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文檔簡(jiǎn)介
1、<p><b> 模電課程設(shè)計(jì)論文</b></p><p> 論文題目: 音頻功率放大電路</p><p> 課程名稱 模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)課程設(shè)計(jì) </p><p> 2012年12月25日</p><p><b> 目 錄</b></p><p&
2、gt; 一.設(shè)計(jì)題目 ........................</p><p> 二.設(shè)計(jì)任務(wù)目的與要求 ..........................</p><p> 三.原理電路設(shè)計(jì) .......................</p><p> 方案比較 .....
3、...................</p><p> 整體電路框圖 ...........................</p><p> 單元電路設(shè)計(jì)及元器件選擇 ......................</p><p> 輸出波形圖 ...........................</
4、p><p> 系統(tǒng)的電路總圖: .......................... </p><p> 四、電路調(diào)試過程與結(jié)果: ..........................</p><p> 五.課程設(shè)計(jì)的總結(jié)與體會(huì) ........................</p><p> 一、設(shè)計(jì)題目
5、:音頻功率放大電路</p><p> 二、設(shè)計(jì)任務(wù)目的與要求:</p><p> 要求:設(shè)計(jì)并制作用晶體管和集成運(yùn)算放大器組成的音頻功率放大電路,負(fù)載為揚(yáng)聲器,阻抗8。</p><p> 指標(biāo):頻帶寬50HZ~20kHZ,輸出波形基本不失真;電路輸出功率大于8W;輸入靈敏度為100mV,輸入阻抗不低于47K。</p><p><b
6、> 三、原理電路設(shè)計(jì):</b></p><p><b> ?、欧桨副容^:</b></p><p> ?、倮眠\(yùn)放芯片TDA7294和各元器件組成音頻功率放大電路, </p><p> 待機(jī)和靜音功能有保護(hù)電路,電源分別接+39v和-39v,輸出功率可以達(dá)到70w。優(yōu)點(diǎn):有短路保護(hù)和過熱保護(hù)電路,低噪聲和低失真,高輸出功率。
7、缺點(diǎn):由于輸出功率較大,對(duì)各器件的要求都比較高,還要考慮到散熱的問題,成本高。 </p><p> ②利用運(yùn)放芯片TDA2030和各元器件組成音頻功率放大電路,有保護(hù)電路,電源</p><p> 只需接+19v,另一端接地,負(fù)載是阻抗為8的揚(yáng)聲器,輸出功率大于8w。</p><p> 通過比較,方案①的輸出功率有70w,能用在HiFi家用音響、有源音響、高性能
8、電視機(jī),但其輸入要求比較苛刻,添加了實(shí)驗(yàn)難度。而方案②的要求不高,并能滿足設(shè)計(jì)要求,所以選取方案②來(lái)進(jìn)行設(shè)計(jì)。</p><p><b> ?、普w電路框圖:</b></p><p> ⑶單元電路設(shè)計(jì)及元器件選擇:</p><p><b> ?、賳卧娐吩O(shè)計(jì):</b></p><p> 功率放大器
9、按輸出級(jí)靜態(tài)工作點(diǎn)的位置可分為甲類、乙類和甲乙類三種;若按照輸出級(jí)與負(fù)載的耦合方式,甲乙類又可分為電容耦合 (OTL 耦合)、直接耦合(OCL 電路)和變壓器耦合三種。變壓器耦合容易實(shí)現(xiàn)阻抗匹配,但體積大, 較笨重。又OCL電路電源輸入要求較高,所以采用OTL電路。采用單電源的OTL電路不需要變壓器中間抽頭,但需要在輸出端接上大電容,且低頻特性不如OCL好。根據(jù)“虛短”、“虛斷”的原理,利用電阻的比值,可求得電路所需的放大倍數(shù),其中可加
