1、-作者xxxx-日期xxxx音響放大器課程設計與制作-覃文博【精品文檔】課程設計任務書學生姓名： 專業班級： 指導教師： 工作單位： 信息工程學院 題 目: 音響放大電路的設計仿真與實現 初始條件： 可選元件：集成功放，電容、電阻、電位器若干；或自選元器件。可用儀器：示波器，萬用表等。要求完成的主要任務: （1）設計任務 根據技術指標和已知條件，完成對音頻功率放大器的設計、仿真、裝配與調試，并自制直流穩壓電源。（2）設計要求 設計一個失真小，具有話筒放大，電子混響、混合前置放大、音調控制、功率放大的音響放大電路；輸出功率1W左右，負載電阻8；頻率響應2020KHz以內，輸入阻抗大于20k。 選

2、擇電路方案，完成對確定方案電路的設計。 利用Proteus或Multisim仿真設計電路原理圖，確定電路元件參數、掌握電路工作原理并仿真實現系統功能。 安裝調試并按規范要求格式完成課程設計報告書。 選做：利用仿真軟件的PCB設計功能進行PCB設計。時間安排：1、 前半周，完成仿真設計調試；并制作實物。 2、 后半周，硬件調試，撰寫、提交課程設計報告，進行驗收和答辯。指導教師簽名： 年 月 日系主任（或責任教師）簽名： 年 月 日目錄摘 要3Abstract31設計要求4設計任務4設計要求和技術指標4發揮部分42設計總體方案5 音響模塊流圖5電路方案的比較與論證53 核心元器件介紹7集成功放TD

3、A2030A簡介7 LM324的介紹84各模塊電路原理與總電路圖10話音放大器10電子混響器11混合前置放大器12音調控制器13功率放大器17總電路圖185音響放大器的技術指標及測試方法19額定功率19音調控制曲線19輸入阻抗19噪聲電壓19整機效率20附 元件清單21總結（心得體會）22參考文獻23摘 要本文介紹了音響的構成、功能、及工作原理，它由TDA2030芯片所組成的功放電路，LM324四運放大器為前置放大和音調放大構成，本身具有電源電壓范圍寬，靜態功耗小，可單電源使用，價格低廉等優點。而TDA2030一款輸出功率大，最大功率到達35W左右， 靜態電流小，負載能力強，動態電流大既可帶動

4、4-16的揚聲器，電路簡潔，制作方便、性能可靠的高保真功放，并具有內部保護電路。本設計的功能是將輸入音頻信號進行放大，是一種可普遍用于家庭音響系統、立體聲唱機等電子系統中，便于攜帶，適用性強。關鍵詞：TDA2030 OTL 輸出功率 LM324 1設計要求設計任務利用分離元件或集成電路制作一個音響放大器，可以放大話筒信號或毫伏級音頻信號。設計要求和技術指標1.技術指標如下：a輸出功率：；b負載阻抗：4歐姆；c頻率響應：fLfH=50Hz20KHz；d 輸入阻抗：>20K歐姆；e整機電壓增益： >50dB；2.電路要求有獨立的前置放大級（放大話筒信號）;3.電路要求有獨立的功率放大級

5、。發揮部分在話筒放大級和功放級之間利用模擬延時器件實現電子混響，以模擬聲音多次反射的效果！2設計總體方案 音響模塊流圖圖21電路整體框圖話音放大器：話音放大器的作用是不失真地放大音頻信號。電子混響器：電子混響器是用電路模擬聲音的多次反射，產生混響效果，使聲音聽起來具有一定的深度感和空間立體感。混合前置放大器：混合前置放大器的作用是將音樂信號和電子混響后的聲音信號混合放大。音調控制器：音調控制器主要是控制、調節音響放大器的幅頻特性。功率放大器：功率放大器的作用是給音響放大器的負載RL提供一定的輸出功率。電路方案的比較與論證1.采用uA741運算放大器設計電路，uA741通用高增益運算通用放大器，

6、早些年最常用的運放之一，應用非常廣泛，為雙列直插8腳或圓筒8腳封裝。工作電壓±22V，差分電壓±30V，輸入電壓±18V，允許功耗500mW。2.采用LM324通用四運算放大器，雙列直插8腳封裝，內部包含四組形式完全相同的運算放大器，除電源共用外，四組運放相互獨立。它有5個引出腳，其中“+”、“-”為兩個信號輸入端，“V+”、“V-”為正、負電源端，“Vo”為輸出端。兩個信號輸入端中Vi-（-）為反相輸入端，表示運放輸出端Vo的信號與該輸入端的位相反；Vi+（+）為同相輸入端，表示運放輸出端Vo的信號與該輸入端的相位相同。方案選取：uA741是通用放大器，性能不是

