音响放大器课程设计与制作.doc

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模拟电子课程设计

专业班级：电气工程及其自动化6班
姓 名：XXXXXX
学 号：XXXXXX

河南理工大学万方科技学院
目 录
题目:
摘要:
1 概述
1.1 音响的介绍
1.2 音响的作用意义
2 电路方案的比较与论证
2.1 放大电路的比较与论证
2.2 音频功率放大电路的比较与论证
3 核心元器件介绍
3.1 LM324的介绍
3.2 TDA2030的介绍
4 电路设计
4.1 直流稳压电源电路的设计
4.2 话音放大器与混合前置放大器的设计
4.3功率放大电路的设计
5 PCB的制作
5.1 对元器件的前期准备
5.2 Sch原理图应注意常见问题
5.3 PCB设计中应注意的问题
5.4焊盘应注意的常见问题
6 调试
6.1 静态工作点测试
6.2 最大输出功率测试
6.3 频率特性测试
6.4 话音放大器

参 考 文 献
附件1：电路原理图
附件2：元件清单

音响放大器课程设计与制作
摘 要
本文介绍了音响的构成、功能、及工作原理，它由TDA2030芯片所组成的功放电路，LM324四运放大器为前置放大和音调放大构成，本身具有电源电压范围宽，静态功耗小，可单电源使用，价格低廉等优点。而TDA2030一款输出功率大，最大功率到达35W左右， 静态电流小，负载能力强，动态电流大既可带动4-16Ω的扬声器，电路简洁，制作方便、性能可靠的高保真功放，并具有内部保护电路。本设计的功能是将输入音频信号进行放大，是一种可普遍用于家庭音响系统、立体声唱机等电子系统中，便于携带，适用性强。
1 概述
1.1 音响的介绍
音响技术的发展经历了电子管、晶体管、场效应管的历史时期，在不同的历史时期都各有其特点。通过音响放大器设计，使我们认识到一个简单的模拟电路系统，应当包括信号源、输入级、中间级、输出级和执行机构。信号源的作用是提供待放大的电信号，如果信号是非电量，还须把非电量转换为电信号，然后进入输入级，中间级进行电流或电压放大，再进入输出级进行功率放大，最后去推动执行机构做某项工作。
1.2 音响的作用意义
音响放大器是将电信号还原成声音信号的一种装置，还原真实性将作为评价音箱性能的重要标准。细心观察我的身边，现在音响可以说是无处不在，做为一个现代人，我们已经离不开音响。它的出现与使用，丰富了我们的生活，而在实际生活中，它更是不可取代。娱乐、工作、学习……生活的方方面面都有它的身影。音响将我们的生活带入了一个全新的世界。
2 电路方案的比较与论证
2.1 放大电路的比较与论证
方案一：采用uA741运算放大器设计电路，uA741通用高增益运算通用放大器，应用非常广泛，为双列直插8脚或圆筒8脚封装。工作电压±22V，差分电压±30V，输入电压±18V，允许功耗500mW。
方案二：采用LM324通用四运算放大器，双列直插8脚封装，内部包含四组形式完全相同的运算放大器，除电源共用外，四组运放相互独立。
方案选取：uA741是通用放大器，性能不是很好，满足一般需求，而LM324四运放大器具有电源电压范围宽，静态功耗小，可单电源使用，价格低廉等优点。本设计放大倍数不高，LM324能达到频响要求，故选用LM324四运放大器。
2.2 音频功率放大电路的比较与论证
方案一：采用SL34集成功率放大器， SL34是低电压集成音频功放，功耗低、失真小，工作电压为6V，8负载时，输出功率在300mW以上。主要用于收音机及其它功放。
方案二： LM386是一种音频集成功放，具有自身功耗低、电压增益可调整、电源电压范围大等优点，广泛应用于录音机和收音机之中。LM386电源电压4--12V，音频功率0.5w。LM386音响功放是由NSC制造的，它的电源电压范围非常宽，最高可使用到15V，消耗静态电流为4mA，当电源电压为12V时，在8欧姆的负载情况下，可提供几百mW的功率。它的典型输入阻抗为50K。
方案三：TDA2030芯片所组成的功放电路，它是一款输出功率大，最大功率到达35W左右， 静态电流小，负载能力强，动态电流大既可带动4-16Ω的扬声器，电路简洁，制作方便、性能可靠的高保真功放，并具有内部保护电路。
方案选取：
本课题要求音响放大器的输出功率在5W以上，然而LM386达不到这功率，故选用TDA2030。频率响应fL～fH＝50Hz～20kHz；而单电源供电音频功率放大器已经达到所需要的目标。
3 核心元器件介绍
3.1 LM324的介绍
LM324系列器件为价格便宜的带有真差动输入的四运算放大器。与单电源应用场合的标准运算放大器相比，它们有一些显著优点。该四放大器可以工作在低到3.0伏或者高到32伏的电源下，静态电流为MC1741的静态电流的五分之一。共模输入范围包括负电源，因而消除了在许多应用场合中采用外部偏置元件的必要性。
3.2 TDA2030的介绍
TDA2030A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。
4 电路设计
4.1 直流稳压电源电路的设计
各种电器设备内部均是由不同种类的电子电路组成，电子电路正常工作需要直流电源，为电器设备提供直流电的设备称为直流稳压电源。直流稳压电源可以将220V的交流输入电压转变成稳定不变的直流电压，直流稳压电源的组成框图如图4-2所示。