10、入一個(gè)電位器替代反饋電阻,這樣就能夠?qū)崿F(xiàn)電路放大倍數(shù)的調(diào)整。因?yàn)楣β史糯箅娐肥亲非笤陔娫措妷捍_定的情況下,輸出盡可能大的功率,可以采取OTL電路來(lái)實(shí)現(xiàn)。為了提高轉(zhuǎn)換功率,我們要對(duì)電路進(jìn)行改善,這主要圍繞功率放大電路頻率響應(yīng)的改善和消除非線性失真來(lái)改進(jìn)電路,因此要用到若干個(gè)電阻電容來(lái)保護(hù)電路。OTL電路會(huì)產(chǎn)生交越失真,為了消除這種失真,應(yīng)當(dāng)設(shè)置合適的靜態(tài)工作點(diǎn),使電路中的兩只放大管均工作在臨界導(dǎo)通或微導(dǎo)通的狀態(tài),這可以通過加入兩個(gè)二極管來(lái)
11、實(shí)現(xiàn),因?yàn)槎O管具有單向?qū)щ娦浴;蛘邔蓚€(gè)有一定對(duì)稱性的NPN和PNP三極管的基極分別和TDA2030的兩個(gè)電</p><p><b> ?、谠骷x擇:</b></p><p> 如下面的系統(tǒng)原理圖所示,C2為輸入耦合電容,應(yīng)選取較小的電解電容;R1、R2、R3和C7的作用是組成運(yùn)放TDA2030的輸入偏置電路,取R1=R2=R3,可計(jì)算得TDA2030正向輸入端
12、的電壓為0.5VCC,而電容C7的作用是可以穩(wěn)定這個(gè)電位。另外,R3是為了防止輸入信號(hào)被C7短接到地而設(shè)的。C6是高頻退耦電容,應(yīng)選用較小的陶瓷電容或獨(dú)石電容;C3是濾波電容,應(yīng)選用較大的電解電容。C4、R4、和R11構(gòu)成交流負(fù)反饋,控制交流增益,對(duì)于音頻信號(hào),可以近似地認(rèn)為C4短路,所以功放的增益為1<<1+R11(有效部分)/R4<<1+100/3.3=31.3。對(duì)于直流信號(hào),可認(rèn)為C4斷路,所有輸出信號(hào)反饋
13、到反向輸入端,所以直流增益為1。取R6=R8和C8可起著保證TIP31和TIP32的基極電壓相等,從而減少了推挽電路的交越失真。而R7和C5可以濾除TDA2030輸出的高頻信號(hào)。二極管D1、D2保護(hù)運(yùn)放免受揚(yáng)聲器的感應(yīng)電壓而造成損害。電容C1是輸出耦合電容,能夠改善電路的低頻特性,要用容值較大的電解電容。C9和R10能對(duì)揚(yáng)聲器的相位進(jìn)行補(bǔ)償,能夠較少電路的自激振蕩,確保高頻穩(wěn)定性。運(yùn)放TDA20</p><p>
14、<b> ?、认到y(tǒng)的電路總圖:</b></p><p><b> 元件清單如下:</b></p><p> 四、電路調(diào)試過程與結(jié)果:</p><p><b> ?、贉y(cè)試頻帶寬:</b></p><p> 調(diào)節(jié)電位器R11的阻值,經(jīng)過測(cè)試可得其中一個(gè)電路的下限截止頻率為fL
15、=4.924Hz,上限截止頻率為fH=73.813kHz。當(dāng)然在50HZ~20kHZ頻率范圍內(nèi)電路輸出不失真,這滿足條件“頻帶寬50HZ~20kHZ,輸出波形基本不失真”的要求。在實(shí)驗(yàn)室里也經(jīng)過測(cè)量,顯示可以在50HZ~20kHZ頻率范圍內(nèi)電路輸出不失真。</p><p> ?、跍y(cè)量輸出電壓放大倍數(shù):</p><p> 測(cè)試條件:直流電源電壓19v,輸入信號(hào)峰峰值為100mv,輸入頻率為
