音频功率放大器课程设计报告

课程设计报告

设计题目：音频功率放大器系别：电子工程系

专业：信息工程

班级：09信工班

学生姓名：

2011年09月29日

课程设计任务书

目录

一、设计要求

二、设计总体方案

2.1设计思路

2.2 音频功放各级的作用和电路结构特征

2.3简要原理分析

三、选择器件及参数计算

3.1电路元件参数及介绍

3.2参数计算

3.2.1参数计算

3.2.2功率的计算

四、用multisim仿真音频功率放大器

五、实物电路安装调试及使用

5.1电路调整与测试

5.2通电观察

六、设计体会与总结

七、参考文献

一、设计要求

音频功率放大器具体要求：

功率5W到10W。

电源电压20V以下。

最后一级功率放大级必须采用三极管电路，中间级可以采用运放等集成电路。（可选功能）加分频器，输出高频低频两路信号（用于接高音喇叭和低音喇叭）。最后要算出功耗、输出功率和频率响应曲线。

二、设计总体方案

2.1设计思路

音频功率放大器的作用是将声音源输入的信号进行放大，然后输出驱动扬声器。声音源的种类有很多种，故输出信号的电压差别很大，从零点几毫伏到几百毫伏。一般动率放大器的输入灵敏度是一定的，这些不同的声音源信号如果直接输入到功率放大器的话，对于输入信号过低的，功率放大器功率输出不足，不能充分发挥功放的作用；加入输入信号的幅值过大，功率放大器的输出信号将严重过载失真。这样就失去了音频放大的意义了，所以一个实用音频功率放大系统必须设置前置放大器，以便使放大器适应不同的输入信号，或放大，或衰减，或进行阻抗变换，使其与功率放大器的输入灵敏度相匹配。最后音频放大器由前置放大器和音调控制电路和功率放大器三部分组成。

组成框架如下图：

2.2 音频功放各级的作用和电路结构特征

本次设计是基于10瓦音频放大器，由于时间有限，上网找了一些电路图，下幅电路图稍微修改后是最合适的。由于电路采用NE5532芯片，芯片内部已包含

了放大功能和音量控制功能，故省去了前置放大的一部分电路，使电路不用那么复杂。

图中前置放大由芯片NE5532实现，并通过变阻器P1实现音调的控制，最后一级采用互补功率放大电路。最后扬声器用负载电阻R11代替。

2.3简要原理分析

电路为音频功率放大器原理图,其中NE5532A 是高性能低噪声运放，这使得该IC特别适合应用于高质量和专业音响设备、仪器仪表及控制电路,和电话信道功率放大器。其输出功率在9.5 – 11.5W的范围内，电源轨不能超过+-18V。其内部电路包含输入级、中间级和输出级,且有短路保护和过热保护,可确保电路工作安全可靠。一般这种电路的低音被牺牲了，所以植入一个低音提升控制插入电路中（电路图中下方电路部分）。P1是音量调节电位器，C1是输入耦合电容,P2提供更多的低音线性提升。

三、选择器件及参数计算

3.1．1运放NE5532A介绍

NE5532 是高性能低噪声运放，与很多标准运放（如1458）相似，它具有较好的噪声性能，优良的输出驱动能力及相当高的小信号与电源带宽。

（1）小信号带宽：10MHz；

（2）输出驱动能力：600Ω，10V；

（3）输入噪声电压：5nV/√HZ（典型值）；

（4）DC 电压增益：50000；

（5）AC 电压增益：10KHz 时2200；

（6）电源带宽：140KHz；

（7）转换速率：9V/μS；

（8）大电源电压范围：±3～±20V。

极限参数：

电源电压：Vs (22)

输入电压：VIN …………………… ±V 电源V

差分输入电压：VDIFF (5)

