音频功率放大器课程设计
电子技术综合训练
设计报告
题目：音频功率放大器
姓名：陈邈宏
学号：11220408
班级：自动化四班
同组成员：赵斐白治龙
指导教师：骆作颢
日期：2014.1.14
音频功率放大器
摘要：设计了一个带音调控制的音频放大电路，该电路具有对音频信号放大的功能。该电路主要由前置放大电路、音调控制电路及功率放大电路三部分构成，其中，前置放大电路采用反相比例运算器来实现电压的放大；音调控制电路采用负反馈式来实现音调控制；功率放大电路采用DTA2030功率放大器来实现功率放大。利用Multisim 10对设计的电路进行仿真，可以得到放大后的不失真的波形。
关键词：前置放大电路；功率放大器；音调控制
目录
1.设计背景……………………………………………………………
1.1学习了集成运放的应用………………………………………
1.2了解了功率放大电路………………………………………………
1.3了解了TDA2030和NE5532的功能……………………………
2.设计方案……………………………………………………………
2.1任务分析……………………………………………………………
2.2方案论证……………………………………………………………
3.方案实施……………………………………………………………
3.1原理图设计…………………………………………………………
3.2电路仿真……………………………………………………………
3.3安装与调试………………………………………………………
4.结果与结论…………………………………………………………5参考文献.………………………………………………………
6.总结及体会……………………………………………………
7.附件………………………………………………………………
7.1电路原理图………………………………………………………
7.2元器件清单………………………………………………………
7.3实物拍摄…………………………………………………………
1. 设计背景
1.1学习集成运放的运用
集成型运算放大器是模拟集成电路中应用最广泛的一种器件。在集成运算放大电路与输出之间接入不同的反馈网络，可实现不同用途的电路，例如利用集成运算放大器可非常方便的完成信号放大、信号运算、信号处理以及波形的产生和变换。
1.2了解功率放大电路
功率放大电路在多级放大电路中处于最后一级，又称输出级。其主要作用是输出足够大的功率去驱动负载，如扬声器、伺服电机、指示表头、记录器等。功率放大电路要求：输出电压和输出电流的幅度都比较大、效率高。
1.3了解TDA2030和NE5532P的功能
NE5532是高性能低噪声运放，它具有很好的噪声性能，优良的输出驱动能力及相当高的小信号与电源宽带。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，另一特点是输出功率大，而保护性能比较完善。
2.设计方案
2.1任务分析
根据课程设计要求，分析可知，带音调控制的音频放大电路主要用来对音频信号进行放大，能带动负载除，此还应该具备音调控制能力。要完成此次课程设计要求，该电路必须包括前置放大电路、音调控制电路及功率放大电路三部分构成。为了分别实现音频放大电路的上述三部分的功能，构成电路时我们对应要采用到集成运算放大器，电容、滑动变阻器、集成运放，和功率放大器。
2.2方案论证
在带音调控制的音频放大电路中，前置放大电路用来实现电压的放大，可以用NE5532或者LM741来实现，LM741和NE5532与很多标准运放相似，但NE5532具有更好的噪声性能，优良的输出驱动能力及相当高的小信号带宽，电源电压范围大等特点。因此NE5532很适合应用在高品质和专业音响设备、仪
器、控制电路及电话通道中。
音调控制电路有三种：衰减式音调控制电路、负反馈音调控制电路、衰减负反馈混合式音调控制电路。负反馈式电路与衰减式电路相比，中音电平不需要做很大衰减，并且噪声和失真小一些。负反馈式电路与负反馈式电路与电路相比，结构更加简单，更加稳定，能抑制反馈环内噪声和干扰等优点。因此，本设计选择负反馈音调控制电路。
功率放大电路，除了对信号的电压进行足够的电压放大外，还要求对信号进行足够的电流放大。因此，其在系统的中的重要作用不言而喻。TDA2030是一块性能十分优良的功率放大集成电路，其主要特点上升速率高、瞬态互调失真小，输出功率大，而保护性能比较完善，外围电路简单，使用方便。所以功率放大电路采用TDA2030。