16、1KHz,電位器R11的有效阻值為70k,負(fù)載電阻8。輸入和輸出的波形如下圖所示:</p><p> 輸出電壓峰峰值為:Uo=Ui*【1+R11(有效部分)/R4】 </p><p> 放大倍數(shù):Ao=1+R11(有效部分)/R4=1+70/3.3=22 </p><p> 仿真數(shù)據(jù)和實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)比較:</p><p> 由上表可
17、知,實(shí)際上輸出電壓放大倍數(shù):Au≠21</p><p> 誤差分析:因?yàn)樵膶?shí)際數(shù)據(jù)大小與理論的大小存在差異,譬如金屬膜電阻的阻值誤差為1%或5%,電容的容值誤差也有5%~20%。實(shí)際上1n4001、TIP31、TIP32等元器件跟仿真軟件所表現(xiàn)出來(lái)的特性不是完全一樣的。同時(shí),音頻集成放大芯片發(fā)熱量比較大,比較容易受到周圍環(huán)境溫度的影響,從而也導(dǎo)致了一定的誤差。另外,在實(shí)測(cè)中讀數(shù)時(shí)會(huì)產(chǎn)生誤差。</p&g
18、t;<p> ?、蹨y(cè)量最大不失真功率:</p><p> 根據(jù)理論可得最大不失真功率為,Uo為輸出電壓峰峰值。經(jīng)過測(cè)試,在19V的直流電源,8負(fù)載作用下,調(diào)節(jié)電位器R11,使其允許的最大不失真輸入信號(hào)為Ui=650mv,其最大不失真功率為:Po=8.9w>8w。也滿足“電路輸出功率大于8W”條件。</p><p> ④測(cè)量輸入靈敏度為100mV時(shí)的輸入阻抗:<
19、/p><p> 在信號(hào)輸入端接上兩個(gè)萬(wàn)用表,分別測(cè)量輸入端的電壓和電流,得Ui≈75.59mV,Ii≈746.57nA,所以輸入阻抗為Ri=Ui/Ii=101K>>47K,明顯也滿足“輸入靈敏度為100mV,輸入阻抗不低于47K”的條件。</p><p><b> 五、總結(jié)和體會(huì):</b></p><p> 方案和作品的優(yōu)點(diǎn)為:&
20、lt;/p><p> ?、俸附影迮虐孑^為縝密,焊接沒有跳線;</p><p> ?、谧髌匪迷骷^少,電源輸入要求較低,頻帶寬4.924HZ~73.813kHZ,輸出波形基本不失真,電路輸出功率大于8W,輸入靈敏度為100mV,輸入阻抗高于47K,能夠基本實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)的任務(wù)要求;</p><p> ③電路中有TDA2030的保護(hù)電路,另外在輸出部分能對(duì)揚(yáng)聲器的相位進(jìn)行補(bǔ)
21、償,從而能夠較少電路的自激振蕩,確保高頻穩(wěn)定性;</p><p> ?、茏髌酚昧薚IP31C和TIP32C組成的推挽放大電路,能夠較少TDA2030的功耗,使TDA2030的發(fā)熱量減少;</p><p> ?、蓦娢黄鱎11能夠?qū)崿F(xiàn)電路增益的調(diào)整。</p><p><b> 缺點(diǎn)有:</b></p><p> ①功率不
22、是很高,最大輸出功率只有8.9W;</p><p> ?、赥IP31C和TIP32C的功耗都比較大,集電極電流輸出不是很大;</p><p> ③2.2mf的電解電容存在電感,電路的低頻特性不是很好;</p><p> 針對(duì)3個(gè)缺點(diǎn)各自的改進(jìn)方案:</p><p> 缺點(diǎn)1:采用雙電源供電的OCL電路或者用LM1875或TDA7294等
23、運(yùn)放和元器件搭建的電路;</p><p> 缺點(diǎn)2:2SA1444、2SC3694的功耗只有30W左右,而集電極的輸出電流可達(dá)15A,每只管的耐壓值也為100V,可用這兩只管代替TIP31C和TIP32C。</p><p> 缺點(diǎn)3:把電路換成OCL電路;</p><p><b> 心得體會(huì):</b></p><p&g
