模电课程设计论文-音频功放电路

第一篇：模电课程设计论文-音频功放电路

序

号

课 程 论 文

课程名称 论文题目 学 院 专业班级 学 号 姓 名 联系方式

模电课程设计 音频功率放大电路

2013 年 6 月 10 日

一、设计题目：

音频功率放大电路

二、设计任务与要求：

要求：设计并制作用晶体管和集成运算放大器组成的音频功率放大电路，负载为扬声器，阻抗8。

指标：频带宽50HZ～20kHZ，输出波形基本不失真；电路输出功率大于8W；输入灵敏度为100mV，输入阻抗不低于47K。

三、原理电路设计：

根据题目要求“用晶体管和集成运放设计音频功率放大路” 得知要用晶体管和集成运放来完成设计。因此我选择用集成运放组成前级放大电路，用晶体管组成后级放大电路，前级放大电路主要实现电压放大，后级主要实现电流放大。

前级放大蒂电路必须由低噪声、高保真、高增益、快响应、宽带音响集成电路构成。符合上诉条件的集成电路有：M5212、NE5532、NE5534等，本系统选择NE5532，因为众多的运放相比，NE5532具有高精度、低噪音、高阻抗、宽频带等优良性能，被称为“运放之皇”。这种运放的高转速可大大改善电路瞬态性能，较宽的带宽能保证信号在低、中、高频段均能不失真输出，使电路的整体指标大大提高。

后级放大电路采用AB推免放大电路，因为推免放大电路可以有效消除交越失真。而AB推免放大电路主要有OTL和OCL，本设计选择OCL电路，因为OCL电路的低频特性比OTL电路好。再者考虑到功率放大对功率要求较高，所以在OCL电路的基础上采用复合管形式。

整体电路如下，元件：

NE5532

晶体管： BC547

BC557

TIP41 TIP42

电阻：

3K

4.7K

300K

260K

电容：

470u（有极性）

100u（有极性）

100n 电位器：

10K

二极管

1N4148

元件的选择：

TIP41、TIP42最大Ic为6A，功率65W符合电路要求。R7与C2有相位补偿作用。电容C1、C5可以避免电源的自激荡。R3与D1组成偏置电路。NE5532的输出端通过R10与NE5532的反相输入端相接组成负反馈，调节电压放大倍数。

四、电路测试：

输出不失真波形：

频带宽：1.639Hz~55.69KHz，符合题目要求。

最大不失真输出电压时波形：

如图，峰峰值为21.932V，根据,Uo为峰峰值，得最大输出功率为15.03W符合题目要求。

通过实验教程的方法测得输入阻抗为50.009千欧，符合输入阻抗要求。

实际测量：

如图，最大峰峰值为24V，基本符合输出功率大于8W要求。

五、总结

优点：

1、采用NE5532集成运放和晶体管来制作，完全符合题意。采用运放之皇NE5532，能大大改善指标。

2、采用OCL电路，可以消除交越失真，且采用复合管形式，可以提高电流放大系数。

3、频带宽大。

4、电路布局合理，无外接电线，整体性好。缺点：

1、输出功率不够大。

2、电路发热较厉害，传输效率低。

3、电路较复杂，成本偏高。改进：

1、针对输出功率不够，考虑换成TDA2030来组成前级放大。

2、为电路加保护电路，在NE5532的电源端加二极管进行保护。心得体会：

通过这次课程设计使我进一步学习了相关的模电知识，加深了对课本知识的印象，意义重大。通过课程设计让我学到了很多课本上学不到的知识，开阔了我的眼界，掌握了一些作为电子专业学生所必须的技能。通过焊接电路板使我的焊接技术得到了提高，让我懂得如何合理地布线，如何使得电路板看起来更美观。在设计过程中让我体会到做什么事情都要有耐心、有恒心，要学会坚持，不能怕麻烦，要有越挫越勇的精神，更重要的是要对自己有信心。当然通过这次课程设计我也发现了自己很多的不足，比如总是拘于一下无关紧要的小节问题，导致我的进程很慢，还发现自己缺乏钻研精神，有时做事马虎等。总之，通过这次课程设计我受益匪浅，不过有点遗憾的是自己的作品不理想，性能指标不够，不管怎样我还是学到了很多东西。

六、参考资料：

1、童诗白、华成英，《模拟电子技术基础》

2、康华光，《电子技术基础》模拟部分

3、赵淑范

王宪伟，《电子技术实验与课程设计》 百度网站、电子发烧友、豆丁网等相关网站

第二篇：模电课程设计仿真 音频放大电路

电子科技大学

设计题目：学生姓名：教师姓名：《模拟电路基础》电子线路应用设计报告

功率放大电路 学号：

日期： 2016.12.27

1、设计任务

设计要求：设计并制作用晶体管和集成运算放大器组成的音频功率放大电路，负载为扬声器，阻抗RL=8Ω。

性能指标：频率：20Hz～20kHz 输出功率：≥8W 放大倍数：30dB 失真：≤10%

2、电路原理

2.1 电路整体方案 2.1.1 方案的确定及论证

一、OCL互补对称功率放大器

图 2.1.1-1 OCL电路

如图所示放大电路是由两个射极输出器组成的，T1和T2分别为NPN型管和PNP型管，两管的材料和参数相同（即特性对称），且电源由对称的双电源+VCC和-VCC提供。