由于设计要求双声道，所以音调控制电路，前置放大电路，功率放大电路采用两套。以下说明均以某一声道做分析说明。
综合各部分电路，电路结构框图如图1所示。
图1
电路结构框图
3.方案实施
3.1原理图设计
1、电压放大电路设计
在前置放大部分采用的是NE5532P，它是一种双运放高性能低噪声运算放大器。具有高精度、低噪音、高阻抗、高速、宽频带、电源电压范围大等特点，并且在上个世纪获得过“ 运放之皇”的美誉。
NE5532参数如表1所示。
表1 NE5532P极限参数表
NE5532P引脚如图2所示。
图2NE5532P引脚图
本次设计采用如附图1所示的前置放大电路，采用反向比例运算。输入电阻为R7,R8/R7就是放大倍数，可以提高放大倍数，但也减小了输入电阻。R7=100K,R8=510K,Au=R8/R7=5.1。人耳听到的最低频率是20HZ，因此f=1/2PiR7C5<20HZ,C5>0.08uF,由于没有0.08uF电容，所以选择与它接近的10uF 电容。
2、音调控制电路的设计
音调控制电路由三个10K的电阻两个47nf的电容两个2.2nf的电容一个
1M的滑动变阻器两个和NE5532P以及10uf的电容构成一个负反馈构成。音调可控制电路如附图2所示。
一般情况下C1=C2,C2,C1分别起到低音提升和衰减的作用，C3起到高音提升和衰减的作用，C3要远小于C1,C2.电路中各元器件满足广西是R1=R2=R4,R5=R6,C1=C2.由电路可知，R1=R2=R4=10K,R5=R6=1M，R4=3.3K，由于没3.3K的电阻，我们4.7K的电阻。
F(L2)=fL*2^2=400Hz,f(L1)=400/10=40Hz,
f(H1)=fH*2^2=2.5KHz,f(H2)=10*f(H1)=25Hz.
fL为低频频率，fH为高频频率，f(L1)为低频转折频率，f(L2)为中低频转折频率，f(H1)为中高频转折频率，f(H2)为高频转折频率。
由此可知，带宽达到40—25KHz.
由f（H2）=1/2PiC3R3=25KHz,C3=1.9nF.因为只能选择大于1.9nF的电容，所以C3=2.2nF.
f(L1)=1/2PiC2R1=40Hz,计算出C3=C4=40Nf,由于没有40nF的电容，所以选择47nF的电容。
低音调节时，当R5滑臂到左端时，C2被短路，C3对低音信号容抗很大，可视为开路；低音信号经过R1、R4直接送入运放，输入量最大，而低音输出则经过R2、R5、4负反馈送入运放，负反馈量最小，因而低音提升最大；当R5滑臂到右端时，则刚好与上述情形相反，因而低音衰减最大。不论R5的滑臂怎样滑动，因为C1、C2对高音信号可视为是短路的，所以此时对高音信号无任何影响。高音调节时，当R6滑臂到左端时，因C3对高音信号可视为短路，高音信号经过R3、C3直接送入运放，输入量最大。
而高音输出则经过C3、R6、R3负反馈送入运放，负反馈量最小，因而高音提升最大；当R6滑臂到右端时，则刚好相反，因而高音衰减最大。不论R9的滑臂怎样滑动，因为C3对中低音信号可视为是开路的，所以此时对中低音信号无任何影响。普及型功放一般都使用这种音调处理电路。使用时必须注的是，
为避免前级电路对音调调节的影响，接入的前级电路的输出阻抗必需尽可能地小，应与本级电路输入阻抗互相匹配。
3、功率放大电路
根据题目设计要求，可供选择的功率放大器可由分立元件组成，也可由集成电路完成。集成功放具有工作可靠，外围电路简单，保护功能较完善，易制作调试等优点。许多性能优异的集成功放芯片，如TDA2040A、LM1875、LM386等。TDA2030是一块性能十分优良的功率放大集成电路，也是目前音质较好、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。它的电气性能稳定、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。
功率放大电路可由附图3所示的电路图实现。其中，D1、D2是为了防止电源正负极性加反，滑动变阻器实现了对其响度的控制。Au=1+R10/R13=33倍。
TDA2030引脚排列如图6所示，各脚阻值如表2所示，参数如表3所示。
图2 TDA2030引脚图
表2 TDA2030各脚阻值表
表3 TDA2030A主要技术指标参数
4，音源选择电路
音源选择电路主要由74LS160N，74LS138和模拟开关组成。原理图详见附图4.
