的元件必須是品質(zhì)有保障的元件。</p><p><b>　　元

23、件參數(shù)的確定：</b></p><p>　　同軸雙聯(lián)電位器用作左右聲道音量的同步調(diào)節(jié)，可選47K,這里我用的是高質(zhì)量電位器只有10K的，用上也可以。</p><p>　　高頻退耦電容C5、C6一般取100nF。</p><p>　　耦合電容一般選用1～10μf / 25V。</p><p>　　消振移相電路由該集成快的數(shù)據(jù)手冊可知

24、，電阻選用10Ω，電容選用100nF.</p><p><b>　　關(guān)于散熱片的大?。?lt;/b></p><p>　　有此功放的轉(zhuǎn)換效率，可的功放塊的熱功率為4.5W,</p><p>　　故查TDA2030數(shù)據(jù)手冊，得散熱片的規(guī)格應(yīng)不小于40mm×30mm×15mm</p><p>　　四、總原理圖及

25、元器件清單</p><p><b>　　1．總原理圖</b></p><p><b>　　電源部分原理圖</b></p><p><b>　　功放部分原理圖</b></p><p><b>　　總組裝圖 </b></p><p>&

26、lt;b>　　2．所需元件清單</b></p><p>　　實驗電路板：　 1塊 2200U/25V濾波電容 　 2個進(jìn)口0.1u CBB電容： 　4個 進(jìn)口1u CBB電容：　 　2個680歐金屬膜電阻：　　2個22K金屬膜電阻：　　　4個1歐金屬膜電阻 　 　 2個</p><p>　　小容積22u電容 2個</p>

27、<p>　　IN4001二極管 4個</p><p>　　TDA2030A 2個</p><p>　　4A/600V整流橋堆　　 1個　</p><p>　　正負(fù)12V交流變壓器 1個</p><p><b>　　五、安裝與調(diào)試</b></p>&l

28、t;p>　　安裝電路板，由于本電路采用功放集成電路，且只有5引腳，看準(zhǔn)后，可直接焊在電路板上。按照布局圖或PCB圖把元件逐一焊接在電路板上，對于二極管或電解電容等有極性器件要用儀器判斷好后在焊接。元件全部焊接完成后，在仔細(xì)檢查幾遍，確保器件連接正確后，方可通電測試。</p><p>　　TDA2030的一些參數(shù)</p><p>　　1．測量輸出電壓放大倍數(shù)Au</p>

29、<p>　　測試條件：直流電源電壓12v，輸入信號1KHｚ 70 mv（振幅值100mv），輸出負(fù)載電阻分別為4Ω和8Ω。</p><p>　　2．測量允許的最大輸入信號（1KHｚ）和最大不失真輸出功率</p><p>　　測試條件：①直流電源電壓12v，負(fù)載電阻分別為4Ω和8Ω。</p><p>　?、谥绷麟娫措妷?0v，負(fù)載電阻為8Ω。</p&g

30、t;<p>　　3．測量上、下限截止頻率fH和fL</p><p>　　測試條件：直流電源電壓12v，輸入信號70mv（振幅值100mv），改變輸入信號頻率</p><p><b>　　負(fù)載電阻為8Ω。</b></p><p><b>　　六、性能測試與分析</b></p><p>　

31、　1．在實驗室里，選用低頻信號發(fā)生器做信號源，用示波器觀察波形，并測量出輸出電壓的有效值。測試取輸入信號頻率f=1khz Vi=200mV RL=8Ω/25W，經(jīng)測量和計算的如下參數(shù)：</p><p>　　輸出電壓（有效值）10.2V</p><p>　　輸出功率Po=15W</p><p><b>　　電壓放大倍35</b></p&

32、gt;<p>　　電源平均供給功率15.9V×1.13A≈18W</p><p>　　轉(zhuǎn)換效率 ≈ %</p><p><b>　　2．頻率響應(yīng)測試</b></p><p>　　在保證輸入信號Ui大小不變的條件下，改變低頻信號發(fā)生器的頻率。用交流毫伏表測出Uo=0.707Uom時，所對應(yīng)的放大器上限截止頻率fH和下

33、限截止頻率fL,算出頻帶寬度B:</p><p><b>　　fL≈25Hz</b></p><p><b>　　fH≈28KHz</b></p><p>　　B=fH－fL≈28KHz</p><p><b>　　3．失真測量</b></p><p>

34、　　由于條件的限制，無法測量失真度λ</p><p><b>　　七、結(jié)論與心得</b></p><p>　　時間總是過得很快，在匆忙中一周的課程設(shè)計結(jié)束了，我自己能制作一個高保真音頻功率放大器，調(diào)試效果還不錯，自己第一次動手做出了原來以為很高科技的東西。這其中的興奮是無法用言語表達(dá)的。</p><p>　　學(xué)習(xí)模電這段時間也是我們一學(xué)期最忙的

35、日子，剛結(jié)束的電路分析在我的腦子里還是一團(tuán)漿，緊接著的模電更是讓我昏了頭，每個星期的實驗都是無從下手。剛接到模電的課程設(shè)計的任務(wù)，越想月是頭痛，想著著是個不可能完成的任務(wù)。時間在一天天過去，設(shè)計還是沒有一點頭緒。自己的知識畢竟有限，最后想到了平日接觸最多的Internet。時間緊急打開百度輸入電子制作，很快就出現(xiàn)了很多專業(yè)的網(wǎng)站，也有一寫發(fā)燒友自己的網(wǎng)站。我仿佛發(fā)現(xiàn)了寶藏，里面都是我感興趣的東西。我根據(jù)這次設(shè)計的要求確定了我這次設(shè)計的課

36、題——音頻功率放大器。</p><p>　　在一個發(fā)燒友的網(wǎng)站上我找到了一個功率放大器的詳細(xì)制作方法，也就是我這次制作的TDA2030 音頻功放。找到了它的電路應(yīng)用電路圖仔細(xì)看了一下似懂非懂，清點了所需的元器件，到電子市場叫老板照單拿貨。買了元件離成功就有近了一步?；貋砻χ附樱捎谟玫氖侨f能板開始焊起來很是麻煩，開始沒有合理的安排好元件的位置就喊上了導(dǎo)致有些元件安放不了，又要拆下重新按，對元件有很大的損傷，對放

37、大效果有直接性的影響。這也可能是我的產(chǎn)品不夠完美的原因之一。在焊接過程中因多次重焊導(dǎo)致心里煩躁而出現(xiàn)了很多錯誤，二極管極性插錯，導(dǎo)致電路不通，電容的兩極焊反導(dǎo)致電容燒毀，這都是自己事先沒有策劃好造成的。讓我懂得了電子制作是個精細(xì)的活，急是做不好的。線路連接一定要清晰，不然出錯后就很難找到是哪個地方。也要在熟練的基礎(chǔ)上讓作品更加完美。</p><p>　　一個星期的課程設(shè)計，盡管現(xiàn)在只是初步學(xué)會了高保真音頻功率放大