课程设计名称： 电子技术课程设计
题 目： 低频功率放大器
学 期：20##-2014学年第2学期
专 业：
班 级：
姓 名：
学 号：
指导教师： 李季
辽宁工程技术大学
课 程 设 计 成 绩 评 定 表
课程设计任务书
一、设计题目
低频功率放大器设计
二、设计任务
1．设计具有弱信号放大能力的低频放大器。
2．输入信号为正弦波，电压幅值为5~700mv等效电阻为8Ω情况下要求额定输出功率
≥10ω，带宽Bω≥10000HZ，效率≥55%。
3．设计并制作满足要求的直流电压源。
三、设计计划
电子课程设计一周
第1天：查找资料，方案论证。
第2天：设计单元电路。
第3天：设计单元电路。
第4天：撰写设计说明书。
第5天：校订修改，上交说明书。
四、设计要求
1．系统工作原理说明。
2．画出整个系统电路原理图。
3．电路图必须电脑绘制，图形符号符合国家标准。
4．心得体会，发展方向。
5．设计说明书符合格式规范。
指导教师：李 季
时 间： 年 月 日
摘要
本文介绍了具有弱信号放大能力的低频功率放大器的基本原理、内容、技术路线。本文首先对功率放大器的课题背景作简要的说明，随后对功率放大器的一些基础知识进行介绍。此外，相应的介绍低频功率放大器的各单元电路———稳压电源（两个）、前置放大器、功率放大器和低频滤波器的组成与工作原理，详细叙述了前置放大、功率测量电路部分。
关键词：滤波器；前置级放大；功率放大；NE5532
目录
综述………………………………………………………………………1
1 总体方案………………………………………………………………2
2 原理及技术指标………………………………………………………3
2.1基本原理图 …………………………………………………………3
2.2技术指标 ……………………………………………………………3
2.2.1基本要求 …………………………………………………………3
2.2.2技术指标分析 ……………………………………………………3
3 单元电路设计及参数计算……………………………………………5
3.1低通滤波器 …………………………………………………………5
3.2弱信号前置放大级 …………………………………………………6
3.3功率放大级 …………………………………………………………7
3.4自制稳压电源 ………………………………………………………8
4 系统测试 ……………………………………………………………10
4.1测试方法和测试结果………………………………………………10
4.2实测指标……………………………………………………………10
心得体会 ………………………………………………………………11
参考文献 ………………………………………………………………12
综述
功率放大器在家电、数码产品中的应用越来越广泛，与我们日常生活有着密切关系。随着生活水平的提高，人们越来越注重视觉，音质的享受。在大多数情况下，增强系统性能，如更好的声音效果，是促使消费者购买产品的一个重要因素。功率放大器的特点是可以带动大的负载，也就是说可以输出大电流，使得主机的额定输出功率能够胜任带动整个音响系统的任务，通过加装功率放大器来补充主机和播放设备之间功率缺口，从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提供良好的音质输出，同时低频功率放大器又是音响等电声设备消耗电源能量的主要部分。因此设计出实用、简洁、低价格的低频功率放大器是一个发展方向。
本文介绍了具有弱信号放大能力的低频功率放大器的基本原理、内容、技术路线。整个电路主要由稳压电源、前置放大器、功率放大器、低通滤波器四部分构成。稳压电源主要是为前置放大器、功率放大器提供稳定的直流电源。前置放大器主要是电压的放大。功率放大器实现电流、电压的放大。设计的电路结构简洁、实用，充分利用到了集成功放的优良性能。实验结果表明该功率放大器在带宽、失真度、效率等方面具有较好的指标、较高的实用性,为功率放大器的设计提供了广阔的思路。
1 总体方案
本次课程设计（低频功率放大器设计）由四部分组成：低通滤波器、前置放大级、功率放大级和直流稳压电源。低通滤波器负责将输入的正弦信号过滤；前置放大级的主要任务是完成小信号电压放大任务，同时要求低噪声、低温漂；功率放大级主要任务是在允许的失真限度内,尽可能高效率地向负载提供足够大的功率，要求是输出功率要大、效率要高；直流稳压电源为整个电路供电。电路系统设计简洁、实用并且达到高增益、高保真、高效率、低噪声、宽频带、快响应的指标。
2 原理及技术指标
2.1系统框图
