高保真音频功率放大器课程设计报告

高保真音频功率放大器

内容摘要

本文所做的TDA2030高保真音频放大器使得重放的声音跟真实的声音高度相似，具有功率大，失真小，音质甜美等优点。文中介绍了高保真音频放大器所用的芯片TDA2030，它是单片功率放大器，在音响场合提供非常低真度和高品质的性能，放大器具有最少的元件，保护电路包括内部电流限制和热关断。并且具体介绍了TDA2030的特点和功率放大功能，电路原理以及电路板的焊接和调试的过程，完整的阐述了高保真音频放大器的设计与制作过程。

1、设计要求及主要技术指标

1.1、设计要求

1、选择电路方案，完成对确定方案电路的设计，选择合适的功放电路，如：OCL、OTL或BTL电路，计算电路元件参数与元件选择、并画出电路原理图；

2、选定元器件和参数，并设计好电路原理图，阐述基本原理；

3、在电路板上完成对高保真音频功率放大器的设计、装配和调试；

4、实际电路性能指标测试结果，并与理论指标进行对比分析；

5、撰写设计报告。

1.2、主要技术指标

输出功率10W；

频率响应20~20KHz；

效率>60﹪；

失真小。

2、题目分析

音频放大器的目的是以要求的音量和功率水平在发声输出元件上重新产生真实、高效和低失真的输入音频信号。音频频率范围约为20 Hz～20 kHz，因此放大器必须在此频率范围内具有良好的频率响应。音频功率放大器的主要作用是向负载提供功率，要求输出功率尽可能大，效率尽可能高，非线性失真尽可能小。

为了获得足够大的输出功率，功放管的电压和电流变化范围应很大。功率放大器是

在大信号状态下工作，电压、电流摆动幅度很大，极易超出管子特性曲线的线性范围而进入非线性区，造成输出波形的非线性失真，因此，功率放大器比小信号的电压放大器的非线性失真问题严重。

功率放大电路的电路形式很多，有双电源供电的OCL互补对称功放电路，单电源供电的OTL功放电路，BTL桥式推挽电路和变压器耦合功放电路，等等。我选用的是双电源供电的OCL互补推挽对称功放电路。此推挽功率放大器的工作状态为甲乙类。推挽功率放大器的工作状态之所以设为甲乙类而不是乙类，其目的是为了减少“交越失真”。OCL互补推挽对称功放电路一般包括驱动级和功率输出级，前者为后者提供一定的电压幅度，后者则向负载提供足够的信号频率，以驱动负载工作。

3、集成功率放大电路介绍

集成功率放大电路大多工作在音频范围，除具有可靠性高、使用方便、性能好、重量轻、造价低等集成电路的一般特点外，还具有功耗小、非线性失真小和温度稳定性好等优点。

从电路结构来看，集成功放是由集成运放发展而来的，和集成运算放大器相似，包括前置级、驱动级和功率输出级，以及偏置电路、稳压、过流过压保护等附属电路。除此以外，基于功率放大器输出功率大的特点，在内部电路的设计上还要满足一些特殊的要求。

集成功率放大器品种繁多，输出功率从几十毫瓦至几百瓦的都有，有些集成功放既可以双电源供电，又可以单电源供电。

4、方案的设计与论证

由课程设计的要求初步画出电路的原理框图如图1所示：

由上可知电源要采用双电源供电，电源可以双12V的交流变压器经整流滤波得到，

主要考虑功率放大部分。

方案一：TDA2030的BTL电路的特点就是在相同的供电电压下，可以得到较普通功放两倍以上的输出功率，在±16V供电的时候可输出34W的功率，想获得更大的输出功率可提高供电电压，最高不可超过±22V。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。TDA2030BTL功放的电路图如图2所示：

