模拟电子技术基础课程设计——功率放大器

1、1电子技术课程设计题 目： 功 率 放 大 器 的 设 计系 别： xxx 工 程 系 专 业： xxx 班 级： xx 班 学生姓名： xxx 指导老师： xxx 完成日期： 2011-6-29 山西大同大学煤炭工程学院 2、 设计任务与要求 山西大同大学煤炭工程学院模拟电子技术课程设计任务书班级 自动化二班 学生姓名 杨树旺 指导教师 范子荣课程设计题目 功率放大器（甲类，乙类，甲乙类）主要设计内容1.功率放大电路工作状态的选择2.功率放大电路的设计3.功率放大电路的故障与排除主要技术指标和设计要求1设计指标 输出功率尽可能的大； 失真尽可能的小； 效率要高； 要有散热措施；2设计要求 画出电路原理图（或仿真电路图） ； 元器件及参数选择； 电路仿真与调试； PCB 文件生成与打印输出。3编写设计报告 写出设计全过程，附上有关资料和图纸，有心得体会。31、技术指标 设计一款额定输出功率为 10 20W 的低失真集成电路功率放大器，要求电路简洁，制作方便、性能可靠。性能主要指标：输出功率：10 20W（额定功率） ；频率响应：20Hz 100kHz（ 3dB ）谐波失真：3 (10W

2、,30Hz20kHz） ；输出阻抗：0.16;输入灵敏度：200mV（1000Hz，额定输出时）2、设计要求A、设计简易直流电源、音调控制级、功率放大级；B、选定元器件和参数，并设计好电路原理图；C、在万能板或面包板上进行电路安装调测；D、测试输出功率；E、测试输入阻抗；F、写出设计报告。状态一个信号周期内导通时间工作特点 图示甲类整个周期内导通失真小，静态电流大，管耗大，效率低。4乙类半个周期内导通失真大，静态电流为零 ，管耗小，效率高。甲乙类半个多周期内导通 失真大， 静态电流小 ，管耗小，效率较高。二、方案设计与论证由上可知，电源要采用双电源供电，故可以用无输出电容的功率放大电路即 OCL 电源，电源可以双 12V 的交流变压器经整流滤波得到，主要考虑功率放大部分。主要有分离器件和集成器件两大类，各有优缺点。经过调试基本上能达到要求。 方案一、采用分离器件的 OCL 电路原理图如右，静态时，从+V CC经过 R1、R 2、D 1、D 2、R 3到 -VCC有一个直流电流，它在 T1和 T2管两个基极之间产生的电压为，21DRBUU略大于 T1管发射结和 T2管发射结开启电压之和，

3、从而使两只管子均处于微导通状态，即都有一个微小的基极电波，分别为 IB1和 IB2。静态时应调节 R2，使发射极 UE电位为 0，即输出电压 uo为 0。输入信号的正半周是 T1管发射极驱动负载，而负半周是 T2管发射极驱动负载，在信号电压很小时，两只管子同时导通，因而它们工作在甲乙类状态，消除了交越失真。若静态工作点失调，例如 R2、D 1、D 2中任意一个元件虚焊，则从+V CC经过 R1、T 1管发射结、T 2管发射结、R 3到-V CC形成一个通路，有较大的基极电流 IB1和 IB2流过，从而导致 T1和 T2管有很大的集电极直流电流，以至于 T1和 T2管可能因功耗过大而损坏 。因此，常在输出回路中接入熔断器以保护功放管和负载。该电路的特点： 优点： 只要调整元器件的参数，既可改变放大倍数和功率 ，元件选用灵活缺点： 元件较多，调试复杂，计算繁多，难以达到设计指标要求5方案二、采用集成器件的 OCL 电路TDA 系列 IC 为引进的国外集成器件，可以装载散热片，采用 8 根引出脚的单列直插塑封形式。由于管脚数量少，所以外围元件也少，工作可靠，只要连接无误，一般无须调整就能投入

4、正常使用，此外，内部具有较完善的过载、过热保护环节，所以不易损坏，即使 RL 短路也能自动地限制电流，使内部功放输出管工作与安全区。还有 LM 系列功放集成电路也是一种比较常用的功率放大器件。可以说集成功放是近年来日趋广泛应用的一种功率放大器。在本电路中选用 TDA2030 作为核心功放器件，由于它的内部已经集成了反馈电路，所以外部不需要在加反馈电路，外部只需加两只音频输入耦合电容和输出 RC 消振电路即可，不需要其它复杂的计算。如右图所示，该集成块电源电压范围为1030V，当电源电压为14V，RL=8 时，每声道连续输出 12W 左右，总谐波失真度为 0.01%，足已满足设计要求。该电路的特点：优点：外围元件少，调试方便，布局方便缺点：内部集成反馈，放大倍数难以改变改变功率只有提高电源电压和负载三、单元电路设计与参数计算1、电源部分直流电压不宜取得过高，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。优先使用厂家推荐电压，也可用极限电压得到直流电压，再以直流电压除以得交流电压。电源变压器采用双 12V 变压器，通过桥式整流后即可得到正负电源。考虑到负载的功率，在