低频功率放大器是一种能够为功率负载，如音响设备的扬声器、电视机的扫描偏转线圈、电动机控制绕组等提供输出功率的装置。与电压放大器不同的是，功率放大器在负载上要求获得一定程度的不失真（或失真较小）输出功率，而电压放大器在负载上要求获得一定程度的不失真电压。一个实用的低频功率放大器，通常由电压放大器和功率放大器等电路组成，如一些集成功率放大器芯片，内部就集成有电压放大器和功率放大器等电路。外供正弦信号源产生信号后经过低通滤波器，再经过弱信号前置放大电路，然后经过功率放大器，最后加到8欧姆负载两端。自制稳压电源为低通滤波器，弱信号前置放大电路，功率放大器供电。
图2-1系统框图
2.2 技术指标
2.2.1基本要求
⑴设计并制作具有弱信号放大能力的低频功率放大器. 在放大通道的正弦信号输入电压幅度为5～700 mV , 等效负载电阻RL为8Ω下,放大通道应满足:
①额定输出功率POR ≥10 W;
②带宽BW ≥10000 Hz;
③在POR下的效率≥55 %.;
⑵自行设计并制作满足本设计任务要求的稳压电源。
2.2.2技术指标分析
（1）功率放大器的输入信号电压Vi由信号源提供5mV~700mV的正弦波，输出电压信号Vo从8Ω的等效负载上获得。额定输出功率PON≥10W，这项指标说明在输入信号5mV~700mV的范围内，均以PON≥10W的满功率不失真输出，即小信号输入和大信号输入时，都要求满功率不失真输出，因此，要求放大器的增益是可以调节的。
（2）带宽Bw≥10000HZ，该指标指出了功率放大器的工作频率范围，通常用3dB带宽表示，是指放大器的电压增益下降3dB时所对应的频率。
（3）效率≥55％。这项指标说明功率放大器输出功率的转换效率，通常用输出功率与电源消耗的总功率的比值来表示，即的η=Po/PDC。
3 单元电路设计及参数计算
3.1低通滤波器
滤波器是一种能使有用频率信号通过而同时抑制无用频率信号的电子装置，常用于信号 处理、数据传输和干扰抑制等方面，有源低通滤波电路由集成运放和无源元件电阻和电容构成。它的功能是允许从零到某个截止频率的信号无衰减地通过，而对其他频率的信号有抑制作用。有源低通滤波电路可以用来滤除高频干扰信号。
图3-1低通滤波器
为便选取R1 =R2=R，C1=C2=C，则通带截止频率为：
f0=fn=
（3-1）
可首先选定电容C=1nF，计算得R=1.59k
，选R=1.6 k。
等效品质因数Q=
=0.707，故Au=1.59，即1+
=1.59， 则R4=0.59R3 。为使集成运放两个输入端对地的电阻平衡，应使R3//R4=2R=3.2k，则R3=17.2 k，R4=10.2 k，选R3=18 k，R4=10 k。
根据实际选择的元件参数重新计算滤波电路的特征参量。
压控电压源型二阶有源低通滤波器的传递函数为：
（3-2）
令s= 
，得到二阶低通滤波电路的频率特性为：
（3-3）
其中， f0==100kHz。
通带电压放大倍数为
A0=Au=1+=1+
=1.56（3-4）
通带截止频率 f0与3 dB截止频率fc 计算如下
f0=fn== 
=99.5Hz（3-5）
根据fc的定义， 当f=fc时， 应有
= 
（3-6）
即fc=1.27f0=126.4kHz。
3.2前置放大器
图3-2前置放大器
弱信号前置放大电路必须由低噪声、高保真、高增益、快响应、宽带音响集成电路构成。符合上述条件的集成电路有： LM5213、LM1875、TDA1514、NE5532、NE5534等。
本系统设计选用NE5532，因为同众多的运放相比, NE5532具有高精度、低噪音、高阻抗、高速、宽频带等优良性能且是双运放集成，具有很高的性价比。这种运放的高速转换性能可大大改善电路的瞬态性能, 较宽的带宽能保证信号在低、中、高频段均能不失真输出, 使电路的整体指标大大提高。
前置放大器采用NE5532，主要承担电压放大任务，由于其在噪声、转换速率、增益带宽等方面优异的指标，而且具有一定的输出电流，作为前置放大和功率的推动级很合适。
第一级前置放大器放大倍数
AV1=1+390/2=196（3-7）
第二级前置放大器放大倍数
AV2=1+200/10=21（3-8）
前置放大器总增益
AV=20lg(AV1AV2)=20lg(196×21)
72（3-9）
符合设计要求。
考虑到输入信号变化范围很大，从外供正弦信号源到弱信号前置放大器之间加一个分压器，用于调试整个系统。前置放大器与功率放大器之间采用钽电容耦合。
3.3功率放大器
功率放大输出级采用分立元件构成的OCL电路，驱动级采用集成芯片，整个功放级采用大环电压负反馈。这种方案的优点是：由于反馈深度容易控制，故放大倍数容易控制。且失真度可以做到很小，使音质很纯净。
考虑到功率的要求，初步选定输出功率POR=14W，由于负载为8Ω，则要求出正弦波的幅值为
UO2M=
=
15V（3-10）
这一幅值同电源电压的选择及效率密切相关。将在此之后的电源部分进一步讨论。
