音频功率放大电路设计模拟电子技术

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课程设计说明书

题目：音频功率放大电路设计

课程名称：模拟电子技术

学院：电子信息与电气工程学院

学生姓名：

学号：

专业班级：

指导教师：

2014年6月7 日

课程设计任务书

音频功率放大电路设计

摘要：设计了一个音频功率放大电路，该电路具有音频功率放大和高低音调节功能。电路由前置电压放大级，音调控制级，功率放大级三部分组成。其中前置电压放大级由NE5532P组成的反相比例运算电路来实现，前置放大器主要负责信号的电压放大。音调控制级由阻容网络组成的RC型负反馈音调控制电路来实现，音调控制电路主要负责音调调节等功能。功率放大级由集成功率器件TDA2030A连成OCL双电源电路来实现。功率放大级主要负责将从音调控制级输出的信号进行电流放大，然后驱动喇叭工作。TDA2030A具有体积小，输出功率大，失真小等特点，内含多种保护电路，工作安全可靠性高。

关键词：音频放大；功率放大；音调调节；集成器件

目录

1. 设计背景 (1)

1.1 课程设计 (1)

1.2 功率放大电路概述 (1)

2. 设计方案 (1)

3. 方案实施 (3)

3.1 电路图设计 (3)

3.2 电路图仿真 (7)

3.3画原理图 (9)

3.4 PCB制作 (9)

4. 安装调试 (9)

5. 结果与结论 (10)

5.1 结果 (10)

5.2 结论 (11)

6. 收获与致谢 (11)

7. 参考文献 (12)

8. 附件 (12)

8. 1 电路仿真图 (12)

8.2 电路原理图 (13)

8.3 PCB布线图 (14)

8.4 元器件清单 (15)

1. 设计背景

1.1 课程设计

这学期学习了模拟电子技术基础和数字电子技术这两门课。模拟电子技术基础这门课程主要讲了常见半导体器件，各种放大电路及其频响和反馈，信号的运算和处理，波形的发生和信号转换，功率放大电路和直流电源等。学过之后为加强我们的实际操作能力，学校要求我们完成一次课程设计任务。我们计划设计一个音频功率放大电路。它能够很好的应用到我们所学有关功率放大这节内容。

1.2 功率放大电路概述

能够向负载提供足够信号功率的放大电路称为功率放大电路。功率放大器的作用是给负载RL（扬声器）提供一定的输出功率。当负载一定时，希望输出的功率尽可能大，输出的信号的非线性失真尽可能小，效率尽可能高。功率放大器的常见电路形式有OTL 电路和OCL电路。有用集成运算放大器和晶体管组成的功率放大器，也有专门的集成功率放大器。从能量的控制和转换的角度看，功率放大电路与其他放大电路在本质上没有根本的区别：只是功放既不是单纯追求输出高电压，也不是单纯追求输出大电流，而是追求在电源电压确定的情况下，输出尽可能大的功率。功放的主要技术指标为最大输出功率和转换效率。在电源电压确定后，输出尽可能大的功率和提高转换效率始终是功放研究的主要问题。因而围绕这连个性能指标的改善，可组成不同电路形式的功放。

2. 设计方案

本次课程设计要求制作一个带有高低音调节功能的音频功率放大电路，额定输出功率为4W，带宽为50Hz~15KHz，输入阻抗大于100KΩ，可以在Multisim仿真软件上进行测试。音频功率放大器是一种应用广泛、实用性强的电子音响设备，作用是将声音源输入的信号进行放大，然后输出驱动扬声器发出声音。声音源的种类有很多种，故输出信号的电压差别很大，从零点几毫伏到几百毫伏。一般动率放大器的输入灵敏度是一定的，这些不同的声音源信号如果直接输入到功率放大器的话，对于输入信号过低的，功率放大器功率输出不足，不能充分发挥功放的作用；假如输入信号的幅值过大，功率放大器的输出信号将严重过载失真。这样就失去了音频放大的意义了，所以一个实用的音

频功率放大系统必须设置前置放大器，以便使放大器适应不同的输入信号，或放大，或衰减，或进行阻抗变换，使其与功率放大器的输入灵敏度相匹配。

在音频功放电路中，需要体现的是电路的功率放大功能。然而实际中却有许多噪音，且输入信号电压较小，所以所设计电路第一级应当进行电压放大，并能够消除噪音，所以采用了前置放大电路。前置放大电路可以由分立元件组成，也可由集成运放放大电路组成。但分立元件组成的放大电路结构复杂，而集成运放放大电路设计简便，易于实施。因此前置放大电路计划用集成运放NE5532P 来实现。由于电路要求要能够进行高低音调节，因而采用了音调控制电路。而常用的音调控制电路有三种形式，一是衰减式RC 音调控制电路，其调节范围宽，但容易产生失真；另一种是反馈型音调控制电路，其调节范围小一些，但失真小，而且电路简便易行；第三种是混合式音调控制电路，但其电路复杂，多用于高级收录机。结合本次课程设计要求，决定采用衰减式RC 音调控制电路。经过了前两极，第三极要进行功率放大，所以采用了功率放大电路。功率放大有两种方案。一可以由三极管与电容组成的复合管放大电路来实现，但这种设计电路结构复杂，二可以由集成功率器件TDA2030A 来实现，TDA2030A 是一块性能十分优良的功率放大电路，其主要特点是上升速率高、瞬态互调失真小，输出功率大，保护性能比较完善，并且外围电路简单，使用方便。所以决定采用集成功率器件TDA2030A 来实现功率放大。结合以上，本课程设计中采用由NE5532P 组成的前置放大电路放大器，由阻容网络组成的RC 型负反馈音调控制电路，由集成功率器件TDA2030A 连成OCL 电路的功率放大级。其基本设计路线如图1所示。

图1 基本设计路线图

3. 方案实施

3.1 电路图设计

1.前置放大电路

由NE5532P 组成的前置放大电路是一个反相输入比例放大器，电路理想闭环电压增益 13R R A u -=。此级计划的放大倍数为5.1倍，因此电阻R3采用510K 电阻，R1采用100K 电阻。在如图2所示的前置放大电路中，电阻R1的值就是输入电阻R 的值，所以R=100k 。同时反馈电阻 R3和R1的比值就是放大倍数。减小R1的值可以提高放大倍数，但同时也降低了输入电阻，因此在实际电路设计中，电阻R3和R1的取值需要折衷考虑。音频放大电路的增益是很高的，所以扩音机的前置放大器的性能主要取决于噪声。为了减小前置级放大器的噪声，第一级要选用低噪声的运放。

图2前置放大电路

2.音调控制电路

音调控制电路中采用了由阻容网络组成的RC 型负反馈音调控制电路。其音调控制电路图如图3所示。它是通过不同的负反馈网络和输入网络造成放大器闭环放大倍数随信号频率不同而改变，从而达到音调控制的目的。电路图中电位器Rp1是低音调节电位器，Rp2是高音调节电位器，电容C12是音频信号输入耦合电容，电容C2、C3是低音提升和衰减电容。