1、題 目高保真音頻功率放大器設計電子信息工程系專 業電子信息工程（樓宇）班級10電信本（1）班姓名劉其海指導教師周玉林2011年 11月 9 日課程設計任務書學生姓名：劉其海專業班級:電信本（1）班指導教師：周玉林 工作單位:電子信息工程系題目:高保真音頻功率放大器的設計一、設計目的根據設計要求，完成對高保真音頻功率放大器的設計。進一步加強對 Protel （或Multisim ）軟件的應用和對模擬電子技術知識的理解。二、設計內容和要求根據技術指標和已知條件，選擇合適的功放電路，如： OCL、OTL或BTL電路。完成對高保真音頻功率放大器的設計、裝配與調試。資料個人收集整理，勿做商業用途輸出功率

2、10W/8Q;頻率響應2020KHz ;效率60 % ;失真小。選擇電路方案，完成對確定方案電路的設計。計算電路元件參數與元件選擇、并畫出總體電路原理圖，闡述基本原理。（選做:用PSPICE或Multisim軟件完成仿真）資料個人收集整理，勿做商業用途安裝調試并按規定格式寫出課程設計報告書。三、初始條件可選元件：集成功放 LA4100或LA4102 ;集成功放 4430;集成功放 TDA2030 ;集成功放TDA2004、2009;集成功放TA7240AP （集成功放的選擇應滿足技術指標）。電容、電阻、電位器若干；或自備元器件。直流電源±12V,或自備電源?？捎脙x器：示波器，萬用表，

3、毫伏表四、時間安排1、2011年3月14日集中，作課設具體實施計劃與課程設計報告格式的要求說明。2、2011年3月14日至2011年3月15日，查閱相關資料，學習電路的工作原理。3、2011年3月16日至2011年3月17日，電路裝配與調試。4、2011年3月18日撰寫課程設計報告書。指導教師簽名：周玉林2011年11月9日目 錄摘要 11設計內容及要求 21.1 設計目的及主要任務 21.1.1 設計目的 21.1.2 設計任務及主要技術指標 21.2 設計思想 22方案論證及整體電路工作原理 32.1 方案確定與論證 32.2 整體電路工作原理 33電路單元模塊設計 43.1 電源電路的設

4、計43.2 音頻輸入的設計43.3 集成功放的設計43.3.1 TDA2030 的 OTL 電路 44器件選擇及參數計算 54.1 輸入電容的選取54.2 自舉電容的選取54.3 反饋電阻電容的選取54.4 輸出電容的計算64.5 音頻輸出器的選取65電路安裝與調試 65.1 電路的安裝65.2 電路的調試與數據測定 65.2.1 輸出電壓的測定 75.2.2 輸出功率的計算75.2.3 電源供電功率的測定75.2.4 效率的計算 75.2.5 輸出電壓波形圖86電路主要參數測定 86.1 極限使用條件86.2 典型工作點主要電參數 96.3 波形參數106.4 實物圖127設計電路的特點及改

5、進意見 137.1 設計電路的特點137.2 電路改進意見138元件列表 139心得體會 14參考文獻 16摘要本文介紹了采用集成功放芯片TDA2030設計高保真音頻功率放大器的原理 與方法，闡述了集成芯片的比較選取，重點分析了 TDA2030功放電路的結構，記 錄了其各項性能指標。該功放的設計避免了單立元件組合電路布線復雜，輸出信號失真大的缺點，TDA2030雙聲道功率放大集成電路，該電路具有聲道分離度 高、電源接通時沖擊噪聲小、外接元件少，最大電壓增益可由外接電阻調節等特 ,點。資料個人收集整理，勿做商業用途關鍵詞：TDA2030;高保真；失真?。恍矢逜bstractThis paper

6、 introduces an integrated power amplifier chip TDA2030 high-fidelity audio power amplifier design principle and method of chip on the comparative selection, focused on analyzing the structure of TDA2030 amplifier circuit record of its performance indicators. The amplifier design to avoid a single el

7、ement circuit wiring complexity, the output signal distortion major shortcomings, TDA2030dual channel power amplifier integrated circuits, the circuit has a high channel separation, the impact of noise when connected to power a small external components less, the biggest gain by external resistor vo

8、ltage regulator and so on.Key words：TDA2030; fidelity;small distortion ; efficient 資料個人收集整理，勿做商業用途1設計內容及要求1.1 設計目的及主要任務1.1.1 設計目的要求了解集成功率放大器內部電路工作原理， 掌握其外圍電路的設計與主 要性能參數的測試方法。要求掌握音頻功率放大器的設計方法與小型電子線路系統的裝調技術。1.1.2 設計任務及主要技術指標根據技術指標和已知條件，選擇合適的功放電路，如： OCL、OTL或BTL 電路。完成對高保真音頻功率放大器的設計、裝配與調試。資料個人收集整理，勿做商業用途

