模擬電子技術基礎課程設計TDA2030功率放大器

1、 模擬電子技術基礎課程設計系別： 理工學院 專業(yè)： 電子信息工程 班級： A0922 姓名： 余長影 學號：功率放大器一、設計任務與要求1、技術指標 設計一款額定輸出功率為10 20W的低失真集成電路功率放大器，要求電路簡潔，制作方便、性能可靠。性能主要指標：輸出功率：10 20W（額定功率）；頻率響應：20Hz 100kHz（3dB）諧波失真：3 (10W,30Hz20kHz）；輸出阻抗：0.16;輸入靈敏度：200mV（1000Hz，額定輸出時）2、設計要求 A、設計簡易直流電源、音調控制級、功率放大級； B、選定元器件和參數，并設計好電路原理圖； C、在萬能板或面包板上進行電路安裝調測；

2、 D、測試輸出功率； E、測試輸入阻抗； F、寫出設計報告。二、方案設計與論證由上可知，電源要采用雙電源供電，故可以用無輸出電容的功率放大電路即OCL電源，電源可以雙12V的交流變壓器經整流濾波得到，主要考慮功率放大部分。主要有分離器件和集成器件兩大類，各有優(yōu)缺點。經過調試基本上能達到要求。 方案一、采用分離器件的OCL電路原理圖如右，靜態(tài)時，從+VCC經過R1、R2、D1、D2、R3到-VCC有一個直流電流，它在T1和T2管兩個基極之間產生的電壓為，略大于T1管發(fā)射結和T2管發(fā)射結開啟電壓之和，從而使兩只管子均處于微導通狀態(tài)，即都有一個微小的基極電波，分別為IB1和IB2。靜態(tài)時應調節(jié)R2，

3、使發(fā)射極UE電位為0，即輸出電壓uo為0。輸入信號的正半周是T1管發(fā)射極驅動負載，而負半周是T2管發(fā)射極驅動負載，在信號電壓很小時，兩只管子同時導通，因而它們工作在甲乙類狀態(tài)，消除了交越失真。若靜態(tài)工作點失調，例如R2、D1、D2中任意一個元件虛焊，則從+VCC經過R1、T1管發(fā)射結、T2管發(fā)射結、R3到-VCC形成一個通路，有較大的基極電流IB1和IB2流過，從而導致T1和T2管有很大的集電極直流電流，以至于T1和T2管可能因功耗過大而損壞。因此，常在輸出回路中接入熔斷器以保護功放管和負載。該電路的特點： 優(yōu)點： 只要調整元器件的參數，既可改變放大倍數和功率 ，元件選用靈活 缺點： 元件較多

4、，調試復雜，計算繁多，難以達到設計指標要求方案二、采用集成器件的OCL電路TDA系列IC為引進的國外集成器件，可以裝載散熱片，采用8根引出腳的單列直插塑封形式。由于管腳數量少，所以外圍元件也少，工作可靠，只要連接無誤，一般無須調整就能投入正常使用，此外，內部具有較完善的過載、過熱保護環(huán)節(jié)，所以不易損壞，即使RL短路也能自動地限制電流，使內部功放輸出管工作與安全區(qū)。還有LM系列功放集成電路也是一種比較常用的功率放大器件?？梢哉f集成功放是近年來日趨廣泛應用的一種功率放大器。在本電路中選用TDA2030作為核心功放器件，由于它的內部已經集成了反饋電路，所以外部不需要在加反饋電路，外部只需加兩只音頻輸

5、入耦合電容和輸出RC消振電路即可，不需要其它復雜的計算。如右圖所示，該集成塊電源電壓范圍為1030V，當電源電壓為14V，RL=8時，每聲道連續(xù)輸出12W左右，總諧波失真度為0.01%，足已滿足設計要求。該電路的特點：優(yōu)點：外圍元件少，調試方便，布局方便 缺點：內部集成反饋，放大倍數難以改變改變功率只有提高電源電壓和負載三、單元電路設計與參數計算1、電源部分直流電壓不宜取得過高，否則不僅集成塊發(fā)熱嚴重，而且音質劣化，還可能引發(fā)過壓保護電路的誤動作。優(yōu)先使用廠家推薦電壓，也可用極限電壓得到直流電壓，再以直流電壓除以得交流電壓。電源變壓器采用雙12V變壓器，通過橋式整流后即可得到正負電源?？紤]到負

