基于Multisim的音频功率放大器设计及仿真.docx

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基于Multisim的音频功率放大器设计及仿真

信息工程学院

课程设计报告书

题目:

基于Multisimde音频功率放大器设计与仿真

课程：

电子线路课程设计

专业：

班级：

学号：

学生：

指导教师：

2015年1月3日

信息工程学院课程设计任务书

学号

学生

专业（班级）

设计题目

基于Multisimde音频功率放大器设计与仿真

设

计

技

术

参

数

电源电压：

Vs……………………±22V

输入电压：

VIN……………………±V电源V

差分输入电压：

VDIFF……………………±5V

工作温度围：

TA……………………0℃～70℃

存贮温度：

TSTG……………………-65℃～150℃

结温：

Tj……………………150℃

功耗（5532FE）：

PD……………………1000mW

引线温度（焊接，10S）……………………300℃

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。

3利用Multisim仿真设计电路原理图，确定电路元件参数、掌握电路工作原理并仿真实现系统功能。

4安装调试并按规要求格式完成课程设计报告书。

参

考

资

料

1.自美.电子电路设计.实验.测试.武昌：

华中理工大学，1994.

2.童诗白.模拟电子技术基础.第二版.：

人民邮电，1999.

3.康华光主编，电子技术基础（数字部分、模拟部分），高等教育，1998.

4.周泽义.电子技术实验。

：

理工大学，2001.5

5.梁宗善.《新型集成电路的应用-电子技术基础课程设计》.华中科技大学，2004

6.梅生.《电子技术基础课程设计》.高等教育，2005

7.黄继昌，海贵.《实用单元电路及其应用》.人民邮电，2006

8.王卫东，江晓安.《模拟电子电路基础》.电子科技大学，2003

9.华成英、童诗白.模拟电子技术基础.第四版.:

高等教育,2006.5

2015年1月3日

信息工程学院课程设计成绩评定表

学生：

学号：

专业（班级）：

课程设计题目：

基于Multisimde音频功率放大器设计与仿真

成绩：

指导教师：

年月日

摘要

TDA2030功率放大电路具有失真小、功率大、所需元件少、制作简单、效果良好等优点，用它来做电脑有源音箱的功率放大部分或MP4等小型功放再合适不过，本论文便是用TDA2030来制作音频功率放大器原件。

高效率的音频功率放大器不仅仅是在便携式设备中需要，在大功率的设备中也占有较大的比重。

随着人们居住条件的改善，高保真音响设备和高档的家庭影院也逐渐兴起。

音频功率放大器在这些设备中起到了很重要的作用。

关键字：

TDA2030功率放大电路、音频功率放大器、高效率

Abstract

TDA2030 poweramplifier circuitwith smalldistortion, highpower, whichneedsfewponents, simplefabrication, theadvantagesofgoodeffect, canuseittomake power puter amplifyingpart orMP4 smallpower isagainappropriate however, thisthesisis tomakeuseofTDA2030 audiopoweramplifier original. Audiopoweramplifierwith highefficiency isnotonlytheneed inportabledevices, alsoaccountforalarge proportionin highpower devices. Withthedevelopmentof people'slivingconditions improve, highfidelityaudioequipmentand high-end hometheater also graduallyontherise. Audiopoweramplifier playsaveryimportantrole inthesedevices.

Keywords:

TDA2030 poweramplifiercircuit, audiopower amplifier, highefficiency

1前言

1.1音频放大器的发展

上个世纪80年代以前，输出功率仅几瓦的声频功率放大器都要采用分立元件来制作。

进入80年代后，国开始研制生产出一些小功率的功放IC，但由于这些功放IC的性能指标不佳，尤其是可靠性比较差，很快就被国外生产的功放IC所取代。

日本生产的HA1392、TA7240曾经是80年代用得非常普遍的功放IC。

HA1392与TA7240的输出功率都只有4W~6W。

。

意法SGS公司在80年代初开发生产的TDA2030A算是比较好的一款功放IC，它的输出功率能够达到12W以上。

尽管SGS公司在TDA2030A基础上又研制出TDA2040、TDA2050功放IC，使输出功率能够达到24W，但由于它们的电源适用围只有±22V，如果使用未经稳压的整流滤波直流电供电，它们实际上都只能给4Ω负载输出12W功率。

