音频功率放大器设计TDA2030模电课设要点

学号：
课程设计
题目高保真音频功率放大器设计
学院
专业
班级
姓名
指导教师
年月日
课程设计任务书
学生姓名：专业班级：
指导教师：工作单位：
题目: 高保真音频功率放大器设计
初始条件：
可选元件：集成功放LA4100或LA4102；集成功放4430；集成功放TD2030；集成功放TDA2004、2009；
集成功放TA7240AP（集成功放的选择应满足技术指标）。

电容、电阻、电位器若干；或自
备元器件。

直流电源±12V，或自备电源。

可用仪器：示波器，万用表，毫伏表
要求完成的主要任务:
（1）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、装配与调试。

（2）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。

计算电路元件参数与元件选择、并画出总体电路原理
图，阐述基本原理。

（选做：用PSPICE或EWB软件完成仿真）
③安装调试并按规定格式写出课程设计报告书。

时间安排：
1、年月日集中，作课设具体实施计划与课程设计报告格式的要求说明。

2、年月日，查阅相关资料，学习电路的工作原理。

2、年月日至年月日，方案选择和电路设计。

2、年月日至年月日，电路调试和设计说明书撰写。

3、年月日上交课程设计成果及报告，同时进行答辩。

指导教师签名：年月日
系主任（或责任教师）签名：年月日
摘要
本文设计的高保真音频功率放大器，带八欧负载，输出功率可达10W，整体电路分为四级：电源、前置放大电路、音调调节电路、功率放大电路；正负电源用7815和7915设计，前置放大和音调调节电路用NE5532设计，功率放大电路用TDA2030设计，制作和调试后，各项指标已实现。

关键字：音频功率放大器，音调调节，TDA2030，NE5532。

目录
1设计内容及技术参数指标 (4)
1.1设计内容 (4)
1.2设计要求和技术参数 (4)
2方案论证及电路框图 (4)
2.1方案论证 (4)
2.2电路框图 (4)
3单元模块设计与参数计算 (5)
3.1电源模块 (5)
3.2前置放大电路 (6)
3.2.1设计的必要性 (6)
3.2.2芯片选择 (6)
3.3音调调节电路 (7)
3.3.1功能 (7)
3.3.2电路 (7)
3.3.3原理说明 (7)
3.4功率放大电路 (8)
3.4.1方案选择 (8)
3.4.2原理说明 (9)
4 PCB电路板制作和焊接 (9)
4.1原理图设计 (9)
4.2 PCB设计 (9)
4.3 PCB板制作 (9)
4.4焊接 (9)
5安装与调试 (10)
5.1分级测试 (10)
5.1.1前置放大级 (10)
5.1.2音调调节级 (10)
5.1.3功率放大级 (10)
5.2联调 (10)
5.2.1通频带测试 (10)
5.2.2计算 (11)
6总结 (12)
附录1完整电路图 (13)
附录2元件清单 (13)
1设计内容及技术参数指标
1.1设计内容
本次课程设计内容为设计一个高保真音频功率放大器。

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、装配与调试。

1.2设计要求和技术参数
①输出功率10W/8Ω；
②频率响应20~20KHz；
③效率>60﹪；
④失真小。

2方案论证及电路框图
2.1方案论证
对高保真音频功率放大器可选以下方案:
方案一：无输出耦合电容的分立元件低功放
分立元件低功放可分输入级,偏置中间级和功率输出级三部分组成。

为保证低频响应电路中采用直接耦合。

采用基极分压式射极偏置电路，这对提高线性，降低波形失真起到很大的作用。

末级输出电路工作在甲乙类状态，这既保证了线性不失真放大，又可使效率达到指标。

方案二：直接耦合集成功放电路
利用集成运放搭建输入级，中间级和输出级。

优点是采用集成功放，电路总体噪声小，可操作性好。

方案选择：
对于这两种方案均可达到实验目的要求,但对于实际操作性和简易复杂度,以及成本高低，信号失真度选择方案二更优越一些。

2.2电路框图
本设计采用四级电路完成设计目标，分别为电源，前置放大电路，音调调节电路，功
率放大电路，总体模块如图2.2所示。

图2.2 总体方案设计
3单元模块设计与参数计算
3.1电源模块
根据输出功率，决定采用正负15V电源供电，这里采用常用线性稳压芯片7815和7915【1】设计，输出稳定，文波小。

