TDA2030集成功率放大器

编号：
电子线路设计
实训(论文)说明书题目：TDA2030集成功率放大器
摘要
本设计所用的集成电路功率放大器由两片TDA2030构成，左右声道各用一片TDA2030。

本设计中对多集成功率放大器的结构、电路形式和特点加以说明，并对集成功率放大器进行了组装和测试。

点、流行款式作了总体介绍，并重点介绍分析了集成功率放大器电路原理，对重要的集成块TDA2030的使用也作了详细介绍，并配以电路图。

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，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的重要因素，该集成功放的一个重要优点。

关键词：集成；原理；功率；失真度
Abstract
The design of integrated circuits used in power amplifier constituted by the two TDA2030, left and right channels each with a TDA2030. The design of the structure of multi-integrated power amplifier circuit to illustrate the form and features, and integrated power amplifier for the assembly and testing. Point, made a general overview of popular models, and highlights of the integrated power amplifier circuit, on the importance of integrated block TDA2030 also made use of detail, and with a circuit.
TDA2030 is a very good performance power amplifier IC, the main feature is the high rate of rise, transient intermodulation distortion, in dozens of popular power amplifier integrated circuits to provide indicators of transient intermodulation distortion only including the TDA 2030, including several. We know that transient intermodulation distortion amplifier products is an important factor in the decision of the integrated amplifier is an important advantage.
Key words：integration; principle; power; distortion
目录
引言 (1)
１功率放大器 (1)
１.１功率放大器简介 (1)
１.２功率放大器的分类 (1)
１.３功率放大器的性能指标 (3)
１.４功率放大器电流放大的特点 (4)
２TDA2030集成功率放大器介绍及设计 (5)
２.１TDA2030简介 (5)
２.２电路工作原理 (6)
３电路原理图以及PCB图 (7)
４TDA2030集成功放焊接安装与调试 (8)
４.１电路板的焊接与安装 (8)
４.２电路板的调试 (9)
４.２.１电路板是否可以正常工作 (9)
４.２.２电路板的放大倍数以及通频带测试 (9)
５结论 (10)
引言
随着生活水平的提高，人们对声音欣赏的要求越来越高，音频功放作为承担声音重放任务的设备，正日益受到人们的重视。

在半导体，集成电路的快速发展的前提下，以模拟电子技术为基础的音频功放技术也在飞速发展，传统音频放大电路的设计需要大量的理论分析，设计并搭建电路进行测试，进行比较完整的音频测试分析需要购置各种价格昂贵的专用仪器，如信号发生器、频谱分析仪、失真度测试仪等，仪器的功能比较单一，而且传统模拟分析测试仪器不能存储数据，也不能对测量数据立即进行加工分析。

功放性能的提升伴随着电路复杂度的升高，这就必然需要利用新的设计手段进行音频功率放大器的实际与分析。

在本次实训中我将用大学两年所学的知识制作一个低成本实用但又能满足基本要求的集成功率放大器。

１功率放大器
１.１功率放大器简介
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。

功率放大器，简称“功放”。

很多情况下主机的额定输出功率不能胜任带动整个音响系统的任务，这时就要在主机和播放设备之间加装功率放大器来补充所需的功率缺口，而功率放大器在整个音响系统中起到了“组织、协调”的枢纽作用，在某种程度上主宰着整个系统能否提供良好的音质输出。

１.２功率放大器的分类
传统的数字语音回放系统包含两个主要过程：
（1）数字语音数据到模拟语音信号的变换(利用高精度数模转换器DAC)实现；
（2）利用模拟功率放大器进行模拟信号放大，如A类、B类和AB类放大器。

从1980年代早期，许多研究者致力于开发不同类型的数字放大器，这种放大器直接从数字语音数据实现功率放大而不需要进行模拟转换，这样的放大器通常称作数字功率放大器或者D类放大器
A类放大器的主要特点是：放大器的工作点Q设定在负载线的中点附近,晶体管在输入信号的整个周期内均导通。

