数控音量调节集成音频功率放大器 课程设计报告.doc

广西民族大学 本科综合课程设计报告 题 目：数控音量调节集成音频功率放大器 学院（系）： 信息肯学与工程学院 专 业 ： 自动化 年级班级 ： 11自动化1班 学 号 ： 111263010402 学生姓名 ： 梁陈世 指导教师 ： 覃 晓 1 前言 32 原理 33 电路设计 53.1 技术指标 53.2 方案论证 53.2.1 芯片选择 53.3工作方式选择 63.3.1．功率放大器的设计与计算 73.3.2单电源供电OTL音频功率放大器工作原理 73.3.3双电源供电BTL音频功率放大器工作原理 84、硬件设计 94.1功率放大器 94.2数控音量调节电路 104.2.1 CD4051八路模拟开关设计 114.2.2 CD4516八进制设计 144.2.3计数脉冲 164.2.4计数脉冲与CD4516相连 184．3电源设计 184.3.1 功放电源 194.3.2 数控电源 204.4 散热设计 215、电路制作与调试 215.1电路元件的选取 215.2电路的焊接 215.3调试与参数设置 245.4 数控音量集成音频功率放大器的测试基本内容： 265.5数据纪录与处理 276、心得体会 29参考文献： 30数控音量调节集成音频功率放大器1、前言：本设计采用TDA2030作为功放芯片，采用OCL电路供电，用按钮开关作为CD4516的计数脉冲，作为计数器的输入，然后计数器的低三位输出控制八路模拟开关CD4051，选择不同的衰减倍数，达到对电平的控制，将音频信号经过八个电阻组成的衰减网络，输入给TDA2030功放芯片，实现音频信号的放大，通过一个阻抗为8.3Ω的喇叭表现出来。

关键词：TDA2030功放芯片、衰减式音调、电压增益、功率增益2、原理：我们熟悉的集成功放有TDA2030A、LM1875、TDA1514等，其中TDA1514外围电路较复杂，且容易自激LM1875外围电路简单，电路成熟，低频特性好，保护功能齐全，但是高频特性较差（BW≤70KHz）TDA2030A上升速率高、瞬态互调失真小；输出功率大，而保护性能以较完善；外围电路简单，使用方便；频带宽BW（10～140KHz），缺点是低频特性欠缺综合题目要求，选用TDA2030A 作功放 本设计功率放大器选用集成功放TDA2030A，采用双电源OCL电路，原理图如图1所示C1 为信号耦合电容，R3为输入接地电阻，防止输入开路时引入感应噪声 R1、R2组成反馈网络，C2为直流负反馈电容，以使电路直流为100%负反馈静态工作点稳定性好 D1、D2为保护二极管 R4和C3 组成输出退耦电路，防止功放产生高频自激 C4、C5、C6、C7是电源退耦电容 4个 1N4004组成全桥整理电路，防止正负电源误接RW电位器可以实现输入衰减，可作音量调节用图2数控音量调节集成音频功率放大器原理图框3、电路设计3.1技术指标1、在音频信号处输入正弦波输入电压幅度≥800mV，等效负载电阻 RL满足： （1）额定功率输出功率：POR≥10W； （2）频率响应：BW≥20Hz ~ 100kHz（≤3dB） （3）在 POR 和BW内非线性失真系数：≤1％ (10W,30Hz~20kHz）； （4）在 POR 下的效率≥55%； 2、数控音量调节部分尽量能多档位。

3、电源稳压部分不要自制，但要求必须有整流滤波电路 3.2方案论证3.2.1芯片选择我们熟悉的集成功放有TDA2030A、LM1875、TDA1514等，其中TDA1514外围电路较复杂，且容易自激LM1875外围电路简单，电路成熟，低频特性好，保护功能齐全，但是高频特性较差（BW≤70KHz）TDA2030A上升速率高、瞬态互调失真小；输出功率大，而保护性能以较完善；外围电路简单，使用方便；频带宽BW（10～140KHz），缺点是低频特性欠缺综合题目要求，选用TDA2030A作功放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  TDA2030 集成电路的另一特点是输出功率大，而保护性能以较完善根据掌握的资料，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，外型如同塑封大功率管，这就给使用带来不少方便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3.3工作方式选择3.3.1功率放大器的设计与计算本设计功率放大器选用集成功放TDA2030A，采用双电源OCL电路，原理图如图1所示TDA2030A开环增益为90dB，即放大倍数A=32000因为要求输出到8Ω电阻负载上的功率POR≥10W，而加上功率管管压降2V，则 V= +2=12.65+2=14.65V取电源电压为±15V 所以计算效率为 输出最大不失真电压=12.65V，故 =32则功率电压增益取≈30dB优缺点：优点是省去体积较大的输出电容，频率特性好，缺点是需要双电源供电，对电源的要求稍高。