9、輸出功率10W/8Q;頻率響應2020KHz;效率60 % ;失真小。選擇電路方案，完成對確定方案電路的設計。計算電路元件參數與元件 選擇、并畫出總體電路原理圖，闡述基本原理。（選做：用PSPICE或Multisim軟 件完成仿真） 資料個人收集整理，勿做商業用途安裝調試并按規定格式寫出課程設計報告書。1.2 設計思想本次設計首先在眾多集成功率放大器中選出符合設計要求且工作性能最佳 的集成芯片。而整個設計的核心部分就在功放模塊電路的設計，該模塊完成的功 能主要包括放大輸入音頻以及調節輸出音頻。隨后運用Multisim軟件中的仿真功能對其予以仿真，從仿真的結果中分析程序的正確性。待所有模塊的功能

10、正確之 后，運用原理圖搭建頂層電路并進行整體仿真直至達到最初的設計要求，最后再在實驗箱上檢驗設計的正確與否。資料個人收集整理，勿做商業用途2方案論證及整體電路工作原理2.1 方案確定與論證功率放大器的常見電路形式有單電源供電的OTL電路和正負雙電源供電的OCL電路。有集成運放和晶體管組成的功率放大器，也有專用集成電路功率放大 器芯片。資料個人收集整理，勿做商業用途根據設計指標及要求，選才？TDA203M放芯片的OTL典型電路，該芯片具有 音色甜美動聽、性能優良，工作可靠，外圍元件少以及安裝方便等特點，電源電 壓從2.2V到16.8V均可以正常工作，對電源電壓的適應范圍很寬，靜態電流小， 電源電

11、壓增高時，輸出功率增大。 資料個人收集整理，勿做商業用途另有一種方案為集成功放芯片的 OCL電路，這種電路采用正負雙電源供電， 該電路全部是直流耦合的，當某一級電路某一點出現故障時，多數情況下都將造 成其余放大級電路靜態工作點的牽連變化，出現聲音失真甚至燒機。資料個人收集整理，勿做商業用途2.2 整體電路工作原理由兩片TDA2030成OTL功率放大器，電路書要分為電源電路（由電源輸入、 電源穩壓電路組成）、音頻輸入、TDA203ctt放主體電路和音頻輸出。電路擬采用兩種電源輸入形式，CK插頭輸入，適用于不同場合使用，USB主要用于電腦隨放，CK插頭可接自制直流穩壓電源亦可接一般隨身聽電源，非常

12、方便。下圖為全TDA2030集成功放考慮到電源拔取的押便性您選取彖用電（2州H果已術電源直接輸入，噪音太大，影響片亦出 電源作為本電源的供電模塊戰選取了噪聲較彳氐的集成穩壓決KBP206G作穩壓作用，父流220V俞入，直流12V俞出。經驗證明，此電壓經TDA2030 輸出可以驅動8Q/3W喇叭發聲。下面是KBP206G整流橋堆電路圖：士a 3N243I C17-I -CK CIO*100 旺:圖3-1 KBP206G 整流橋堆電路 資料個人收集整理，勿做商業用途3.2 音頻輸入的設計音頻輸入用一般的耳機輸出線改裝而成。去掉耳機頭，刮掉信號線表面膠 漆，直接到集成功放輸入端。3.3 集成功放的設

13、計3.3.1 TDA2030 的 OTL 電路TDA2030集成電路的輸出功率由電源電壓和負載阻抗大小決定。既可以構 成雙聲道OTL功放，又可以組成BTL功放。本次課程設計采用其 OTL典型電 路，應用電路如下圖所示：資料個人收集整理，勿做商業用途RI . -WV-1曲門C7 正 2.2hFH5'50% 1MmG8 ：100kQ2 2ifwoHey-P：魁RE-A/W1曬1MWK峙：50%C4- 丑 22uFC5T卜22yf- C1-1H出f56k 口 C2RI 315kQRI 415mC3：S12-AW 1 5EkQH19 - 33CK1H叩F . IC-1WR11. . . HID

14、 22kQC12- IC-16VZZkQ10203(C14J貨轆1：?8Q:VEElOjiF ic-iev -:盤二 HLSS1- 嬴需: ->Ri«:邛：.：R1710D1層5建叩FAR2一：10F：:KT則：-12V：K24 ：Wsr-7 麗.4器件選擇及參數計算4.1 輸入電容的選取該電路要加一輸入耦合電容，以減小噪聲輸入選取一小電容足矣，故取0.22 卜F瓷片電容。4.2 自舉電容的選取自舉電容使輸出幅值增加。建議值為100uF。自舉電容器避免減少輸出信號。此外，在低頻和低電源電壓時，有較好的減小失真的作用。資料個人收集整理，勿做商業用途4.3 反饋電阻電容的計算圖4-