工作温度范围：TA …………………… 0℃～70℃

存贮温度：TSTG …………………… -65℃～150℃

结温：Tj …………………… 150℃

功耗（5532FE）：PD …………………… 1000mW

引线温度（焊接，10S）…………………… 300℃

封装形式：如图4-45-1 所示。

直流电气参数：如表4-45-1 所示。

交流电气参数：如表4-45-2 所示。

3.1.2三极管TIP41C/TIP42C

电流 - 集电极截止（最大）：700µA 最大集电流--基极直流电压：最大值120V

发射极直流电压：最大值100V

基极直流电压：最大值5V

最高有效结温：最大值150摄氏度

封装形式：直插封装 TO-220

极限工作电压： 100V

最大电流允许值： 6A

最大耗散率： 65W

放大倍数：未知放大倍数

功率 - 最大：2W

频率 - 转换：3MHz

安装类型：通孔

包装：散装

晶体管类型：NPN /PNP

在某 Ic、Vce 时的最小直流电流增益 (hFE)：15 @ 3A, 4V

主要用途：适用于电子开关线路主要特点：功率大、驱动电流大性质：低频或音频放大（LF），功率放大（L）

3.1.2其他零件：

P1_________________22K 滑动变阻器

P2________________100K 电位器

R1________________820R 1/4W电阻

R2，R4 R8____________4K7 1/4W电阻

R3________________560R 1/2W微调金属陶瓷

R5_________________82K 1/4W电阻

R6，R7______________47K 1/4W电阻

R9_________________10R 1/2W电阻

R10_________________两个5R 5W并联的水泥电阻

C1，C8_____________470nF 63V涤纶电容器

C2，C5_____________100μF25V的铝电解电容器

C3，C4_____________470μF25V的铝电解电容器

C6_________________47pF 63V陶瓷或聚苯乙烯电容器

C7_________________10nF 63V涤纶电容器

C9________________100nF 63V涤纶电容器

D1______________1N4148 75V150毫安二极管

IC1_____________NE5532低噪音双运放

Q1_______________BC547B 45V100毫安NPN晶体管

Q2_______________BC557B 45V100毫安PNP晶体管

Q3_______________TIP42A 60V 6A PNP晶体管

Q4_______________TIP41A 60V 6A NPN晶体管

J1_________________3.5mm mini音频输入插座

3.2参数计算

3.2.1参数计算

R1是NE5532A同相输入端偏置电阻；

C2/C3/C4/C9为滤波电容

由R5/R6/R7/R8/C6/C7/C8组成级间负反馈回路作用是产生20—350Hz低频提升

当Q1/Q2相同时，不需要R3，但实际上需要一个500R以上的电阻

3.2.2功率的计算

1、计算输出功率P o输出功率用输出电压有效值V0和输出电流I0的乘积来

表示。设输出电压的幅值为V om，则因为I om=V om/R L，所以.当输入信号足够大，使V im=V om= V cem= V CC- V CES≈V CC

和I om=I cm时，可获得最大的输出功率

由上述对P o的讨论可知，要提供放大器的输出功率，可以增大电源电压V CC或降低负载阻抗R L。

以下为仿真电路图中函数发生器是采用 6kHz 200mVp 的正弦函数

其中XMW1功率表是测量输出功率的

其中XMW2功率表是测量代替喇叭的8欧姆定制电阻功率的

22K变阻器是从10%开始上升，每一次提高10%

10%

20%

30%

40%

50%

60%

70%

80%

90%

四、用multisim仿真音频功率放大器

1、功放电路原理图波形比对仿真图

2、功放电路仿真波形图

幅度较低的为输入的500mV 6kHz 正弦信号。幅度高为输出信号 3、频响曲线

五、实物电路安装调试及使用

5.1电路调整与测试

实践证明，新安装的电路板往往难以达到预期的效果，这是因为我们在设计的时候不可能周全地考虑元件的误差、器件参数的分散性、寄生参数等各种各样的客观因素。此外，电路板的安装中仍存在有可能没有查出来的错误。通过电路板整体测试与调整，可发现和纠正设计方案中的不足，并查出电路安装中的错误然后采取措施加以改进和纠正，就可以使之达到预定的技术要求。