7、很好，滿足一般需求，而LM324四運放大器具有電源電壓范圍寬，靜態功耗小，可單電源使用，價格低廉等優點。本設計放大倍數不高，LM324能達到頻響要求，故選用LM324四運放大器。1. LM386是一種音頻集成功放，具有自身功耗低、電壓增益可調整、電源電壓范圍大、外接元件少和總諧波失真小等優點，廣泛應用于錄音機和收音機之中。LM386電源電壓4-12V，音頻功率0.5w。LM386音響功放是由NSC制造的，它的電源電壓范圍非常寬，最高可使用到15V，消耗靜態電流為4mA，當電源電壓為12V時，在8歐姆的負載情況下，可提供幾百mW的功率。它的典型輸入阻抗為50K。2.TDA2030芯片所組成的功放

8、電路，它是一款輸出功率大，最大功率到達35W左右， 靜態電流小，負載能力強，動態電流大既可帶動4-16的揚聲器，電路簡潔，制作方便、性能可靠的高保真功放，并具有內部保護電路。方案選取：本課題要求音響放大器的輸出功率在5W以上，然而LM386達不到這功率，故選用TDA2030。頻率響應fLfH50Hz20kHz；而單電源供電音頻功率放大器已經達到所需要的目標。并且它較少元件組成單聲道音頻放大電路、裝置調整方便、性能指標好等特點。而BTL電路雖然也有以上的功能，但制作復雜，不利于維修。3 核心元器件介紹2030A簡介TDA 2030A是一塊性能十分優良的功率放大集成電路，其主要特點是上升速率高、瞬

9、態互調失真小，另一特點是輸出功率大，而保護性能以較完善。根據掌握的資料，在各國生產的單片集成電路中，輸出功率最大的不過20W，而TDA 2030的輸出功率卻能達18W，若使用兩塊電路組成BTL電路，輸出功率可增至35W。TDA2030 集成電路的第三個特點是外圍電路簡單，使用方便。在現有的各種功率集成電路中，它的管腳屬于最少的一類，總共才5端，外型如同塑封大功率管，這就給使用帶來不少方便。且其價格低廉、性能良好，在上世紀80年代即被廣泛應用于收錄機、有源音箱，為廣大音頻愛好者所熟知和喜愛。圖3-1 TDA 2030A 引腳圖TDA2030管腳功能： 1.腳是正相輸入端2.腳是反向輸入端3.腳是

10、負電源輸入端4.腳是功率輸出端5.腳是正電源輸入端表3-1 TDA 2030A 主要性能參數參量符號參數數值單位VS最大供電電壓±22VVi輸入VSVi差分輸入±15VIO最大輸出電流3。5APTOT最大功耗20WTSTG ，TJ存儲和結點的溫度-40 to +150VS最大供電電壓±22VS/R轉換速率9VuSTHD總諧波失真Po=0.1 to 9W,RL=8f=40 to 15 kHz%BW功率寬度100KHzTR熱阻3/W LM324的介紹LM324引腳圖簡介：LM324系列器件為價格便宜的帶有真差動輸入的四運算放大器。與單電源應用場合的標準運算放大器相比，

11、它們有一些顯著優點。該四放大器可以工作在低到3.0伏或者高到32伏的電源下，靜態電流為MC1741的靜態電流的五分之一。共模輸入范圍包括負電源，因而消除了在許多應用場合中采用外部偏置元件的必要性。每一組運算放大器可用圖1所示的符號來表示，它有5個引出腳，其中“+”、“-”為兩個信號輸入端，“V+”、“V-”為正、負電源端，“Vo”為輸出端。兩個信號輸入端中， Vi-（-）為反相輸入端，表示運放輸出端Vo的信號與該輸入端的位相反；Vi+（+）為同相輸入端，表示運放輸出端Vo的信號與該輸入端的相位相同。實物如圖3-2，LM324的引腳排列見圖3-1。圖3-2 LM324實物圖LM324的特點：3.

12、可單電源工作：3V-32V4.低偏置電流：最大100nA5.每封裝含四個運算放大器。6.具有內部補償的功能。圖3-3 引腳排列圖 LM324的內部結構如圖3-4：偏置電路對四個放大器共用典型原理圖（所示為電路的四分之一）輸出圖3-4 LM324的內部結構LM324系列采用兩個內部補償，二級運算放大器，每個運放的第一級由帶輸入緩沖晶體管Q21和Q17的差動輸入器件Q20和Q18，以及差動到單端轉換器Q3和Q4。第一級不僅完成第一級增益的功能，而且要完成電平移動和減小跨導的功能。由于跨導的減小，僅需使用一個較小的補償電容（僅0.5pF），從而就可以減小芯片尺寸，跨導的減小可由將Q20和Q18的極電

