功率放大器课程设计.docx

资源描述

功率放大器课程设计.docx

《功率放大器课程设计.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《功率放大器课程设计.docx（12页珍藏版）》请在冰点文库上搜索。

功率放大器课程设计.docx

功率放大器课程设计

传统的数字语音回放系统包含两个主要过程：

（1）数字语音数据到模拟语音信号的变换（利用高精度数模转换器DAC）实现；

（2）利用模拟功率放大器进行模拟信号放大，如A类、B类和AB类放大器。

从1980年代早期，许多研究者致力于开发不同类型的数字放大器，这种放大器直接从数字语音数据实现功率放大而不需要进行模拟转换，这样的放大器通常称作数字功率放大器或者D类放大器。

　　1、A类放大器

　　A类放大器的主要特点是：

放大器的工作点Q设定在负载线的中点附近,晶体管在输入信号的整个周期内均导通。

放大器可单管工作，也可以推挽工作。

由于放大器工作在特性曲线的线性范围内，所以瞬态失真和交替失真较小。

电路简单，调试方便。

但效率较低，晶体管功耗大，功率的理论最大值仅有25％，且有较大的非线性失真。

由于效率比较低现在设计基本上不在再使用。

　　2、B类放大器

　　B类放大器的主要特点是：

放大器的静态点在（VCC，0）处，当没有信号输入时，输出端几乎不消耗功率。

在Vi的正半周期内，Q1导通Q2截止，输出端正半周正弦波；同理，当Vi为负半波正弦波，所以必须用两管推挽工作。

其特点是效率较高（78%），但是因放大器有一段工作在非线性区域内，故其缺点是"交越失真"较大。

即当信号在~之间时，

　　Q1Q2都无法导通而引起的。

所以这类放大器也逐渐被设计师摒弃。

　　3、AB类放大器

　　AB类放大器的主要特点是：

晶体管的导通时间稍大于半周期，必须用两管推挽工作。

可以避免交越失真。

交替失真较大，可以抵消偶次谐波失真。

有效率较高，晶体管功耗较小的特点。

　　4、D类放大器

　　D类（数字音频功率）放大器是一种将输入模拟音频信号或PCM数字信息变换成PWM（脉冲宽度调制）或PDM（脉冲密度调制）的脉冲信号,然后用PWM或PDM的脉冲信号去控制大功率开关器件通/断音频功率放大器，也称为开关放大器。

具有效率高的突出优点.数字音频功率放大器也看上去成是一个一比特的功率数模变换器.放大器由输入信号处理电路、开关信号形成电路、大功率开关电路（半桥式和全桥式）和低通滤波器（LC）等四部分组成.D类放大或数字式放大器。

系利用极高频率的转换开关电路来放大音频信号的。

（1）具有很高的效率，通常能够达到85%以上。

（2）体积小，可以比模拟的放大电路节省很大的空间。

　　（3）无裂噪声接通

　　（4）低失真，频率响应曲线好。

外围元器件少，便于设计调试。

1.课程设计目的

模拟电子技术课程是学生学习完模拟电路课程之后，针对课程的要求对学生进行综合训练的一个实践教学环节。

其目的是培养学生综合运用理论知识，联系实际要求做出独立设计，并进行安装调试的实际工作能力。

通过课程设计要实现以下目标

（1）综合运用模拟电子技术课程设计中所学到的理论知识，结合课程设计任务要求适当自学某些新知识，独立完成一个课题的理论设计。

（2）会运用multisim等软件,对所作出的理论设计进行模拟仿真测试，进行完善理论设计。

（3）通过查阅手册和文献资料，熟悉常用电子器件的类型和特性，并掌握合理选用元器件的原则。

（4）掌握模拟电路的安装，测试与调试的基本技能，熟悉电子器件的正确使用方法，能独立分析实验中出现的正常或不正常的现象（或数据），独立解决调试中出现的正常或不正常的现象（或数据），独立解决调试中所遇到的问题。