图中，两管基极没有偏置电流，静态损耗为0，电路工作在乙类状态，信号从基极输人，从射极输出，RL为负载，输出端没有耦合电容。所以，把图4-35所示的电路称为无输出电容的功率放大电路，简称OCL电路。静态时，UEQ＝UBQ＝0 输入电压的正半周：＋VCC→T1→RL→地 输入电压的负半周：地→RL→T2→－VCC OCL电路的输出功率的计算公式如下：

最大输出功率：

转换效率：

二、用集成器件实现

TDA2030集成功放芯片：

TDA2030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。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。

图 2.1.1-2 TDA2030芯片

TDA2030管脚功能： 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。

图 2.1.1-3 TDA2030芯片

图 2.1.1-4 TDA2030典型参数

TDA2030特点: 1.开机冲击极小。2.外接元件非常少。

3.TDA2030输出功率大，Po=18W(RL=4Ω)。4.采用超小型封装(TO-220),可提高组装密度。

5.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。

6．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%。

运用集成芯片TDA2030完成音频功率放大电路的设计，能够更好地达到设计任务和要求。2.1.2 整体电路

整体电路设计：使用TDA2030加少量外围元件，输入端使用高通滤波。

图 2.1.2-1 音频功放电路

2.2 各部分电路原理

一、输入部分

图 2.2-1 输入部分电路

R3是直流平衡电阻，同时与C3构成高通响应，用以滤除低频信号。

二、放大部分

图 2.2-2 放大部分电路

R1、R2和C2构成负反馈电路，决定电路的电压增益及低端截止频率。Au=R1/R2

三、输出部分

输出部分负载为扬声器，阻抗RL=8Ω。

四、保护部分

图 2.2-3 保护部分电路

R4和C7可以稳定频率，防止电路自激。D1、D2用以保护集成块 2.3 电路参数选择依据

阐述电路整体方案、各部分电路原理和电路参数选择依据

3、电路仿真和结果

根据要求，仿真软件选用multisim，在软件中连接电路如图4.1所示：

图 3-1 电路仿真图

一、波特图输出

图 3-2 波特图

由图可以看出，其仿真的结果，在20Hz-20kHz内中后段的波形放大能力基本保持不变化，且放大倍数约为30dB。符合题目要求。

二、输出功率

图 3-3 输出回路上探针数据 图 3-4 输出功率图

输出功率为8.662W，≥8W，满足要求。

三、失真分析

图 3-5 失真分析图

失真为0.014%，≤10%。满足要求。

选择的器件及其参数

给出部分和整体电路仿真截图，给出仿真结果及结论。

4、电路加工及测试（可选）

阐述制作电路（画图、焊接）的过程及注意事项，给出PCB版图、实物图。阐明所用的测试仪表、测试方法，给出测试结果。在最后，针对这次DIY，也有些收获和感悟。其中最重要的一点就是功放单点接地的问题！一定得慎之慎之处理处理不好功放会有底噪。

图中R1、R2是输入落地电阻，C2是直流反馈电容，接地点是小信号地，标记为蓝色，；C3、C4、C6、C7是退耦电容，接地端标记为红色，属电源地。正确的接地方式为：三个小信号接地点可混合在一条地线上，四个电源地汇集为另一条地线，电源地与小信号地在总接地点处汇合，除总接地点外，两种地不得有其他连通点。

5、问题解答

1、为什么共射放大电路不宜用作功率放大电路？

共射主要用于放大电压信号，其输出功率和效率都很低；而功放不仅需要有放大的电压信号，还需要有放大的电流信号，只有电压信号和电流信号都足够大，才能满足功放的要求，所以共射放大不宜用作功率放大电路。

2、TDA2030使用时对电路有什么要求？ TD2030使用时类似于集成运放，需要用负反馈电路。

3、如何实现电路的实物制作？

根据电路图绘制PCB→将PCB文件导出为PDF文档格式，采用1：1导出→将PDF打印到菲林上，采用实际大小打印→将打印好PCB菲林平铺在感光板上，准备曝光→用11W的日光台灯曝光约15分钟→曝光完毕后用显影液进行显影→准备好腐蚀溶液进行腐蚀→腐蚀结束，钻孔，准备焊接→焊接元件

6、总结

通过此次的课程设计，我增进了对功率放大电路的了解、掌握了音频功率放大电路的基本设计方法，对于仿真软件Multisim也用得更加得心应手，此外我还新学会了利用软件Altium Designer绘出PCB版图。同时对于模电的课程的内容也有了更加深刻的认识。