电路图如图3.1所示。

图3.1 电源电路图
本课程设计重点在于功率放大的实现，因此电源部分不做详细分析。

3.2前置放大电路
3.2.1设计的必要性
输入音频信号的幅值约为5mV ，输出功率要求10W ，输出幅值约为10V ，放大倍数约为2000，而功率放大电路主要提高带负载能力，其放大倍数有限，因此必须设计前置放大电路。

3.2.2芯片选择
作为音频前置放大，主要完成对一定频率范围内信号的放大，要求芯片的增益带宽积
【2】要大，信号失真度小，噪声小，本身功耗低，经选择查找本设计采用NE5532实现前置放大，NE5532主要参数如下：
供电电压 VCC ±3～±20V
增益带宽积 10Hz
噪声Vn Hz nV 5
以上参数满足要求。

设计电路如图3.2.2所示
图3.2.2 前置放大电路 NE5532构成反相比例放大器，放大倍数为：
i
p v -A R R 放大倍数1～50可调。

3.3音调调节电路
3.3.1功能
音乐的高音低音，主要是信号频率不同，该电路可以实现对不同频率信号的衰减和放大，具有高音调节和低音调节的功能。

3.3.2电路
该电路由运放NE5532和RC滤波网络【3】构成，电图如图3.3.2所示。

图3.3.2 音调调节电路
3.3.3原理说明
图3.3.2所示为负反馈式高低音调节的音调控制电路。

该电路调试方便、信噪比高，目前大多数的普及型功放都采用这种电路。

图中C2、C3的容量大于C4、C5，对于低音信号C2与C3可视为开路，而对于高音信号C4、C5可视为短路。

低音调节时，当R4滑臂到左端时，C2被短路，C3对低音信号容抗很大，可视为开路；低音信号经过R5、R7直接送入运放，输入量最大；而低音输出则经过R6、R4、R7负反馈送入运放，负反馈量最小，因而低音提升最大；当R4滑臂到右端时，则刚好与上述情形相反，因而低音衰减最大。

不论R4的滑臂怎样滑动，因为C2、C3对高音信号可视为是短路的，所以此时对高音信号无任何影响。

高音调节时，当R9滑臂到左端时，因C4、C5对高音信号可视为短路，高音信号经过R8、C4直接送入运放，输入量最大；而高音输出则经过R8、R9、C5负反馈送入运放，负反馈量最小，因而高音提升最大；当R9滑臂到右端时，则刚好相反，因而高音衰减最大。

不论R9的滑臂怎样滑动，因为C4、C5对中低音信号可视为是开路的，所以此时对
中低音信号无任何影响。

普及型功放一般都使用这种音调处理电路。

使用时必须注意的是，为避免前级电路对音调调节的影响，接入的前级电路的输出阻抗必需尽可能地小，应与本级电路输入阻抗互相匹配【4】，或本级输入电阻尽可能大。

3.4功率放大电路
3.4.1方案选择
由于集成功率放大器使用和调试方便、体积小、重量轻、成本低、温度稳定性好、功耗低、电源利用率高、失真小，具有过流保护、过热保护、过压保护及自启动、消噪等功能，所以使用非常广泛。

TDA2030/2030A集成功放【5】，具有输出功率大、谐波失真小、内部设有过热保护，外围电路简单，但在实际使用的过程中一定要注意，加上散热片，否则，TDA2030很快就会由于温度过高而停止工作！
如图3.4.1(a)、3.4.1(b)所示，TDA2030在双电源供电时有两种连接电路OCL电路和BTL电路，当供电电压为±16V，R L=8Ω时，OCL最大输出功率为11W，BTL最大输出功率为34W，为满足设计要求，采用BTL电路【6】。

图3.4.1(a) OCL电路图3.4.1(b) BTL电路
3.4.2原理说明
同OCL相比，同样是双电源供电，在V CC和R L相同条件下，BTL电路输出功率为OCL电路输出功率的4倍【7】，电源利用率高，BTL电路的效率在理想情况下，约为78.5%，本级电路的电压放大倍数约为40，与前置放大电路配合，总的电压放大倍数为2000，可满足要求。