13、集分離而實現。該輸入級的另一特征是，在單電源工作模式下，輸入共模范圍包含負輸入和地，無論是輸入器件或者差動到單端變換器都不會飽和，第二級含標準電流源負載放大器級。4各模塊電路原理與總電路圖4.1話音放大器由于話筒的輸出信號一般只有5mV左右，而輸出阻抗達到20K亦有低輸出阻抗的話筒如（20歐，200歐等），所以話筒放大器的作用是不失真地放大聲音信號（最高頻率達到10KHz）。其輸入阻抗應遠大于話筒的輸出阻抗。 圖4-1 話音放大器放大倍數：160/20=8倍電路圖中A1組成同向放大器，具有很高的輸出阻抗，能與高阻話筒配接作為話音放大器電路，其放大倍數Av=1+R12/R11=8.5倍（18.5

14、dB），與仿真結果相似。四運放LM324的頻帶雖然很窄（增益為1時，帶寬為1MHz）,但這里放大倍數不高，故能達到fH=10kHzd的頻響要求。4.2電子混響器 電子混響器是用電路模擬聲音的多次反射，產生混響效果，是聲音聽起來具有一定的深度感和空間立體感。在“卡拉OK”伴唱機中，都帶有電子混響器，如下圖，其中集成電路BBD稱為模擬延時器，其內部有由場效應管構成的多級電子開關和高精度存儲器。在外加時鐘脈沖作用下，這些電子開關不斷地接通和斷開，對輸入信號進行取樣、保持并向后級傳遞，從而使BBD的輸出信號相對于輸入信號延遲了一段時間。BBD的級數越多，時鐘脈沖的頻率越高，延遲時間越長。BBD配有專用

15、時鐘電路，如MN3102時鐘電路與MN3200系列的BBD配套。電子混響器的實驗電路如圖，其中兩級二階低通濾波器（MFB）A1、A2濾去4kHz(語音)以上的高頻成分，反相器A3用于隔離混響器的輸出與輸入間的相互影響。RP1調節混響器的輸入電壓，RP2調節MN3207的平衡輸出以減小失真，RP3調節時鐘頻率，RP4控制混響器的輸出電壓。途中MN3207與MN3102各引腳的電壓如下： 引腳 1 2 3 4 5 6 7 8圖4-2 電子混響器4.3混合前置放大器混合前置放大器的作用是將音樂信號和電子混向后的聲音信號混合放大，其電路如下圖。這是一個反相加法器電路，輸出與輸入電壓間的關系為 V0=

16、-（Rf/R1）*V1+(Rf/R2)*V2式中，V1為話筒放大器輸出電壓，V2為放音機輸出電壓。 圖4-3 混合前置放大器上述電路由運放A2組成，這是一個反向加法器電路。音調控制器音調調控器的基本知識音調又稱聲音的高度，音調主要由聲音的頻率決定，同時也與聲音強度有關。對一定強度的純音，音調隨頻率的升降而升降；對一定頻率的純音、低頻純音的音調隨聲強增加而下降，高頻純音的音調卻隨強度增加而上升。音調調控器主要是控制、調節音響放大器的幅頻特性，分別調整音域的超低音、低音、高音，進行自由調節、裝飾、美化，從而使你享受到音樂調味師的樂趣。運用此功能，可根據個人的品位將音樂的低頻（大多指80Hz以下）的

17、頻率，提升到最大，你可以感覺到動人的超重低音雄渾厚實、強性十足；將音樂的高頻（大多指10KHz以上）的頻率，提升到最大，你可以感覺到高音清脆動人，亮麗硬朗。音調控制器一般由高通和低通濾波器構成。如下圖圖4-4-1音調控制器下面分析一下其工作原理：1. 當f在低頻段時：電容C3可以視為開路，其電路可以等效為圖4-4-2圖4-4-2 低頻段等效電路圖當RP1的滑臂在最左端時，對應的電路圖如圖4-4-3(a)所示，對應于低頻提升最大的情況；當RP1的滑臂在最右端時，對應的電路圖如圖4-4-3(b)所示，對應于低頻衰減最大的情況。根據集成運算放大器的相關的知識可以對圖4-4-3的頻率特性進行分析，分析

18、表明(a)所示的電路是一個一介有源低通濾波器，其增益函數的表達式為：A=(j)=Vo/Vi=-(Rp1+R2)/R1*(1+j/2)/(1+j/1)圖4-4-3 等效電路式中1=1/( Rp1C2)2=( Rp1+R2)/ ( Rp1R2C2)當f<fL1時，若C2可視為開路，R4的影響可以忽略，運算放大器的反向輸入端視為虛地，此時電壓增益：AVL=(Rp1+R2)/R1當f=fL1時，若選擇fL2=10fL1 AV1= AVL/此時電壓增益相對AVL下降3dB。在f= fL2時Av2 AVL此時電壓增益相對AVL下降17dB。同理可以得出(b)所示電路的相應表達式，其增益相對于中頻增益