由于输入正弦波幅度最小为5V，整个放大通道电压增益为
AV=20lg（15/5
）70（3-11）
功率放大器为射级输出，电压放大倍数近似为1，故前置放大器的电压放大倍数为3000倍。
图3-3功率放大器
3.4自制稳压电源
直流稳压电源部分则为整个功放电路提供能量，根据以上设计的前置放大级电路和功率放大级电路的要求，仅需要稳压电源输出的一种直流电压即+18V。
输出正电压集成稳压电源电路
图3-4输出正电压集成稳压电源电路图
输出负电压集成稳压电源电路
图3-5输出负电压集成稳压电源电路
集成稳压块7818、7819输出电压+18V、-18V，输出电流1.5A，安装时要加大的散热器片。电源变压器选40W，双21V输出变压器。
功率放大器的电源和地线要用粗点的导线单独接线，不要和前置放大器的电源线一起接线，以防止功率放大器大电流地线对前置放大器干扰。
4 系统测试
4.1测试方法
（1）实际输出功率PO
正弦输入信号Ui=5mV，在输出不失真条件下，用晶体管毫伏表测输出电压有效值为UO2，则
PO=U
O2/RL=9.2/8=10.58W（4-1）
(2)电源输出功率PE
从电源输出端串联一个电流表测得电流为I1，电源输出功率为
PE=I1
(18+18)=1.5836=18.11W（4-2）
η=PO/PE=58.42%（4-3）
(3)交流声功率
在前置放大级输入端交流端接到地时，用晶体管毫伏表测输出电压有效值为UZ，则RL=8Ω上的交流声功率为
U=30mV，PZ=UZ/RL（4-4）
4.2实测指标
额定输出功率（POR／W）：15.68
带宽（BW／Hz）：≥10000(取点测得，共取7个点)
POR下的效率η：64.2%
输出噪声电压有效值：30mV
心得体会
经过几天的查找资料，设计并验证单元电路，成功设计了一个低频功率放大器。本系统由四部分组成，分别是稳压电源、前置放大器、功率放大器和低通滤波器。主要难点在电源和功率放大部分，最终达到了一定功率输出。最后经过测试，基本符合题目要求。
本次课程设计共做了两次，第一次做的时候没有思路，从网上找的相关资料，自己再推理运算得出。后经老师提点才发现自己的思路是错的，根据老师的提示从图书馆找了相关资料来再次设计。虽然过程很辛苦很枯燥，但得出想要的结果后心里的喜悦难以言表，所谓的先苦后甜就是如此吧。通过两次课程设计让我明白了，要想做好一件事就不要怕麻烦，即使过程很枯燥乏味异常辛苦也要坚持下来。
设计电路时比较枯燥，容易出错，需要足够的耐心，并反复演算推理。可能最开始都得不到理想的数据，需要持之以恒并坚持不懈。只要付出足够的努力和耐心，最终会得到理想的成绩。
参考文献
[1]康华光. 电子技术基础 数字部分. 高等教育出版社，2009
[2]王振红，张斯伟. 电子电路综合设计实例集萃.化学工业出版社．2008
[3]康华光. 电子技术基础（模拟部分）（第五版）. 高等教育出版社，2009
[4]黄智伟.全国大学生电子设计竞赛系统设计.北京航空航天大学出版社，2006
[5] 童诗白，华成英．模拟电子技术基础[M]．第3版．北京：高等教育出版社，2001
[6] 程远东，曾宝国．电子设计与制作技术.科学出版社，2011
第二篇：音频功率放大器的设计仿真与实现
课程设计任务书
学生姓名： 专业班级： 电信
指导教师： 工作单位： 信息工程学院
题 目: 音频功率放大器的设计仿真与实现
初始条件：
可选元件：集成功放，电容、电阻、电位器若干；或自选元器件。直流电源±12V，或自选电源。
可用仪器：示波器，万用表，毫伏表等。
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。
3 利用Proteus或Multisim仿真设计电路原理图，确定电路元件参数、掌握电路工作原理并仿真实现系统功能。
4 安装调试并按规范要求格式完成课程设计报告书。
5 选做：利用仿真软件的PCB设计功能进行PCB设计。
时间安排：
1 第18周前半周，完成仿真设计调试；并制作实物。
2 第18周后半周，硬件调试，撰写、提交课程设计报告，进行验收和答辩。
指导教师签名： 年 月 日
系主任（或责任教师）签名： 年 月 日
目录
1 设计任务与要求……………………………………………………………………………..1
1.1设计任务…………………………………………………………………………………...1
1.2设计要求…………………………………………………………………………………...1
2 设计方案………………………………………………………………………………………...1
3 选择器件与参数运算………………………………………………………………………2
