音频功率放大器_(规范排版)

摘要功率放大器，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。

音频放大电路是典型应用电路，由一块TDA 2030和较少元件组成的音频放大电路、装置调整方便、性能指标好等突出的优点。

特别是集成块内部设计有完整的保护电路，能自我保护。

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。

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。

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）。

1 设计流程2设计方案2.1电路组成本立体声功率放大器所有的核心芯片是国际通用高保真音频功率放大集成电路TAD2030A。

我们设计的电路有两部分组成：直流稳压电源和左右声道的功率放大器。

2.2直流稳压电源我们采用的直流稳压电源是由CW7815和CW7915型号的集成稳压器芯片组成的具有同时输出+15V、—15V电压的稳压电路。

该电路对称性好，温度特性也近似一致。

电源输出加到CW7915的端接有保护二极管D1和D2.如果不接保护二极管，CW7815输出电压通过RL输出端，必将CW7915烧毁。

在正常工作情况下，D1和D2均处于截止状态，不影响电路的工作。

例如，CW7915输入电压未接入，此时CW7815的输出电压将通过外接负载接到CW7915的输出端，使得D2正向导通，将CW7915的输出端输出电压钳位在+0.7V，保证CW7915不致损坏。

图2.1直流稳压电源原理图2.3左右声道功率放大器功率放大器，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。

音频放大电路是典型应用电路，由一块TDA 2030和较少元件组成的音频放大电路、装置调整方便、性能指标好等突出的优点。

特别是集成块内部设计有完整的保护电路，能图2.2左右声道功率放大器原理图由于左右声道是对称的，因此我们只用分析其一，此处以分析右声道为例。

如图所示，LED和R19为电源指示电路，以指示电源是否正常工作。

C10是输入耦合电容,在信号输入端口中，作用是隔离直流噪声，这个电容是工作在信号源旁，直接介入输入端，因而需要一个较高的击穿电压的电容，而且电容的取值不能太大，因而定为10ｕf。

，R15是TDA2030同向输入端偏置电阻。

R16和R17决定了该电路交流负反馈的强弱及闭环增益。

该电路闭环增益为（R 16+R 17）/R 17=（47000+330）/330=143.42倍C 13起隔直流作用，以使电路直流为100%负反馈。

静态工作点好。

C 15和C 16为电源高频旁路电容，防止电路产生自激振荡。

C 14和R 18组成茹贝网络，用以在电路接有感性负载扬声器时，保证高频稳定性。

R 10是一个起到限流作用的电阻，使输入信号不会过大。

滑动变阻器R P1-R 改变输入信号大小，调节音量的作用。

进入下一个就是高低频的选频网络，其一是通过电容C 8和C 11可以起到选择高频、消去低频和直流的作用，再通过另外一个滑动变阻器R P2-R 调节电路中的高频作用效果，从而起到调节高音的效果；另外一条路线由于只接了一个电阻Ｒ11可以通直流电流及低频交流电流。

由于Ｃ9和Ｃ12以消去低频中高频作用，高频信号会消失，从而起到选择低频的效果，因为滑动变阻器R P3-R 而可以调节低音。

3仿真3.1Multisim简介Multisim是美国国家仪器（NI）有限公司推出的以Windows为基础的仿真工具，适用于板级的模拟/数字电路板的设计工作。

它包含了电路原理图的图形输入、电路硬件描述语言输入方式，具有丰富的仿真分析能力。

Multisim软件可以进行虚拟仪表测量、直流分析、交流分析、瞬态分析、噪声分析、傅里叶分析、灵明度分析、参数扫描分析、温度扫描分析、最坏情况分析以及其他复杂的电路分析。

本次我们主要运用虚拟仪表测量和交流分析。

Multisim具有以下优点：●通过直观的电路图捕捉环境, 轻松设计电路●通过交互式SPICE仿真, 迅速了解电路行为●借助高级电路分析, 理解基本设计特征●通过一个工具链, 无缝地集成电路设计和虚拟测试●通过改进、整合设计流程, 减少建模错误并缩短上市时间3.2仿真分析4.2仿真分析图3.1仿真图3.2.1失真分析（1）总音量为50%，高低音在50%时输入1KHz和50Hz时的饱和失真波形图3.2.1图3.2.2（2）音量最大高低音各50%时输入1kH和50HZ饱和失真波形图3.2.3图3.2.43.2.2交流分析（输入3mv）（1）总音量和高低音均调至100%图3.2.5 （2）总音量100%高音0低音为100%图3.2.6 3）总音量100%高音0低音为100%图3.2.74简单pcb设计4.1Altium designer简介Altium Designer 可以完成从原理图设计到仿真分析再到pcb板的设计及各种报表的生成等一系列工作，十分强大。