在90年代以前，电子器件生产厂商提供的功放IC输出功率实际都在30W以下。

在经过10多年的努力后，美国NS公司和意法SGS公司都在90年代期间相继开发生产出多款输出功率超过30W的功放IC芯片。

其中，LM3876、LM3886是美国NS公司的代表作，TDA7294、TDA7295、TDA7296是意法SGS公司的代表作。

1.2音频放大器设计背景

音频放大器的目的是在产生声音的输出元件上重建输入的音频信号，信号音量和功率级都要理想——如实、有效且失真低。

音频围为约20Hz～20kHz，因此放大器在此围必须有良好的频率响应（驱动频带受限的扬声器时要小一些，如低音喇叭或高音喇叭）。

根据应用的不同，功率大小差异很大，从耳机的毫瓦级到TV或PC音频的数瓦，再到“迷你”家庭立体声和汽车音响的几十瓦，直到功率更大的家用和商用音响系统的数百瓦以上，大到能满足整个电影院或礼堂的声音要求。

1.3音频放大器设计意义

在传统晶体管放大器中，输出级包含提供瞬时连续输出电流的晶体管，实现音频系统放大器许多可能的类型包括A类放大器，AB类放大器和B类放大器。

与D类放大器设计相比较，即使是最有效的线性输出级，它们的输出级功耗也很大。

这种差别使得D类放大器在许多应用中具有显著优势，因为低功耗产生热量较少，节省印制电路板面积和成本，并且能够延长便携式系统的电池寿命。

另外，D类功率放大器工作于开关状态，理论效率可达100%，实际的运用中也可达80以上，功率器件的耗散功率小，产生热量少，可以大大减小散热器的尺寸，连续输出功率很容易达到数百瓦，功率MOS有自我保护电路，可以大大简化保护电路，而且不引入非线性失真。

2任务与条件

2.1初始条件

可选元件：

集成功放，电容、电阻、电位器若干；或自选元器件。

直流电源±12V，或自选电源。

可用仪器：

示波器，万用表，毫伏表等

2.2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。

3利用Multisim仿真设计电路原理图，确定电路元件参数、掌握电路工作原理并仿真实现系统功能。

4安装调试并按规要求格式完成课程设计报告书。

2.3设计方案

音频功率放大器的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。

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；加入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。

最后音频放大器由前置放

大器和音调控制电路和功率放大器三部分组成。

如图所示

3选择器件与参数运算

3.1运放NE5532介绍

NE5532是高性能低噪声运放，与很多标准运放（如1458）相似，它具有较

好的噪声性能，优良的输出驱动能力及相当高的小信号与电源带宽。

（1）小信号带宽：

10MHz；

（2）输出驱动能力：

600，10V；

（3）输入噪声电压：

5nV/√HZ（典型值）；

（4）DC电压增益：

50000；

（5）AC电压增益：

10KHz时2200；

（6）电源带宽：

140KHz；

（7）转换速率：

9V/μS；

（8）大电源电压围：

±3～±20V。

极限参数：

电源电压：

Vs……………………±22V

输入电压：

VIN……………………±V电源V

差分输入电压：

VDIFF……………………±5V

工作温度围：

TA……………………0℃～70℃

存贮温度：

TSTG……………………-65℃～150℃

结温：

Tj……………………150℃

功耗（5532FE）：

PD……………………1000mW

引线温度（焊接，10S）……………………300℃

直流电气参数：

如图2所示。

图2直流电气参数

交流电气参数如图3所示

图3交流电气参数

3.2TDA2030介绍

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）。

TDA2030集成电路的第三个特点是外围电路简单，使用方便。

在现有的各种功率集成电路中，它的管脚属于最少的一类，总共才5端，在焊接电路板的时候TDA2030A的管脚的分布对于焊接的时候很重要的，如果管脚的区分有错，直接会导致的功率放大器烧掉。