图4-2 电源组成框图
4.2 话音放大器与混合前置放大器的设计
由于话筒的输出信号一般只有5mV左右，而输出阻抗达到20kΩ(亦有低输出阻抗的话筒如20Ω，200Ω等)，所以话音放大器的作用是不失真地放大声音信号(最高频率达到10kHz)。其输入阻抗应远大于话筒的输出阻抗，其放大倍数Av=1+R12/R11=8.5倍。

图4-3 话音放大器电路
4.3功率放大电路的设计
功率放大器，简称“功放”。很多情况下主机的额定输出功率不能胜任带动整个音响系统的任务，这时就要在主机和播放设备之间加装功率放大器来补充所需的功率缺口，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能否提供良好的音质输出。当负载一定时，希望其输出的功率尽可能大，其输出信号的非线性失真尽可能地小，效率尽可能高，功放的常见电路有OTL(Output Transformerless)电路和OCL(Output Capacitorless)电路。有用集成运算放大器和晶体管组成的功放，也有专用集成电路功放。

图4-4 功率放大电路
4.4 总电路图

图4-5 总电路图

5 PCB的制作
5.1 对元器件的前期准备
在确定原理图后，就得开始对各个元器件的阻值和符号进行标注。弄好后最关键的还是各个元器件的封装，一定要根据实物的大小了封装。
5.2 Sch原理图应注意常见问题
根据自己元器件的复杂程度和数量来确定框的大小，把元器件根据输入和输出分别放两端，调整元器件使它看起来最简单，然后在规则中设定一些值，如焊盘大小1.8mm，线与线间距最小距离为0.7mm，连线大小GND为1.5mm，VCC为1.2mm，信号线为1mm等等。
5.3 PCB设计中应注意的问题
a．布线方向：从焊接面看，元件的排列方位尽可能保持与原理图相一致，布线方向最好与电路图走线方向相一致.
b．各元件排列，分布要合理和均匀，力求整齐，美观.
c．电阻，二极管的放置方式分为平放与竖放两种：
（1） 平放：当电路元件数量不多，而且电路板尺寸较大的情况下，一般是采用平放较好.
（2）竖放：当电路元件数较多，而且电路板尺寸不大的情况下，一般是采用竖放，竖放时两个焊盘的间距一般取1～2/10英寸。
d．电位，IC座的放置原则：
电位器：在稳压器中用来调节输出电压，故设计电位器应满中顺时针调节时输出电压升高，反时针调节器节时输出电压降低；在可调恒流充电器中电位器用来调节充电电流折大小，设计电位器时应满中顺时针调节时，电流增大。电位器安放位轩应当满中整机结构安装及面板布局的要求，因此应尽可能放轩在板的边缘，旋转柄朝外。
IC座：设计印刷板图时，在使用IC座的场合下，一定要特别注意IC
座上定位槽放置的方位是否正确，并注意各个IC脚位是否正确，例如第1脚只能位于IC座的右下角线或者左上角，而且紧靠定位槽（从焊接面看）。
e.进出接线端布置:相关联的两引线端不要距离太大，一般为2～3/10英寸左右较合适.进出线端尽可能集中在1至2个侧面，不要太过离散。
f．设计布线图时要注意管脚排列顺序，元件脚间距要合理。
g．设计布线图时走线尽量少拐弯，力求线条简单明了。
h．布线条宽窄和线条间距要适中，电容器两焊盘间距应尽可能与电容引线脚的间距相符；
i．设计应按一定顺序方向进行，例如可以由左往右和由上而下的顺序进行。
5.4焊盘应注意的常见问题
焊盘内孔边缘到印制板边的距离要大于1mm，这样可以避免加工时导致焊盘缺损。焊盘的开口：有些器件是在经过波峰焊后补焊的，但由于经过波峰焊后焊盘内孔被锡封住，使器件无法插下去，解决办法是在印制板加工时对该焊盘开一小口，这样波峰焊时内孔就不会被封住，而且也不会影响正常的焊接。 焊盘补泪滴：当与焊盘连接的走线较细时，要将焊盘与走线之间的连接设计成水滴状，这样的好处是焊盘不容易起皮，而是走线与焊盘不易断开。相邻的焊盘要避免成锐角或大面积的铜箔，成锐角会造成波峰焊困难，而且有桥接的危险，大面积铜箔因散热过快会导致不易焊接。
6 调试
6.1 静态工作点测试
接上电源(次级为12伏)，不带负载情况下接通电源，按下电路板上电源开
关，测试滤波电容两端输出电压应为14v左右。若出现异常应该立即断电。
6.2 最大输出功率测试
将8Ω负载接入功率输出端。再将信号源调至频率f=1000hz，输出电压为1V，接到音频放大器的声道输入端。将音调调节电位器调到最大。功率输出端接上示波器、毫伏表。