放大器可单管工作，也可以推挽工作。

由于放大器工作在特性曲线的线性范围内，所以瞬态失真和交替失真较小。

电路简单，调试方便。

但效率较低，晶体管功耗大，功率的理论最大值仅有25％，且有较大的非线性失真。

由于效率比较低现在设计基本上不在再使用。

2、B类放大器
B类放大器的主要特点是：放大器的静态点在(VCC，0)处，当没有信号输入时，输出端几乎不消耗功率。

在Vi的正半周期内，Q1导通Q2截止，输出端正半周正弦波；同理，当Vi为负半波正弦波(如图虚线部分所示)，所以必须用两管推挽工作。

其特点是效率较高(78%)，但是因放大器有一段工作在非线性区域内，故其缺点是"交越失真"较大。

即当信号在-0.6V~0.6V之间时，
Q1Q2都无法导通而引起的。

所以这类放大器也逐渐被设计师摒弃。

3、AB类放大器
AB类放大器的主要特点是：晶体管的导通时间稍大于半周期，必须用两管推挽工作。

可以避免交越失真。

交替失真较大，可以抵消偶次谐波失真。

有效率较高，晶体管功耗较小的特点。

4、D类放大器
D类(数字音频功率)放大器是一种将输入模拟音频信号或PCM数字信息变换成PWM(脉冲宽度调制)或PDM(脉冲密度调制)的脉冲信号,然后用PWM或PDM的脉冲信号去控制大功率开关器件通/断音频功率放大器，也称为开关放大器。

具有效率高的突出优点.数字音频功率放大器也看上去成是一个一比特的功率数模变换器.放大器由输入信号处理电路、开关信号形成电路、大功率开关电路(半桥式和全桥式)和低通滤波器(LC)等四部分组成.D类放大或数字式放大器。

系利用极高频率的转换开关电路来放大音频信号的。

1.具有很高的效率，通常能够达到85%以上。

2.体积小，可以比模拟的放大电路节省很大的空间。

3.无裂噪声接通
4.低失真，频率响应曲线好。

外围元器件少，便于设计调试。

A类、B类和AB类放大器是模拟放大器，D类放大器是数字放大器。

B类和AB 类推挽放大器比A类放大器效率高、失真较小，功放晶体管功耗较小，散热好，但B类放大器在晶体管导通与截止状态的转换过程中会因其开关特性不佳或因电路参数选择不当而产生交替失真。

而D类放大器具有效率高低失真，频率响应曲线好。

外围元器件少优点。

AB类放大器和D类放大器是目前音频功率放大器的基本电路形式。

T类功率放大器的功率输出电路和脉宽调制D类功率放大器相同，功率晶体管也是工作在开关状态，效率和D类功率放大器相当。

但它和普通D类功率放大器不同的是：1、它不是使用脉冲调宽的方法，Tripath公司发明了一种称作数码功率放大器处理器“Digital Power Processing （DPP）”的数字功率技术，它是T 类功率放大器的核心。

它把通信技术中处理小信号的适应算法及预测算法用到这里。

输入的音频信号和进入扬声器的电流经过DPP数字处理后，用于控制功率晶体管的导通关闭。

从而使音质达到高保真线性放大。

2、它的功率晶体管的切换频率不是固定的，无用分量的功率谱并不是集中在载频两侧狭窄的频带内，而是散布在很宽的频带上。

使声音的细节在整个频带上都清晰可“闻”。

3、此外，T类功率放大器的动态范围更宽，频率响应平坦。

DDP的出现，把数字时代的功率放大器推到一个新的高度。

在高保真方面，线性度与传统AB类功放相比有过之而无不及。

１.３功率放大器的性能指标
无论AV放大器和Hi-Fi功放对功率放大器要求十分严格，在输出功率、频率响应、失真度、信噪比、输出阻抗和阻尼系数等方面都有明确要求。

（一）、输出功率
输出功率是指功放电路输送给负载的功率。

目前人们对输出功率的测量方法和评价方法很不统一，使用时注意。

1、额定功率（RMS）
它指在一定的谐波范围内功放长期工作所能输出的最大功率（严格说是正弦波信号）。

经常把谐波失真度为1%时的平均功率称为额定输出功率或最大有用功率、持续功率、不失真功率等。

很显然规定的失真度前提不同时，额定功率数值将不相同。

2、最大输出功
当不考虑失真大小时，功放电路的输出功率可远高于额定功率，还可输出更大数值的功率，它能输出的最大功率称为最大输出功率，前述额定功率与最大输出功率是两种不同前提条件的输出功率
3、音乐输出功率（MPO）
音乐输出功率MPO是英文Music Power Outpur的缩写，它是指功放电路工作于音乐信号时的输出功率，也就是输出失真度不超过规定值的条件下，功放对音乐信号的瞬间最大输出功率。

