音频功率放大器讲解.docx
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音频功率放大器讲解
河南城建学院
《电子线路设计》课程设计说明书
设计题目：
音频功率放大器
专业：
计算机科学与技术
指导教师：
杜小杰
班级：
0814141
学号：
081414109
姓名：
罗含霜
同组人：
娄莉娟
计算机科学与工程学院
2016年6月6日
前言
在介绍音频功率放大器的文章中，有时会看到“THD+N”，THD+N是英文TotalHormonicDistortion+Noise的缩写，译成中文是“总谐波失真加噪声”。
它是音频功率放大器的一个主要性能指标，也是音频功率放大器的额定输出功率的一个条件。
THD+N性能指标
THD+N表示失真+噪声，因此THD+N自然越小越好。
但这个指标是在一定条件下测试的。
同一个音频功率放大器，若改变其条件，其THD+N的值会有很大的变动。
这里指的条件是，一定的工作电压VCC（或VDD）、一定的负载电阻RL、一定的输入频率FIN（一般常用1KHZ）、一定的输出功率Po下进行测试。
若改变了其中的条件，其THD+N值是不同的。
例如，某一音频功率放大器，在VDD=3V、FIN=1kHz、RL=32Ω、Po=25mW条件下测试，其TDH+N=0.003%，若将RL改成16欧，使Po增加到50mW，VDD及FIN不变，所测的TDH+N=0.005%。
一般说，输出功率小（如几十mW）的高质量音频功率放大器（如用于MP3播放机），它的THD+N指标可达10-5，具有较高的保真度。
输出几百mW的音频功率放大器，要用扬声器放音，其THD+N一般与为10-4；输出功率在1～2W，其THD+N更大些，一般为0.1～0.5%.THD+N这一指标大小音频功率放大器的结构类别有关（如A类功放、D类功放），例如D类功放的噪声较大，则THD+N的值也较A类大。
这里特别要指出的是资料中给出的THD+N这个指标是在FIN=1kHz下给出的，在实际上音频范围是20Hz～20kHz，则在20Hz～20kHz范围测试时，其THD+N要大得多。
例如，某音频功率放大器在1kHz时测试，其TDH+N=0.08%。
若FIN改成20Hz-20kHz,，其他条件不变，其THD+N变为小于0.5%。
过去有用“不失真输出功率是多少”这种说法来说明其输出功率大小。
这话的意思指的是输出的峰峰值没有“削顶”现象出现，即Vout（P-P）=Vcc-（上压差+下压差）这种说法是不科学的。
即使不产生削顶，它也有一定的失真。
较科学的说法是THD+N在某一指标下可输出的功率是多少。
一、设计目的及要求…………………………………………………1
二、设计原理图的总体功能框架……………………………………1
三、详细模块设计……………………………………………………2
四、总体设计…………………………………………………………2
五、各种报表的生产结果截图………………………………………4
六、PCB设计及3D图…………………………………………………5
七、总结与体会………………………………………………………6
八、参考文献…………………………………………………………6
一、设计目的与要求
设计一个音频功率放大器，准确地理解有关要求，独立完成系统设计，要求所设
计电路具有以下功能：
（1）采用直接耦合的功率放大器。
额定输出功率10W，负载阻抗8Ω。
（2）具有合适频响宽度、保真度要好、动态特性好。
（3）原则上采用分立元件设计。
（4）所设计的电路具有一定的抗干扰能力；
（5）PCB文件生成与打印输出。
设计内容
（1）画出电路原理图；
（2）确定元器件及元件参数；
（3）进行电路模拟仿真；
（4）SCH文件生成与打印输出；
（5）PCB文件生成与打印输出。
编写设计报告
写出设计的全过程，附上有关资料和图纸，有总结体会。
答辩
在规定时间内，完成叙述并回答问题。
二、设计原理图的总体功能框
2.1设计思路
