兰州理工大学《电子技术综合训练》音频功率放大器报告

电子技术综合训练

设计报告

题目：音频功率放大器制作

姓名：王晓飞

学号：1505220255

班级：自动化1班

同组成员：花笑笑

指导教师：曾贤强

日期：2017年12月29日

本电路设计采用前置放大电路和音频功率放大电路相结合的放大模式，前者采用LM324AD对电压进行放大，后者采用性能优良的TDA2030对电压和电流放大，给音响放大器的负载（扬声器）提供一定的输出功率。在前置放大和功放之间加上一个滑动变阻，就保证了音量可调。

关键词：音频功率放大；TDA2030；LM324AD

1 设计任务和要求 (4)

1.1设计任务 (4)

1.2设计要求 (4)

1.3系统要求 (4)

2 系统设计 (5)

2.1系统要求 (5)

2.2方案设计 (5)

2.3系统工作原理 (5)

3 单元电路设计 (6)

3.1 音源选择电路 (7)

3.2 前置放大电路 (7)

3.2.1电路结构及工作原理 (7)

3.2.2电路仿真 (9)

3.2.3元器件的选择及参数确定 (10)

3.3 功率放大电路 (10)

3.3.1电路结构及工作原理 (10)

3.3.2电路仿真 (11)

3.3.3元器件的选择及参数确定 (12)

4 电路仿真 (13)

5 电路安装、调试与测试 (13)

5.1电路安装 (13)

5.2电路调试 (13)

5.3系统功能及性能测试 (14)

5.3.1测试方法设计 (14)

5.3.2测试结果及分析 (14)

6 结论 (14)

7 参考文献 (15)

8 总结、体会和建议 (15)

9 附录 (18)

1.设计内容及技术要求

1.1设计任务：

设计并制作一个音频功率放大器，将MP3输出的音乐信号放大。

1.2设计基本要求：

1、放大器有两个MP3输出输入接口；

2、能够使用电子开关进行音源选择，并且能够用发光二极管指示；

3、放大器设有音量控制、功率放大功能；

4、主要技术指标如下：

（1）额定输出功率： 2 ×1W（或2 ×5W）（THD≤0.5%）

（2）负载阻抗：8Ω

（3）输入阻抗：>>600Ω

5、电源：220V/50HZ的工频交流电供电；

（注：直流电源部分仅完成设计即可，不需制作，用实验室提供的稳压电源调试，但要求设计的直流电源能够满足电路要求）

6、按照以上技术要求设计电路，绘制电路图，对设计的电路用Multisim或OrCAD/PspiceAD9.2进行仿真，用万用板焊接元器件，制作电路，完成调试、测试，撰写设计报告。

7、发挥部分：

（1）设计均衡电路（音调电路）；

（2）有电平指示功能。

8.时间：三周

9、进度安排：

（1）第一周选题，熟悉题目，分析要求，查找资料，选择方案，优化方案，确定原理方框图，单元电路设计，选择元器件；

（2）第二周进行电路仿真，确定电路原理图，画出电路原理图，购买元器件，焊接电路；

（3）第三周电路调试，电路测试，绘制电路原理图，完成设计报告，答辩。

2.系统设计

2.1系统要求：

课题要求设计并制作一个音频放大电路，将MP3输出的音乐信号放大，设计均衡电路实现对音源信号进行高低频调音，设计电子开关实现两个音源间的选择。

基本性能指标要求为：

输出最小功率：1W或5W；

输出阻抗：RL=8Ω；

输入阻抗：>>600Ω；

2.2方案设计：

通过查阅音频功率放大器的相关书籍和学习的前提下，与同组成员讨论，初步设计方案如下：

根据推任务要求，设计总电路需要弱信号前置放大级电路和功率放大电路两个基本电路，其中前置级主要完成小信号的电压放大任务；功率放大级则实现对信号的电压和电流放大任务。

2.3系统工作原理：

将来自MP3的音频信号经过音源选择电路选择后送入前置放大器进行电压放大，先由音源选择电路选择音源，音源经由功率放大器进行功率放大后推动扬声器工作，该设计具有音源选择、放音扩大功能。

首先确定整机电路的级数，再根据各级的功能及技术指标要求分配电压增益，然后分别计算各级电路参数，通常从功放级开始向前逐级计算。音频放大器原理图如图2.1所示，主要由音源选择模块、前置放大模块、音量控制模块及功率放大模块和扬声器组成。

图2.1 系统原理方框图

各部分的基本功能如下： 1.前置放大模块

前置放大模块是把音频信号放大至功率放大器所能接受的输入范围。它具有两个功能：一是要选择所需要的音源信号，并放大到额定电平；二是要进行各种音质控制，以美化声音。其基本组成由音源选择、输入放大和音质控制等电路。