3.1运放NE5532介绍……………………………………………………………………..2
3.2 TDA 2030介绍………………………………………………………………………….4
3.3功率计算……………………………………………………………………………………5
4 单元电路设计…………………………………………………………………………………6
4.1主电源电路………………………………………………………………………………..6
4.2调音电路……………………………………………………………………………………6
4.3功率放大电路……………………………………………………………………………7
5 电路设计仿真…………………………………………………………………………………9
5.1仿真电路图………………………………………………………………………………..9
5.2仿真结果………………………………………………………….9
6 心得体会……………………………………………………………………………………….10
7 参考文献……………………………………………………………………………………….11
附表一：电路原理图………………………………………………………………………….12
附表二：元器件清单……………………………………………………13
附表三：实物图…………………………………………………………14
1设计任务与要求
1.1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。完成对音频功率放大器的设计、装配与调试。
1.2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。
③ 利用Proteus或Multisim仿真设计电路原理图，确定电路元件参数、掌握电路工作原理并仿真实现系统功能。
④ 安装调试并按规范要求格式完成课程设计报告书。
⑤ 选做：利用仿真软件的PCB设计功能进行PCB设计。
2设计方案
音频功率放大器的作用是将声音源输入的信号进行放大，然后输出驱动扬声
器。声音源的种类有很多种，故输出信号的电压差别很大，从零点几毫伏到几百
毫伏。一般动率放大器的输入灵敏度是一定的，这些不同的声音源信号如果直接
输入到功率放大器的话，对于输入信号过低的，功率放大器功率输出不足，不能
充分发挥功放的作用；加入输入信号的幅值过大，功率放大器的输出信号将严重
过载失真。这样就失去了音频放大的意义了，所以一个实用音频功率放大系统必
须设置前置放大器，以便使放大器适应不同的输入信号，或放大，或衰减，或进
行阻抗变换，使其与功率放大器的输入灵敏度相匹配。最后音频放大器由前置放
大器和音调控制电路和功率放大器三部分组成。如图1所示
图1音频放大器组成框图
3选择器件与参数运算
3.1运放NE5532介绍
NE5532是高性能低噪声运放，与很多标准运放（如1458）相似，它具有较
好的噪声性能，优良的输出驱动能力及相当高的小信号与电源带宽。
（1）小信号带宽：10MHz；
（2）输出驱动能力：600，10V；
（3）输入噪声电压：5nV/√HZ（典型值）；
（4）DC 电压增益：50000；
（5）AC 电压增益：10KHz 时2200；
（6）电源带宽：140KHz；
（7）转换速率：9V/μS；
（8）大电源电压范围：±3～±20V。
极限参数：
电源电压：Vs …………………… ±22V
输入电压：VIN …………………… ±V 电源V
差分输入电压：VDIFF …………………… ±5V
工作温度范围：TA …………………… 0℃～70℃
存贮温度：TSTG …………………… -65℃～150℃
结温：Tj …………………… 150℃
功耗（5532FE）：PD …………………… 1000mW
引线温度（焊接，10S）…………………… 300℃
直流电气参数：如图2 所示。
图2直流电气参数
交流电气参数如图3所示
图3交流电气参数
3.2 TDA 2030介绍
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。
根据掌握的资料，在各国生产的单片集成电路中，输出功率最大的不过20W，而TDA 2030的输出功率却能达18W，若使用两块电路组成BTL电路，输出功率可增至35W。另一方面，大功率集成块由于所用电源电压高、输出电流大，在使用中稍有不慎往往致使损坏。然而在TDA 2030集成电路中，设计了较为完善的保护电路，一旦输出电流过大或管壳过热，集成块能自动地减流或截止，使自己得到保护（当然这保护是有条件的，我们决不能因为有保护功能而不适当地进行使用）。 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 为同武相输入端，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。
