模拟电子技术基础课程设计实验报告

设计题目：音响放大器

指导老师   刘亚军

班    级   09级电子信息科学与技术2班

  姓    名   雷小洁

        学    号  200991024063                                                                               

                                  二0一一年六月十一日

1.设计目的

1、解集成功率放大器内部电路工作原理
2、掌握其外围电路的设计与主要性能参数测试方法

2.  设计要求：

   内容。设计 并制作一OCL音频功率放大器，在实验面包板上进行其外围电路的搭建和调测。

 指标：POM≥5W

fL≤50HZ   fL≥15KHZ

负载：8.2Ω

输入电压：9∨

3、设计用仪器：示波器1台，晶体管毫伏表，万用表1块，低频信号发生器，实验面包板或万能板，智能电工实验台。设计用主要器件：集成功放LA4102一块、电阻电容若干。

4,方案选择：

音频功率放大器的主要作用是向负载提供功率，要求输出功率尽可能大，效率尽可能高，非线性失真尽可能小。

  输出功率指的是功放提供给负载级的功率，为达到这一要求，功放管的电压和电流变化范围应尽可能大。

功率放大器的效率指的是负载上得到的功率与电源提供的直流电源的功率之比，为达到这一要求必须选择合适的电路，下文中会有描述。

 非线性失真要小：功率放大器是在大信号下工作的，电压，电流摆动幅度较大，很容易超出管子特性曲线的线性变化范围而进入非线性区，造成输出信号波形的非线性失真。因此，功率放大器比小信号的电压放大器的非线性失真严重。为了减小这种失真，本设计选择下文所述方案。

  功率放大器的常见电路形式有单电源供电的OTL电路 电路和正负双电源供电的OCL电路。有集成运放和晶体管组成的功率放大器，也有专用集成电路功率放大器芯片。根据设计指标及要求，选择LA4102功放芯片的OCL互补推挽对称功放电路。

此推挽功率放大器工作在甲乙类状态，其目的是为了减小交越失真。电路在工作时由于每管的工作点稍高于截止点，因此有一很小的静态工作电流I。这样便可克服管子的截止区电压，使两只管子交替工作处的负载电流按标准正弦规律变化，从而克服了交越失真。

 OCL互补推挽对称功放电路一般包括驱动级和功率输出级，前者为后者提供一定的电压幅度，后者则向负载提供足够的信号，以驱动负载的工作。

5 电路设计：

管脚图如1所示：

图2 LA4102管脚图

                           LA4102的内部图

C₁（10μF）：输入耦合电容；C₉（470μF）：输出耦合电容；

C₁₀（100F）：电源去耦电容；C₄、C₇（510pF）：消振电容；

C₂、C₄(220μF)滤波电容，使T₁、T₂静态工作点更稳定；

C₃（220μF）：前级放大电路电源去耦电容；

C₆（100μF）：自举电容，扩展输出信号动态范围；

C₈（33μF）：去耦电容；

C₅（33μF），R₁（8.2kΩ）：与内部电阻R₁组成串联负反馈，决定整机电压放大倍数。

图3LA4102实验电路图

6 计算结果

   （1）不失真输出功率P₀   =2.456*2.456∕

       8.2=0.7356W

（2）测量电路的最大效率，

=9.0*0.11=0.99W

=74.3%。

7  心得体会

通过此次课程设计，使我更加扎实的掌握了有关音频线路方面的知识，在设计过程中虽然遇到了一些问题，但经过一次又一次的思考，一遍又一遍的检查终于找出了原因所在，也暴露出了前期我在这方面的知识欠缺和经验不足。实践出真知，通过亲自动手制作，使我们掌握的知识不再是纸上谈兵。
    在课程设计过程中，我们不断发现错误，不断改正，不断领悟，不断获取。最终的检测调试环节，一遍一遍的出错，一遍一遍的再次改正。这次课程设计终于顺利完成了，在设计中遇到了很多问题，都是一些微笑容易被忽视却又容易出现的错误。在今后社会的发展和学习实践过程中，一定要不懈努力，不能遇到问题就想到要退缩，一定要不厌其烦的发现问题所在，然后一一进行解决，只有这样，才能成功的做成想做的事，才能在今后的道路上劈荆斩棘。
    课程设计诚然是一门专业课，给我很多专业知识以及专业技能上的提升，同时又是一门讲道课，一门辩思课，给了我许多道，给了我很多思，给了我莫大的空间。同时，设计让我感触很深。使我对抽象的理论有了具体的认识。通过这次课程设计，我掌握了常用元件的识别和测试；熟悉了常用仪器、仪表；了解了电路的连线方法；以及如何提高电路的性能等等。