2.音量控制模块

音量控制模块是将前置放大后的信号通过电位器来控制TDA2030芯片的输入信号的大小，用来控制整个音量的大小。

3.功率放大模块

给音频放大器的负载(扬声器)提供一定的输出功率。当负载一定时，希望输出功率尽可能大，输出信号的非线性失真尽可能小，效率尽可能大。

3.单元电路设计

3.1音源选择电路：

左音频输入

前置放大模 块 音量控制 模块 功率放大模 块

右音频输入

前置放大模 块 音量控制 模块 功率放大模 块

扬声器

扬声器

电 源 模 块

在音频功率放大器中，设有两路外部音源输入，通过相应的音源选择电路选择其中的某一路音源输出，本设计采用六角自锁开关，音源选择原理图如图3.1所示。

图3.1音源选择原理图

3.2前置放大电路:

3.2.1电路结构及工作原理：

前置放大器是将音源信号进行线形放大，满足后级功放级对输入信号幅度的要求，前置放大器可由运放或分离元件构成。本设计选用集成运放LM324AD构成前置放大器，如图3.2所示。

图3.2 前级放大电路图

LM324为四运放集成电路，采用14脚双列直插塑料封装，LM324AD管脚

图如图3.3，引脚功能如表3-1所示。

图3.3 LM324AD管脚图

表3-1 LM324AD引脚功能表

引脚功能引脚功能

1 输出1 8 输出3

2 反向输入1 9 反向输入3

3 正向输入1 10 正向输入3

4 电源11 接地

5 正向输入2 12 正向输入4

6 反向输入2 13 反向输入4

7 输出2 14 输出4

LM324内部有四个运算放大器，有相位补偿电路。它的内部包含四组形式完全相同的运算放大器，除电源共用外，四组运放相互单独。每一组运算放大器可用如图所示的符号来表示，它有5个引出脚，其中“+”、“-”为两个信号输入端，“V+”、“V-”为正、负电源端，“V o”为输出端。两个信号输入端中，Vi-（-）为反相输入端，表示运放输出端V o的信号与该输入端的相位相反；Vi+（+）为同相输入端，表示运放输出端V o的信号与该输入端的相位相同。

3.2.2电路仿真

前级放大电路仿真如图3.4所示。

图3.4 前级放大电路仿真图

3.2.3元器件的选择及参数确定

运算放大器可选用LM324AD，采用15V电源供电。

3.3功率放大:

3.3.1电路结构及工作原理:

功率放大器是音频系统中一个不可缺少的重要部分，其主要任务是将音频信号放大到足以推动外接负载如扬声器、音箱等。不同于前置放大器的功率放大器不仅对音频电压信号进行放大，而且放大了音频电流信号，以满足外接负载的功率需求。音频功率放大器的类型很多，根据使用的器件不同，为纯电子管、晶体管、集成电路、场效应管功率放大器。一般认为电子管功率放大器的音色优于晶体管功率放大器音色。晶体管放大器的频响宽，低频可延伸至直流，是目前输出功率最大的功率放大器。场效应管功率放大器的音色是晶体管机中音色最好的一种。集成电路功率放大器则以其制作简单、性能稳定、功能齐全、价格低廉而使其成为数量最多的一种。TDA2030集成音频功率放大器就是其中的一种，本文中就选取TDA2030集成音频功率放大器做为功放电路。

TDA2030是一块性能十分优良的功率放大集成电路，其主要特点是上升速率高、瞬态互调失真小，在目前流行的数十种功率放大集成电路中，规定瞬态互调失真指标的仅有包括TDA2030在内的几种。瞬态互调失真是决定放大器品质的重要因素，也是该集成功放的一个优点。

TDA2030集成电路的另一特点是输出功率大，而保护性能以较完善。TDA2030集成电路的第三个特点是外围电路简单，使用方便。在现有的各种功率集成电路中，它的管脚属于最少的一类，总共才5端，外型如同塑封大功率管，这就给使用带来不少方便。

TDA2030的电气性能稳定、可靠、能适用长时间连续工作，集成块内部具有过载保护和热切断保护电路，不会损坏器件。在单电源使用时，散热片可直接固定在金属板上与地线相通，无需绝缘，使用十分方便。是目前音质较好、价格较低、外围元件较少、应用较方便的一款性价比较高的集成功放。

TDA2030的引脚排列如图3.5所示。

图3.5 TDA2030的引脚排列图

根据设计任务本次TDA2030采用15V电源供电，画出相应的电路图，如图3.6所示:

