OTL音频功率放大电路模电专业课程设计方案报告.doc

课程设计汇报 设计题目：OTL功率放大器 系 别： 专 业： 班 级： 学生姓名： 12月24日 课 程 设 计 任 务 书院（系）电子工程专业电子信息工程学生姓名学号学生姓名学号学生姓名学号学生姓名学号设计题目1OTL功率放大电路multisim仿真；2. OTL放大器电路内容及要求：题目1OTL功率放大器电路multisim仿真；使用multisim对所设计电路进行仿真分析；要求熟练掌握multisim软件使用及仿真方法，画出原理图，改变参数进行理论分析，写出实际实现过程，得出结论。题目2OTL功率放大器任务了和要求： 1、 采取全部或部分分立元件电路设计一个OTL音频功率放大器；2、 额定输出功率Po10W；3、 负载阻抗RL=8；4、 失真度3%。 进度安排:第17周（周一周二）：分析题目，查阅课题相关资料；第17周（周二周四）：OTL功率放大器设计和实现；第17周（周五）：设计仿真及调试，验收，编写课程设计汇报。指导老师（签字）：年 月 日教研组长（签字）年 月 日摘 要本汇报包含两个内容。第一部分，设计并实现OTL功率放大器，功率放大器作用是给音响放大器负载RL（扬声器）提供一定输出功率。当负载一定时，期望输出功率尽可能大，输出信号非线形失真尽可能小，效率尽可能高。功率放大器常见电路形式有OTL电路和OCL电路。有用继承运算放大器和晶体管组成功率放大器，也有专集成电路功率放大器。本文设计是一个 OTL 功率放大器，该放大器采取TDA2030音频放大器芯片，TDA2030音频放大器电路是最常见到音频功率放大电路，TDA2030是高保真集成功率放大器芯片,输出功率大于10W,频率响应为101400Hz,输出电流峰值最大可达3.5A，其内部电路包含输入级、中间级和输出级,且有短路保护和过热保护,可确保电路工作安全可靠，采取正输出单电源供电。其次此次实物产品采取PCB印制电路板制作（单面板）使其性能良好满足设计要求和外表美观。第二部分，用multisim软件对OTL功率放大器进行仿真实现。依据实例电路图和已经给定原件参数，使用multisim软件模拟电路，并对其进行静态分析，动态分析，显示波形图，计算数据等操作。关键词： OTL功率放大电路；multisim软件仿真；TDA2030音频放大器；交越失真；无输出耦合电容；输出功率；反馈网络；PCB单面板。目录一、设计要求二、设计总体方案2.1设计思绪2.2 OTL功放各级作用和电路结构特征2.3简明原理分析2.4用集成运算放大器放大信号关键优点三、选择器件及参数计算 3.1功率放大器芯片TDA2030介绍 3.2参数计算3.2.1参数计算 3.2.2功率计算四、用multisim仿真OTC功率放大器五、实物电路安装调试及使用 5.1电路调整和测试5.2通电观察六、设计体会和总结七、参考文件OTL功率放大器设计一、设计要求任务了和要求： 1、 采取全部或部分分立元件电路设计一个OTL音频功率放大器；2、 额定输出功率Po10W；3、 负载阻抗RL=8；4、 失真度3%。二、 设计总体方案2.1设计思绪 功率放大器作用是给负载RL提供一定输出功率，当RL一定时，期望输出功率尽可能大，输出信号非线性失真可能小，且效率尽可能高。因为OTL电路采取直接耦合方法，为了确保电路工作稳定，必需采取有效方法抑制零点漂移。为了取得足够大输出功率驱动负载工作，故需要有足够高电压放大倍数。所以，性能良好OTL功率放大器应由输入级、推进级和输出级等部分组成。2.2 OTL功放各级作用和电路结构特征 1. 输入级：关键作用是抑制零点漂移，确保电路工作稳定，同时对前级（音调控制级）送来信号作低失真，低噪声放大。为此，采取带恒流源，由复合管组成差动放大电路，且设置静态偏置电流较小。 2. 推进级作用是取得足够高电压放大倍数，和为输出级提供足够大驱动电流，为此，可采取带集电极有源负载共射放大电路，其静态偏听偏信置电流比输入级要大。 3. 输出级关键作用是级负载提供足够大输出信号功率，可采有由复合管组成甲乙灯互补对称功放或准互补功放电路。 另外，还应考虑为稳定静态工作点须设置直流负反馈电路，为稳定电压放大倍数和改善电路性能须设置交流负反馈电路，和过流保护电路等。电路设计时，各级应设置适宜静态工作点，在组装完成后须进行静态和动态测试，在小型不失真情况下，使输出功率最大。动态测试时，要注意消振和接好保险丝，以防损坏元器件。电路基础框图负载扬声器输出级推进级输入级输入信号 图1-1电路基础框图采取集成运算放大器设计基础放大电路输入级中间级输出级输出调整 TDA2030高保真集成功率放大器短路保护过热保护负载扬声器图1-2电路结构框图1-3电路基础原理图图1-4 电路在multisim中仿真图2.3简明原理分析：电路为音频功率放大器原理图,其中TDA2030是高保真集成功率放大器芯片,输出功率大于10W,频率响应为101400Hz,输出电流峰值最大可达3.5A。