高保真音频功率放大器课程设计

模拟电子技术课程设计报告

设计题目：高保真音频功率放大器的仿真设计与实现

一要求及思路

1.1 题目：高保真音频功率放大器的仿真设计与实现

1.2 设计任务：根据技术指标和已知条件，选择合适的功放电路，如：OCL、OTL或 BTL 电路，完成对高保真音频功率放大器的设计、调试与装配。鼓励自制稳压电源。

1.3 设计要求：

①输出功率10W/8Ω；频率响应20~20KHz；效率>60﹪；失真小。

②选择电路方案，完成对确定方案电路的设计。

③利用Proteus或Multisim仿真设计电路原理图，确定电路元件参数、掌握电路工作原理并仿真实现系统功能。

④安装调试并按规范要求格式完成课程设计报告

⑤选做：利用仿真软件的PCB设计功能进行PCB设计。

1.4 设计思路：

1.4.1 功放电路，我们决定在 OCL、OTL 和 BTL 电路中选择其一进行设计。

图表1 OTL电路图表2 OCL 电路

OTL(Output Transformer Less)电路：称为无输出变压器功放电路。是一种输出级与扬声器之间采用电容耦合而无输出变压器的功放电

路，它是高保真功率放大器的基本电路之一，但输出端的耦合电容对频响也有一定影响。 OTL 电路的主要特点有：采用单电源供电

方式，输出端直流电位为电源电压的一半；输出端与负载之间采用大容量电容耦合，扬声器一端接地，具有恒压输出特性，允许扬声

器阻抗在4Ω、8Ω、16Ω 之中选择，最大输出电压的振幅为电源电压的一半，即 1/2 V CC，额定输出功率约为 1/(8RL)。

OCL(Output Capacitor Less)电路：称为无输出电容功放电路，是在OTL 电路的基础上发展起来的。 OCL 电路的主要特点有：采用双

电源供电方式，输出端直流电位为零；由于没有输出电容，低频特

性很好；扬声器一端接地，一端直接与放大器输出端连接，因此须

设置保护电路；具有恒压输出特性；允许选择4Ω、8Ω 或16Ω 负载；最大输出电压振幅为正负电源值，额定输出功率约为1 /(2RL)。需要指出，若正负电源值取 OTL 电路单电源值的一半，则两种电

路的额定输出功率相同，都是1 /(8RL)。

BTL（Balanced Transformer Less）电路：称为平衡桥式功放电路。它由两组对称的 OTL 或 OCL 电路组成，扬声器接在两组 OTL 或OCL 电路输出端之间，即扬声器两端都不接地。 BTL 电路的主要特点有：可采用单电源供电，两个输出端直流电位相等，无直流电流通过扬声器，与 OTL、 OCL 电路相比，在相同电源电压、相同负载情况下，BTL 电路输出电压可增大一倍，输出功率可增大四倍，这意味着在较低的电源电压时也可获得较大的输功率，但是，扬声器没有接地端，给检修工作带来不便。经过筛选，为了得到更大的电压增益放大，以及更大的功率放大，我们决定选择 BTL 电路图。

1.4.2 芯片选择。

我选取的芯片为 TDA2030A 芯片. TDA 2030 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 TDA 2030 在内的几种。我们知道，瞬态互调失真是决定放大器品质的重要因素，该集成功放的一个重要优点。

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。根据掌握的资料，在各国生产的单片集成电路中，输出功率最大的不过 20W，而 TDA 2030 的输出功率却能达 18W，若使用两块电路组成 BTL 电路，输出功率可增至 35W。另一方面，大功率集成块由于所用电源电压高、输出电流大，在使用中稍有不慎往往致使损坏。然而在 TDA 2030 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，集成块能自动地减流或截止，使自己得到保护（当然这保护是有条件的，我们决不能因为有保护功能而不适当地进行使用）。 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 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。

最终，我们选择的原理图为，TDA2030a BTL功放电路图。

二仿真软件介绍

2.1 仿真软件概况

Proteus软件是英国Lab center electronics公司出版的EDA工具软件（该软件中国总代理为广州风标电子技术有限公司）。它不仅具有其它EDA工具软件的仿真功能，还能仿真单片机及外围器件。它是目前最好的仿真单片机及外围器件的工具。虽然目前国内推广刚起步，但已受到单片机爱好者、从事单片机教学的教师、致力于单片机开发应用的科技工作者的青睐。Proteus是世界上著名的EDA 工具(仿真软件)，从原理图布图、代码调试到单片机与外围电路协同仿真，一键切换到PCB设计，真正实现了从概念到产品的完整设计。是目前世界上唯一将电路仿真软件、PCB设计软件和虚拟模型

仿真软件三合一的设计平台，其处理器模型支持8051、HC11、

PIC10/12/16/18/24/30/DsPIC33、AVR、ARM、8086和MSP430等，2010年又增加了Cortex和DSP系列处理器，并持续增加其他系列

处理器模型。在编译方面，它也支持IAR、Keil和MPLAB等多种编

译器。

2.2 仿真软件的优点及应用范围智能原理图设计

丰富的器件库：超过27000种元器件，可方便地创建新元件；

智能的器件搜索：通过模糊搜索可以快速定位所需要的器件；

智能化的连线功能：自动连线功能使连接导线简单快捷，大大

缩短绘图时间；

支持总线结构：使用总线器件和总线布线使电路设计简明清晰；

可输出高质量图纸：通过个性化设置，可以生成印刷质量的BMP图纸，可以方便地供WORD、POWERPOINT等多种文档使用。

完善的电路仿真功能

ProSPICE混合仿真：基于工业标准SPICE3F5，实现数字/模拟电路的混合仿真；

超过27000个仿真器件：可以通过内部原型或使用厂家的SPICE文件自行设计仿真器件，Labcenter也在不断地发布新的仿真器件，还可导入第三方发布的仿真器件；

多样的激励源：包括直流、正弦、脉冲、分段线性脉冲、音频（使用wav文件）、指数信号、单频FM、数字时钟和码流，还支

持文件形式的信号输入；

丰富的虚拟仪器：13种虚拟仪器，面板操作逼真，如示波器、逻辑分析仪、信号发生器、直流电压/电流表、交流电压/电流表、