电子设计和需要扎实的理论基本功，同时也需要有一定的动手能力。理论加上实践，才能做等更好。

从选择题目到开始着手去做，我才发现自己的模电知识掌握得并不牢固，于是花了很多时间去读教材相关内容，包括基本放大电路的知识，多级放大器，放大电路的反馈和功率放大器等章节，总算是有了大概的想法和思路。而后便查阅各种论文和书籍资料，浏览各样的电子、电工论坛，看到别人的一些见解和讨论，启发了我的思路。最终发现了TDA2030的集成运放具有很大的优点，便想用集成运放来实现。我选择了TDA2030典型电路中的双电源电路来实现，并揣摩该电路的设计思路和意图，最终看出了其中的道理。之后便是应用仿真软件来实现。

制作实物电路图又是一次挑战。首先我询问了一些搞电子设计的同学如何实现实物，得知要先绘出PCB布线再印制、最终把元件焊上去并调试。软件Altium Designer的使用对我来说又是一项新鲜事物，我不断尝试，学会了如何利用软件布线。学校开放实验室给了我们很大的支持和鼓励，元件的找寻以及板子的印制都不再成为困扰我们的问题。我在没课的时候就呆在那里焊板子，最终做出了实物。

虽然我做出来的电路满足了设计要求，但是我仍觉得有些遗憾，那就是这个电路图我是直接用的TDA2030典型电路，并没有在此基础上做什么改进和变化。我想，以后我要更加注重模电这样的课程的学习，掌握扎实的基础，才有创新思考的能力。同时我也认识到，电子设计也需要有一定的动手能力。理论加上实践，才能做得更好。

电路设计、仿真、加工、测试过程中的收获和体会，对课程的理解，对实际电路的认识等等。

说明：正文小四号宋体。图表采用五号宋体，图表分别按顺序编号。

表1 选用的元器件型号和数量 图1 xxx仿真电路图

参考文献

[1].[2].[3].[4].童诗白，华成英.模拟电子技术基础[M].第四版.北京：高等教育出版社，2006.周文.浅谈TDA2030集成音频功率放大器的制作[J].课程教育研究,2013，(2).朱李明.线性集成电路——TDA2030A[J].集成电路应用，1986,(3).张燕玉，陈国志.实用OCL集成音频功率放大器的分析方法[J].科技资讯，2010，(3).[5].芮新芳，朱朝霞，牛耀国.使用Altium Designer Winter 09设计印刷电路板之常见问题及使用技巧[J].电脑与电信,2011，(9).[6].吴中华.Altium Designer 10使用快速入门[J].电子制作,2012，(6).

第三篇：音频功放电路教学项目设计

音频功放电路教学项目设计

韩焰林

广州城建职业学院

摘要：配合音频技术实践教学及培养学生工程实践能力的要求，设计以TDA7250为核心的音频功放电路实习制作项目，并介绍音频功放制作实践教学流程，教学思路及达到的教学效果。

关键词：电子实习、音频功放、实践教学

1．1实践教学是现代高职教育的一项重要的教学内容。其中电子技术专业的学生将会在不同的学习阶段开展相应的电子制作实践。而对于音频技术的课程，我们教学过程中须设计出合适的电子制作实践的项目。选择合适的电子产品须具备以下条件：1.趣味性较强，能引起学生的制作及学习电路知识的兴趣；2.关联知识强，能让学生的理论知识在此项目中体现。3.具备一定难度的电路满足焊接技术及装配，调试实践的要求。4.项目的可伸缩调整性，以满足不同基础学生的需要。

1．2通常电子实习产品采用购买配套的元件和电路板装配。更多注重产品焊接，装配过程，而不重视产品的电路设计、调试和检验，忽略对相关领域知识的了解，特别在产品的设计和开发能力上缺乏锻炼。因此选择合适的实习制作产品就成为提高实践教学效果的关键。2．1音频功放电路介绍：

TDA7250为SGS-THOMSON公司出品的一款功放驱动IC，它的特性如下：

•支持电压范围宽：2V-90V（±10V-±45V）；

•具有不需要温度补偿的零漂控制电路；

•功率晶体管过流保护；

•静噪/待机功能；

•耗电量少；

•低谐波失真：PO=40W、fo=1KHz时谐波失真=0.004% •输出功率60W/8Ω、100W/4Ω。具体电路原理图如下：

2．2信号处理：音频信号CH1经C1后送入TDA7250的2脚入，经过处理再分别由18、19脚送至后级功放电路。而CH2经C2后送入TDA7250的9脚入，经过处理再分别由12、13脚送至后级功放电路。后级的TIP147和TIP142放大后送至60W的电动式扬声器。

2．3辅助电路：TDA7250的3脚为CH1的静态电流控制，CH2对应的为8脚，它们均需要接4.7µ电容。电容作为积分电路，保证在无信号输入时的静态驱动。而15脚是双声道输入音频对应的下拉接地处理电路。要求经22µ电容和10K电阻后接地。过流保护原理是检测电阻R11、R12、R13、R14的电压。当晶体管的过流时，根据U=I•R，得出电阻的端电压随之增加，到达一定的电压后，TDA7250就将晶体管基极的电压置零，从而达到晶体管过流保护的作用。3．1实践内容拓展：