本次设计采用的是PCB制作电路板，步骤繁琐，流程较为复杂。所以在电路调整与测试的应注意的问题较多，具体如下：

通电前调试

电路安装完毕后，必须在不通电的情况下，对电路板进行认真细致的检查，以便纠正安装错误。检查应特别注意：

1.元器件引脚之间有无短路。因为我们该组是第一次用PCB制作板，在检

查电路引脚间的有无短路的时候出现了不少的问题。首先板子在腐蚀的时

候就没有腐蚀好（这可能是板子的质量、腐蚀时间的长短、FeCL3溶液的

配置等原因）所以在用万用表测量的时候真的是处处短路，而有的地方就

是处处断路，为了保证的电路的正确性，只有通过万用表一条条的线路检

查是否导通，引脚间是否短路。所以本次设计实物的走线用导线和焊锡补

了不少，同时为了避免短路很多地方用小刀刮了不少了。

2.电源的正负、负极性有没有接反，正、负极之间有没有短路现象，电源线、

地线是否接触良好。关于电源正、负极问题主要是在本次设计中的单电源

供电的导线插在功放电路的插座上，在此应特别注意在测试极性的时候，

应注意红、黑表笔不要弄反。红表笔接正极，黑表笔接负极。该设计为了

避免次问题在PCB制图的时候将地线稍微加宽。不但满足制图制板的要

求，而且使其极性区分明显。

3.二极管有电解电容极性有没有接反，三极管、集成器件引脚有没有接错，

集成电路的型号及安插方向对不对，引脚连接处有无接触不良等。在安装

的时候我们严格按照测量晶体管的步骤和要求进行，用万用表分别判断出

二极管的阳、阴极；小功率三极管的类型、B极、C极、E极；大功率三

极管的类型、B极、C极、E极……。并作了相应的标注。

5.2通电观察

改变RP电阻值或调节函数信号发生器的频率计幅度（在器件允许承受范围），用示波器观察输出与输入波形，并对比。同时观察喇叭发出的声音是否产生异同。

频响曲线测试数据

课程设计-频响曲线测试数据统计输入电压(VP-P) 0.2

六、设计体会与总结

陈心得体会：

通过电子技术课程设计的训练，可以全面调动学生的主观能动性，融会贯通其所学的“模拟电子技术”、“数字电子技术”和“电子技术实验”等课程的基本原理和基本分析方法，进一步把书本知识与工程实际需要结合起来，实现知识向技能的转化，以便毕业生走上工作岗位能较快地适应社会的要求。

而这次课程设计的题目是做一个有源滤波器的音频功率放大器，由于时间有限，只有一周时间，在查找和学习有关资料后，决定用网上找来的一副电路图进行稍微的改造，基本实现了这次课程设计的要求。

在这次设计中，我们确实遇了很多难以解决的问题，同时也学到了很多知识。掌握了功率放大器电路的设计与制作，掌握了NE5532 等集成芯片的原理与作用以及晶体管极性的判断，如何去检查电路中的错误与线路是否导通，进一步熟练万用表的使用，如何制作PCB电路板。更让我明白团体精神的重要性。更懂得做好一件事情的不容易。接触到了与自己相关专业的具体的知识，感觉到所学的东西

还是很有用的，通过实践不但巩固了学过的知识，而且其他的对所学知识进行实

践论证，及时的发现了存在的许多不足。通过本次课程设计初步了解了一些专业软件的使用，如Multisim的软件的使用，也初步接触到了具体的制版全过程。

在第一次调试的时候，出现了一次小意外，期间一接电，一个电容就烧坏，经过电路的检查，才发现在焊接时将铝电解电容的正负极接反，排除故障后，扬声器总算发声了。总之，这次课程设计我们还是比较满意的，学习到的东西也很多。