6、載的功率，在選用變壓器時要功率匹配，約25W。功放無需使用穩(wěn)壓電源，但電源的功率容量一定要足夠。變壓器的功率可取總輸出功率的兩倍，并作好屏蔽。整流管選低內阻的。整流電路中二極管的選擇，考慮到電網電壓的波動范圍為10%，在實際選用二極管時，至少有10%的余量，選擇最大整流電流 Imax和最高反向工作電壓U RM由分別為Imax1.1 IO(AV) =1.1*1.5=1.65A U RM1.56U2 19V考慮到整流橋使用方便，故電路選用整流橋，用4A/600V已經能夠滿足本功放電路并大有余量或者用4個IN4001組成橋式整流也行，電路如原理圖所示。濾波電容容量適可而止，不能要盲目求大，C的取值應

7、滿足： RLC(35)T/2 故 RL=UO(AV)/IL(AV)=15/1.5=10 C=(35)T/2RL=(35)*1000uF故電容的容量選取約4700。變壓器副邊電壓有效值為12V , 電容的耐壓值為U1.11.4112V19V綜合上述，故電容選取4700/25V。電源指示直接從變壓器次級取交流12V,但要加一個限流電阻R1,R1的取值：發(fā)光二極管的工作電流在320mA之間，正向導通壓降（視型號不同而不同）約為1.52.5。在這里取電流為5mA，正向導通壓降為2V,則R1=（ERMSUF）/ 2IF =1k 2、功放部分TDA2030是德律風根生產的音頻功放電路，采用V型5 腳單列直

8、插式塑料封裝結構。如圖1所示，按引腳的形狀引可分為H型和V型。該集成電路廣泛應用于汽車立體聲收錄音機、中功率音響設備，具有體積小、輸出功率大、失真小等特點。并具有內部保護電路。意大利SGS公司、美國RCA公司、日本日立公司、NEC公司等均有同類產品生產，雖然其內部電路略有差異，但引出腳位置及功能均相同，可以互換。電路特點：1.外接元件非常少。2.輸出功率大，Po=18W(RL=4)。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=12V）以及負載泄放電壓反沖等

9、。 6.TDA2030A能在最低6V最高22V的電壓下工作在19V、8阻抗時能夠輸出16W的有效功率，THD0.1%。無疑，用它來做電腦有源音箱的功率放大部分或小型功放再合適不過了。引腳情況：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腳,2腳正負音頻信號輸入,100K歐,4腳輸出4歐或8歐，電源接5正12伏，3負12伏注意事項：1.TDA2030具有負載泄放電壓反沖保護電路，如果電源電壓峰值電壓40V的話，那么在5腳與電源之間必須插入LC濾波器，以保證5腳上的脈沖串維持在規(guī)定的幅度內。2.熱保護：限熱保護有以下優(yōu)點，能夠容易承受輸出的過載

10、（甚至是長時間的），或者環(huán)境溫度超過時均起保護作用。3.與普通電路相比較，散熱片可以有更小的安全系數。萬一結溫超過時，也不會對器件有所損害，如果發(fā)生這種情況，Po=（當然還有Ptot）和Io就被減少。4.印刷電路板設計時必須較好的考慮地線與輸出的去耦，因為這些線路有大的電流通過。5.裝配時散熱片與之間不需要絕緣，引線長度應盡可能短，焊接溫度不得超過260，12秒。6.雖然TDA2030所需的元件很少，但所選的元件必須是品質有保障的元件。元件參數的確定：同軸雙聯(lián)電位器用作左右聲道音量的同步調節(jié)，可選47K,這里我用的是高質量電位器只有10K的，用上也可以。高頻退耦電容C5、C6一般取100nF。