采用TDA2030运算放大器，两个晶体管和一些电容、电阻组成音频功率放大电路，TDA2030运算放大器为电路的驱动级电路，而两个晶体管是为了更好地放大电流，使电路的功率进一步放大，而电容有滤除噪声的功能，而且电路有保护电路，电源可以接到30V。
1-正相输入端2-反相输入端3-负电源输入端4-输出端5-正电源输入端
图1TDA2030集成放大的外围引脚号
2.2整体电路框图
图2总体设计框图
三、详细模块设计
3.1原理分析
如图3，C1为耦合电容，目的是割断信号源与晶体管之间的直流联系。
R1、R2和R串幷联具有分压作用。
目的是为了防止前级信号电压过大损坏放大集成电路。
图4信号是从运算放大器TDA2030的同相输入端输入，输出端输出进行放大。
图5电路是电压串联负反馈电路，驱动级变为了一个同相比例运算放大器，输入信号通过驱动级电路进行放大。
图3保护分压电路图4驱动级运算放大电路
图5负反馈电路图7滤波电容
四、总体设计
1、如图6C1为耦合电容，R1、R2和R3有分压作用，电容和电阻都是为了稳定电路的静态工作点，如图4信号是从运算放大器TDA2030的同相输入端输入，而电路又引入电压串联负反馈电路，驱动级变为了一个同相比列运算放大器，输入信号通过驱动级电路进行放大，图5两个三级管工作在放大区，两个三极管是串接，组成沃尔曼电路。
又与运算放大器的输出相接，更好地使输出电流放大，从而增大了输入信号的电压和电流，达到功率放大的目的。
图6原理总图
2、元器件清单
表1元件清单
元件
型号
数量
电阻
R1、R2、R3=100k
3
R7=66k
1
R4=3.3k
1
R5、R6=1.5
2
R8=1k
1
R9=8
1
电容
C4=1uF
1
C6、C7=220nF
2
C5=220uF
1
C1=2.2uF
1
C2=10uF
1
C3=2.2mF
1
三极管
TIP31A（NPN）
2
运算放大器
TDA2030
1
二极管
IN4001
2
五、各种报表的生产结果截图
六、PCB设计及3D图
PCB设计图
3D图
七、总结与体会
这次课程设计我们先是上网查找资料，再进行选题，我选的是音频功率放大电路，因为这个电路在生活中太常见了。
音频功率放大电路简称音频功放，音频功率放大器主要用于推动扬声器发声，凡发声的电子产品中都要用到音频功放，比如手机、MP4播放器、笔记本电脑、电视机、音响设备等给我们的生活和学习工作带来了不可替代的方便享受。
设计这个音频功率放大电路我们用了一个集成放大器TDA2030来实现，根据虚短虚断原则，利用电阻的比值来求得所需的放大倍数。
因为放大电路是追求电压电源确定的情况下输出尽可能大的功率。
我们利用OCL来实现。
为了提高转换效率，我围绕放大电路的频率响应和消除非线性失真来改进电路，因此用电阻来保护电路。
OCL会产生交越失真，为消除失真应选定合适的静态工作点，是电路的三极管均工作于临界或微导通状态，我们利用二极管来实现。
因为二极管的单向导电性，最后在输出端加一个电容来保证电路的低频性良好。
这次课程设计对我来说是一个很好的锻炼机会，让我能够充分地利用所学过的理论知识还有自己的想象能力，另外还让我学习查找资料的方法以及加强自己分析电路，设计电路的能力，在这两个星期里我真的是受益匪浅，除了加强了分析电路和设计电路的能力外，对模电知识更加巩固了，而且扩大了我的知识领域，同时也发现了自己的很多不足之处。
。
为此我请教了其他同学，这也让我明白只有虚心请教，耐心才能把事情做得更好。
在此，我要感谢杜老师对我的指导，在起初时，我们不能解决的问题我都会去问老师，而杜老师总是很有耐心的讲解给我，这使我获益匪浅，老师的每句话都能对我们的设计起到很大的帮助，让我能更轻松的编出设计方案。
这次的设计让我学到了很多不仅是学习上的收获，还有同学团队之间的默契配合，希望以后能有更多的这种课程实践活动。
八、参考文献
[1]康华光.电子技术基础（数字部分）（第五版）[M]北京：
高等教育出版社,2006.1
[2]张晓杰.电工电子技术（模拟部分）中国电力出版社，2011.11
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