林心得体会

这课程设计原计划是做带有源滤波器做分频的音频功率放大器，有源滤波器和音量控制方面是使用LM741来实现的，输出级使用互补输出电路，但是考虑到这样所用的元器件比较多，在制作PCB板的时候比较复杂，而且后面的呃互补输出电路的参数也比较难算，因此直接参考网上的一些资料就行修改整合的而成为这次课程设计的电路图。

由于资料是来自网上的，参数方便已经有完整的资料，很快就通过仿真，得到频响曲线也是十分理想，就直接去画PCB图和购买元器件了。就在准备制作板的时候，发现功率的参数有很大问题。通过重新仿真发现，分压电阻阻值不对，而且部分买过来的电阻负载功率不够，电容耐压数值不够，而且其中两个三极管也没有货，通过修改电路的参数和查找三极管的datasheet来重新设定更换的元件。

在接电测试时，C4的铝电解电容一接电就马上冒烟爆掉了，经过检查是因为电容的正负交接反了，虚惊一场，不过经过检查后电路其他部分运作正常。通电10秒左右发现最后输出的互补输出电路的三极管发热很厉害，将散热器重7号改到5号，外加两个7号散热器后情况只有少许好转，而且书信号在示波器上看也十分不好，出现一种像散光的现象。经过老师的检测，是直流稳压电源除了问题，应该将直流稳压源的输出电流调到最小，至此电路终于正常工作了。

经过了这次的课程实际，了解了在给定具体参数要求下，自己设计计算电路参数、使用multisim画原理图仿真、使用protel99es画PCB图、手动转印钻孔、安装元件焊锡、通电调试的整过过程。中间我发现我们思考的时候还不是很周全，好在能够及时发现补救，同时也有一个概念性的了解了一个产品的设计制作过程。

龙心得体会

课程设计的综合性很强，收到设计要求，我们组就马上展开讨论，本来的想法是加上低通和高通滤波，不过由于最后一级需要有三极管，这样参数的计算会显得繁重，而且即使产品用Multisim模拟出来成功，但是实际的成品出来出大问题的几率还是挺高的，工作量也很大。后来用英文版的GOOGLE搜索外国网站，找到一个符合我们设计要求的电路，而且有低音增强，这便可以替代实现我们最初的想法，做一个低音不错的功放。仿真期间，偏置电阻的阻值小于500R时都仿真提示出错，它本来是一个500R的滑阻，同时考虑到实际材料的限制，于是我们干脆换成一个560R定值定阻。仿真成功后，我们先买材料，以便画pcb版时量度尺寸的方便。不过小赛格那边没有我们需要的bc547b系列三极管，英文版谷歌再次发挥作用了。制版过程遇到的问题不多，只要注意布线、焊盘的宽度，以及焊孔的具体位置。后期比较大的改动是，把版的边都作为接地加宽了，这样可以领到播放质量更好，更少电流等干扰声。

通电测试期间，第一次接通，就爆了一个铝电解电容，在郑老师提供分析思路的帮助下，我们检查电路，特别是电容正负极是否接错，果然，这个滤波电容的正极没有接地。问题解决后，我们再次接电源，这次示波器也有波形了，以为电路总体没大问题了，不过这是发觉两块放大三极管的发热比较大，未解决此问题，我们还换了一个大的散热片，不过此后在实验员提点后，才知道电源输出的电流过大了。完成。但是最后还是有点小瑕疵，我们制版时就把调音量的变阻与调节低音增强灵敏度的电位器交换，导致音量调节是转动一点变化就很大。

七、参考文献

1、模拟电子技术第五版. 康华光主编.北京：高等教育出版社，2005

2、模电数电基础实验及multisim7仿真蒋黎红主编浙江大学出版社，2007

3、标题：10W音频功放与低音提升资料来源：www.electronics - https://www.360docs.net/doc/e31772691.html,