图6-1测试的接法

调节音量电位器，使输出信号失真度THD=3%时，测出功率放大器的输出电压Vo的值，由公式P=Vo2/16计算放大器的最大输出功率。
6.3 频率特性测试
调节1000hz输入信号幅度（或调音量电位器），使输出信号为1V。测出电路输入信号的大小Vi的值。调节输入信号的频率，保持输入信号Vi的大小不变，测量输出信号的大小。找出上下限频率fL和fH，求出通频带BW=FH-f。
6.4话音放大器
由于话筒的输出信号一般只有5mV左右，而输出阻抗达到20K亦有低输出阻抗的话筒如（20欧，200欧等），所以话筒放大器的作用是不失真地放大声音信号（最高频率达到10KHz）。其输入阻抗应远大于话筒的输出阻抗。

放大倍数：160/20=8倍。
电路图中A1组成同向放大器，具有很高的输出阻抗，能与高阻话筒配接作为话音放大器电路，其放大倍数Av=1+R12/R11=8.5倍（18.5dB），与仿真结果相似。四运放LM324的频带虽然很窄（增益为1时，带宽为1MHz）,但这里放大倍数不高，故能达到fH=10kHzd的频响要求。
心得与体会：
这次模电课设的论文和设计是我这大学期间干的最有意义的事之一。从最初的选题，开题到写论文直到完成论文。每一个过程都是对自己能力的一次检验和充实。通过这次实践，我了解了音频功率放大器用途及工作原理，熟悉了音频功率放大器的设计步骤，锻炼了设计能力。此次设计是对我专业知识和专业基础知识一次实际检验和巩固。这次设计收获很多，比如学会了查找相关资料相关标准，分析数据，提高了自己的能力。其实这么一次的锻炼可以学到书本里许多学不到的知识。但是课程设计也暴露出自己专业基础的很多不足之处。比如缺乏综合应用专业知识的能力，对材料的不了解等等。这次实践是对自己模电所学的一次大检阅，使我明白自己知识还很不全面。
首先，我要感谢我的老师和同学,感谢他们给予我的支持;然后我还要感谢在我的论文中所有被援引过的文献的作者们，他们是我的知识之源！

参 考 文 献
[1] 谢自美.电子电路设计.实验.测试.武昌：华中理工大学出版社，1994.
[2] 童诗白.模拟电子技术基础.第二版.北京：人民邮电出版社，1999.
[3] 康华光主编，电子技术基础（数字部分、模拟部分），高等教育出版社，1998.
[4] 胡宴如．模拟电子技术[M]．北京：高等教育出版社，2004，2．
[5] 廖芳.电子产品生产工艺与管理.电子工业出版社2003: 98-100.
[6] 华成英:《模拟电子技术基础》[M]，北京高等教育出版社，2001。

附件1：电路原理图

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