3．1．1本电路可以根据学生的基础进行内容调整。如果学生的基础不理想，或学生实践的教学时间不够，可以考虑由原双声道的电路调整为单声道电路，可以省去其中一声道的电路焊接。如将CH2省略，可以不接TDA7250的9脚，12、13脚的电路。以及辅助的8脚静态电流控制电路。此方案要注意不可省略14脚接V+和7脚接V-电源电路，否则电路将进入过流保护的工作状态。

3．1．2当学生基础比较理想时，可以增加学生做相匹配的电源电路。如此可以形成一个完整的功放电路产品。但做电源时要注意提醒学生要实现正负电源，若采用集成稳压电源78和79系列芯片时，78系列和79系列管脚的排列方式的不同。还要特别注意采用大容量的电解电容时，使用电容的极性要正确，以防电容爆炸的情况发生。

3．1．3如果参与音频功放电路实践的学生已经学过电子CAD课程，应该要求其用计算机辅助设计软件如protel DXP等软件进行线路布线。在采用计算机辅助设计时强调在地线、电源及涉及大电流的电路中要注意对线路进行加粗处理等细节，以保证能符合音频功放的稳定可靠工作。有条件，可以将设计线路优秀学生作品送到工厂加工，起到示范作用。3．2电路调试过程： 3．2．1学生焊接时技术参差不齐，在调试过程中将会发生很多意想不的结果，实践教学过程中可让学生组成5至10人的小组。将基础比较好的学生分到各小组作为小组负责人，要求电路出现的问题时先在小组内部讨论解决，增强学生的团队合作意识。实践指导教师此时可以作为技术顾问的形式参与指导。

3.2.2在调试中比较常遇见的情况有通电时电源输入的电流过大。此时要分几种情况来处理。首先在遇到电源大电流时要及时断电。否则有可能会烧掉TDA7250芯片，在断电后仔细检查学生是否有电路焊错的情况出现，其次要检查是否有开路的情况出现，特别是TDA7250的17、4以及7、14脚是否开路。因为此时开路会导致进入过流保护状态，即看到的结果也会是电源输入是电流过大。所以遇到电流过大时不能简单判断为短路导致。

3．2．3调试中可能会遇到部分学生出现电流过小的情况，此时检查重点应注意是否其电路有开路的情况。还有虚焊也比较容易导致电流过小。因为部分学生的2焊接技术不理想，一般在线路焊接时建议其使用单支在0.1mm 铜线走线，辅以焊锡固定。此方案能比较理想解决线路虚焊的问题。4．教学效果

我们在2009年开始在音频技术的课程实践教学中引入以TDA7250为核心的电路，并于2010年要求部分班级用protel DXP软件辅助设计PCB布线。参与实践的学生90%以上都能最终调试出来。且让学生自己的MP3参与播放音乐，将大了趣味性，大大激发了学生自主学习和设计创新的积极性。当看到自己的作品能最终播放出音乐，也很有成就感。而各小组遇到电路故障时也能积极讨论，并由基础好的同学带领下最终解决各种难题，训练了大家的团队合作的精神。通过音频电路的实践，达到了比较理想的教学效果：学到了新知识，锻炼了电子专业基础技能，培养了学习兴趣和创新能力。充分运用合理的教学手段，让学生自主学习、运用所学知识分析问题并解决问题的能力，为学生接下来的毕业设计甚至将来工作打下比较理想的基础。

[参考文献] 1．沈任元，吴 勇．常用电子元器件简明手册．机械工业出版社，2000． 2．刘素芳．电子工艺与电子CAD．人民邮电出版社，2009． 3．陈桂兰．电子线路板设计与制作．人民邮电出版社，2010

作者简介：

姓名:韩焰林

性别:男

出生年月：1978年11月 学历:大学本科

职称:讲师

职务:电子信息工程系教师

职业资格:家用电子产品维修高级技师 地址：广州市从化环市东路166号广州城建职业学院

邮编：510925 联系电话：***

第四篇：模电课程设计 扩声电路

电子工程系课程设计 专业名称：课程名称：课题名称： 设计人员： 指导教师： 电子工程系 模拟电路课题设计 扩 声 电 路 年 月 日

课程设计报告书评阅页

课题名称： 班

级： 姓

名：

****年**月**日

指导教师评语：

考核成绩：

指导教师签名：

2011 年

月

日

目录

【摘要】...................................................................................................................第1节 扩声电路的设计.........................................................................................一、目的............................................................................................................二、设计任务和要求........................................................................................三、基本原理概述............................................................................................四、元器件清单................................................................................................第2节 扩声电路各单元电路设计.........................................................................一、前置放大器的设计....................................................................................二、音调控制器的设计....................................................................................三、功率输出级的设计..................................................................................第3节、调试要点.................................................................................................一.前置级调试...............................................................................................二.音调控制器调试......................................................................................三.功率放大器调试......................................................................................四.整机调试...................................................................................................附录一.....................................................................................................................附录二.....................................................................................................................附录三.....................................................................................................................心得体会.................................................................................................................参考文献:................................................................................................................

