山东交通学院

电子技术课程设计

集成运算放大器的应用

                院(系)别     信息科学与电气工程学院        ­

                班    级       电信121        ­

                学    号   120815111      ­

                姓    名         韩宗辉         ­

                指导教师          刘洋           ­

                时    间    20##-5-21—20##-5-25   

  一。设计任务

 使用一片通用四运放芯片LM324 组成电路框图见图1（a），实现下述功能：

使用低频信号源产生的正弦波信号， 加至加法器的输入端，加法器的另一输入端加入由自制振荡器产生的信号， 如图1（b）所示,=0.5ms，允许有±5%的误差。

    图中要求加法器的输出电压。经选频滤波器滤除频率分量，选出信号为,为峰峰值等于9V 的正弦信号，用示波器观察无明显失真。信号再经比较器后在1kΩ 负载上得到峰峰值为2V 的输出电压。

电源只能选用+12V 和+5V 两种单电源，由稳压电源供给。不得使用额外电源和其它型号运算放大器。

要求预留、、、 和的测试端子。

二．设计方案及比较

设计有五个部分，其中低频信号源使用信号发生器，其余四部分设计方案如下：

1.三角波产生器

根据《模拟电子技术基础》书上的方波发生器产生方波，然后再采用微分电路对信号处理，输出即为三角波。

图中：R₁ = 30kW，R₂ =604W，R₃ = 4.25kW，R₀ = 3.9kW，R₅ = 62kW，C = 50nF， D_Z1和D_Z2采用稳压管。

运算放大器A₁与R₁、R₂、R₃及R₀、D_Z1、D_Z2组成电压比较器。当积分器的输入为方波时，输出是一个上升速率与下降速率相等的三角波，比较器与积分器首尾相连形成闭环电路，能自动产生方波与三角波。三角波（或方波）的频率为：

F=R5／(4R3×R1×C)

        

2.加法器

由于加法器输出，所以采用求和运算电路，计算电阻电容的参数值，电路见图

输入信号为ui1，uo1，输出ui1，属于多端输入的电压并联反馈网络，采用虚短和虚断，列出方程：

U（p）=uo1×R4／﹙R6＋R4﹚＋ui×R6／﹙R6＋R4﹚

Ui2=﹙1＋R8／R7﹚×U﹙n﹚

U﹙n﹚=U﹙P﹚

代入数据求得R4=20K,R6=200K,R8=200K,R7=20K                                           

3.滤波器

初始方案：

由于正弦波信号的频率为500Hz，三角波的频率为2KHz，滤波器需要滤除，所以采用二阶的有缘低通滤波器。

滤波放大电路    电路采用二阶压控电压源低通滤波器电路。由上面的原理图可见，它是由两节RC滤波电路和同向比例放大电路组成，其中同向比例放大电路实际上就是所谓的压控电压源。其特点是，输入阻抗高，输出阻抗低。同向比例放大电路的电压增益就是低通滤波器的通带增益。允许通过的频率为500Hz，代入公式：

f=1／﹙2×3.14×RC﹚   求得数值：R9=R10=R=14.5K,C1=C3=C=22nF

4.比较器 

采用一般的单限比较器

    电压比较器时对两个模拟电压比较器大小，比判断出其中哪一个电压高，比较器输入有一个同向输入端和一个反向输入端，一般设置其中一个端的输入电压为参考电压，假设同向端输入电压VA为参考端，设反向输入端输入电压为VB，当VA>VB时，输出高电平，当VB>VA时，输出低电平：

四  波形分析

1 三角波

2.叠加波

3.滤波器波形

4.最终结果

五  总电路图

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》