课程设计
题目
学院 专业
班级
姓名 指导教师
高保真音频功率放大器设计 信息工程学院 电子科学与技术 电子1303 陈毅然 韩屏
2015 年 1 月 21 日
武汉理工大学《模拟电子技术基础》课程设计说明书
课程设计任务书
学生姓名：陈毅然专业班级：电子科学与技术1303班 指导教师：韩屏工作单位：信息工程学院
题目: 高保真音频功率放大器设计
初始条件：
可选元件：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（集成功放的选择应满足技术指标）。电
容、电阻、电位器若干；或自备元器件。直流电源±12V，或自备电源。
可用仪器：示波器，万用表，毫伏表
要求完成的主要任务:
（1）设计任务
根据技术指标和已知条件，选择合适的功放电路，如：OCL、OTL或BTL电路。完成对高保真音频功率放大器的设计、装配与调试。
（2）设计要求
①输出功率10W/8Ω；
频率响应20~20KHz；
效率>60﹪；
失真小。
②选择电路方案，完成对确定方案电路的设计。计算电路元件参数与元件选择、并画出总体
电路原理图，阐述基本原理。（选做：用PSPICE或EWB软件完成仿真）
③安装调试并按规定格式写出课程设计报告书。
时间安排：
1、 20014年1月12日分班集中，布置课程设计任务、选题；讲解课设具体实施计划与课
程设计报告格式的要求；课设答疑事项。
2、 20014年1月13日至20014年1月20日完成资料查阅、设计、制作与调试；完成课程
设计报告撰写。
3、 20014年1月21日提交课程设计报告，进行课程设计验收和答辩。
指导教师签名：年月日
系主任（或责任教师）签名：年月日
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目录
摘要 ............................................................................................................................................ 1
1．功率放大器简介 .................................................................................................................. 2
2．设计任务内容及要求 .......................................................................................................... 3
2.1设计目的 ...................................................................................................................... 3
2.2 设计任务及主要技术指标 ............................................................................................. 3
3.设计方案 ...................................................................................................................................... 4
3.1 单元电路选取 .......................................................................................................................... 4
4.mutisim仿真 ................................................................................................................................ 5
5.焊接与调试 .................................................................................................................................. 7
6.心得体会 ...................................................................................................................................... 9
7. 参考文献 ................................................................................................................................ 10 附录 ................................................................................................................................................ 11
摘要
本此低频功率放大器设计采用TDA2030A的OCL(双电源互补对称功率放大电路)，正负12v直流稳定电压源提供放大能量，接入电压负反馈电路稳定电压，大电容滤去低频纹波，小电容滤去高频纹波，保证音频信号不失真。通过对文献资料的查阅、仿真和多次实验尝试，完成了具有高保真特性的低频功率放大器的设计。