第1节 扩声电路的设计

一、目的

 掌握一些集成运放电路的使用。 掌握熟悉功率放大电路的设计。 了解什么是前置放大。

 音频控制器的设计、功率输出级的设计等模电知识。

二、设计任务和要求

 最大输出功率为8W。 负载阻抗为8Ω。

 非线性失真系数不大于3%。

 具有音频调节功能，即用两只电位器分别调节高音和低音。 输出功率的大小连续可调，即用电位器调节音量的大小。

 频率响应：当高、低音调电位器处于不提升也不衰减的位置时，-3dB的频带范围是80HZ至6kHZ。

 输入信号源为话筒输入，输入灵敏度不大于20ｍＶ。 输入阻抗不小于50KΩ

 输入端短路时，噪声输出电压的有效值不超过10mV，直流输出电压不超过50mV，静态电源电流不超过100mV。

三、基本原理概述

扩声电路实际上是一个典型的多级放大器。其原理如下图所示。前置放大主要完成对小信号的放大，一般要求输入高阻抗，输出低阻抗，频带要宽，噪声要小；音频控制主要实现对输入信号高、低音的提升和衰减；功率放大器决定了整机的输出功率、非线性失真系数等指标，要求效率高、输出功率大。设计时首先根据技术指标要求，对整机电路做出适当安排，确定各级的增益分配，然后对各级电路进行具体的设计。

因为P0max=8W，所以此时的输出电压U0=。要使输入为5mV的信号放大到输出的8V，所需要的总放大倍数为

Au=u0/ui=8V/5mV=1600

三、元器件清单

元器件名称

LF353 三极管 三极管 三极管 二极管 电解电容 电解电容 电解电容 电解电容

参数

9013 9015 3DD01 IN4148 10uF 100uF 0.01uF 4.7uF

数量 2 1 1 2 2 2 3 2 1 元器件名称

电阻

电阻

电阻

电阻

电阻

电阻

电阻

电阻

电阻

参数 100KΩ 10KΩ 22KΩ 51KΩ 18KΩ 15kΩ 1kΩ 11KΩ 30Ω

音频控制器的设计主要是根据转折频率的不同来选择电位器、电阻及电容参数。

（1）低频工作时元器件参数的计算。音频控制器工作在地音频时（即f

本设计要求中频增益为Ao=1（0dB），且正在100Hz处有±12dB的调节范围。故当增益为0dB时，对应的转折频率为400Hz（因为从2dB到0dB对应两个倍频程，所以对应频率是2X2X100Hz=400Hz），该频率既是中音下限频率fL2=400Hz。最大提升增益一般取10倍，因此音调控制器的低音转折频率fL1=fL2/10=40Hz。

电阻R8，R10及RP1的取值范围一般为几千欧姆到数百欧姆。若取值过大，则运算放大器的漏电流的影响变大；若取值过小，则流入运算放大器的电流将超过其最大输出能力。这里取RP1=470KΩ。由于Ao=1。故R8=R10。又因为wL2/wL1=(RP1+R10)/R10=10,所以R8=R10=RP1/（10-1）≈52KΩ，取R9=R8=R10=51KΩ。电容C7可由式1/（2πfL1XRP1）求的：C7=0.0085uF，取0.01uF。

三、功率输出级的设计

功率输出级电路结构有许多种形式，选择由分立元器件组成的功率放大器或单片集成功率放大器均可。为了巩固在电子线路课程中所学的理论知识，这里选用集成运算放大器组成的典型OCL功率放大器，其电路如图6.10所示。其中由运算放大器组成输入电压放大驱动管，由晶体管VT1,VT2.VT3,VT4组成的复合管为功率输出级。三极管VT1与VT2都为NPN型的复合管。VT3与VT4为不同类型的晶体管，所组成的复合管导电极性由第1只管决定，为PNP型复合管。

（1）确定电源电压Vcc。功率放大器的设计要求是最大输出功率Pomax=8W。由式Pomax=1／2× 可得：uomax=√2PomaxRL。考虑到输出功率管VT2与VT4的饱和压降和发射极电阻R21与R22d的压降，电源电压常取：Vcc=（1.2～1.5）Uom。将以知参数带入上式，电源电压取±1.2V。（2）功率输出级设计：

1.输出晶体管的选择。VT1与VT4选择同类型的NPN型大功率管。其承受的量最大反向电压为Ucemax=2Vcc。每支晶体管的最大集电极电流为Icmax=Vcc／RL≈1.5A；每支晶体管的最大集电极功耗为：Pcmax=0.2Pomax=1.6W。所以，在选择功率三极管时，除应使两管B的值尽量对称外，其极限参数还应满足系列关系：V（BR）CEO﹥2Vcc，Icm﹥Icmax，Pcm﹥Pcmax。根据上式关系，选择功率三极管为3DD01。