8. 参考书目

华成英 童诗白  模拟电子技术基础   高等教育出版社

第二篇：音频功率放大电路课程设计报告

一、设计题目：音频功率放大电路

二、设计的任务和要求

1、主要要求：设计并制作用晶体管和集成运算放大器组成的音频功率放大电路，负载为扬声器，阻抗8。

2、性能指标：频带宽50H_Z～20kH_Z，输出波形基本不失真；电路输出功率大于8W；输入灵敏度为100mV，输入阻抗不低于47K。

三、原理电路和程序设计

3.1、方案的确定及论证

   1、OTA互补对称功率放大器

    OTL 电路通常由两个对称的异型管构成，因此又称为互补对称电路，图 3-1 为单电源 OTL 互补对称功率 放大电路。电路中 T1 是推动级（电压放大，也叫激励级），其中Rb1、Rb2是 T1 的基极偏置电阻，Re为 T1发射极电阻，Rb为 T1集电极负载电阻，它们共同构成 T1 的稳定静态工作点；T2、T3 组成互补对称功率放大电路的输出级，且 T2、T3工作在乙类状态；C2 为输出耦合电容。功率放大器采用射极输出器，提高了输入电阻 和带负载的能力。

性能分析：

乙类互补推挽功放(OTL)的输出功率的计算公式如下：

输出功率：P_o=U_oI_o=U_o²/R_L

输出最大功率：P_om=U_oI_o=U_o²/R_L =U_om²/2R_L=V_CC²/8R_L

显然P_om与电源电压及负载有关

当输入功率为8w，阻抗8w时，有Pom=V_CC²/8R  

V_CC=8*8*8≈22.6v 则电路所需的电源为22.6v。

2、用集成器件实现

    Tda2030简介：TDA2030是德律风根生产的音频功放电路，采用V型5 脚单列直插式塑料封装结构。该集成电路广泛应用于汽车立体声收录音机、中功率音响设备，具有体积小、输出功率大、失真小等特点。并具有内部保护电路。

电路特点：　　

[1].外接元件非常少。（基本应用电路图3-2） 　

[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%。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。

           图3-2使用单电源供电的tda2030基本应用电路

  

    通过比较，使用分立元件需要的元件较多，且必须考虑三级管的各种性能上的差异，和保护电路，并且该电路所需要的电源要求较高，功耗也比较大，输出效率比较低。使用集成电路，外围电路简单，容易实现各项功能。运用集成芯片TDA2030完成音频功率放大电路的设计，能够更好地达到设计任务和要求。

3.2： 整体电路

1，主要元件：TDA2030

    TDA2030A的外形和引脚图如图3.1所示。1-同相输入端，2-反相输入端，3-负电源端，4-输出端，5-正电源端。

TDA2030A音频集成功放主要参数如表3.1所示：

表3.1

2、放大电路的基本设计

整体电路设计：使用TDA2030加少量外围元件，输入端使共集放大电路增加输入阻抗。

3.3、各模块功能与设计

1、放大模块：

根据TDA2030的经典应用电路，在multisim中的电路如图3.3.1所示。

a）电路工作原理：该电路使用15v的单电源供电，TDA2030作为功率放大器，电阻R5和R4构成电压串联负反馈电路，其电压放大倍数Auf≈1+R5/R4=32.9。

b）为了tda能够正常工作，1脚和2脚的电压必须相同。其中R2和R3起分压作用，使1脚的工作电压1/2Vcc。22uf电容的电容是是VCC／2电压的滤波电容，为防止1脚电压产生大波动。输出端接的1欧电阻和0.1uf电容式防止电路产生自激振荡。

c）2个二级管为保护TDA2030作用，防止电源反接时流过电流运放过大。

R7为滑动变阻器，改变输入端的电组，可以改变输入信号的大小。

d）当电压Vcc=15v时，电路的输出功率可以达到8w以上。

2、输入模块：

    基本共集放大电路：共集放大电路又叫射极跟随器，放大电路的放大倍数接近1，该放大电路的输出跟输入信号相同，即输出信号随输入信号的变化发生相同的变化，具有“跟随”的作用。它具有输入电阻大（索取信号能量的能力大），输出电阻小（给予负载信号能量的能力大）的特点，可以做多级放大器的输入级；