4 PCB电路板制作和焊接
利用Altium Designer进行原理图设计和PCB设计
4.1原理图设计
原理图设计包括元件符号的制作和元件电气连接，注意事项，每个元件都要有唯一不同于其他元件的识别号，若该元件有数值在原理图中应标识，原理图和PCB布线当较复杂时应模块化制作，每一个模块注意设计电源接口、输入接口和输出接口。

4.2 PCB设计
PCB设计包括元件封装制作和布线，制作元件封装时注意封装尺寸规格和元件实际尺寸规格一致，特别是引脚标号和顺序，平时要制作和积累一些常用的元件封装，布线时，首先要设置布线规则，包括最小间距、线宽、孔径，两项制造规则，然后根据需要和原理图摆放元件位置，尽可能的不跳线，最后布线。

所有布线完成后，注意对电路板进行必要的标识，如电路板功能，电源正负极、输入、输出。

PCB设计完成后，要虚拟打印成PDF，先设置好打印比例，打印层次，过孔，镜像，再打印。

4.3 PCB板制作
从设计好的PCB图到实际PCB电路板需要经过：打印、转印、腐蚀、上锡、打孔五个步骤，分别用到打印机、转印纸、覆铜板、塑封机、盐酸和双氧水、焊台、钻孔机。

注意事项，转印前，要对覆铜板进行打磨，塑封时要预热，注意温度在250摄氏度，腐蚀注意腐蚀度，上锡注意平滑度，打孔注意准确度。

4.4焊接
注意不要虚焊。

5安装与调试
5.1分级测试
5.1.1前置放大级
测试结果：
通频带5Hz～500KHz
最大输出幅值14.8Ｖ
放大倍数1～50
正常工作时的供电电压±4V～±20V
5.1.2音调调节级
测试结果：
调节R4和R9明显可改变对不同频率(5Hz～200KHz)信号的衰减和提升
最大输出幅值14.6V
放大倍数0.6～1.8
正常工作时的供电电压±1.7～±20V
5.1.3功率放大级
测试结果：
通频带15Hz～200K
最大输出幅值14V
放大倍数1～40
正常工作时的供电电压±2.3～±18V
5.2联调
5.2.1通频带测试
测试条件：音调调节电路对不同频率的信号放大倍数【8】不同，因此其通频带没有意义，测试时前级放大电路直接与功率输出级相连。

其中V CC=±15V，总放大倍数为30，空载，输入V PP=200mV。

测试记录数据如表5.2.1所示。

测试电路如图5.2.1所示。

图5.2.1 通频带测试电路
5.2.2计算
根据以上测试结果可得：
1）电源电压V CC ±15V 2）最大输出幅值V OM 14V 3）负载R L 8Ω 计算： 最大输出功率：
W R V p L
OM 25.1222OM
==
最大转换效率：
%3.734===
CC
OM
V O V V P P πη
总的测试结果：
通频带15Hz～50KHz
最大输出幅值14V
放大倍数1～200以上
正常工作时的供电电压±4～±18V
最大输出功率12.25W
效率73.3%
完全满足课程设计要求。

6总结
从接触这个课程设计开始，到作品完成，最后写报告，前前后后，断断续续大概有两个月的时间，在这段时间里，感触最深的是对电路的理解和分析，在制作的过程中，实践告诉我，理论知识很重要，很多测试调试都要有理论依据，特别是模电这门课的学习，给了我很大帮助，在实践中我学到了很多，对知识也有了更深的理解，感谢老师，同学，在这段时间里，他们给了我很多的帮助，也给了我很多启发，让我能很好的完成课程设计，也感谢这样一门课程设计，给了我们锻炼，成长的机会。

参考文献：
【1】吴友宇编. 模拟电子技术基础. 北京：清华大学出版社，2009
【2】童诗白编. 模拟电子技术基础（第三版）. 北京：高等教育出版社，2001
【3】杨欣编. 电子设计从零开始. 北京：清华大学出版社，2010
【4】王远编, 模拟电子技术. 北京：机械工业出版社，1994
【5】邱关源编. 电路. 北京：高等教育出版社，1988
【6】李永平编. 电路设计实用教程. 北京：国防工业出版社，2004
【7】刘岚编. 电路分析基础. 北京：高等教育出版社，2009
【8】铃木雅臣编周南生译. 晶体管电路设计. 北京：科学出版社，2004
附录1完整电路图
附录2元件清单
本科生课程设计成绩评定表
指导教师签字：年月日。