图3.6 功率放大级电路

3.3.2电路仿真

本设计采用的是软件Mulitisim来进行的仿真，首先按照音频功率放大器的设计原理图在仿真软件中连接原理图，并连接原理图的过程中注意元件的参数设置。

在Mulitisim仿真软件中连接好原理图后，设置好参数，经过电气规则检测无误，然后用示波器检测输入端输出波形。

在最大不失真的时候，低音信号的输入输出与高音信号的输入输出比较，如图3.7所示。

图3.7 后级放大电路仿真图

3.3.3元器件的选择及参数确定

功率放大器选用TDA2030，采用正负15V双电源供电，电解电容选用铝电解电容，耐压均选25V，薄膜电容均选用聚脂膜电容，耐压选50V或63V。电阻选碳膜电阻器，或金属膜电阻。电位器选用碳膜电位器。

4.电路仿真

图4.1 音频功率放大电路仿真图

5.电路的安装、调试与测试

5.1电路安装：

图4就是整个系统的电路原理图。音频功率放大器是一个小型电路系统，安装前要将各级进行合理布局，一般按照电路的顺序一级一级地布局，功放应远离输入级，每一级地线尽量接在一起，连线尽可能短，否则很容易出现自激。

安装前应检查元器件的质量，安装时特别要注意功放块要添加散热片，运算放大器，电解电容等主要器件的引脚和极性，不能接错。从输入级开始依次向后级安装，也可以从功放级可以向前逐级安装。安装一级调试一级，安装两级要进行级联调试，直到整机安装与调试完成。

5.2电路调试：

电路安装完毕后，要对电路做一详细检查，确认安装无误后放可通电。通电后先检查电路有无明显异常现象，若有异常现象，说明有故障，应予以排除，若无异常现象则开始调试。调试时先分级调试，然后级连调试，分级调试分为静态调试和动态调试。

（1）静态调试：

将信号输入端对地短路，测量各级电路关键点的直流电压，看看是否正常，若不正常，检查电路，排除故障。如运放为正负电源对称供电时，输出点直流电位应为0V，若不为0V，则电路有故障，应检查并予以排除，检查电路是否有自激现象。

（2）动态调试：

分别在各级电路的输入端接入输入信号（一般是一定幅度和频率的正弦波信号），观察关键点上的波形是否正常，若有故障，检查并及时排除。

（3）级连调试：

在动态调试完成后，可将各级连接起来进行级连调试。确认电路没有明显异常情况口，在输入端加入5～10mV正弦信号，检查各级电路是否正常。若不正常，则从前级开始，逐级向后检查并排除故障，然后调节各电位器，检查是否受控，控制是否正确。

5.3系统功能及性能测试

5.3.1测试方法设计

在确认以上级连调试正常无误后，在线路输入端加入一音源信号，检查并试听各项功能。具体测试时可以用8Ω/5W的扬声器代替负载电阻RL。将一Mp3的输出信号或幅值约为25mV 的音频信号接入到音频功率放大器，调节音量控制电位器，应能改变音量的大小。调节高、低音控制电位器，应能明显听出高、低音调的变化。敲击电路板应无声音间断和自激现象。如果达到这些要求，则可说明本系统基本设计成功。

5.3.2测试结果及分析：

接入两个音源信号，按动开关，进行音源之间的切换，选择不同的音源。将MP3输出的音乐信号，接入前置放大器，改变音调控制级的高低音调控制电位器，扬声器的输出音调应发生明显变化。改变音量调节电位器，扬声器的音量明显发生变化。

6.结论

本次为音频功率放大器的制作，我们经过查阅相关资料，设计原理方案，购买

元器件，以及进行焊接调试测试，最终完成了该电子电路的制作，并使其达到了任务要求的各项性能指标，音频功率放大器的基本设计完毕。其功能符合预期目标，能够实现音源选择、放音扩大功能。通过设计这个音频功率放大器,我们不仅掌握了电路方面许多的知识，而且学会了电路系统的一般设计的基本思维方法和流程，为以后工作学习留下了宝贵的实践经验。

然而，在现实生活中，人们对音响的要求是越来越高，由于课程设计时间较短，在一些方面做得不够完善，该音频功率放大器还有许多不如人意的地方。比如：在音色失声较大，音量放大倍数不足，功率级发热严重等，这些都有待改进。