2.复合管的选择。VT1与VT4组成复合管，他们承受的最大电压均为2Vcc，考虑到R18与R20的分流作用和晶体管的损耗，晶体管VT1与VT3的集电极功耗为：Pcmax≈（1.1～1.5）Pc2max／B2，而实际选择VT1，VT3的参数要大于其最大值。另外为了复合出互补类型的三极管，一定要使VT1,VT3互补，且要求尽可能对称性好。可选用VT1为9013，VT3选用9015.3.电阻R17～R22的估算。R18与R20用来减小复合管的穿透电流，其值太小会影响复合管的稳定性，太大又会影像输出功率，一般取R18=R20=(5～10)ri2.ri2为VT2管的输入端等效电阻，其大小可用公式ri2=rbe2+（1+B2）R21来计算，大功率管的 rbe约为10欧姆，B 为20倍。

输出功率管的发射极电阻R21与R22起到电流的负反馈作用，是电路的工作更加

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第3节、调试要点

上图为扩声电路PCB图，在调试安装前，首先将所选用的电子元器件测试一遍，以确保元器件完好。在进行元器件安装时，布局要合理，连线应尽可能短而直，所用的测量仪器也要准备好。一.前置级调试

当无输入交流信号时，用万用表分别测量LF353的输出电位，正常时应在0V 附近。若输出端滞留电流为电源电压值时，则可能运算放大器已坏或工作在开环状态。

输入端加入ui=5mV，f=1000HZ的交流信号，用示波器观察有无输出波形。如有自激震荡，应首先消除。当正常工作后。用交流毫伏表测量放大器的输出，并求其电压放大倍数。

输入信号幅值保持不变，改变其频率。测量幅频特性，并画出幅频特性曲线。二.音调控制器调试 静态测试同上

动态调试：用低频信号发生器在音调控制器输入400mV的正弦信号，保持幅值不变。将低音控制电位器调到最大提升，同时将高音控制电位器调到最大衰减，分别测量其幅频特新曲线；然后将两个电位器的位置调到相反状态，重新测试其幅频特新曲线。若不符合要求，应检查电路的连接、元器件值、输入输出耦合电容是否正确、完好。三.功率放大器调试

静态调试：首先将输入电容C8输入端对地短路，然后接通电源，用万用表测试Uo，调节电位器RP3，使输出的电位近似为0.动态调试：在输入端接入400mV。1000Hz的正弦信号，用示波器观察输出波形的失真情况，调整电位器RP3使输出波形交越失真最小。调节电位器RP4使输出电压的峰值不小于11V，以满足输出功率的要求。四.整机调试

将三级电路连接起来，在输入端连接一个话筒，此时，调节音量控制电位器RP4，应能改变音量的大小。调节高、低音控制电位器，应能明显听出高、低音调的变化。敲击电路板应无声音间断和自激现象。

附录二

扩声电路总体设计原理图，PCB图见下

附录三

3D安装原理对照图

心得体会

在本次设计的过程中，我发现很多的问题，给我的感觉就是很难，很不顺手，看似很简单的电路，要动手把它给设计出来，是很难的一件事，主要原因是我们没有经常动手设计过电路，还有资料的查找也是一大难题，这就要求我们在以后的学习中，应该注意到这一点，更重要的是我们要学会把从书本中学到的知识和实际的电路联系起来，这不论是对我们以后的就业还是学习，都会起到很大的促进和帮助，我相信，通过这次的课程设计，在下一阶段的学习中我会更加努力，力争把这门课学好，学精。同时，通过本次课程设计，巩固了我们学习过的专业知识，也使我们把理论与实践从真正意义上相结合了起来；考验了我们借助互联网络搜集、查阅相关文献资料，和组织材料的综合能力；从中可以自我测验，认识到自己哪方面有欠缺、不足，以便于在日后的学习中得以改进、提高；通过使用电路CAD 软件Protel DXP , 也让我们了解到计算机辅助设计(CAD)的智能化,有利于提高工作效率。

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第五篇：高效音频功率放大器-模电课程设计

高效音频功率放大器

一、设计任务与要求

1、设计任务

设计并制作一个高效率音频功率放大器。功率放大器的电源电压为+5V（电路其他部分的电源电压不限），负载为8Ω电阻。

2、设计要求

（1）3 dB通频带为300～3400Hz，输出正弦信号无明显失真。（2）最大不失真输出功率≥1W。

（3）输入阻抗>10kΩ，电压放大倍数1～20连续可调。

（4）低频噪声电压(20kHz以下)≤10mV，在电压放大倍数为

10、输入端对地交流短路时测量。

（5）在输出功率500mW时测量的功率放大器效率(输出功率/放大器总功耗)≥50％。

3、设计说明

（1）采用开关方式实现低频功率放大(即D类放大)是提高效率的主要途径之一，D类放大原理框图如下图所示。本设计中如果采用D类放大方式，不允许使用D类功率放大集成电路。