11、耦合電容一般選用110f / 25V。消振移相電路由該集成快的數據手冊可知，電阻選用10，電容選用100nF.關于散熱片的大小：有此功放的轉換效率，可的功放塊的熱功率為4.5W,故查TDA2030數據手冊，得散熱片的規(guī)格應不小于40mm30mm15mm四、總原理圖及元器件清單1總原理圖1K電源部分原理圖 功放部分原理圖 總組裝圖 2所需元件清單實驗電路板： 1塊 2200U/25V濾波電容 2個進口0.1u CBB電容： 4個 進口1u CBB電容： 2個680歐金屬膜電阻：2個22K金屬膜電阻：4個1歐金屬膜電阻 2個小容積22u電容 2個IN4001二極管 4個TDA2030A 2個4A/

12、600V整流橋堆 1個正負12V交流變壓器 1個五、安裝與調試安裝電路板，由于本電路采用功放集成電路，且只有5引腳，看準后，可直接焊在電路板上。按照布局圖或PCB圖把元件逐一焊接在電路板上，對于二極管或電解電容等有極性器件要用儀器判斷好后在焊接。元件全部焊接完成后，在仔細檢查幾遍，確保器件連接正確后，方可通電測試。 TDA2030的一些參數1測量輸出電壓放大倍數Au 測試條件：直流電源電壓12v，輸入信號1KH 70 mv（振幅值100mv），輸出負載電阻分別為4和8。2測量允許的最大輸入信號（1KH）和最大不失真輸出功率 測試條件：直流電源電壓12v，負載電阻分別為4和8。直流電源電壓10v

13、，負載電阻為8。3測量上、下限截止頻率fH和fL 測試條件：直流電源電壓12v，輸入信號70mv（振幅值100mv），改變輸入信號頻率負載電阻為8。六、性能測試與分析1在實驗室里，選用低頻信號發(fā)生器做信號源，用示波器觀察波形，并測量出輸出電壓的有效值。測試取輸入信號頻率f=1khz Vi=200mV RL=8/25W，經測量和計算的如下參數：輸出電壓（有效值）10.2V輸出功率Po=15W電壓放大倍35電源平均供給功率15.9V1.13A18W轉換效率 %2頻率響應測試在保證輸入信號Ui大小不變的條件下，改變低頻信號發(fā)生器的頻率。用交流毫伏表測出Uo=0.707Uom時，所對應的放大器上限截止

14、頻率fH和下限截止頻率fL,算出頻帶寬度B:fL25HzfH28KHzB=fHfL28KHz 3失真測量由于條件的限制，無法測量失真度七、結論與心得時間總是過得很快，在匆忙中一周的課程設計結束了，我自己能制作一個高保真音頻功率放大器，調試效果還不錯，自己第一次動手做出了原來以為很高科技的東西。這其中的興奮是無法用言語表達的。 學習模電這段時間也是我們一學期最忙的日子，剛結束的電路分析在我的腦子里還是一團漿，緊接著的模電更是讓我昏了頭，每個星期的實驗都是無從下手。剛接到模電的課程設計的任務，越想月是頭痛，想著著是個不可能完成的任務。時間在一天天過去，設計還是沒有一點頭緒。自己的知識畢竟有限，最后

15、想到了平日接觸最多的Internet。時間緊急打開百度輸入電子制作，很快就出現了很多專業(yè)的網站，也有一寫發(fā)燒友自己的網站。我仿佛發(fā)現了寶藏，里面都是我感興趣的東西。我根據這次設計的要求確定了我這次設計的課題音頻功率放大器。 在一個發(fā)燒友的網站上我找到了一個功率放大器的詳細制作方法，也就是我這次制作的TDA2030 音頻功放。找到了它的電路應用電路圖仔細看了一下似懂非懂，清點了所需的元器件，到電子市場叫老板照單拿貨。買了元件離成功就有近了一步?；貋砻χ附?，由于用的是萬能板開始焊起來很是麻煩，開始沒有合理的安排好元件的位置就喊上了導致有些元件安放不了，又要拆下重新按，對元件有很大的損傷，對放大效果有直接性的影響。這也可能是我的產品不夠完美的原因之一。在焊接過程中因多次重焊導致