7.参考文献

[1]康华光. 电子技术基础---模拟部分［M］. 北京：高等教育出版社，2000.7

[2]童诗白. 模拟电子技术基础［M］. 北京：高等教育出版社，2000.10

[3]成立. 数字电子技术［M］. 北京：机械工业出版社，2004.1

[4]阎石. 数字电子技术［M］. 北京：高等教育出版社，2000.5

[5]毕满清. 电子技术实验与课程设计（第三版）［M］. 北京：机械工业出版社，2005.7

[6]谢自美. 电子线路设计·实验·测试（第4版）［M］. 北京：高等教育出版社，2000.3

[7]孙肖子,邓建国,陈男. 电子设计指南［M］. 北京：高等教育出版社，2006.10

[8]赵曙光. 可编程器件原理、开发及应用［M］.西安：西安电子科技大学出版社，2002.2

[9]潘松,黄继业. EDA技术实用教程（第二版）［M］.北京：科学出版社，2006.6

8.总结、体会和建议

现在的社会早已步入了电子时代，当我们走在大街上，看到交通灯，广告牌；当我们坐在教室里，看到扩音器，显示器；甚至当我们躺在床上时，拿着手机，Mp3等，无一不与我们所学的知识有着莫大的关联。当然对于我们大三的学生来说，如果要想自行设计并制作出一些具有高端的智能的电子产品，就必须掌

握足够的理论知识与实践经验，同时还要有超乎常人的毅力以及对此的热爱。

本电路中，因为我组第一次操作，因而避难就易，只是为了方便期间故选择了一个期间数目较少的原理图，因此在一些参数上可能取值没有什么空间，只是处于勉强工作的地步，在这个电子制作中，可以改进的地方将会很多，来扩大它的参数范围，以达到更好的要求。

本学期我们开设了《电子技术综合训练》，这次训练属于电子电路范畴，与我们的专业有着密切的联系，且是理论知识的巩固。学习任何知识，仅从理论上去求知，而不去实践、探索是不够的，所以在本学期数字电路刚学完之际，紧接着来一次《电子技术综合训练》是很及时、很必要的。这样不仅能加深我们对电子电路的认识，而且还及时、真正的做到了学以致用。

为了达到设计要求，我们就必须选择最简单实用的方案，同时在进行电路的的测试调试中还要最快最稳最准的找到问题之所在。在理论成熟之后，就要走出学校去购买元器件了，然而此时问题就来了，到底设计所需要的东西能不能够轻轻松松地买到？所以我们事先查阅选择了若干种同类器件。在确定方案之前我们先去电子器件店里走了一趟，以确保所需器件都能够很容易又很便宜的买到。

在整个电路课程设计过程中，我们不断地在遇到问题和解决问题。例如在硬件制作，电路板的焊接等。由于没有整体仿真结果，我不敢轻易去焊接电路板，并且在购买器件时采购了多份，在前置放大电路中由于焊接时失误，错把放大器的同相和反相输入端接反了，在多次检查中最终发现问题并及时给予纠正，由于所选滑动变阻器缘故，音调调节并不是太理想。在调试电路时遇到很多问题，有时觉得无从下手，最终还是在同伴的鼓励下和老师的提点下完成了电路设计，焊接，调试。

这次课程设计让我收获颇多，查资料，老师指导，同学交流，完成电路板的焊接，到最后写报告，每个过程都是对自己的能力的一次提高。通过这次设计，了解了音频功率放大器的设计原理，设计步骤，增长了自己的实践能力，使动手力得到提高，分析问题的能力也提高不少。专业基础知识和动手力相结合，不仅是对平时理论知识的检阅，也锻炼了独立动手力。还让我们体会到了团结互助的力量。只有同组成员之间共同交流，相互理解才能一起达到成功的彼岸。当然时间紧迫，工作量大，同组成员之间也难免有些许摩擦，不过当测试成功之后，我

俩都合掌而欢。大家一起早出晚归，废寝忘食的努力工作，其意义不只是完成老师所给的课题，而是大家高高兴兴的在一起拼搏，共同享受失败与成功虽然在做课设期间我们都撒下了不少汗水但是当我们看到自己设计出来的东西时，再加上学到了很多自己感兴趣的知识，我们内心还是非常欣慰的。过程虽短，不过确实喜欢自己动手去做一件事并认真把它做成功的过程，只是学校组织的太少，加上学生本身缺乏自主性，导致大学期间实践次数太少，只是注重理论的学习，造成知识的不牢固性。希望院里经常提供这种实践机会，使我们在实践中扎实理论学习。

9附录

元件清单：

名称数量(个) TDA2030 2

LM324AD 2

电容10uF 4

电容47uF 6

电容1mF 2

电容100nF 2

电阻100KΩ10

电阻300KΩ 2

电阻47KΩ 2

电阻50KΩ 2

电阻22Ω 2

变阻器50KΩ 2

电阻1KΩ 2

发光二极管（红蓝各一个） 2

自锁式六角开关 1

耳机插座 2

喇叭 2