方案二：图3电路为音频功率放大器OCL原理图，其中TDA2030是高保真集成功率放大器芯片，输出功率大于10W，频率响应为10~1400Hz,输出电流峰值最大可达3.5A。TDA2030的OCL的应用电路如图3所示：

在两个方案中我们选择了较易实现的方案二，经过简单的调试即可成功。由已知的TDA2030固有的资料可知，TDA2030在电源±14V负载电阻为4欧姆时输出功率为18W（失真度<0.5%）。若用两块TDA2030组成OCL电路，在电源±12V时输出功率可增至20W，

满足设计的要求。

具体详细的电路原理图如下：

电路原理图

5、元器件清单

6、电路单元模块设计与介绍

6.1电源

TDA2030的额定输入电压为±6V~±18V，为了达到输出功率为10W的额定值，并且减少TDA2030的散热，我采用±12V供电。为此我们选用了市面上比较普遍的±12V变压器，进而将220V交流电压转换成电路需要的稳定的±12V电压。

6.2 TDA2030介绍

TDA2030是许多电脑有源音箱所采用的Hi-Fi功放集成块。它接法简单，价格实惠。额定功率为14W。电源电压为±6～±18V。输出电流大，谐波失真和交越失真小（±14V/4欧姆，THD=0.5%）。具有优良的短路和过热保护电路。其引脚图如下所示：

6.2.1TDA2030管脚功能

1脚是正相输入端

2脚是反向输入端

3脚是负电源输入端

4脚是功率输出端

5脚是正电源输入端。

TDA2030各脚电压：5脚24V正常，4脚12V输出脚正常，2脚12V正常，1脚信号输入脚12V正常。

6.2.2采用TDA2030的原因

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，我们知道，瞬态互调失真是决定放大器品质的重要因素，是该集成功放

的一个重要优点。

TDA2030A功率放大管利用三极管的电流控制作用或场效应管的电压控制作用将电源的功率转换为按照输入信号变化的电流。因为声音是不同振幅和不同频率的波，即交流信号电流，三极管的集电极电流永远是基极电流的β倍，β是三极管的交流放大倍数，应用这一点，若将小信号注入基极，则集电极流过的电流会等于基极电流的β倍，然后将这个信号用隔直电容隔离出来，就得到了电流(或电压)是原先的β倍的大信号，这现象成为三极管的放大作用。经过不断的电流及电压放大，就完成了功率放大。

TDA2030集成电路的另一特点是输出功率大，保护性能较完善。根据掌握的资料，在各国生产的单片集成电路中，输出功率最大不超过20W，而TDA2030的输出功率却能达到18W，若使用BTL电路，输出功率可增至35W。另一方面，大功率集成块由于电源电压高、输出电流大，在使用中稍有不慎往往致使损坏。然而在TDA2030集成电路中，设计了较为完善的保护电路，一旦输出电流过大或管壳过热，集成块能自动减流或栽止，使自己得到保护。

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，在焊接电路板的时候TDA2030A的管脚的分布对于焊接的时候很重要的，如果管脚的区分有错，直接会导致的功率放大器烧掉。通过查阅资料知道他的管脚分布为：汉字对着人，从左往右数为1、2、3、4、5。其中1为同相输入端，2为反相输入端，3为功率放大器的接地端，4为功率放大器额的输出端，5为功率放大器的电源线的接入端。

TDA2030在电源电压±14V，负载电阻为4Ω时输出14瓦功率（失真度≤0．5％）；在电源电压±16V，负载电阻为4Ω时输出18瓦功率（失真度≤0．5％）。该电路由于价廉质优，使用方便，并正在越来越广泛地应用于各种款式收录机和高保真立体声设备中。该电路可供低频课程设计选用。

6．3音频输入的设计

6.3.1前置放大电路的设计

为了使音频信号较小时仍然能够输出较大的电压和功率，我选择了在输入级前加入了一个音频前置放大电路。并选择了通用集成运放UA741连接成负反馈电路，具体电路模块如图5所示：