OCL功放课程设计

物理与电子信息学院模拟电路课程设计成绩评定表专业：电气工程及其自动化班级：13电气学号：姓名：张华宾2015年1月9日模拟电路课程设计报告设计课题：OCL音频功率放大器二专业班级：13电气学生姓名：张华宾学号：指导教师：曾祥华设计时间：2014.12-2015.1OCL音频功率放大器二一、设计任务与要求1．用集成运算放大器和集成功放块设计OCL功放电路；2．输入信号为vi≤10mV, RI≥100KΩ;额定输出功率Po≥1W；负载阻抗RL=8Ω；3．频率范围f＝（3-5）KHz；4．用桥式整流电容滤波集成稳压块电路设计电路所需的直流电源。

二、方案设计与论证（至少二个方案比较）题目目要求用集成运算放大器和集成功放块实现电路设计，集成运算放大器对输入信号进行处理包括选频（f＝（3-5）kHz）信号放大（Ui≤10mV），输入电阻（RI≥100KΩ），集成功放块实现输出功率Po≥1W和信号放大作用，由要求Po≥1W，负载阻抗RL=8Ω可求得Uo≥2.84V，即总电路输入Ui≤10mV时应放大284倍以上，总体电路组成情况如下如上图电路要求输入电阻很大而且要进行信号放大可设计一个同相比例运算电路，且要求频率范f＝（3-5KHz）可选择压控电压源二阶带通滤波电路，ocl 集成块可选择tda1521双声道功放块和tda2030a功放块，直流电源可设计成可调式和不可调式。

1.方案一方案分析：Tda1521 2.5￥,可调电源部分 24￥其它部分相差不大。

查阅数据手册可知双声道tda1521OCL双电源工作电压10~20V其经典应用电路为16V，芯片在±15V电源下不能发挥其最佳性能。

TDA1521主要特点:1.电路设有等待、静嘈状态，具有过热保护，低失调电压高纹波抑制，而且热阻极低，具有极佳的高频解析力和低频力度。

2.TDA1521在电压为±16V、阻抗为8Ω时，输出功率为2×15W，此时的失真仅为0.5％。

方案二方案分析：TDA2030A 2￥；±12V电源部分20￥其它部分相差不大。

由题意可求得由±12V电源提供的电压完全能够实验要求所需要的电压，因此用±12V电源是完全可行的。

不会影响其实验性能。

TDA2030A主要特点:1.外接元件非常少。

2.输出功率大。

3.开机冲击极小。

4.内含各种保护电路，因此工作安全可靠主要保护电路有：短路保护、热保护、地线偶然开路、电源极性反接（Vsmax=12V）以及负载泄放电压反冲等。

5.TDA2030A能在最低±6V最高±22V的电压下工作在±19V、8Ω阻抗时能够输出16W的有效功率，THD≤0.1%。

无疑，TDA2030A能在最低±6V最高±22V 的电压下工作在±19V、8Ω阻抗时能够输出16W的有效功率，THD≤0.1%。

由以上可知在完成实验情况下，方案一所需的价格将超过方案二所需价格6元，并且方案二所需的实验器件比方案一所需的的实验器件少，且方案二比方案一在性能方面更优越。

通过分析，结合设计电路性能指标、器件的性价比，本设计电路选择方案二。

三、单元电路设计与参数计算1.直流稳压电源电路直流电源由电源变压器，整流电路，滤波电路，稳压电路四部分构成稳压电源的组成框图3-1所示。

+ 电源 + 整流 + 滤波 + 稳压u1 u2u3uIU_ 变压器 _ 电路 _ 电路 _ 电路图3-1 稳压电源的组成框图（1）整流，滤波电路右图为单相桥式整流电路和部分滤波电路图，输出电压的平均值得解得U V 272= 解的 U )(AV O ≈24.3V 输出电流平均值最大整流电流和最高反向工作电压分别为电容滤波电路简单，纹波也较小，它的缺点是输出特性较差，故适用于负载电压较高，负载变动不大的场合。