其内部电路包含输入级、中间级和输出级,且有短路保护和过热保护,可确保电路工作安全可靠。TDA2030使用方便、外围所需元器少,通常不需要调试即可成功。 RP是音量调整电位器,C1是输入耦合电容,R1是TDA2030同相输入端偏置电阻。 R4、R5决定了该电路交流负反馈强弱及闭环增益。该电路闭环增益为(R4+R5)/R5=(4.7+150)/150=33.3倍,C3起隔直流作用,以使电路直流为100%负反馈。静态工作点稳定性好。 C2、C4、C7为电源高频旁路电容,预防电路产生自激振荡。R6用以在电路接有感性负载扬声器时,确保高频稳定性。VD1、VD2是保护二极管,预防输出电压峰值损坏集成块TDA2030。2.4用集成运算放大器放大信号关键优点：1. 电路设计简化，组装高度方便，只需合适选配外接元件，便可实现输入、输出多种放大关系。 2. 因为运放开环增益全部很高，用其组成放大电路通常工作在深度负反馈闭环状态，则性能稳定，非线性失真小。 3. 运放输入享受搞高，失调和漂移全部很小，故很适合于多种微弱信号放大。又因其含有很高共模抑制比，对温度改变、电源波动和其它外界干扰全部有 很强抑制能力。 4. 由运放组成放大单元功耗低、体积小、寿命长，使整机使用元器件数大大降低，成本降低，工作可靠性大为提升。 三、选择器件及参数计算3.1功率放大器芯片TDA2030介绍TDA2030A是德律风根生产音频功放电路，采取V型5 脚单列直插式塑料封装结构。图1所表示，按引脚形状引可分为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，含有体积小、输出功率大、失真小等特点。并含有内部保护电路。意大利SGS企业、美国RCA企业、日本日立企业、NEC企业等全部有同类产品生产，即使其内部电路略有差异，但引出脚位置及功效均相同，能够交换。电路特点： 1.外接元件很少。 2.输出功率大，Po=18W(RL=4)。 3.采取超小型封装（TO-220）,可提升组装密度。 4.开机冲击极小。 5.内含多种保护电路，所以工作安全可靠。关键保护电路有：短路保护、热保护、地线偶然开路、电源极性反接（Vsmax=12V）和负载泄放电压反冲等。 6.TDA2030A能在最低6V最高22V电压下工作在19V、8阻抗时能够输出16W有效功率，THD0.1%。无疑，用它来做电脑有源音箱功率放大部分或小型功放再适宜不过了。引脚情况：1脚正相输出端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脚是正电源输入端极限参数：注意事项：1.TDA2030A含有负载泄放电压反冲保护电路，假如电源电压峰值电压40V话，那么在5脚和电源之间必需插入LC滤波器，二极管限压（5脚因为任何原因产生了高压，通常是喇叭线圈电感作用，使电压等于电源电压）以确保5脚上脉冲串维持在要求幅度内。 2.热保护：限热保护有以下优点，能够轻易承受输出过载（甚至是长时间），或环境温度超出时均起保护作用。 3.和一般电路相比较，散热片能够有更小安全系数。万一结温超出时，也不会对器件有所损害，假如发生这种情况，Po=（当然还有Ptot）和Io就被降低。 4.印刷电路板设计时必需很好考虑地线和输出去耦，因为这些线路有大电流经过。 5.装配时散热片和之间不需要绝缘，引线长度应尽可能短，焊接温度不得超出260，12秒。 6.即使TDA2030A所需元件极少，但所选元件必需是品质有保障元件。3.2参数计算32.1参数计算RP是音量调整电位器,考虑到实际情况本设计RP=2.2 K；C1是输入耦合电容（C1=1uf）；R1是TDA2030同相输入端偏置电阻；R2、R3为反馈网络电阻（R1=R2=R3=100K）；.R4、R5决定了该电路交流负反馈强弱及闭环增益。该电路闭环增益为(R4+R5)/R5=(0.68+22)/0.68=33.3倍,C3起隔直流作用,以使电路直流为100%负反馈。静态工作点稳定性好。 C2、C4、C7为电源高频旁路电容,预防电路产生自激振荡；R6用以在电路接有感性负载扬声器时,确保稳定性；VD1、VD2是保护二极管,预防输出电压峰值损坏集成块TDA2030,负载RL=8。. 3.2.2功率计算1、 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乘积来表示。