图1 D类放大原理框图

（2）效率计算中的放大器总功耗是指功率放大器部分的总电流乘以供电电压(+5 v)，制作时要注意便于效率测试。、（3）在整个测试过程中，要求输出波形无明显失真。

二、方案论证与比较

根据设计任务的要求，对本系统的电路的设计方案分别进行论证与比较。

1、高效率功率放大器

⑴ 高效率功放类型的选择

方案一：采用A类、B类、AB类功率放大器。这三类功放的效率均达不到题目的要求。方案二：采用D类功率放大器。D类功率放大器是用音频信号的幅度去线性调制高频脉冲的宽度，功率输出管工作在高频开关状态，通过LC低通滤波器后输出音频信号。由于输出管工作在开关状态，故具有极高的效率。理论上为100％，实际电路也可达到80％～95％，所以我们决定采用D类功率放大器。

图2 脉宽调制器电路

① 脉宽调制器(PWM)

方案一：可选用专用的脉宽调制集成块，但通常有电源电压的限制，不利于本题发挥部分的实现。

方案二：采用图2所示方式来实现。三角波产生器及比较器分别采用通用集成电路，各部分的功能清晰，实现灵活，便于调试。若合理的选择器件参数，可使其能在较低的电压下工作，故选用此方案。② 高速开关电路 a.输出方式

方案一：选用推挽单端输出方式(电路如图3所示)。电路输出载波峰-峰值不可能超过5V电源电压，最大输出功率远达不到题目的基本要求。

图3 高速开关电路 方案二：选用H桥型输出方式(电路如图4所示)。此方式可充分利用电源电压，浮动输出载波的峰-峰值可达10V，有效地提高了输出功率，且能达到题目所有指标要求，故选用此输出电路形式。

图4 高速开关电路

b.开关管的选择。为提高功率放大器的效率和输出功率，开关管的选择非常重要，对它的要求是高速、低导通电阻、低损耗。

方案一：选用晶体三极管、IGBT管。晶体三极管需要较大的驱动电流，并存在储存时间，开关特性不够好，使整个功放的静态损耗及开关过程中的损耗较大；IGBT管的最大缺点是导通压降太大。

方案二：选用VMMOSFET管。VMOSFET管具有较小的驱动电流、低导通电阻及良好的开关特性，故选用高速VMOSFET管。③ 滤波器的选择

方案一：采用两个相同的二阶Butterworth低通滤波器。缺点是负载上的高频载波电压得不到充分衰减。

方案二：采用两个相同的四阶Butterworth低通滤波器，在保证20kHz频带的前提下使负载上的高频载波电压进一步得到衰减。

三、主要电路工作原理分析与计算

1、D类放大器的工作原理

一般的脉宽调制D类功放的原理方框图如图 5 所示。图 6 为工作波形示意，其中(a)为 输入信号；(b)为锯齿波与输入信号进行比较的波形；(c)为调制器输出的脉冲(调宽脉冲)；(d)为功率放大器放大后的调宽脉冲；(e)为低通滤波后的放大信号。

图5 D类放大器的工作原理

图6 D类放大器的工作波形示意图

2、D类功放各部分电路分析与计算(1)脉宽调制器

①三角波产生电路。该电路我们采用满幅运放TLC4502及高速精密电压比较器LM311来实现(电路如图7所示)。TLC4502不仅具有较宽的频带，而且可以在较低的电压下满幅输出，既保证能产生线性良好的三角波，而且可达到发挥部分对功放在低电压下正常工作的要求。载波频率的选定既要考虑抽样定理，又要考虑电路的实现，选择150 kHz的载波，使用四阶Bultterworth LC滤波器，输出端对载频的衰减大于60dB，能满足题目的要求，所以我们选用载波频率为150 kHz。

电路参数的计算：在5V单电源供电下，我们将运放5脚和比较器3脚的电位用R调整为2.5 V，8同时设定输出的对称三角波幅度为1 V(V＝2V)。若选定R为100 kΩ，并忽略比较器高电

p-p

10平时R上的压降，则R的求解过程如下：

119

取R9为39 kΩ。

图7 三角波产生电路

选定工作频率为f=150 kHz，并设定R+R=20kΩ，则电容C的计算过程如下:

763对电容的恒流充电或放电电流为

则电容两端最大电压值为

其中T为半周期，T=T/2=1/2。Vf的最大值为2V，则

1c取C=220 pF，R=10kΩ，R采用20 kΩ可调电位器。使振荡频率在150 kHz左右有较大47

6的调整范围。

图8 比较器电路

②比较器。选用LM311精密、高速比较器，电路如图8所示，因供电为5V单电源，为给V+=V-提供2.5V的静态电位，取R12=R15，R13=R14，4个电阻均取10 kΩ。由于三角波Vp-p=2V，所以要求音频信号的Vp-p不能大于2V，否则会使功放产生失真。