传统的嵌入式开发流程是：系统级设计→PCB板硬件制作→硬件调试→嵌入式软件开发→软件调试→整个系统的软硬件综合调试，发现问题后再从流程开始检查调试。

这是一个串行的开发流程，造成的问题是一个系统开发时间过长和调试不方便，发现问题再修改会很麻烦。

现在很多嵌入式开发存在的问题是，在硬件开发阶段，那些软件开发工程师无从下手，非得等硬件PCB板做出来才可以基本进行开发，从而浪费了人力和时间。

而Altium Designer 7.0提供了一个软硬件并行的开发方法。

当系统级设计完成以后，PCB板硬件工程师可以进行制作板子，嵌入式软件工程师可以进行芯片级的嵌入式软件开发，而到最后调试时出现问题可以很方便地进行软硬件各自的修改。

这种软硬件并行的开发方法已经在国外慢慢流行起来，在不久的将来将成为嵌入式系统开发的主流方法。

图4.2.1电源pcb图4.2.2电源pcb丝印层图4.2.3电源pcb板信息4．3功放部分4.图4.3.1功放部分的pcb图图4.3.2功放部分的pcb 3d图图4.3.3图4.3.45焊接电路板5.1焊电路板的操作步骤（1）从烙铁架上拿出电烙铁，以45度靠紧焊接面进行预热；（2）然后将焊锡丝同时伸向被焊的组件脚及焊盘，一起接触被焊处；（3）焊锡丝熔化，向焊接处推入焊锡丝，使焊锡润湿焊盘与组件脚，当焊点上的焊锡成圆锥形时即抽离焊锡丝（应控制焊锡丝的熔化量不能过多，以免造成浪费；（4）在焊锡完全熔化后，移去烙铁头。

如焊锡过多，可把烙铁头上的焊锡甩干净，然后不用焊锡丝或极少量的焊锡丝重焊一遍，移去时正好吸去多余的焊锡；（5）如果焊点有连焊，也应将焊锡线（其中有助焊剂）与烙铁头一起接触在连焊的焊点之间，待焊锡丝与助焊剂一起熔化后，移去焊锡丝，再将烙铁头侧放着向下移走，吸去多余的焊锡；（6）如果要用电烙铁去除焊盘孔中的锡（即挑孔），应该将印制板拿高，把烙铁头置于比印制板低的位置，将烙铁头在焊盘孔上擦几下，可以将焊盘孔中的焊锡吸流到烙铁头上去。

如果印制板较小，可以用烙铁将焊盘上的锡熔化，然后迅速开烙铁，将印制板在工作台上轻敲一下，使焊盘上的熔锡振落；（7）将烙铁头上的多余焊锡甩在废锡盒中，再将电烙铁插入烙铁筒中。

（8）正常焊接时，电烙铁与平面应保持角度是45度。

（9）手拿锡线时，锡线头长度应留出3- 5CM。

（10）焊点的标准是：焊点呈锥形，焊锡要适量，表面有光泽，光滑，清洁等。

（11）常见的不良焊点有：虚焊，假焊，漏焊，锡球，锡尖等。

（12）烙铁尖上有锡渣时在焊锡棉上擦掉，焊锡棉要清洗干净，使用时要保持湿润。

（13）烙铁使用后必须放在烙铁架上，不充许传递，防止意外烫伤。

（14）组件脚突出线路板太短会导致锡球脱焊。

（15）排焊时，要把握用锡量，速度要快，拖到最后点应还有助焊剂6调试与检修6.1调试（1）静态工作点测试接上电源变压器（次级为双 12 伏），不带负载情况下接通电源，按下电路板上电源开关，测试滤波电容两端输出电压应分±15V 左右。

若出现异常应该立即断电。

（2）最大输出功率测试将 8Ω负载（滑线电阻器）接入功入输出端。

再将信号源调至频率 f=1000Hz,输出电压为 1V，接到音频放大器的一个声道输入端。

将音调调节电位器调到最图6.1 输出功率测试电路连接图大。

功入输出端接上示波器、毫伏表、失真度仪。

接线图如图8所示。

调节音量电位器，使输出信号失真度 THD=3%时，测出功率放大器的输出电压 Vo 的值，由公式 P=Vo2 /16 计算放大器的最大输出功率。

另一个声道测试方法相同。

(3)音乐试听在功率调试正常后，接上音乐信号源，试听音量和音调电路对音乐的调节效果。

调节左右声道的音调电位器RP2 和 RP3，能够听到高低音调的声音有明显的提升和衰减。

6.2检测过程(1)电路板焊接完成后，按照电路图从头到尾检查一遍，确认是否有焊点接错；(2)按照信号输入顺序连接各个端口；(3)连接信号源，此处我们选择用mp4播放的音频信号；(4)直流稳压电源连接220V市电，确认无误后打开电源开关；(5)检测输出端扬声器是否发声。

第一次检测时只有左声道有声音，右声道没有声音。

此时立即断开开关，拆掉线路检测问题出处。