通过查阅资料知道他的管脚分布为：

汉字对着人，从左往右数为12345其中1为同武相输入端，2为反相输入端，3为功率放大器的接地端，4为功率放大器额的输出端，5为功率放大器的电源线的接入端。

TDA2030在电源电压±14V，负载电阻为4Ω时输出14瓦功率（失真度≤0．5％）；在电源电压±16V，负载电阻为4Ω时输出18瓦功率（失真度≤0．5％）。

该电路由于价廉质优，使用方便，并正在越来越广泛地应用于各种款式收录机和高保真立体声设备中。

该电路可供低频课程设计选用。

本设计采用3个TDA2030A芯片，其中一个放大左声道，一个放大右声道，一个放大低音部分。

3.3功率计算

计算输出功率Po输出功率用输出电压有效值V0和输出电流I0的乘积来

表示。

设输出电压的幅值为Vom，则

因为Iom=Vom/RL，所以.当输入信号足够大，使Vim=Vom=Vcem=VCC-VCES≈VCC和Iom=Icm时，可获得最大的输出功率

。

由上述对Po的讨论可知，要提供放大器的输出功率，可以增大电源电压VCC或降低负载阻抗RL。

4单元电路设计

4.1主电源电路

如图5所示，采用交流双12V，30W变压器，市电从ACIN输入，VCC和VSS给TDA2030A供电，Va和Vb给NE5532供电。

整流部分采用单向桥式全波整流电路，在滤波电路中，采用电容滤波电路，

图5主电源电路

4.2调音电路

本设计采用六个参数为50K的电位器。

其中RP1A，RP1B调节低音区，RP2A，RP2B调节中低音，RP3A，RP3B调节音量。

调音电路与功率放大电路用排线相连，数字一一对应相连。

电路图如图6所示

图6调音电路

4.3功率放大电路

电路分左声道，右声道，以及低音区输入，TDA2030构成双电源互补对称功放，放大电路之间相连采用RC耦合方式。

NE5532是双运放，分为两个单运放连接于电路中。

NE5532电路如图7所示。

图7NE5532电路

TDA2030单声道电路如图8所示。

图8TDA2030单声道电路

5电路设计仿真

5.1仿真电路图

采用Multisim11.0仿真电路，如图9所示

图9Multisim11.0仿真电路

5.2仿真结果

左右声道输入1kHz，1Vpp的正弦波，结果如图10所示。

图10输出结果

总结

这次的论文和设计是我这学期间干的最有意义的事之一。

从最初的选题，开题到写论文直到完成论文。

其间，查找资料，与同学交流，反复修改论文，每一个过程都是对自己能力的一次检验和充实。

通过这次实践，我了解了音频功率放大器用途及工作原理，熟悉了音频功率放大器的设计步骤，锻炼了设计实践能力，培养了自己独立设计能力。

此次论文设计是对我专业知识和专业基础知识一次实际检验和巩固，同时也是走向工作岗位前的一次热身。

论文设计收获很多，比如学会了查找相关资料相关标准，分析数据，提高了自己的制作能力。

不过从开始的原理图的确定上，遇到了一个难题，刚开始用LM386，但在查资料后发现它达不到输出功率20W，所以用TDA2030单通道的功放。

放假回到学校后就开始着手论文设计的制作，一步一步的做下来。

等做好设计的时候才发现这是个美好的过程，也不枉费自己对这次设计和论文花的时间和精力。

其实这么一次的锻炼可以学到书本里许多学不到的知识，坚韧、独立、思考等。

但是设计也暴露出自己专业基础的很多不足之处。

比如缺乏综合应用专业知识的能力，对材料的不了解等等。

由于时间有限，未能完成全部安装与调试工作，对设计结果没有作出最后的检验，也感到遗憾。

这次实践是对自己大学三年所学的一次大检阅，使我明白自己知识还很不全面。

马上要放假回家了，自己的求学之路还很长，以后更应该在学习与工作实践中不断学习，努力使自己成为一个对社会有所贡献的人。

本设计是在老师的精心指导和鼓励下完成的。

老师深厚扎实的学识，严谨的学风和真诚谦逊的品质，使我在这次设计过程中收益匪浅。

老师在设计方面对我的指导和帮助令我终身难忘。

在此，谨向任老师表示衷心的感！

感所有支持和帮助过我的同学和老师！

你们的关照与宽容。

此外，我还要感在我的论文中所有被援引过的文献的作者们，他们是我的知识之源！

最后，再次向所有给予我帮助和鼓励的同学和老师致以最诚挚的意！

参考文献

【1】自美.电子电路设计.实验.测试.武昌：

华中理工大学，1994.

【2】童诗白.模拟电子技术基础.第二版.：

人民邮电，1999.

【3】康华光主编，电子技术基础（数字部分、模拟部分），高等教育，1998.

【4】周泽义.电子技术实验。

：

理工大学，2001.5

【5】梁宗善.《新型集成电路的应用-电子技术基础课程设计》.华中科技大学，2004

【6】梅生.《电子技术基础课程设计》.高等教育，2005

【7】黄继昌，海贵.《实用单元电路及其应用》.人民邮电，2006

【8】王卫东，江晓安.《模拟电子电路基础》.电子科技大学，2003

【9】华成英、童诗白.模拟电子技术基础.第四版.:

高等教育,2006.5