设输出电压幅值为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，可取得最大输出功率由上述对Po讨论可知，要提供放大器输出功率，能够增大电源电压VCC或降低负载阻抗RL。 四、用multisim仿真OTC功率放大器1、功放电路原理图仿真图2、功放电路仿真波形图用仿真课可之当RL调过小时，波形失真；以下图：用multisim软件仿真，能够完成以后对PCB通电测试，测试是对安装后电路板参数及工作状态进行测量，方便提供调整电路依据，经过反复测量和调整，就能够使电路性能达成要求。仿真函数信号发射器频率课选择1kHZ左右，幅度能够在12V左右，电位计要靠中间档。五、实物电路安装调试及使用5.1电路调整和测试实践证实，新安装电路板往往难以达成预期效果，这是因为我们在设计时候不可能周全地考虑元件误差、器件参数分散性、寄生参数等多种多样客观原因。另外，电路板安装中仍存在有可能没有查出来错误。经过电路板整体测试和调整，可发觉和纠正设计方案中不足，并查出电路安装中错误然后采取方法加以改善和纠正，就能够使之达成预定技术要求。此次设计采取是PCB制作电路板，步骤繁琐，步骤较为复杂。所以在电路调整和测试应注意问题较多，具体以下：u 通电前调试电路安装完成后，必需在不通电情况下，对电路板进行认真细致检验，方便纠正安装错误。检验应尤其注意：1. 元器件引脚之间有没有短路。因为我们该组是第一次用PCB制作板，在检验电路引脚间有没有短路时候出现了不少问题。首先板子在腐蚀时候就没有腐蚀好（这可能是板子质量、腐蚀时间长短、FeCL3溶液配置等原因）所以在用万用表测量时候真是四处短路，而有地方就是四处断路，为了确保电路正确性，只有经过万用表一条条线路检验是否导通，引脚间是否短路。所以此次设计实物走线用导线和焊锡补了不少，同时为了避免短路很多地方用小刀刮了不少了。 2. 电源正负、负极性有没有接反，正、负极之间有没有短路现象，电源线、地线是否接触良好。相关电源正、负极问题关键是在此次设计中单电源供电导线插在功放电路插座上，在此应尤其注意在测试极性时候，应注意红、黑表笔不要弄反。红表笔接正极，黑表笔接负极。该设计为了避免次问题在PCB制图时候将地线稍微加宽。不仅满足制图制板要求，而且使其极性区分显著。 3. 二极管有电解电容极性有没有接反，三极管、集成器件引脚有没有接错，集成电路型号及安插方向对不对，引脚连接处有没有接触不良等。在安装时候我们严格根据测量晶体管步骤和要求进行，用万用表分别判定出二极管阳、阴极；小功率三极管类型、B极、C极、E极；大功率三极管类型、B极、C极、E极。并作了对应标注。 u 通电调试此在用软件仿真是就完成了。5.2通电观察 改变RP电阻值或调整函数信号发生器频率计幅度（在器件许可承受范围），用示波器观察输出和输入波形，并对比。同时观察喇叭发出声音是否产生异同。六、设计体会和总结1、在这次设计中，让我们确实遇了很多难以处理问题，同时也学到了很多知识。掌握了功率放大器电路设计和制作，掌握了TDA2030 等集成芯片原理和作用和晶体管极性判定，怎样去检验电路中错误和线路是否导通，深入熟练万用表使用，怎样制作PCB电路板。更让我明白团体精神关键性。更知道做好一件事情不轻易。接触到了和自己相关专业具体知识，感觉到所学东西还是很有用，经过实践不仅巩固了学过知识，而且其它对所学知识进行实践论证，立即发觉了存在很多不足。经过此次课程设计初步了解了部分专业软件使用，如ultisim软件使用，也初步接触到了具体制版全过程。2、制作电路板之前在制图要注意问题可很多很多，尤其是首次接收到Multisim等软件，碰到了很多问题，比如怎样布线和布局，自动布线完成后还要经过手工调整，线路宽度设置（地线和信号线等）还有焊盘和焊孔设置。连接电路时一定要细仔细，要确保每条线路接触性良好。为确保接出电路不出现错误，在接线时不能只看着电路原理图去接，应该先把电路图中每个元件原理和用途搞清楚，明白每个元件各个管脚和它哪里相对应，最关键是搞清楚元件和元件之间联络，它们在一起有怎样作用，它们接在一起能够实现那些功效，它们之间有什么相互影响，好多个元件在一起又能有怎样功效，弄明白了这些过后，就能够接电路了。在接电途经程中要仔细而且得有耐心，在检验错误时要更耐心，当出现错误时，首先检验线接对了没有，假如没有错误就看是不是元件存在问题，遇见错误要一步一步来，不要这里弄一下那里弄一下，这么是不行。总而言之检测电路是要有耐心慢慢检验。即使此次设计做出实物并不是很美观，但确实有一个成就感。七、参考文件1、模拟电子技术第五版. 康华光主编.北京：高等教育出版社，2、模电数电基础试验及multisim7仿真 蒋黎红主编 浙江大学出版社，3、大学生电子设计网、 2、国产集成电路应用500例. 周仲主编.北京：电子工业出版社，1992