音乐输出功率可以用来评价功放的动态听音效果，例如在平稳的音乐过程后面突然出现了冲击性强的打击乐器声音，有的功放电路可在瞬间提供很大的输出
功率给以力度感有使不完的劲；有的功放却显得力不从心底气不足。

为了反映这瞬间突发性输出功率的能力可以用音乐输出功率来量度。

4、峰值音乐输出功率（PMPO）
它是最大音乐输出功率，是功放电路的另一个动态指标，若不考虑失真度功放电路可输出的最大音乐功率就是峰值音乐输出功率。

通常峰值音乐输出功率大于音乐输出功率，音乐输出功率大于最大输出功率，最大输出功率大于额定输出功率，经实践统计，峰值音乐输出功率是额定输出功率的5-8倍。

（二）、频率响应
频率响应反映功率放大器对音频信号各频率分量的放大能力，功率放大器的频响范围应不底于人耳的听觉频率范围，因而在理想情况下，主声道音频功率放大器的工作频率范围为20-20kHz。

国际规定一般音频功放的频率范围是40-16 kHz±1.5dB。

（三）、失真
失真是重放音频信号的波形发生变化的现象。

波形失真的原因和种类有很多，主要有谐波失真、互调失真、瞬态失真等。

（四）、动态范围
放大器不失真的放大最小信号与最大信号电平的比值就是放大器的动态范围。

实际运用时，该比值使用dB来表示两信号的电平差，高保真放大器的动态范围应大于90 dB。

自然界的各种噪声形成周围的背景噪声，而周围的背景噪声和演奏出现的声音强度相差很大，在通常情况下，将这个强度差称为动态范围，优良音响系统在输入强信号时不应产生过载失真，而在输入弱信号时，有不应被自身产生的噪声所淹没，为此好的音响系统应当具有较大的动态范围，噪声只能尽量减少，但不可能不产生噪声。

（五）、信噪比
信噪比是指声音信号大小与噪声信号大小的比例关系，将攻放电路输出声音信号电平与输出的各种噪声电平之比的分贝数称为信噪比的大小。

（六）、输出阻抗和阻尼系数
1、输出阻抗
功放输出端与负载（扬声器）所表现出的等效内阻抗称为功放的输出阻抗。

2、阻尼系数
阻尼系数是指功放电路给负载进行电阻尼的能力。

１.４功率放大器电流放大的特点
对功放电路的了解或评价，主要从输出功率、效率和失真这三方面考虑。

1、为得到需要的输出功率，电路须选集电极功耗足够大的三极管，功放管的工作电流和集电极电压也较高。

电路设计使用中首先要考虑怎样充分地发挥三极管功能而又不损坏三极管。

由于电路中功放管工作状态常接近极限值，所以功放电流调整和使用时要小心，不宜超限使用。

2、从能耗方面考虑，功放输出的功率最终是由电源提供的，例如收音机中功放耗电要占整机的2/3，因此要十分注意提高电路效率，即输出功率与耗电功率的比值。

3、功放电路的输入信号已经几级放大，有足够强度，这会使功放管工作点大幅度移动，所以要求功放电路有较大的动态范围。

功放管的工作点选择不当，输出会有严重失真。

２TDA2030集成功率放大器介绍及设计
２.１TDA2030简介
TDA2030A是德律风根生产的音频功放电路，采用V型5 脚单列直插式塑料封装结构。

如图1所示，按引脚的形状引可分为H型和V型。

该集成电路广泛应用于汽车立体声收录音机、中功率音响设备，具有体积小、输出功率大、失真小等特点。

并具有内部保护电路。

意大利SGS公司、美国RCA公司、日本日立公司、NEC公司等均有同类产品生产，虽然其内部电路略有差异，但引出脚位置及功能均相同，可以互换。

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，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TDA2030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TDA2030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）
图 2-1 TDA2030引脚
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。

２.２电路工作原理
用两块TDA2030 组成如图2-2所示的BTL功放电路，TDA2030（1）为同相放大器，输入信号Vin通过交流耦合电容C1馈入同相输入端①脚，交流闭环增益为KVC①＝1＋R3 / R2≈R3 / R2≈30dB。

R3 同时又使电路构成直流全闭环组态，确保电路直流工作点稳定。

TAD 2030（2）为反相放大器，它的输入信号是由TDA2030（1）输出端的U01 经R5、R7分压器衰减后取得的，并经电容C6后馈给反相输入端②脚，它的交流闭环增益KVC②＝R9 / R7//R5≈R9/R7≈30dB。