3.3.2单电源供电OTL音频功率放大器工作原理电路图优缺点：优点是可以使用单电源供电，是电池供电的首选电路缺点是需要通过体积较大电解电容作为输出耦合3.3.3双电源供电BTL音频功率放大器工作原理用两块TDA2030 组成如图3所示的BTL功放电路，TDA 2030（1）为同相放大器，输入信号Vin通过交流耦合电容C1馈入同相输入端①脚，交流闭环增益为KVC①＝1＋R3 / R2≈R3 / R2≈30dBR3 同时又使电路构成直流全闭环组态，确保电路直流工作点稳定TDA2030（2）为反相放大器，它的输入信号是由TDA 2030（1）输出端的U01 经R5、R7分压器衰减后取得的，并经电容C6后馈给反相输入端②脚，它的交流闭环增益KVC②＝R9 / R7//R5≈R9/R7≈30dB由R9＝R5，所以TDA 2030（1）与TDA 2030（2）的两个输出信号U01 和U02 应该是幅度相等相位相反的，即： U01≈Uin·R3 / R2 U02≈－U01·R9 / R5 ∵ ＝R5 ∴ U02 ＝－U01 因此在扬声器上得到的交流电压应为： Vo＝ U01 －（－U02）＝ 2U01 ＝ 2U02原理图：优缺点：优点是无论使用单电源还是双电源供电都不需要输出电容，理想输出功率是单个OCL电路的4倍。

优点是功率做得更大，缺点是电路比较复杂4、硬件设计4.1功率放大器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6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 图6 TDA2030芯片的引脚图4.2数控音量调节电路本电路采用可利用一按钮开关产生稳定的脉冲，作为计数器CD4516的输入CD4516 （CD4510）为一单时钟可逆十六进制（十进制）计数器，计数器的低三位输出控制八路模拟开关CD4051，选择不同的衰减倍数，达到对信号电平的控制同时计数器输出经74LS248译码后直接驱动共阴数码管做音量档位显示4.2.1、CD4051八路模拟开关芯片简介：如图8，CD4051是单8通道数字控制模拟电子开关，有A、B和C三个二进制控制输入端以及INH共4个输入，具有低导通阻抗和很低的截止漏电流幅值为4.5～20V的数字信号可控制峰值至20V的模拟信号。

例如，若VDD=+5V，VSS=0，VEE=-13.5V，则0～5V的数字信号可控制-13.5～4.5V的模拟信号这些开关电路在整个VDD-VSS和VDD-VEE电源范围内具有极低的静态功耗，与控制信号的逻辑状态无关当INH输入端=“1”时，所有的通道截止只有当INH=0时，三位二进制信号才可以选通8通道中的一个通道，连接该输入端至输出其中VEE可以接负电压，也可以接地当输入电压有负值时，VEE必须接负电压，其他时候可以接地 图8 CD4051芯片引脚图 控制端输入不同的电位，对应的通道不同，从而实现八路模拟开关的功能，如图9是每个通道对应的输入状态如图9是由电阻和芯片组成的衰减网络，左边八个电阻起到分压作用，在相同的输入电压状况下，前置电阻越大，分压越大，从而衰减越多，从而实现音频档位的控制如表1，是每个档位对应的音量大小 图9 CD4051控制端输入状态对应的接通通道图 图10 电阻衰减网络CBA=000, Vo1=R10/(R1+R10)Vi CBA=001, Vo1=R10/(R2+R10)Vi……表1 衰减网络中每个电阻对应的档位电阻对应的档位R1 390K1档 最小（无声音）R2 100K2档R3 51K3档R4 30K4档R5 10K5档R7 1K6档R8 100Ω7档R9 4.。