⑵ 前置放大器电路

如图9所示。设置前置放大器，可使整个功放的增益从1～20连续可调，而且也保证了比较器的比较精度。当功放输出的最大不失真功率为1W时，其8Ω上的电压V=8V，此时送

p-p给比较器音频信号的V值应为2V，则功放的最大增益约为4（实际上，功放的最大不失真p-p功率要略大于1W，其电压增益要略大于4）。因此必须对输入的音频信号进行前置放大，其增益应大于5。

前放仍采用宽频带、低漂移、满幅运放TLC4502，组成增益可调的同相宽带放大器。选择同相放大器的目的是容易实现输入电阻R≥10kΩ的要求。同时，采用满幅运放可在降低电源

i电压时仍能正常放大，取V=V/2=2.5V，要求输入电阻R大于10kΩ，故取R=R=51kΩ，+

cc

i

12则R=51/2=25.5kΩ，反馈电阻采用电位器R，取R=20kΩ，反相端电阻R取2.4kΩ，则前

i

43置放大器的最大增益Av为

图 9 前置放大器电路

调整R使其

4考虑到前置放大器的最大不失真输出电压的幅值V<2.5V，取V

om的音频最大幅度V<(V/A)=2/8=250mV。超过此幅度则输出会产生削波失真。

imom

v⑶ 驱动电路 如图10所示。器并联运用以获得较大的电流输出，送给由晶体三极管组成的互补对称式射极跟随器驱4.220 1 1 34 + = + = RR Av增益约为 8，则整个功放的电压增益从 0～32 可调。om=2.0V，则要求输入 将 PWM 信号整形变换成互补对称的输出驱动信号，用 CD40106 施密特 触发动的输出管，保证了快速驱动。驱动电路晶体三极管选用2SC8050和2SA8550对管。

⑷ H桥互补对称输出电路对VMOSFET的要求是导通电阻小，开关速度快，开启电小。因输出功率稍大于1W，属小功率输出，可选用功率相对较小、输入电容较小、容易快速驱动的对管，IRFD120和IRFD9120 VMOS对管的参数能够满足上述要求，故采用之。实际电路如图11所示。互补PWM开关驱动信号交替开启Q和Q或Q和Q，分别经两个4阶Butterworth

67滤波器滤波后推动喇叭工作。

图 10 驱动电路

图 11 H 桥互补对称输出及低通滤波电路

⑸ 低通滤波器

本电路采用4阶Butterworth低通滤波器（如图11)。对滤波器的要求是上限 频率≥20 kHz，在 通频带内特性基本平坦。采用了电子工作台(EWB)软件进行仿真，从而得到了一组较佳的参数：L1=22μH，L2＝47μH，C1=l.68μH，C2=1μH。19.95 kHz处下降2.464 dB，可保证20 kHz的上限频率，且通带内曲线基本平坦；100 kHz、150 kHz处分别下降48 dB、62 dB，完全达到要求。

四、系统测试及数据分析

1、测试使用的仪器

2、测试数据

（1）最大不失真输出功率测试数据如下表所示：

⑵ 通频带的测量测试数据如下表所示

由表看出通频带BW0.7≈fH≈20 kHz，满足发挥部分的指标要求。⑶ 效率的测量测试数据如下表所示：

⑷ 测量输出功率200mW时的最低电源电压测量结果：Vcc=4.12 V。

3、测量结果分析

①功放的效率和最大不失真输出功率与理论值还有一定差别，其原因有以下几个方面： a．功放部分电路存在的静态损耗，包括PWM调制器、音频前置放大电路、输出驱动电路及 桥输出电路。这些电路在静态时均具有一定的功率损耗，实测结果其 5V 电源的静态总电流约为30 mA，即静态功耗 P 损耗=5× =1 mW。那么这部分的损耗对总的效率影响很大，特别对小功率输出时影响更大，这是影响效率提高的一个很重要的方面。

b．功放输出电路的损耗，这部分的损耗对效率和最大不失真输出功率均有影响。此外，H桥的互补激励脉冲达不到理想同步，也会产生功率损耗。

五、进一步改进的措施

1、尽量设法减小静态功耗

①尽量减小运放和比较器的静态功耗。实测两个比较器(LM311)的静态电流约为 15 mA，这部分损耗就占了静态损耗的一半功率。这是由于在选择器件时几个方面不能完全兼顾所 致。若选择同时满足几方面要求的器件，这部分的功耗是完全可以大幅度降低的。②我们选用的 VMOSFET 管的导通电阻还不是很小，若能换成导通电阻更小的 VM0SFET 管，则整个功放的效率和最大不失真输出功率还可进一步提高。③低通滤波器电感的直流内阻需进一步减小。

六、结束语 对于本系统设计，有些指标还有待于进一步提高。例如，在功放效率、最 功率等方面还有较大的潜力可挖，这些都有待于我们

择来进一步完善。大不失真输出 通过对电路的改进和对元器件的最佳选