模电课程设计(音频功率放大电路).doc

1、设计题目：音频功率放大电路2、设计任务目的与要求：要求：设计并制作用晶体管和集成运算放大器组成的音频功率放大电路，负载为扬声器，阻抗8。指标：频带宽50HZ20kHZ，输出波形基本不失真；电路输出功率大于8W；输入灵敏度为100mV，输入阻抗不低于47K。3、整体电路设计：方案比较：利用运放芯片 LM1875和各元器件组成音频功率放大电路，有保护电路，电源分别接+30v和-30v并且电源功率至少要50w，输出功率30w。利用运放芯片TDA2030和各元器件组成音频功率放大电路，有保护电路，电源只需接+19v，另一端接地，负载是阻抗为8的扬声器，输出功率大于8w。通过比较，方案的输出功率有30w，但其输入要求比较苛刻，添加了实验难度。而方案的要求不高，并能满足设计要求，所以选取方案来进行设计。整体电路框图：TDA2030元器件和电源元器件和接地信号输入三极管信号输出单元电路设计及元器件选择：单元电路设计：功率放大器按输出级静态工作点的位置可分为甲类、乙类和甲乙类三种；若按照输出级与负载的耦合方式，甲乙类又可分为电容耦合 （OTL 耦合）、直接耦合（OCL 电路）和变压器耦合三种。变压器耦合容易实现阻抗匹配，但体积大， 较笨重。又OCL电路电源输入要求较高，所以采用OTL电路。采用单电源的OTL电路不需要变压器中间抽头，但需要在输出端接上大电容，且低频特性不如OCL好。根据“虚短”、“虚断”的原理，利用电阻的比值，可求得电路所需的放大倍数，其中可加入一个电位器替代反馈电阻，这样就能够实现电路放大倍数的调整。因为功率放大电路是追求在电源电压确定的情况下，输出尽可能大的功率，可以采取OTL电路来实现。为了提高转换功率，我们要对电路进行改善，这主要围绕功率放大电路频率响应的改善和消除非线性失真来改进电路，因此要用到若干个电阻电容来保护电路。OTL电路会产生交越失真，为了消除这种失真，应当设置合适的静态工作点，使电路中的两只放大管均工作在临界导通或微导通的状态，这可以通过加入两个二极管来实现，因为二极管具有单向导电性。或者将两个有一定对称性的NPN和PNP三极管的基极分别和TDA2030的两个电源输入端相连。最后在输出端，还要加一个大电容来保证电路的低频性良好。在接有感性负载扬声器时还要加入一个电阻和一个电容来减少电路的自激振荡，确保高频稳定性。元器件选择：如下面的系统原理图所示，C2为输入耦合电容，应选取较小的电解电容；R1、R、R3和C7的作用是组成运放TDA2030的输入偏置电路，取R1=R2=R3，可计算得TDA2030正向输入端的电压为0.5VCC，而电容C7的作用是可以稳定这个电位。另外，R3是为了防止输入信号被C7短接到地而设的。C6是高频退耦电容，应选用较小的陶瓷电容或独石电容；C3是滤波电容，应选用较大的电解电容。C4、R4、和R11构成交流负反馈，控制交流增益，对于音频信号，可以近似地认为C4短路，所以功放的增益为11+R11（有效部分）/R48w。也满足“电路输出功率大于8W”条件。测量输入灵敏度为100mV时的输入阻抗：在信号输入端接上两个万用表，分别测量输入端的电压和电流，得Ui70 .71mV，Ii716.48nA，所以输入阻抗为Ri=Ui/Ii=98.69K47K，明显也满足“输入灵敏度为100mV，输入阻抗不低于47K”的条件。5、总结和体会：方案和作品的优点为：焊接板排版较为缜密，焊接没有跳线；作品所用元器件较少，电源输入要求较低，频带宽6.41HZ127.481kHZ，输出波形基本不失真，电路输出功率大于8W，输入灵敏度为100mV，输入阻抗高于47K，能够基本实现设计的任务要求；电路中有TDA2030的保护电路，另外在输出部分能对扬声器的相位进行补偿，从而能够较少电路的自激振荡，确保高频稳定性；作品用了TIP31C和TIP32C组成的推挽放大电路，能够较少TDA2030的功耗，使TDA2030的发热量减少；电位器R11能够实现电路增益的调整。缺点有：功率不是很高，最大输出功率只有8.4W；TIP31C和TIP32C的功耗都比较大，集电极电流输出不是很大；2.2mf的电解电容存在电感，电路的低频特性不是很好；电路的电源输入由于没有保护电路，若在调试时正负电源接反可能会把芯片烧坏。针对4个缺点各自的改进方案：缺点1：采用双电源供电的OCL电路或者用LM1875或TDA2050等运放和元器件搭建的电路；缺点2：2SA1444、2SC3694的功耗只有30W左右，而集电极的输出电流可达15A，每只管的耐压值也为100V，可用这两只管代替TIP31C和TIP32C。缺点3：把电路换成OCL电路；缺点4：在电源接入端加上二极管保护电路（下图），这样即可以保证正负电源接反时不导通，又可以在直流电源电错接成交流电时起整流桥的作用。