关键词：低频功率放大器 OCL TDA2030A
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1.功率放大器简介
音频功率放大器是一个技术已经相当成熟的领域,几十年来,人们为之付出了不懈的努力,无论从线路技术还是元器件方面,乃至于思想认识上都取得了长足的进步。
（1）早期的晶体管功放
半导体技术的进步使晶体管放大器向前迈进了一大步，自从有了晶体管,人们就开始用它制造功率放大器，早期的放大器几乎全用锗管来制作,但由于锗管工艺上的一些原因,使得放大器中所用的晶体管,尤其是功放管性能指标不易做得很高。
（2）晶体管功放的发展和互调失真
随着半导体工艺的逐渐成熟,大电流、高耐压的晶体管品种日益增加,越来越多的功率放大器采用了无输出变压器的 OCL电路或 OTL电路，最初的大功率 PNP管是锗管,而 NPN管是硅管,两者的特性差别非常显著,电路的对称性很差,人们更多采用的是准互补电路,通过小功率硅管Q1与一只大功率的NPN硅管 Q2复合,得到一只极性与PNP管类似的大功率管,降低了电路因对称性差而招至的失真。
（3）功放输入级——差动与共射-共基对称和平衡是电路发展的方向对称和平衡
也许是世上事物完美的标志之一。音乐讲究各声部之间的乎衡与统一,美术以色彩搭配均衡、和谐为美,在服装设计中,常常采取看似不对称的设计,其实质也是为了取得视觉上的均衡.上面所说的都是艺术,对称和平衡给人一种安定、完美的感觉。有意思的是,在功率放大器中,对称和平衡也有类似的效果。
功率放大器，简称“功放”。很多情况下主机的额定输出功率不能胜任带动 整个音响系统的任务，这时就要在主机和播放设备之间加装功率放大器来补充所需的功率缺口，而功率放大器在整个音响系统中起到了“组织、协调”的枢纽作用，在某种程度上主宰着整个系统能否提供良好的音质输出。
音频放大电路是典型应用电路， 由一块TDA 2030和较少元件组成的音频放大电路、装置调整方便、性能指标好等突出的优点。特别是集成块内部设计有完整的保护电路，能自我保护。
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TDA 2030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，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TDA 2030在内的几种。我们知道，瞬态互调失真是决定放大器品质的重要因素，该集成功放的一个重要优点。
TDA2030A功率放大管利用三极管的电流控制作用或场效应管的电压控制作用将电源的功率转换为按照输入信号变化的电流。因为声音是不同振幅和不同频率的波，即交流信号电流，三极管的集电极电流永远是基极电流的β倍，β是三极管的交流放大倍数，应用这一点，若将小信号注入基极，则集电极流过的电流会等于基极电流的β倍，然后将这个信号用隔直电容隔离出来，就得到了电流(或电压)是原先的β倍的大信号，这现象成为三极管的放大作用。经过不断的电流及电压放大，就完成了功率放大。
电路特点：
① 外接元件非常少。
② 输出功率大，Po=18W(RL=4Ω)。
③ 采用超小型封装（TO-220）,可提高组装密度。
④ 开机冲击极小。
⑤ 内含各种保护电路，因此工作安全可靠。主要保护电路有：短路保护、热保护、地线偶然开路、电源极性反接（Vsmax=12V）以及负载泄放电压反冲等。 ⑥ TDA2030A能在最低±6V最高±22V的电压下工作在±19V、8Ω阻抗时能够输出16W的有效功率，THD≤0.1%。无疑，用它来做电脑有源音箱的功率放大部分或小型功放再合适不过了。
2．设计任务内容及要求
2.1设计目的
⑴要求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。
⑵要求掌握音频功率放大器的设计方法与小型电子线路系统的装调技术。
2.2 设计任务及主要技术指标
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根据技术指标和已知条件，选择合适的功放电路，如：OCL、OTL或BTL电路。完成对高保真音频功率放大器的设计、装配与调试。
① 输出功率10W/8Ω； 频率响应20~20KHz； 效率>60﹪； 失真小。 ② 选择电路方案，完成对确定方案电路的设计。计算电路元件参数与元件选择、并画出总体电路原理图，阐述基本原理。
③ 安装调试并按规定格式写出课程设计报告书。
3.设计方案
3.1 单元电路选取
3.1.1 直流电源
直流电压给TDA2030提供能量，将能量转换为放大信号输出。电压值不宜取得过高，否则不仅集成块发热严重，而且音质劣化，还可能引发过压保护电路的误动作。因为TDA2030的额定输入电压为±6V—±18V，为了达到输出为10W的额定值，并且减少TDA2030的散热，采用±12V供电。最后我决定直接采用实验室的直流稳压电源±12V。
3.1.2 功率放大电路
（1）TDA2030A相关参数:
TDA2030集成电路的第三个特点是外围电路简单，使用方便。在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，在焊接电路板的时候TDA2030A的管脚的分布对于焊接的时候很重要的，如果管脚的区分有错，直接会导致的功率放大器烧掉。通过查阅资料知道他的管脚分布为：汉字对着人，从左往右数为1 2 3 4 5 其中 1为同相输入端，2为反相输入端，3为功率放大器的接地端，4为功率放大器额的输出端，5为功率放大器的电源线的接入端
图1.TDA2030引脚图
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注意事项：
①TDA2030具有负载泄放电压反冲保护电路，如果电源电压峰值电压40V的话，那么在5脚与电源之间必须插入LC滤波器，以保证5脚上的脉冲串维持在规定的幅度内。
②热保护：限热保护有以下优点，能够容易承受输出的过载（甚至是长时间的），或者环境温度超过时均起保护作用。
