音频功率放大器设计方案报告.doc

音频功率放大器

设

计

报

告
系别：物理系
成员：张元，李春标，周淼森
目录
1引言 4
2 设计指标及分析 4
2 1重要技术指标 4
2 2性能指标分析与阐明 4
3 设计方案 5
4 基于集成运放TDA2030电路设计 7
4 1 电路设计流程 7
4 2 直流稳压电源设计 7
4 3 OCL功率放大器设计 8
5电路板 9
5 1 电路板调试 9
6 变压器设计 10
附录：电路图
Protues仿真
元件清单

TDA2030是高保真集成功率放大器芯片，输出功率不不大于10W，频率响应为10~1400Hz，输出电流峰值最大可达3.5A。其内部电路包括输入级、中间级和输出级，且有短路保护和过热保护，可保证电路工作安全可靠。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，使用以便，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。

核心词：TDA2030 双声道 集成电路
电路原理阐明：

220V市电通过变压器，和开关S1.变压器次级输出双12V交流，双12V送入由D1构成桥式整流电路电路，通过桥式整流和C1,C4（2200UF,）滤波，C2、C3（104）=0.1UF为电源高频旁路电容，防止电路产生自激振荡。D2、R1构成电源批示电路，以批示电源与否正常。
输出空载电压约为正负15V左右（U=1.414*12V），即A+为正15V，A-为负15V。正负15V为两块功放芯片TDA2030提供电源。
声道放大电路，因左右声道作原理完全一致。这里我只以左声道为例，作个简介。
如图：RIN为信号输入端，通过度压电阻R3进入音量电位器R2，（音量电位器由三个引脚，与R3连接是输入端，输出端也叫滑动端、另一引脚为接地端）.
调节音量后信号进入由R4/C5构成高音提高电路，此电路可以提高一定量高频信号，使声音更加清晰。
C8,R10,R7,R8构成高通滤波电路,调节电位器R8(100K)都可以调节截止频率。
C6,C7,R6,R5构成低通滤波电路。调节电位器R5(100K)都可以调节信号截止频率。
尔后信号通过耦合电容C8进入左声道功放TDA20301脚，通过功率放大后，由TDA2030第四脚输出，推动扬声器LS1发声。

R11、R12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（R11+R12）/R11=（0.33+47）/0.33=143.4倍，C10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。