15、6 TDA2030反饋電路輸出電壓由電阻人R1、R2、C1決定，其增益由下式決定:VoutRiVINRfR2 -jwCi當 Rf=0, C1=100N F, f=32Hz 時，增益為 46dB。4.4 輸由電容的計算最低輸出頻率由輸出電容決定根據以下式子給出:Fl 二i2n ,Cout，Rl當FL=100Hz,RL=8 Q時，C=198.9 F,為留有余地，選取470F鋁電解電容4.5 音頻輸由器的選擇本設計選取了 8Q/3W大紙盆喇叭5電路安裝與調試5.1 電路的安裝按照電路設計圖，在線路板上合理布局后，將元件焊接在線路板上，安裝過程中，注意將電容盡量焊得離主芯片近些，TDA2030要加散熱

16、片；另外要避免虛焊。這樣制作出的TDA203CK聲道OTL電路。其音效好，音質高，失真小； 功率達標；響應頻帶寬；效率高。 資料個人收集整理，勿做商業用途5.2 電路的調試與數據測定要想功放各項指標都達到要求，有三大關鍵：1 .要求電源品質高。最初的設計中并未使用1117穩壓電路，電流噪聲大，幾乎完全壓倒音頻信號的輸出。加1117穩壓電路后，電源性能好，對音頻信號干擾/J、。 資料個人收集整理，勿做商業用途2 .要求輸入、輸出濾波好。濾波不好，會輸出很大噪音或者產生嚴重失真。音頻信號輸入端用接了 0.22仙F瓷片電容，輸出端用接470仙F電解電容，并聯0.15 pF瓷片電容，起到了很好的濾波作

17、用。資料個人收集整理，勿做商業用途3 .要求喇叭性能好。經試音比較，選取了大紙盆喇叭，音質更好。5.2.1 輸出電壓的測定用函數發生器給安裝好的電路提供頻率為 IKHz;峰峰值為300mV勺正弦交 流電壓，用示波器觀察輸出端的波形，記錄此時輸出波電壓的有效值，并記錄下 此時的波形圖。實際調試過程中，測得輸出電壓的值為 176.8mM 資料個人收集整理， 勿做商業用途5.2.2 輸出功率的計算在加8 Q負載的情況下，根據功率計算公式 PURL/求得輸出功率為 RLF0=4mW/5.2.3 電源供電功率的測定用開關電源給所設計的電路提供+5V的直流電壓，將電路輸入端斷開，用 萬用表測得輸入電流Ii

18、=20mA。應注意經 KBP206G穩壓后，提供給 TDA2030電路的電 壓只有3.3V,故根據功率計算公式可得電源供電功率p=66mW。資料個人收集整理，勿做商業用途5.2.4 效率的計算根據上面測量計算出的輸出功率和電源供電功率，可根據公式刈=，P，可計算出實際測試的效率只有6.06%。5.2.5 輸出電壓波形圖根據5.2.1節的條件，示波器上顯示的輸出電壓的波形圖如下:圖5-2-5輸出電壓波形6電路主要參數測定6.1 極限使用條件在T=25 -C時，電源電壓 Vcc=15 V.輸出峰值電流10=1.5A6.2 典型工作點主要電參數TDA2030勺中文資料如右圖0> INVERRK

19、G INPUT NON IMVEAMG MVT> OUTPUT一，極限參數參量符號參數數值單位VS 最大供電電壓 ±22 VVi 輸入 VSVi 差分輸入 ±15 VIO 最大輸出電流 3.5 APTOT最大功耗 20 WTSTG , TJ 存儲和結點的溫度-40 to +150C資料個人收集整理，勿做商業用途1腳是正相輸入端2腳是反向輸入端3腳是負電源輸入端4腳是功率輸出端5腳是正電源輸入端。1 .外接元件非常少。2 .輸出功率大，Po=18W（RL=4Q ）。3 .采用超小型封裝（TO-220）,可提高組裝密度。4 .開機沖擊極小。5 .內含各種保護電路，因此工作