5、选用变压器时要功率匹配，约 25W。功放无需使用稳压电源，但电源的功率容量一定要足够。变压器的功率可取总输出功率的两倍，并作好屏蔽。整流管选低内阻的。整流电路中二极管的选择，考虑到电网电压的波动范围为10%，在实际选用二极管时，至少有 10%的余量，选择最大整流电流 Imax和最高反向工作电压 U RM 由分别为Imax1.1 IO(AV) =1.1*1.5=1.65AU RM1.56U2 19V考虑到整流桥使用方便，故电路选用整流桥，用 4A/600V 已经能够满足本功放电路并大有余量或者用 4 个 IN4001 组成桥式整流也行，电路如原理图所示。滤波电容容量适可而止，不能要盲目求大，C 的取值应满足：RLC(35)T/2故 RL=UO(AV)/IL(AV)=15/1.5=10C=(35)T/2RL=(35)*1000uF故电容的容量选取约 4700。变压器副边电压有效值为 12V , 电容的耐压值为U1.11.4112V19V综合上述，故电容选取 4700/25V。电源指示直接从变压器次级取交流 12V,但要加一个限流电阻 R1,6R1 的取值：发光二极管的工作电流在 320mA

6、 之间，正向导通压降（视型号不同而不同）约为1.52.5。在这里取电流为 5mA，正向导通压降为 2V,则R1=（ ERMSUF） / 2IF =1k2、功放部分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。如图 1 所示，按引脚的形状引可分为 H 型和 V 型。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。意大利 SGS 公司、美国 RCA 公司、日本日立公司、NEC 公司等均有同类产品生产，虽然其内部电路略有差异，但引出脚位置及功能均相同，可以互换。电路特点：1.外接元件非常少。2.输出功率大，Po=18W(RL=4)。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、8 阻抗时能够输出 16W的有效功率，THD0.1%。无疑，用它来

7、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。引脚情况：1、脚是正相输入端2、脚是反向输入端3、脚是负电源输入端4、脚是功率输出端5、脚是正电源输入端。1 脚,2 脚正负音频信号输入,100K 欧,4 脚输出 4 欧或 8 欧，电源接 5 正 12 伏，3 负 12伏注意事项：1.TDA2030 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，7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 所需的元件很少，但所选的元件必须是品质有保障的元件。元件参数的确定：同轴双联电位器

8、用作左右声道音量的同步调节，可选 47K,这里我用的是高质量电位器只有 10K 的，用上也可以。高频退耦电容 C5、C6 一般取 100nF。耦合电容一般选用 110f / 25V。消振移相电路由该集成快的数据手册可知，电阻选用 10，电容选用 100nF.关于散热片的大小：有此功放的转换效率，可的功放块的热功率为 4.5W,故查 TDA2030 数据手册，得散热片的规格应不小于 40mm30mm15mm四、总原理图及元器件清单1 原 理 图电源部分原理图8功放部分原理图总组装图 92所需元件清单实验电路板： 1 块 2200U/25V 滤波电容 2 个进口 0.1u CBB 电容： 4 个 进口 1u CBB 电容： 2 个680 欧金属膜电阻：2 个22K 金属膜电阻：4 个1 欧金属膜电阻 2 个小容积 22u 电容 2 个IN4001 二极管 4 个TDA2030A 2 个4A/600V 整流桥堆 1 个正负 12V 交流变压器 1 个五、安装与调试安装电路板，由于本电路采用功放集成电路，且只有 5 引脚，看准后，可直接焊在电路板上。按照布局图或 PCB 图把元件逐一焊接在电路

9、板上，对于二极管或电解电容等有极性器件要用仪器判断好后在焊接。元件全部焊接完成后，在仔细检查几遍，确保器件连接正确后，方可通电测试。TDA2030 的一些参数1测量输出电压放大倍数 Au测试条件：直流电源电压 12v，输入信号 1KH 70 mv（振幅值 100mv） ，输出负载电阻分别为 4 和 8。2测量允许的最大输入信号（1KH）和最大不失真输出功率测试条件：直流电源电压 12v，负载电阻分别为 4 和 8。直流电源电压 10v，负载电阻为 8。3测量上、下限截止频率 fH 和 fL测试条件：直流电源电压 12v，输入信号 70mv（振幅值 100mv） ，改变输入信号频率10负载电阻为 8。六、性能测试与分析1在实验室里，选用低频信号发生器做信号源，用示波器观察波形，并测量出输出电压的有效值。测试取输入信号频率 f=1khz Vi=200mV RL=8/25W，经测量和计算的如下参数：输出电压（有效值） 10.2V 1 omU输出功率 Po= 15W 2 LR20电压放大倍 35 3 uAiO电源平均供给功率 15.9V1.13A18W 4转换效率 % 5 iP2频率响应测试在保证输入信号 Ui 大小不变的条件下，改变低频信号发生器的频率。用交流毫伏表测出 Uo=0.707Uom 时，所

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