TDA2030在电源电压±14V，负载电阻为4Ω时输出14瓦功率（失真度≤0．5％）；在电源电压 ±16V，负载电阻为4Ω时输出18瓦功率（失真度≤0．5％）。该电路由于价廉质优，使用方便，并正在越来越广泛地应用于各种款式收录机和高保真立体声设备中。该电路可供低频课程设计选用。
本设计采用3个TDA2030A芯片，其中一个放大左声道，一个放大右声道，一个放大低音部分。示意图如图4
图4 TDA2030 示意图
3.3功率计算
计算输出功率Po输出功率用输出电压有效值V0和输出电流I0的乘积来
表示。设输出电压的幅值为Vom，则
因为Iom=Vom/RL，所以.当输入信号足够大，使Vim=Vom= Vcem= VCC- VCES ≈VCC和Iom=Icm时，可获得最大的输出功率
。
由上述对Po的讨论可知，要提供放大器的输出功率，可以增大电源电压VCC或降低负载阻抗RL。
4单元电路设计
4.1主电源电路
如图5所示，采用交流双12V，30W变压器，市电从ACIN输入，VCC和VSS给TDA2030A供电，Va和Vb给NE5532供电。整流部分采用单向桥式全波整流电路，在滤波电路中，采用电容滤波电路，
图 5主电源电路
4.2调音电路
本设计采用六个参数为50K的电位器。其中RP1A，RP1B调节低音区，RP2A，RP2B调节中低音，RP3A，RP3B调节音量。调音电路与功率放大电路用排线相连，数字一一对应相连。电路图如图6所示
图6调音电路
4.3功率放大电路
电路分左声道，右声道，以及低音区输入，TDA2030构成双电源互补对称功放，放大电路之间相连采用RC耦合方式。NE5532是双运放，分为两个单运放连接于电路中。
NE5532电路如图7所示。
图7 NE5532电路
TDA2030单声道电路如图8所示。
图8 TDA2030单声道电路
5电路设计仿真
5.1仿真电路图
采用Multisim 11.0仿真电路，如图9所示
图9 Multisim 11.0仿真电路
5.2仿真结果
左右声道输入1kHz，1Vpp的正弦波，结果如图10所示。
图10 输出结果
6心得体会
通过电子技术课程设计的训练，可以全面调动学生的主观能动性，融会贯通
其所学的“模拟电子技术”、“数字电子技术”和“电子技术实验”等课程的基
本原理和基本分析方法，进一步把书本知识与工程实际需要结合起来，实现知识
向技能的转化，以便毕业生走上工作岗位能较快地适应社会的要求。 而这次课程设计的题目是做一个有源滤波器的音频功率放大器， 在这次设计中，我们确实遇了很多难以解决的问题，同时也学到了很多知识。掌握了功率放大器电路的设计与制作，掌握了NE5532，TDA2030 等集成芯片的原理与作用以及晶体管极性的判断，如何去检查电路中的错误与线路是否导通，进一步熟练万用表的使用，如何制作PCB电路板。更让我明白团体精神的重要性。更懂得做好一件事情的不容易。接触到了与自己相关专业的具体的知识，感觉到所学的东西还是很有用的，通过实践不但巩固了学过的知识，而且其他的对所学知识进行实 践论证，及时的现了存在的许多不足。通过本次课程设计初步了解了一些专业软件的使用，如Multisim的软件的使用，也初步接触到了具体的制版全过程。 通过仿真发现分压电阻阻值不对，而且部分买过来的电阻负载功率不够，电容耐压数值不够， 在接电测试时，铝电解电容一接电就马上冒烟爆掉了，经过检查是因为电容的正负交接反了，虚惊一场，不过经过检查后电路其他部分运作正常。经过了这次的课程实际，了解了在给定具体参数要求下，自己设计计算电路参数、使用multisim画原理图仿真、使用protel99es画PCB图、手动转印钻孔、安装元件焊锡、通电调试的整过过程。中间我发现我们思考的时候还不是很周全，好在能够及时发现补救，同时也有一个概念性的了解了一个产品的设计制作过程。
总之，这次课程设计我们还是比较满意的，学习到的东西也很多。
7参考文献
1. 周泽义.电子技术实验。武汉：武汉理工大学出版社，2001.5
2. 谢自美.《电子线路设计·实验·测试》第三版.华中科技大学出版社，2005
3. 梁宗善.《新型集成电路的应用-电子技术基础课程设计》.华中科技大学，2004
4. 孙梅生.《电子技术基础课程设计》.高等教育出版社，2005
5. 黄继昌，张海贵.《实用单元电路及其应用》.人民邮电出版社，2006
6. 王卫东，江晓安.《模拟电子电路基础》.西安电子科技大学出版社，2003
7. 华成英、童诗白.模拟电子技术基础.第四版.北京:高等教育出版社,2006.5
附表一：
电路原理图
附表二：
元器件清单
附表三：
实物图