3.2 电路仿真
在各单元电路设计的基础上，按照总体电路图在仿真软件Multisim上一一选择芯片并进行连接，然后启动开关观察。将电路在Multisim上连接好后，为各个电阻和电容选取适当值，为各个开关设置好适当的键盘打开数值连接，然后打开Multisim的开关，根据输出波形的情况判断电路是否正常。通过仿真，我们的电路原理图无误，可以制板。仿真电路图如图5所示，本电路仿真结果的波形如图6所示。
经测量输入电压U1=70.6924mV，输出电压U2=8.965V，Au=127.
根据仿真结果可知电路原理无误，可以进行PCB板布线。
3.3 安装与调试
在安装好所有的芯片和电路原件后，按照电路图逐一检查电路有没有漏焊的问题，接下来用万用表逐一检查有没有虚焊或线路断路或线路短路。在解决了检查出来有些地方存在虚焊的问题后，再次确认线路没有问题的情况下接通
+15V和-15V的直流稳压工作电源电源进行调试，最后发现8 的喇叭能够正常工作，说明电路板可以正常工作，达到了预期效果。
4.结果与结论
利用NE5532和TDA2030芯片来设计的功率放大器，经过仿真，并利用示波器观察波形，得到了一个放大后的正弦波；将焊接好的电路加上+15V和-15V的直流稳压工作电源，接上8Ω的喇叭，插入音频信号输入，喇叭能够实现放大的作用。总体说来，这次课程设计对我们的动手能力有所提高，也引导了我们将专业知识的理论与实际的结合。
5.参考文献
1、教材
电子技术实验与课程设计（第三版），毕满清，机械工业出版社，2005，7
2、参考书
（1）电子线路设计·实验·测试（第4版），谢自美，高等教育出版社，2009，3
（2）电子设计指南，孙肖子，高等教育出版社，2006，10
（3）电子技术基础实验——电子电路实验·设计·仿真（第四版），陈大钦，高等教育出版社，2006，5
（4）模拟电子技术基础（第四版，）华成英童诗白，高等教育出版社，2006，5
（5）阎石数字电子技术基础（第五版），高等教育出版社，2006，5
（6）电子技术基础---模拟部分（第五版），康华光，高等教育出版社，2006，1
（7）电子技术基础---数字部分（第五版），康华光，高等教育出版社，2006，1
总结及体会
通过这次课程设计，使我受到了一次应用所学的专业知识、专业技能分析和解决问题的全面系统的锻炼。使我在综合知识的选用方面，在产品开发的基本思想、方法方面，以及在常用电路分析思路技巧的掌握方面都能向前迈了一大步。为日后成为合格的应用型人才打下良好的基础。这次在指导老师的帮助下，在同学的帮助下，基本上完成了设计任务，在电路分析与设计方面也有了一定的提高，为今后走上工作岗位打下了专业基础。在这次的课程设计中，让我深深地体会到进行电子产品的开发不是一件简单的事情，它需要设计者具有全面的专业知识、缜密的思维、严谨的工作态度以及较高的分析问题、解决问题的能力。
最后，我要衷心感谢老师在我的课程设计中给予我的极大帮助，使我能够及时、顺利地完成此次的课程设计。
7.附件
7.1 电路原理图
电路原理图如附图所示。
7.2 元器件清单
元器件清单如表4所示。表4 仪器仪表明细清单
7.3 实物图拍摄
实物拍摄如图6图7所示。