由于变压器副端输出为27V 交流电，电容及二极管耐压值要U>1.1√2U 2计算得耐压值为42.01V 电容越大越好，其级别应在千uF 以上。

滤波原理如上图图所示，滤波之后电压平均值上式表明，当负载开路，即L R =∞时，当L R C=（3~5）T/2时 2)(2.1(U U AV O ≈（2）稳压电路此段电路主要由集成稳压器电路和保护电路组成，C9C10C15C14的作用为滤波。

由于所需输出电压为+12V 且输入电流较大所以用w7812，w7912。

652234BE BE BE BE REF U U R I U U U ++++=V U R R U REF 12119200≈∙⎪⎪⎭⎫⎝⎛+=其中右图三端稳压器并联二极管是为了保护三端稳压器，防止由于由于电容放电烧坏三端稳压器，使电容放电能够从二极管流过而不从稳压器流过。

直流稳压电路图如图3-1所示。

图3-1 直流稳压电路图2.功能部分电路（1）同相比例放大电路电路中运放的同相输入端接信号vi，反向输入端通过电阻 R3接地,vo与vs 同相，根据虚短、虚断的概念vN= vP，iN= iP=0 于是求得vo=（1+R2/R3)vs同相比例放大电路具有高输入电阻低输出电阻的特性放大倍数Au1= （1+R2/R3），题目要求功放输出功率大于Po>1W，题目要求第一级输入Ui<10mV，为使其能响应10mv左右的信号，同相比例放大设置为14倍，即Rf/R=13，取Rf=13kΩ，R= 1kΩ（2）带通滤波电路将低通滤波器和高通滤波器串联就可得到带通滤波器右图为实用压控电压源二阶带通滤波电路。

当C1=C2=C，R1=R，R2=2R时，电路的传递函数令f。

=1/(2∏RC),当f=f。

时得出通带放大倍数上下限截止频率通频带题目要求（3~5）kHz 中心频率f 。

=4kHz ，带宽fb=2kHz ，令品质因数Q=1比例系数为Auf=2，则f=fo 时得到通带增益Aup=2，根据f 。

=1/(2∏RC)令C=3.3nf ，得R1=R3=12.5k Ω，R2=2R1=25 k Ω。

理论上fp1=3kHz ，fp2=5 kHz（3）功放部分电路电路中运放的同相输入端接信号vi3，反向输入端通过电阻 R10接地,vo3与vi3同相，根据虚短、虚断的概念vN= vP ，iN= iP=0 于是求得 vo3=（1+R11/R10)vi3右图输入信号为U 3I ，输出信号为3O U 则3O U =（1+R11/R10) U 3I=O P LO R U 23LOmOmR U P 2= 这里设置为11倍即R11/R10=10求得R10=1k,R11=10k ，Vcc=12V ，RL=8欧姆。

旁路元件作用C3隔直，两个二极管输出电压正负限幅保护，R10R11闭环增益设置。

功能部分电路如图3-2所示。

图3-2 音频功率放大电路四、总原理图及元器件清单1．总原理图图4-1 总原理电路2．元件清单表1 元件清单表一直流电源部分表二功率放大部分五、安装与调试1.电路安装电源电路和功能部分电路分开安装焊接。

电源部分正负极具对称性，电源在长期工作的时候变压器和稳压块容易发热，在排布的时候应考虑散热问题，稳压块应加散热片，元件间隔尽量不要排布的太紧密。

焊接时应合理布局，太疏体积大，太密元件可能相互影响，焊接时特别注意稳压块三个脚输W7812：1脚输入，2脚接地，3脚输出；W7912 1脚接地，2脚输入，3脚输出，注意滤波电容极性接反容易爆炸，一般电解电容侧身白条标有负号那个脚即是负极，发光二级管长脚为正。