电路如图3.3.2所示示，其中三级管使用9013 H144。放大倍数为220倍

    9013是一种最常用的普通三极管。它是一种低电压,大电流,小信号的NPN型硅三极管 特性：

集电极电流Ic：Max 500mA 

集电极-基极电压Vcbo：40V 

工作温度：-55℃ to +150℃ 

功率(W):0.625

理论计算：

     由图可计算得，共集放大电路的放大倍数约等于1。

RL负载电阻约为20k

其中输入阻抗的计算，由共集放大电路的输入阻抗公式可得：

Ri=(rbe+（1+β）Re//RL)//R2

由于9013的rbe约为1k，Re为3K，R2为220k 输入电阻作近似计算

Ri=（220*3）//220≈159.9k

故此电路的输入阻抗近似为159.9k

四、电路和程序调试过程与结果

根据要求，仿真软件选用multisim，在软件中连接电路如图4.1所示：

1，波特图输出如图

由图可以看出，其仿真的结果，在50Hz-20kHz内的波形放大能力基本保持不变化。符合题目要求。

                50Hz——20kHz的输出波特图。

2，输入输出波形仿真

2.1选用信号源1kHz，输入100mvp，将音量调节到50%的位置。用示波器观察仿真电路的情况。

其中，

在仿真电路中Auf≈1+R5/R4=32.9

由上图仿真可得，当输入为141mv时，输出值为4.1v。

则放大倍数

Auf=4.1/0.141≈29.1。与近似计算理论值32.9比较接近。

2.2.灵敏度测量：

当继续增大输入电压到123mvp时，输出波形开始出现失真的现象，此时在输入端接入电压表，可以测量得电压为174mv。则输入灵敏度为174mv

五，实际测试

 

   

    由图5a，和图5b可得，在输入100mvp，频率为50Hz----20kHz的正弦波下，输出波形未见失真。该电路在50Hz----20kHz可正常工作。

    当输入为100mvp时，电路的Auf=U0/UI=2.2/(0.1/1.414)=31.0倍。

实际测试值与计算值32.9和仿真的值29.1比较接近，误差的主要来源于电路的元件的参数，比如电阻电容均存在误差，三级管的参数以及放大倍数也存在误差。

五、元件清单：

六，总结

1、本次作品优缺点

优点：元件和电路简单，电路原理易懂。应用单电源15v即可使输出功率＞8w。输入阻抗大于47k，输入灵敏度为147mv，频带宽50H_Z～20kH_Z，输出波形基本不失真。

缺点：使用手工焊接，没有使用pcb版制作。Tda2030发热比较严重，不能长时间工作，需要解决散热问题。可以假装散热片散热。

单电源的供电的效率比较低，并且功率不高，如果改用双电源供电，功率可以比较大的提高。使用2个tda2030可以制作立体声的音频放大器。

2、心得体会：

     通过此次的课程设计，掌握的音频功率放大器的基本设计方法和一些常用器件的使用方法。对于模电的课程和一些内容有了更加深刻的认识，电子设计和需要扎实的理论基本功，同时也需要有一定的动手能力。理论加上实践，才能做等更好。

     从选择题目到开始着手去做，才发现自己的在模电的知识以及忘得差不多了。先是在模电中选了OTA电路，几次的仿真以及理论的推敲，发现如果仅仅只是应用分立元件，既要考虑三级管的合适的静态工作点，避免输出波形失真，又要考虑到输出功率以及放大倍数等问题，很难达到要求。而后又在网上发现了TDA2030的集成运放，便想用集成运放来实现。在网上找了些资料，便开始制作。由于模电的知识不牢固，前期的分析还是比较的困难的。于是重新复习了模电，包括基本放大电路的知识，多级放大器，放大电路的反馈和功率放大器等章节的知识。之后结合书上的例子分析电路，也比较好理解。每次解决一个问题，收获的除了了知识，还有一份快乐，将理论用于实际，将所学的知识转化为一个实在的东西，总是让人兴奋与快乐。

七、主要参考书目：

1、童诗白、华成英，《模拟电子技术基础》

2、康华光，《电子技术基础》模拟部分

3、赵淑范  王宪伟，《电子技术实验与课程设计》