19、為衰減量。2. 當f在高頻段時:電容C1、C2可以視為短路，電路可以等效為圖4-4-4(a)，R4與R1、R2組成星形連接，將其轉換成三角連接后的電路如圖4-4-4(b)所示。電阻的關系式為： Ra=R1+R4+(R1R4/R2) Rb=R4+R2+(R4R2/R1) Rc=R1+R2+(R2R1/R4)若取R1=R2=R4，則：Ra=Rb=Rc=3R1=3R2=3R4圖4-4-4 音調調控器的高頻等效電路圖4-4-4的高頻等效電路如圖4-4-5所示，當RP2的滑臂在最左端時，對應的電路圖如圖4-4-5(a)所示，對應于高頻提升最大的情況；當RP2的滑臂在最右端時，對應的電路圖如圖4-4-5(

20、b)所示，對應于高頻衰減最大的情況。分析表明(a)或(b)表示的電路為一介有源高通濾波器，其增益函數的表達式為：圖4-4-5 滑臂在最左端、最右端的高頻提升等效電路A=(j)=Vo/Vi=-（Rb/Ra）*(1+j/3)/(1+j/4)式中：3=1/(Ra+R3)C3 4=1/(R3C3)顯然，fH1<fH2，若選擇10fH1fH2，與低頻分析的方法相同，可得f<fH1時，C3視為開路，此時中頻區電壓增益AV0=1(0dB)f=fH1時,AV3=A V0，此時電壓增益AV3相對于A V0提升了3dB。f=fH2時, AV4=10/A V0，此時電壓增益AV4相對于A V0提升了17

21、dB。f> fH2時，C3視為短路，此時電壓增益為：AVH=(Ra+R3)/R3將兩者綜合起來可得到幅頻特性圖4-4-6 圖4-4-6 音調控制電路的幅頻特性功率放大器的作用是給音響放大器的負載RL提供一定的輸出功率。當負載一定時，希望輸出功率盡可能大，輸出信號的非線性失真盡可能的小，效率盡可能的高。功放的常見電路有OTL(Output Transformerless)電路和OCL(Output Capacitorless)電路。有用集成運算放大器和晶體管組成的功放，也有專用集成電路功放。 TDA2030A是SGS公司生產的單聲道功放IC，該IC體積小巧，輸出功率大，最大功率到達40W左

22、右；并具有靜態電流小（50mA以下），流）；負載能力強，既可帶動4-16的揚聲器，某些場合又可帶動2甚至1.6的低阻負載；音色中規中舉，無明顯個性，特別適合制作輸出功率中等的高保真功放等諸多優點。圖4-5 TDA2030的典型連接圖在圖中電阻R3、R2與C2組成交流負反饋支路，控制功放級的電壓增益Avf，即Avf1R3/R2R3/R2，C7為相位補償電容。C7減小，貸款增加，可消除高頻自激。C8為單電源供電時OTL電路的輸出端電容，兩端的充電電壓等于Vcc/2，C8一般取耐壓值遠大于Vcc/2的幾百微法的電容。使用雙電源供電，可以將其設為短路。C5，C6電源的濾波電容，可濾除文波，一般取幾十微

23、法到幾百微法。C3，C4為電源的退耦濾波電容，可消除低頻自激。5音響放大器的技術指標及測試方法音響放大器輸出失真度小于某一數值時的最大功率成為額定功率Po。測量Po的條件如下：信號發生器的輸出信號的頻率fi=1kHz，電壓 vi5mV，音調控制器的兩個電位器Rp1和Rp2置于中間位置，音量控制電位器置于最大值，用雙蹤示波器觀測vi及vo的波形。測量Po的步驟是：功率放大器的輸出端接額定負載電阻RL，逐漸增大輸入電壓vi,直到vo的波形剛好不出現削波失真，此時對應的輸出電壓為最大輸出電壓。輸入信號vi(=100mV)從音調控制級輸入端的耦合電容加入，輸出信號vo從輸出端的耦合電容引出。先測1kHz處的電壓增益Av0，再分別測低頻特性和高頻特性。測低頻特性的方法：將Rp1的滑臂分別置于最左端和最右端時，頻率從50Hz到1kHz變化，記下對應的電壓增益。同樣，測高頻特性是將Rp2的滑臂分別置于最左端和最右端時，頻率從1kHz到20kHz變化，記下對應的電壓增益。最后繪制音調控制特性曲線，并標注與fL1、fx、fL2、f0、fH1、fH2等頻率對應的電壓增益。 將從音響放大器輸入端看進去的阻抗稱為輸入阻抗Ri。如果接高阻話筒，則Ri應遠大于20k。接電唱機，Ri應遠大于500k。Ri的測量方法與放大器的輸入阻抗測量方法相同。音響放大器的輸入為零時，輸出負載R