由R9＝R5，所以TDA 2030（1）与TDA 2030（2）的两个输出信号U01 和U02 应该是幅度相等相位相反的，即：U01≈Uin·R3 / R2U02≈－U01·R9 / R5 ∵ R9＝R5 ∴ U02 ＝－U01
因此在扬声器上得到的交流电压应为：
êUYç＝ U01 -（ -U02）＝ 2U01 ＝ 2U02
扬声器得到的功率 PY 按下式计算：
PY ＝＝＝４＝4 PMONO
图 2-2 BTL功放电路
３电路原理图以及PCB图
图 3-1 TDA2030双声道集成功放原理图
如图3-1是用2片TDA2030采取双电源，双输入与输出的接线方法，用音频插口作为信号输入接口，用音频接线柱作为信号输出接口,左右声道各用一片TDA2030输出，输入电压为正负15V电压。

图 3-2 TDA2030双声道集成功放PCB图
在布置PCB图时尽量采取了上下对称，因为原理图是BTL电路，尽量做到对称才可以使干扰减小，BTL电路的功能得到发挥。

在TDA2030上要接上约5cm x 5cm 的散热片，所以在PCB中特意与输出接线柱拉开足够的距离，以免在制版时无法放入散热片。

为了保持对称性与外界电路的一些元件的位置，因此图中有7根跳线。

４TDA2030集成功放焊接安装与调试
４.１电路板的焊接与安装
电路元器件清单：
芯片：TDA2030×2
电阻：22KΩ×4；680Ω×2；1Ω×2
电容：104×4；224×2
电解电容：1000uF×4；22uF×2；10uF×2
二极管：IN4007×4
电位器：双联电位器100K×1
电路板制作过程：
第1步：利用PROTEL生成原理图，再利用网络表生成相应PCB图。

第2步：将PCB图打印到热转印纸上
第3步：将打印好PCB的转印纸平铺在覆铜板上，准备转印。

第4步：用热转印机加温（要很热）将转印纸上黑色塑料粉压在覆铜板，上形成高精度的抗腐层。

第5步：转印机加温加压成功转印后把断的线用油性笔连好。

第6步：准备好腐蚀溶液进行腐蚀。

第7步：注意不要腐蚀过度，腐蚀结束，钻孔准备焊接。

第8步：清理出焊盘部分涂松香，等松香干后可以开始焊接元件。

第9步：安装所需预定原件并焊接好。

４.２电路板的调试
４.２.１电路板是否可以正常工作
电路板焊好电子元件后，要仔细检查电路板有无焊错的地方，特别要注意有极性的电子零件，如电解电容，一旦焊反即有烧毁元器件之险，要特别注意。

接上变压器，放大器的输出端先不接扬声器，而是接万用电表。

检查音频功放集成电路时，应先检测其电源端（正电源端和负电源端）、音频输入端、音频输出端及反馈端对地电压值和电阻值。

若测得各引脚数据值与正常值相差较大，其外围元件与正常，则是该集成电路内部损坏。

对引起无声故障音频功放集成电路，测量其电源电压正常时，可用信号干扰法来检查。

测量时，万用表应置于R×1档，将红表笔接地，用黑表笔点触音频输入端，正常时扬声器中应有较强“喀喀”声。

功放板上电注意观察万用电表的读数，若电表的读数在正常的范围内，则表明该功放板功能基本正常。

最后接上音箱，输入音乐信号，旋转音量电位器，音量大小应该有变化，旋转高低音旋钮，音箱的音调有变化。

４.２.２电路板的放大倍数以及通频带测试
用信号发生器确定一个固定输入信号，接入电路板中，然后用示波器其中一探头接输入信号显示波形，另一探头接输出接口观察输出波形。

然后调整示波器稳定两个波形，调节电位器以致放大倍数最大化，然后根据波形计算出放大的最大倍数。

接下来调节信号发生器，调节信号频率观察示波器输出端是否有稳定波形输出，找到最高与最低的频率即是电路板的通频带。

通过以上调试与测试，此电路板的各数值为：
输入电压：正负15V左右
放大倍数最大值：30倍
频带宽：20Hz到160KHz
当无输入信号情况下的输出：100mV ５结论
参考文献
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