（5）学会撰写课程设计报告

（6）培养实事求是，严谨的工作态度和严肃认真的工作作风。

2设计的任务与要求

设计任务

根据设计课题的要求，音频功率放大器主要有电源电路、前置放大电路、音量控制电路，功率放大电路等四部分构成，构成框图见图所示。

音频输入前置放大音量控制功率放大扬声器电源电路。

2.2设计要求

传统的数字语音回放系统包含两个主要过程：

（1）数字语音数据到模拟语音信号的变换（利用高精度数模转换器DAC）实现；

（2）利用模拟功率放大器进行模拟信号放大，如A类、B类和AB类放大器。

　　1、A类放大器

　　A类放大器的主要特点是：

放大器的工作点Q设定在负载线的中点附近,晶体管在输入信号的整个周期内均导通。

放大器可单管工作，也可以推挽工作。

由于放大器工作在特性曲线的线性范围内，所以瞬态失真和交替失真较小。

电路简单，调试方便。

但效率较低，晶体管功耗大，功率的理论最大值仅有25％，且有较大的非线性失真。

由于效率比较低现在设计基本上不在再使用。

　　2、B类放大器

　　B类放大器的主要特点是：

放大器的静态点在（VCC，0）处，当没有信号输入时，输出端几乎不消耗功率。

在Vi的正半周期内，Q1导通Q2截止，输出端正半周正弦波；同理，当Vi为负半波正弦波，所以必须用两管推挽工作。

其特点是效率较高（78%），但是因放大器有一段工作在非线性区域内，故其缺点是"交越失真"较大。

即当信号在~之间时，

　　Q1Q2都无法导通而引起的。

所以这类放大器也逐渐被设计师摒弃。

　　3、AB类放大器

　　AB类放大器的主要特点是：

晶体管的导通时间稍大于半周期，必须用两管推挽工作。

可以避免交越失真。

交替失真较大，可以抵消偶次谐波失真。

有效率较高，晶体管功耗较小的特点。

　　4、D类放大器

系利用极高频率的转换开关电路来放大音频信号的。

（1）具有很高的效率，通常能够达到85%以上。

（2）体积小，可以比模拟的放大电路节省很大的空间。

　　（3）无裂噪声接通

　　（4）低失真，频率响应曲线好。

外围元器件少，便于设计调试。

　　A类、B类和AB类放大器是模拟放大器，D类放大器是数字放大器。

B类和AB类推挽放大器比A类放大器效率高、失真较小，功放晶体管功耗较小，散热好，但B类放大器在晶体管导通与截止状态的转换过程中会因其开关特性不佳或因电路参数选择不当而产生交替失真。

而D类放大器具有效率高低失真，频率响应曲线好。

外围元器件少优点。

AB类放大器和D类放大器是目前音频功率放大器的基本电路形式。

本次设计首先在众多集成功率放大器中选出符合设计要求且工作性能较佳的集成芯片，我们选用的是TDA2822它的作用是将输入音频信号放大，带动音响系统。

基于TDA2822的小功率集成功放，是一块低电压、低功耗的立体声功放。

其中的主要部件TDA2822集成芯片，工作电压宽，从3-12V皆可以正常工作，输出功率有1W*2，可以满足一般个人小音箱的需要，器电路简单易成，外围零件少，成本低。

注意的一点是：

虽然TDA2822的工作电压最高可以达到15V，但建议不要超过12V，否则容易烧毁芯片，最低工作电压可达，但不宜太低，否则会影响音质。

一般取6-9V为佳，该功放应用于各种低功率小音箱，放大一些我们日常生后经常接触到的如MP3、MP4，电脑等音频设备，应用领域特别广泛。

3设计方案与论证

芯片选择

TDA2822M是最佳性价比的功放集成电路IC。

TDA2822（老式）的封装与TDA2822M相同，它们区别在于：

TDA2822M从3V到15V均可工作，而TDA2822（老式）的最高工作电压只有8V。

而电压越高，输出功率也高，所以TDA2822M的输出功率可以做的比较高（双声道），所以这里我们选择TDA2822M。

TDA2822M和TDA2822内部结构完全相同,现在基本市面上TDA2822M已经取代TDA2822,所以文中若无特殊说明则TDA2822均为TDA2822M

D字头是国产型号

TDA是菲利蒲型号

图3-1TDA2822m内部结构图

电源方案

方案一：

LM7809稳压电源电路

方案二：

9V电池快

选用方案二。

优点：

方便携带，经济。

可随时为TDA2822功放系统提供电源。

课程设计方案

方案一：

运用分立元件来实现。

功放主要由前级差模输入，中级放大，后级功率驱动输出。

前级主要采用应用最为广泛的90系列的9013、9014三极管组成双端输入、双端输出差模放大器。

中间级任然采用9013、9014三极管为核心器件组成共射级放大电路；对信号进行放大。

输出级主要采用输出功率能够达到10W的三极管组成共集电极电路；以足够的功率驱动负载。

方案二：

直接采用TDA2822芯片。

方便稳定。

通过对方案的比较和选择，选择第二个方案有如下原因：

首先这个方案它涉及简单可靠，软硬可相互补充各自的缺点，同时音响效果也比较好，方案二能利用TDA2822集成功放芯片进行模拟仿真能够完成计算机调试过程，减少在制作过程中的麻烦。

4原理及功能说明

攻防由一个功放插口电路和TDA2822放大电路以及电源供电电路三大部分组成。

放大电路由TDA2822组成，它的作用是将输入音频信号放大，带动音响系统。

信号从传入TDA2822芯片中，经功率放大后输出，去推动扬声器发声。

图4-1电路整体框图

5单元电路的设计

TDA2822组成的电路如图5-1电路采用同相输入方式，两声道各自独立，电阻R3、R4分别连接TDA2822内部差动放大器PNP管基极，建立静态电流通路。

C6、C7外接电解电容隔直通交，给取样电阻到地之间提供交流通路。

输出耦合电容取值220uF～470uF，负载两端并联RC滤波电路，用于滤除音频信号中的高频噪声信号。

最大峰值电流（PeakOutputCurrent）：

1A；

静态电流（QuiescentDrainCurrent）：

≤9mAVcc=3V）；

总谐波失真（1kHz，8Ω～32Ω，典型值）：

%；

闭环增益（典型值）：

39dB；

声道不平衡度（立体声状态，最大值）：

±1dB;

