模電課程設(shè)計---音頻功率放大電路

1、<p>　　1、設(shè)計題目：音頻功率放大電路</p><p>　　2、設(shè)計任務(wù)目的與要求：</p><p>　　要求：設(shè)計并制作用晶體管和集成運算放大器組成的音頻功率放大電路，負(fù)載為揚聲器，阻抗8。</p><p>　　指標(biāo)：頻帶寬50HZ～20kHZ，輸出波形基本不失真；電路輸出功率大于8W；輸入靈敏度為100mV，輸入阻抗不低于47K。</p>

2、;<p><b>　　3、整體電路設(shè)計：</b></p><p><b>　?、欧桨副容^：</b></p><p>　?、倮眠\放芯片 LM1875和各元器件組成音頻功率放大電路，有保護(hù)電路，電源分別接+30v和-30v并且電源功率至少要50w，輸出功率30w。</p><p>　?、诶眠\放芯片TDA203

3、0和各元器件組成音頻功率放大電路，有保護(hù)電路，電源</p><p>　　只需接+19v，另一端接地，負(fù)載是阻抗為8的揚聲器，輸出功率大于8w。</p><p>　　通過比較，方案①的輸出功率有30w，但其輸入要求比較苛刻，添加了實驗難度。而方案②的要求不高，并能滿足設(shè)計要求，所以選取方案②來進(jìn)行設(shè)計。</p><p><b>　?、普w電路框圖：</

4、b></p><p>　　⑶單元電路設(shè)計及元器件選擇：</p><p><b>　?、賳卧娐吩O(shè)計：</b></p><p>　　功率放大器按輸出級靜態(tài)工作點的位置可分為甲類、乙類和甲乙類三種；若按照輸出級與負(fù)載的耦合方式，甲乙類又可分為電容耦合 （OTL 耦合）、直接耦合（OCL 電路）和變壓器耦合三種。變壓器耦合容易實現(xiàn)阻抗匹配，但體

5、積大， 較笨重。又OCL電路電源輸入要求較高，所以采用OTL電路。采用單電源的OTL電路不需要變壓器中間抽頭，但需要在輸出端接上大電容，且低頻特性不如OCL好。根據(jù)“虛短”、“虛斷”的原理，利用電阻的比值，可求得電路所需的放大倍數(shù)，其中可加入一個電位器替代反饋電阻，這樣就能夠?qū)崿F(xiàn)電路放大倍數(shù)的調(diào)整。因為功率放大電路是追求在電源電壓確定的情況下，輸出盡可能大的功率，可以采取OTL電路來實現(xiàn)。為了提高轉(zhuǎn)換功率，我們要對電路進(jìn)行改善，這主要圍

6、繞功率放大電路頻率響應(yīng)的改善和消除非線性失真來改進(jìn)電路，因此要用到若干個電阻電容來保護(hù)電路。OTL電路會產(chǎn)生交越失真，為了消除這種失真，應(yīng)當(dāng)設(shè)置合適的靜態(tài)工作點，使電路中的兩只放大管均工作在臨界導(dǎo)通或微導(dǎo)通的狀態(tài)，這可以通過加入兩個二極管來實現(xiàn)，因為二極管具有單向?qū)щ娦??；蛘邔蓚€有一定對稱性的NPN和PNP三極管的基極分別和TDA2030的兩個電</p><p><b>　?、谠骷x擇：</b

7、></p><p>　　如下面的系統(tǒng)原理圖所示，C2為輸入耦合電容，應(yīng)選取較小的電解電容；R1、R２、R3和C7的作用是組成運放TDA2030的輸入偏置電路，取R1=R2=R3，可計算得TDA2030正向輸入端的電壓為0.5VCC，而電容C7的作用是可以穩(wěn)定這個電位。另外，R3是為了防止輸入信號被C7短接到地而設(shè)的。C6是高頻退耦電容，應(yīng)選用較小的陶瓷電容或獨石電容；C3是濾波電容，應(yīng)選用較大的電解電容。C

8、4、R4、和R11構(gòu)成交流負(fù)反饋，控制交流增益，對于音頻信號，可以近似地認(rèn)為C4短路，所以功放的增益為1<<1+R11（有效部分）/R4<<1+100/3.3=31.3。對于直流信號，可認(rèn)為C4斷路，所有輸出信號反饋到反向輸入端，所以直流增益為1。取R6=R8和C8可起著保證TIP31和TIP32的基極電壓相等，從而減少了推挽電路的交越失真。而R7和C5可以濾除TDA2030輸出的高頻信號。二極管D1、D2保護(hù)運

9、放免受揚聲器的感應(yīng)電壓而造成損害。電容C1是輸出耦合電容，能夠改善電路的低頻特性，要用容值較大的電解電容。C9和R10能對揚聲器的相位進(jìn)行補償，能夠較少電路的自激振蕩，確保高頻穩(wěn)定性。運放TDA20</p><p><b>　　⑷系統(tǒng)的電路總圖：</b></p><p><b>　　元件清單如下：</b></p><p>