功能部分有三级电路分别是放大电路、滤波电路、功放电路。

Tda2030a发热比较严重，考虑到电路要求一些特殊阻值的电阻，在实际焊接时可能要用电位器代替，要求对每一级电路都要测试并留出夹子。

本来想三级电路电源线合并，考虑到功放电路中TDA2030A容易发热，因此功放部分单独引出电源线，从各级电路来看，接地的比较多比较复杂，合并在一起可能对接地电阻会有影响，从而影响单级测试数据。

2.电路调试（1）静态调试电源调试时即表现良好，电压精确。

功放部分在无输入信号时输出检测不到电流。

说明静态工作良好，无噪音干扰。

（2）动态调试功能部分安老师要求分级调试，第一级电路分开单独调试数据正常放大倍数在41倍少一点。

第二级滤波在fo=4kHz时电压增益理论上是输入电压的两倍，实际上是减小一点。

第三级电路增益正常在11倍多一点。

六、性能测试与分析1.直流电源测试与分析（1）测试步骤先调好±12再测量电网电压，变压器副端电压，稳压块输入电压，稳压块输出电压。

（2）测试数据（3）误差计算：根据数据求得与准确的对比可得百分比：正向输出电压：∆u=(12.03−12)/12=0.25%反向输出电压：∆u=(12−11.97)/12=0.25%（4）结论分析：误差分析：1.我们用的集成成块不是理想器件；2.焊接的电路板有些焊点的接触性不是很好，同时连接的导线有阻值；3.试验时间过长温度发生变化，使得一些元件的电阻发生变化；4.可调电阻阻值不稳定。

2.功能电路测试与分析（1）测试步骤第一级放大电路，第二级带通滤波，第三级功放电路。

（2）测试数据 第一级放大电路第三级功放电路f=4.058khz Ui=296.4mV Uo=3.31V （3）数据处理第一级放大电路 放大倍数Au1=11Ui Uo =14.1R 为定值电阻取20K,输入电阻计算公式Ri=RUi/(Us-Ui), 输入电阻平均值Ri=1968.2k.第二级带通滤波通带放大倍数Au2=1.93, 带宽BW=2khz Q=2下限截止频率fp1=2.993khz 中心频率fo=4.058khz上限截止频率fp2=5.0327khz 根据数据画出波特图第三级功放电路放大倍数Au3=11.3输出功率Po=RL Uo 2^=1.37wAu=Au1*Au2*Au3=307.5 （3） 误差计算根据数据求得与准确的对比可得百分比：放大倍数Au1的相对误差=%100*)1(AU Au-=0.7% 放大倍数Au2的相对误差=%100*)1(AU Au-=3.5% 放大倍数Au3的相对误差=%100*)1(AUAu-=2.7%（4）结论分析（包含误差分析）1.正负电源不对称；2.元器件不是理想的定值；3.我们用的集成成块不是理想器件；4.测量仪器本身的系统误差；5.输入的信号不稳定；6.接的电路板有些焊点的接触性不是很好，同时连接的导线有阻值；7.试验时间过长温度发生变化，使得一些元件的电阻发生变化；七、结论电路组成部分: 由直流电源、同向比例运算电路、带通滤波电路、功率放大电路组成。

实现的功能直流电源：主要是为后面的整个功率放大电路提供正负12伏的电源电压；同向比例运算电路：是整个功率放大器的放大部分，实现了14倍的信号放大，使得功放电路在小信号输入的情况下能够得到理想的电压值；带通滤波电路：实现范围f＝（3-5）KHz的输入信号通频带宽，并且实现1.93倍的运算放大；功率放大电路:实现了信号11.3倍的放大，使得在输入296.4mV的情况下输出电压为3.31V，使得输出功率为1.37w.电路的优点及不足直流电源部分比较容易实现，设计难度小，但是电压与理想电压值之间存在一定的误差，容易使后面的电路因为压值过大而烧坏；自身的稳压管也很容易烧坏。