声道分离度（1kHz，立体声状态，典型值）：

50dB；

输入阻抗（1kHz，最小值）：

100kΩ；

负载范围：

≥4Ω。

图5-1TDA2822功放电路图

6硬件的制作与调试

元器件安装的具体要求

在保证电气性能的前提下，元器件应排列整齐、美观，分布均匀、疏密恰当。

信号流程布局的原;特殊元件优先布局原则特殊元件优先布局原则;控制性元器件定位布局的原则;控制性元器件定位布局的原则;防止电磁干扰:

输入输出信号尽量远离，集成电路电源端输入输出信号尽量远离的滤波电容放置时，在给器件提供电源电压的滤波电容放置时，应先经过电容，在给器件提供电源电压，提高器件的抗干扰能力。

安装过程

电路板的制作过程电路板设计的第一步是进行原理图的设计，了形成一个完整的为设计理念。

有必要熟悉设计电路板的基本过程。

一般来讲电路板设计的基本过程可分为2个步骤：

电路原理图设计和PCB设计。

电路板制作的最佳设计软件为protel99SE软件；虽然这款软件比较陈旧但功能仍然很适用，大部分工程师仍在使用，焊接前注意烙铁头的处理工作，焊接时间要适当不要烧坏电路板，同时也要注意烙铁头长度的调节，焊锡量的掌握，引脚表面的处的处理。

调试

调试工具：

信号发生器数字万用表数字示波器1将直流稳压电源插上插座，用数字万用表测量直流电源输出端是不是9v将直流稳压电源输出端与功放板电源端相连接，测量两个TDA2822的3脚和5脚是否为9v。

将信号发生器调到1kHz50mV正弦交流波形输出，接到功放板的信号端。

将示波器接到TDA2822的1脚并W1电位器旋到最左端，看示波器是不是输出7mV1kHZ的正弦波；旋到最右端，看示波器是不是输出44mV1KHZ的正弦波。

误差范围：

±5%实测数据：

将信号发生器调到50mV100HZ,调节W2W3电位器，看示波器有没波形输出，再将信号发生器调到23KHZ看示波器有没波形输出。

总结电路方案优缺点

一：

电路优点

（1）电路简单，外围电路少、成本低，制作简单。

（2）该功放工作电压宽，功率低，应用领域特别广泛。

（3）与外围音响设备连接简单，广泛应用电脑等音频设备。

（4）可做成有线话筒，还可以延伸成无线话筒。

二：

电路缺点

音质不太清晰。

7总结

1.通过本次模拟电子技术课程设计，巩固了模拟电子技术课程中学习的理论知识，例如同相比例电路﹑反相比例电路﹑实际运放﹑稳压管等知识；

2.通过在网络中寻找实际元件参数，锻炼了自己阅读技术资料的能力；

3.初步掌握了Multisim用于模拟电子技术的仿真方法，初步了解了计算机辅助设计的方法；

4.本次课程设计还有相当多的不足和缺点，例如：

仿真设计时没有考虑稳定对其他元件的影响；仿真是没有具体对运放进行失调电压和失调电流的调零；选取某些电阻时使用的虚拟电阻，没有采用实际电阻，缺乏实用性；比如元器件在电路板的布置是否合理，焊点的焊接，电路的仿真，焊好后电路的测试与调试，每一个环节都或多或少的出现了意想不到的情况。

刚开始老师先教我们画原理图，然后封装，最后转换为PCB图打印。

但是第一次画图就出现了各种状况，首先是就普通导线、地线、电源线总是忘记粗细有区分，没有时刻注意他们之间的转换，焊盘总是不记得设置大小，画零件的时候总是不记得不能在同一个库里画；然后就是元器件的摆放位置不够合理，弄得连线有点混乱总是改了又改；最后就是总是贪图方便把线画成90°拐弯导致信号的传输不是很好。

对误差的分析比较简单，希望通过本次课程设计，进一步掌握计算机辅助设计的能力，对本试验题目做进一步改进。

参考文献

[1]康华光.电子技术基础.武汉:

高等教育出版社,,122~125

[2]孙余凯.模拟集成电路实用技术.北京:

电子工业出版社,,33~34

[3]李万臣.模拟电子技术基础.哈尔滨:

哈尔滨工程大学出版社,2001,3:

75~77

[4]康华光.电子技术基础.北京:

高等教育出版社,1999,3:

33~34.

[5]彭介华.电子技术课程设计指导.北京:

高等教育出版社,2000,5:

[6]谢自美.电子线路设计.武汉:

华中科技大学出版社,2004,5:

15~16

附录1：

总体电路原理图

附录2:

元器件清单

序号

名称

型号规格

数量

功放芯片

TDA2822

电阻

13K

电阻

电容

100uF

电容

104uF

电容

470uF

电容

1000uF

扬声器

AL16Ω

电池

展开阅读全文