R13、C11构成容性网络，与扬声器感性阻抗并联后，可使功放负载接近纯阻性质，不但可以改进音质、防止高频自激，还能保护功放输出管。
本设计是以集成电路TDA 2030A为中心构成功率放大器，它具备失真小、外围元件少、装配简朴、功率大、保真度极高等特点。本电路由三某些构成，即电源某些；左（L）声道功能放大器和右（R）声道功能放大器。LED和R19为电源批示电路，以批示电源与否正常，开关K为电源开关。通过变压器将220V交流电变为成12V交流电，然后将12V交流电与桥式整流连接，输出15V直流电供电路使用。桥式输出电压通过C17、C18滤波之后作用于两个功率放大器IC1、IC2。输入信号通过L IN、R IN输入，信号通过放大后通过L OUT、R OUT输出。通过三个电位器调节（高、低音和音量调节）就可以输出高保真立体声音乐。
1引言
音频放大器目是在产生声音输出元件上重建输入音频信号，信号音量和功率级都要抱负——如实、有效且失真低。音频范畴为约20Hz～ 20kHz，因而放大器在此范畴内必要有良好频率响应(驱动频带受限扬声器时要小某些，如低音喇叭或（高音喇叭)。其重要任务是将音频信号放大到足以推动外接负载，如扬声器、音响等。；因此要满足于广大消费者享有优美动听音质，必要研发更替功率放大器。当前，音频功率放大器仍以模仿功放为主流产品，模仿功放经历了数十年不断改进和完善，其技术已发展到了顶峰。依照应用不同，功率大小差别很大，从耳机毫瓦级到TV或PC音频数瓦，再到“迷你”家庭立体声和汽车音响几十瓦，直到功率更人们用和商用音响系统数百瓦以上，大到能满足整个电影院或礼堂声音规定。音频放大器一种简朴模仿实现方案是采用线性模式晶体管，得到与输入电压成比例输出电压。正向电压增益普通很高(至少40dB)。如果反馈环包括正向增益，则整个环增益也很高。由于高环路增益能改进性能，即能抑制由正向途径非线性引起失真，并且通过提高电源抑制能力(PSR)来减少电源噪音，因此经常采用反馈。
2 设计指标及分析
2.1重要技术指标
输出功率：10～20W（额定功率）
频率响应：20HZ～200KHZ(≤3dB)
谐波失真：≤ 1﹪（10W,20HZ～20KHZ）
输出阻抗：≤0.2欧姆
输入敏捷度：500Mv(1000HZ,额定输出时)
2.2性能指标分析与阐明
普通状况下，规定放大输出级输出一定功率来驱动负载。从某种角度来看功率放大电路与其她放大电路没有本质区别，但功率放大器即不是追求高电压输出，也不是追求大电流输出；而是尽量大功率。功率放大电路重要是在容许失真限度内，高效率提供足够功率驱动负载。对功率放大器电路基本规定是：
⑴频率响应：表达功放频率范畴，和频率范畴内不均匀度。频率曲线平直与否普通用分贝[db]表达。家用HI-FI功放频响20Hz--20KHZ正负1db.这个范畴越宽越好。
⑵功率输出：功率Po=U*U/R,即规定输出电压高，输出电流大。晶体管在大信号极限运营状态工作，同步应当注意管子安全。
⑶效率：晶体管按照输入信号变化规律，将直流电压提供能量 转化为交流能量过程，就是信号放大过程，转化效率为负载获得功率与电压提供功率比值。
⑷失真度：抱负功放应当是把输入讯号放大后，毫无变化忠实还原出来。但是由于各种因素经功放放大后信号与输入信号相比较，往往产生了不同限度畸变，这个畸变就是失真。用比例表达，其数值越小越好。
⑸信噪比：是指信号电平与功放输出各种噪音电平之比，用db表达，这个数值越大越好。　
为了符合技术指标，获得较佳效果。信号源频率f范畴可选为20HZ～20KHZ ；电压Us范畴可选为20mV～500mV。电路放大倍数Av为70～400。输出电阻为0欧姆。
3 设计方案
采用TDA2030集成块来实现电路规定。TDA 2030 是一块性能十分优良功率放大集成电路，其重要特点是上升速率高、瞬态互调失真小，能在最低±6V最高±22V电压下工作在±19V、8Ω阻抗时可以输出16W有效功率，THD≤0.1%。TDA2030 集成电路另一特点是保护性能比较完善。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。因此只要采用两片TDA2030集成块，再附加某些其她功能电路和某些补偿、保护器件即可设计出一款性能较佳双声道功放。

电路方框图
音频放大电路是典型应用电路， 由一块TDA 2030和较少元件构成音频放大电路、装置调节以便、性能指标好等突出长处。特别是集成块内部设计有完整保护电路，能自我保护。
TDA 2030是一块性能十分优良功率放大集成电路，其重要特点是上升速率高、瞬态互调失真小，在当前流行数十种功率放大集成电路中，规定瞬态互调失真指标仅有涉及TDA 2030在内几种。咱们懂得，瞬态互调失真是决定放大器品质重要因素，该集成功放一种重要长处。
TDA2030A功率放大管运用三极管电流控制作用或场效应管电压控制作用将电源功率转换为按照输入信号变化电流。由于声音是不同振幅和不同频率波，即交流信号电流，三极管集电极电流永远是基极电流β倍，β是三极管交流放大倍数，应用这一点，若将小信号注入基极，则集电极流过电流会等于基极电流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β倍大信号，这现象成为三极管放大作用。通过不断电流及电压放大，就完毕了功率放大。
依照掌握资料，在各国生产单片集成电路中，输出功率最大但是20W，而TDA 2030输出功率却能达18W，若使用两块电路构成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（固然这保护是有条件，咱们决不能由于有保护功能而不恰本地进行使用）。
电路特点：
[1].外接元件非常少。
[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，因而工作安全可靠。重要保护电路有：短路保护、热保护、地线偶尔开路、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电压下工作在±19V、8Ω阻抗时可以输出16W有效功率，THD≤0.1%。无疑，用它来做电脑有源音箱功率放大某些或小型功放再适当但是了。
TDA2030集成电路第三个特点是外围电路简朴，使用以便。在既有各种功率集成电路中，它管脚属于至少一类，总共才5端，在焊接电路板时候TDA2030A管脚分布对于焊接时候很重要，如果管脚区别有错，直接会导致功率放大器烧掉。通过查阅资料懂得她管脚分布为：中文对着人，从左往右数为1 2 3 4 5 其中
1 为同相输入端
2为反相输入端
3为功率放大器接地端
4为功率放大器输出端
5为功率放大器电源线接入端