20、安全可靠。主要保護電路有：短路保護、熱保護、地線偶然開路、電源極性反接（Vsmax=12M以及負載泄放電壓反沖等。資料個人收集整理，勿做商業用途6 .TDA2030A 能在最低土 6V最高±22V的電壓下工作在土 19M 8。阻抗時能夠輸出 16W的有效功率，TH氏0.1%。資料個人收集整理，勿做商業用途6.3波形參數TDA2030輸入電壓耒克示波器4式2-輸出電壓關系曲線TektronixCHILWCH2Qs;Mmli SHUS3四E標:俄第XSCSPIFT】序R：時間 117.M3FT15i»jg_A4.971 mtf通道上17石花rnY,麗1TZ * * T2-T?1

21、17,033 ms '. '0 $4.971 mV 0.000 V17.679 mV_00D V:卞1 HE時回油通第4通道日觸發m1 ES不曲比例2D mVA>v比例20eM貶管邊沿x膈Q丫位置ovfi0電平QV四11下廣 印】（至7L :應1"bn"ii5irn - _ 類,r""i"i市 r"i圖6-3參數曲線圖6.4 實物圖7設計電路的特點及改進意見7.1 設計電路的特點本次課程設計所用的電路具有性能優良，工作可靠，外圍元件少以及安裝 方便等特點，電源電壓從2.2V到16.8V均可以正常工作，對電源電壓的

22、適應范 圍很寬，靜態電流小，電源電壓增高時，輸出功率增大。資料個人收集整理，勿做商業用途7.2 電路改進意見因在調試電路過程中發現輸出功率及效率都不夠指標的要求，分析電路可 知，TDA203所構成的電路本身提供的輸出功率就小，為了滿足設計指標，可考 慮添加電路中TDA2030E片的數量，也可擴展其外圍電路，使得輸出功率及效率 滿足設計要求。 資料個人收集整理，勿做商業用途8元件列表元件列表元件名稱與規格數量元件名稱與規格數量TDA20302個KBP206G1個2200 pF鋁電解電容2個104電容2個10 N F鋁電解電容3個223電容4個TDA2030電路板1個224電容4個100 KC電位

23、器r 3個222電容2個 n散熱片2個CK插頭1個自制音頻輸出線2根導線8Q、3W喇叭2個電阻螺絲2個9心得體會本次課程設計至此已經接近尾聲，我在這次實踐中學到了很多，首先是幫 同學安裝了 Multisim仿真軟件，其次是我用這個軟件做仿真基本上都熟悉了， 不過由于我的英語不是太好，還是有些選項不懂。最后是制作，它帶給我許多實 際經驗，比如制作工藝和焊接等等。資料個人收集整理，勿做商業用途我們這次用Multisim來仿真自己制作的電路。給我印象最深的是要設計一 個成功的電路，必須要有扎實的基礎，要熟練的掌握課本知識，這樣才能對實驗 中出現的問題進行分析和解決。我通過翻閱資料、上網搜索，對各電路

24、器件（如 TDA203 KBP206電片等等）以及原理有了更深一層次的認識，既增強了我的理 解能力，又使我能更好的運用所學的知識， 并且還考察了我的動手能力，從而使 學過的知識得到了鞏固與復習。有一次我在仿真的時候出現了錯誤，彈出來的框 框全是英文，這時我用有道翻譯和請同學幫忙解決，但都沒有得到我所想要的答 案，最后只有請教指導老師來協助我更改錯誤， 具體操作我就不在這次的體會中 細說了。但通過這個事讓我想起了我們中國式的教育，總是從理論聯系實際，都沒有人反過來想用實際來聯系理論， 在當代大學生中出現了極多的理論天才， 但 當他們走向社會時卻總是被社會所淘汰，從而產生了如此多的無業游民（且都是

25、 高學歷的）。資料個人收集整理，勿做商業用途所以我要說的是我們應該這樣教育應用型本科、?？坪妥钥迹阂趯嶋H中 聯系理論，使學習變成了樂趣、使知識形象具體的被掌握，這樣對老師的要求就 非常高。讓那些不愛學習的人也變得特愛學習， 讓一本新書不是從頭翻到尾，也 不是從中間翻到兩頭，更不是從最后翻到開頭，而是要根據自己所實踐的內容學 習書上的知識。比如今天實訓做一個很普通的零件（之前自己從沒有接觸過），現在在老師的指導下制作，我相信是人都不會是完美的，不是嗎？因此會有很多 問題，甚至有些問題連老師也回答不是上來 （從而不會產生老師這個職業無聊的 嚴重現象，若老師不進修的話），在這個情況下，在自己特別想知道答案的情況 下，在自己試了很多次且無結果的情況下， 在自己無法理解且又特別想知道原理 的情況下，在自己再在指導老師的協助下，學習某個知識點不是更好嗎？ ！ 我相信至少比在課堂上干講要實際得多， 也要好理解得多，更重要的是被動學習 變成了主動學