10、　　4、電路調(diào)試過程與結(jié)果:</p><p><b>　?、贉y試頻帶寬：</b></p><p>　　調(diào)節(jié)電位器R11的阻值，經(jīng)過測試可得其中一個電路的下限截止頻率為fL=6.41Hz，上限截止頻率為fH=127.481kHz。當(dāng)然在50HZ～20kHZ頻率范圍內(nèi)電路輸出不失真，這滿足條件“頻帶寬50HZ～20kHZ，輸出波形基本不失真”的要求。在實驗室里也經(jīng)過測量，

11、顯示可以在50HZ～20kHZ頻率范圍內(nèi)電路輸出不失真。</p><p>　?、跍y量輸出電壓放大倍數(shù):</p><p>　　測試條件：直流電源電壓19v，輸入信號峰峰值為100mv，輸入頻率為1KHz，電位器R11的有效阻值為66k，負(fù)載電阻8。輸入和輸出的波形如下圖所示：</p><p>　　輸出電壓峰峰值為：Uo=Ui*【1+R11(有效部分)/R4】

12、</p><p>　　放大倍數(shù)：Ao=1+R11（有效部分）/R4=1+66/3.3=21 </p><p>　　仿真數(shù)據(jù)和實測數(shù)據(jù)比較：</p><p>　　由上表可知，實際上輸出電壓放大倍數(shù)：Au≠21</p><p>　　誤差分析：因為元件的實際數(shù)據(jù)大小與理論的大小存在差異,譬如金屬膜電阻的阻值誤差為1%或5%，電容的容值誤差也有5%

13、～20%。實際上1n4001、TIP31、TIP32等元器件跟仿真軟件所表現(xiàn)出來的特性不是完全一樣的。同時，音頻集成放大芯片發(fā)熱量比較大，比較容易受到周圍環(huán)境溫度的影響，從而也導(dǎo)致了一定的誤差。另外，在實測中讀數(shù)時會產(chǎn)生誤差。</p><p>　?、蹨y量最大不失真功率：</p><p>　　根據(jù)理論可得最大不失真功率為,Uo為輸出電壓峰峰值。經(jīng)過測試，在19V的直流電源，8負(fù)載作用下，調(diào)節(jié)

14、電位器R11，使其允許的最大不失真輸入信號為Ui=600mv,其最大不失真功率為:Po=8.4w>8w。也滿足“電路輸出功率大于8W”條件。</p><p>　　④測量輸入靈敏度為100mV時的輸入阻抗：</p><p>　　在信號輸入端接上兩個萬用表，分別測量輸入端的電壓和電流，得Ui≈70 .71mV，Ii≈716.48nA，所以輸入阻抗為Ri=Ui/Ii=98.69K>&

15、gt;47K，明顯也滿足“輸入靈敏度為100mV，輸入阻抗不低于47K”的條件。</p><p><b>　　5、總結(jié)和體會：</b></p><p>　　方案和作品的優(yōu)點為：</p><p>　?、俸附影迮虐孑^為縝密，焊接沒有跳線；</p><p>　　②作品所用元器件較少，電源輸入要求較低，頻帶寬6.41HZ～127

16、.481kHZ，輸出波形基本不失真，電路輸出功率大于8W，輸入靈敏度為100mV，輸入阻抗高于47K，能夠基本實現(xiàn)設(shè)計的任務(wù)要求；</p><p>　?、垭娐分杏蠺DA2030的保護(hù)電路，另外在輸出部分能對揚聲器的相位進(jìn)行補償，從而能夠較少電路的自激振蕩，確保高頻穩(wěn)定性；</p><p>　　④作品用了TIP31C和TIP32C組成的推挽放大電路，能夠較少TDA2030的功耗，使TDA20

17、30的發(fā)熱量減少；</p><p>　?、蓦娢黄鱎11能夠?qū)崿F(xiàn)電路增益的調(diào)整。</p><p><b>　　缺點有：</b></p><p>　?、俟β什皇呛芨撸畲筝敵龉β手挥?.4W；</p><p>　　②TIP31C和TIP32C的功耗都比較大，集電極電流輸出不是很大；</p><p>　

18、?、?.2mf的電解電容存在電感，電路的低頻特性不是很好；</p><p>　?、茈娐返碾娫摧斎胗捎跊]有保護(hù)電路，若在調(diào)試時正負(fù)電源接反可能會把芯片燒壞。</p><p>　　針對4個缺點各自的改進(jìn)方案：</p><p>　　缺點1：采用雙電源供電的OCL電路或者用LM1875或TDA2050等運放和元器件搭建的電路；</p><p>　　缺