4 基于集成运放TDA2030电路设计
4.1 电路设计流程

图1 电路方框图
4.2 直流稳压电源设计
稳定直流源在几乎因此电路中不可缺少，重要给电子电路提供能量。直流稳压电源最重要是可以输出恒定电压，设计普通思路是让输入电压先通过电压变压器，再通过整流网络，然后通过滤波网络，最后通过稳压网络输出。本设计采用中心抽头式变压器，然后通过桥式整流电路作为整流网络，再以容值为1000uF/25V电容作为滤波网络，接着采用固定式三端集成稳压器LM7812和LM7912作为稳压网络，最后通过10uF电路滤波输出。其中电容cap1、cap2、cap5和cap6重要是抑制稳压块自激震荡。二极管D1，D2重要是对稳压块保护。设计制作出来直流稳压电源原理图如下：

图2直流稳压电源
4.3 OCL功率放大器设计
功率放大器是本设计核心某些，功率放大器每一环节都直接影响到输出音质。本设计电路为—双电源供电OCL音频功率放大器（双声道），其中高保真运算放大器TDA2030集成块输出电流峰值最大可达3.5A，其内部电路包括输入级、中间级和输出级，且有短路保护和过热保护，可保证电路工作安全可靠。运用TDA2030集成块设计电路图如下：

图2 功率放大器

5电路板

5.1电路板调试环节
调试工具：信号发生器 数字万用表 数字示波器
1 将直流稳压电源插上插座，用数字万用表测量直流电源输出端是不是±12v 。
实测数据：11V -12.5V
2 将直流稳压电源输出端与功放板电源端相连接，测量两个TDA20303脚和5脚与否为-12V和+12V。
实测数据 10.8 V 12V
3将信号发生器调到1kHz 50mV 正弦交流波形输出，接到功放板信号端。将示波器接到TDA2030 1脚，并将W1电位器旋到最左端，看示波器是不是输出7mV 1kHZ正弦波；旋到最右端，看示波器是不是输出44mV 1KHZ正弦波。误差范畴：±5%
实测数据：6 mV 40mV
4将信号发生器调到50mV 100HZ ，调节W2 W3 电位器，看示波器有没波形输出，再将信号发生器调到23KHZ 看示波器有没波形输出。
测试成果： 没有
5调节信号发生器输出波形幅度,并将示波器接在TDA2030第4引脚，观测波形失真度为7.07%时，信号发生器电压有效值。
测试数据：输入敏捷度：400mV
单个通道额定功率： 8.5 W

6 变压器设计
变压器是运用电磁感应原理来变化交流电压装置，重要构件是初级线圈、次级线圈和铁芯(磁芯)。重要功能有:电压变换、电流变换、阻抗变换、隔离、稳压(磁饱和变压器)等。本次电路设计才用220V转12V变压，依照e1/e2=L1/L2，应用此变压器设计，220V/12V=44000/2400（圈数），见图

图3 变压器工作原理图

附录
电路图

Protues仿真

元件清单
1、集成电路TDA2030A 2个
2、整流桥堆 1个
3、电阻10 2个
4、电阻330 2个
5、电阻1K 2个
6、电阻1.5K 2个
7、电阻2.2K 2个
8、电阻5.6K 2个
9、电阻10K 3个
10、电阻22K 2个
11、电阻47K 2个
12、电容104 2个
13、电容222 2个
14、电容223 4个

15、电容224 4个
16、电容10uf 4个
17、电容2200uf 2个
18、电位器50K 1个
19、电位器100K 2个
20、散热片和螺丝 2个
21、自锁开关 1个
22、LED批示灯 1个
23、电路板 1个
24、三位接线端子 1个
25、二位接线端子 2个
26、音频插座 1个
27、铜柱和螺母 4套