③与普通电路相比较，散热片可以有更小的安全系数。万一结温超过时，也不会对器件有所损害，如果发生这种情况，Po=（当然还有Ptot）和Io就被减少。 ④印刷电路板设计时必须较好的考虑地线与输出的去耦，因为这些线路有大的电流通过。
⑤装配时散热片与之间不需要绝缘，引线长度应尽可能短，焊接温度不得超过260℃，12秒。
⑥虽然TDA2030所需的元件少，但所选的元件必须是品质。
（2）功放各部分元件的选取：
①电源输入端电容的选取
由于电源本身并不是完全直流的，里面含有纹波，会影响输出结果，因而需要在电源输入端对电源进行虑纹波，本实验设计采用在电源输入端并联一个大电容（电解电容100uF）电容和一个小电容（陶瓷电容0.1uF）大电容虑低频，小电容率高频，可有效的滤掉电源的纹波。
②音频输入端电阻的选择
同相输入端的电阻R1是用在直流平衡电阻，一般取数十千欧，跟负载反馈的网络有关，这里使用20kΩ的滑动变阻器，用以起到调节输出功率的作用。
③ 反馈电阻电容的选择
选择适当的电阻电容以达到电压增益的效果，经过计算和仿真测试我选用了22kΩ、680Ω和22uF的电阻电容。
④输出电容电阻的选取
由于输出接的是喇叭，为感性，为防止其发生自己振荡，同时更好的滤波，保证输出信号更好，在输出端接上一个电容（陶瓷电容0.22 uF）和一个电阻(1
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Ω)串联接地。
⑤两个二极管的作用
两个二极管可在电流过大的时候保护电路。
4.Multisim仿真
根据实验方案在Multisim中做出仿真：
图2.multisim仿真电路
4.1仿真增益及功率
仿真条件：
（1）输入信号1KHz,最大值300mv,观察输出波形，测试放大倍数Av，功率。
图3.仿真示意图
分析：输入信号1KHz,最大值300mv
时，输入输出同相，最大幅值为
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19.929/2=9.9645V,则放大倍数Av=9.9645/0.3=33.215。功率为6.236w。通过调节滑动变阻器，可以很明显地完成输出功率的放大缩小。
（2）输入信号20kHz,最大值300mV，观察输出功率。
图4.仿真示意图
分析：当输入频率升到20kHz时，输出功率很小，可见此电路在高频区输出幅值偏小，功率偏低。
5.焊接与调试
由于电路比较简单，焊接过程中并未遇到问题。
图5.正面焊接图
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图6.反面走锡图
调试过程由于设备限制，采用了自制直流稳压电源和MP3作为电源和信号源，通过实验证明作品具有不错的放大效果和很好的保真效果。
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6. 心得与体会
在匆忙中我的课程设计结束了，我自己能制作一个高保真音频功率放大器，调试效果还不错，自己动手做出了原来以为很高科技的东西。这其中的兴奋是无法用言语表达的。学习模电这段时间也是我们一学期最忙的日子，刚结束的电路分析在我的脑子里还是一团浆，紧接着的模电更是让我昏了头，每个星期的实验都是无从下手。刚接到模电的课程设计的任务，越想月是头痛，想着着是个不可能完成的任务。时间在一天天过去，设计还是没有一点头绪。自己的知识毕竟有限，最后想到了平日接触最多的网络，通过网络这块神奇的宝地，我很快就发现很多专业的网站。我仿佛发现了宝藏，里面都是我感兴趣的东西。在一个发烧友的网站上我找到了一个功率放大器的详细制作方法，也就是我这次制作的
TDA2030音频功放。找到了它的电路应用电路图仔细看了一下似懂非懂，清点所需的元器件，到电子市场叫老板照单拿货。买了元件离成功就有近了一步。回来忙着焊接，由于用的是万能板开始焊起来很是麻烦，开始没有合理的安排好元件的位置就焊上了导致有些元件安放不了，又要拆下重新按，对元件有很大的损伤，对放大效果有直接性的影响。这也可能是我的产品不够完美的原因之一。在焊接过程中因多次重焊导致心里烦躁而出现了很多错误，二极管极性插错，导致电路不通，电容的两极焊反导致电容烧毁，这都是自己事先没有策划好造成的。让我懂得了电子制作是个精细的活，急是做不好的。线路连接一定要清晰，不然出错后就很难找到是哪个地方。
一个星期的课程设计，尽管现在只是初步学会了高保真音频功率放大器设计，离真正掌握还有一定距离，但学习的这段日子确实令我收益匪浅，让我又多掌握了一门新的技术，收获总是令人快乐。在以后的学习中我会更多的注重实践，让自己的知识更加丰富
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7.参考文献
[1]. 《电子技术基础》,华中工学院电子学教研室编,康华光主编,高等教育出版社，2005。
[2].《电子线路设计》,(第三版)华中科技大学谢自美主编,华中科技大学出版社，2005。
[3]. 童诗白，华成英. 模拟电子技术基础.北京: 高等教育出版社, 1989
[4]. 吴文波. 高保真音响设计制作.北京: 电子工业出版社,2000,3
[5].《模拟电子技术》，程开明主编，重庆大学出版社，1992 。
[6]. 大学生电子设计网：。
[7]. 电子课程设计网： 。
[8]. 电子发烧友网：/。
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附录1：电路图
附录2：元件清单
TDA2030 1块
680Ω、1Ω电阻 各1个 22kΩ电阻 2个
瓷片电容104 2个
瓷片电容224 1个
电解电容22uF 1个
电解电容100uF 2个
20kΩ滑动变阻器 1个
二极管1N4001 2个
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本科生课程设计成绩评定表
指导教师签字：年月日