24、t; 時(shí)間總是過得很快,經(jīng)過一個(gè)月的課程設(shè)計(jì)的學(xué)習(xí),我已經(jīng)自己能制作一個(gè)高保真音頻功率放大器,這其中的興奮是無(wú)法用言語(yǔ)表達(dá)的。</p><p> 為了盡快完成模電的課程設(shè)計(jì),我充分利用課余時(shí)間,一天也沒歇息。雖然大一學(xué)過了模電,但畢竟那時(shí)理論沒有跟實(shí)際聯(lián)系起來(lái),所以很多知識(shí)都忘了。相關(guān)知識(shí)缺乏給學(xué)習(xí)它帶來(lái)很大困難,為了盡快掌握它的用法,我重新找出了模電書仔細(xì)地復(fù)習(xí)功率放大的相關(guān)知識(shí)。一邊學(xué)理論知識(shí),一邊上網(wǎng)照
25、著原理圖學(xué)習(xí)視頻一步一步做,終于知道了如何操作。</p><p> 剛開始我借來(lái)了一份高保真音頻功率放大器的電路原理圖,但離實(shí)際應(yīng)用差距較大,有些器件太老了,很難找到,后來(lái)到網(wǎng)上搜索了一下相關(guān)內(nèi)容,順便到學(xué)校圖書館借相關(guān)書籍,經(jīng)過不斷比較與討論,最終敲定了高保真音頻功率放大器的電路原理圖,并且查找關(guān)于元器件的參數(shù)情況。為下步實(shí)物連接打好基礎(chǔ)。</p><p> 在做電路仿真時(shí),我畫好了
26、電路原理圖,修改好參數(shù)后,創(chuàng)建網(wǎng)絡(luò)列表時(shí)系統(tǒng)總是報(bào)錯(cuò),無(wú)論我怎樣修改都不行,后來(lái)請(qǐng)教同學(xué),他們也遇到了同樣的困惑。不過,經(jīng)過了一個(gè)晚上的掙扎,終于檢查出原來(lái)漏連了一條線,真是精力耗盡??!但這反而高漲了我對(duì)這課程設(shè)計(jì)的熱情!接下來(lái),開始了我們的實(shí)物焊接階段。由于之前有接觸過焊接,所以以為會(huì)比較簡(jiǎn)單。但事實(shí)不是這樣的!由于采用了電路板,為了使步線美觀、簡(jiǎn)潔,不想用跳線,所以排版也排了很辛苦,還真是費(fèi)了我不少精力,經(jīng)過不斷的修改,最終結(jié)果還比
27、較另人滿意。</p><p> 經(jīng)過這段課程設(shè)計(jì)的日子,我發(fā)現(xiàn)從剛開始的只會(huì)一點(diǎn)理論知識(shí)到現(xiàn)在的把理論和實(shí)際聯(lián)系起來(lái),無(wú)論是實(shí)際動(dòng)手能力還是電子知識(shí)的儲(chǔ)備,都覺得有質(zhì)的飛躍。由于沒有接觸,開始學(xué)得很費(fèi)力,但到后來(lái)就好了。在每次的課程設(shè)計(jì)中,遇到問題,最好的辦法就是問別人,因?yàn)槊總€(gè)人掌握情況不一樣,不可能做到處處都懂,發(fā)揮群眾的力量,復(fù)雜的事情就會(huì)變得很簡(jiǎn)單。這一點(diǎn)我深有體會(huì),在很多時(shí)候,我遇到的困難或許別人之前
28、就已遇到,向他們請(qǐng)教遠(yuǎn)比自己在那冥思苦想來(lái)得快。而且,在這一過程中,我經(jīng)常上“電子發(fā)燒友”等技術(shù)論壇,大大開闊了眼界。也開始從模電課程設(shè)計(jì)走出來(lái),經(jīng)常自己上網(wǎng)查找資料DIY一些有趣實(shí)用的電子電路。從一開始的TDA2030到即將要做的TDA7294功放,我發(fā)現(xiàn)自己對(duì)功放的熱情是越來(lái)越高!在調(diào)試的時(shí)候發(fā)現(xiàn)原先的可調(diào)電源達(dá)不到19V,但這阻止不了我的熱情。工欲善其事,必先利其器!經(jīng)過了一番折騰,我終于做出了25V到37V的可調(diào)電源。雖然也去過
29、實(shí)驗(yàn)室?guī)状握{(diào)試,但是覺得有一個(gè)可靠的可調(diào)電源以后也很有作用。</p><p> 通過這次課程設(shè)計(jì),我明白了獨(dú)立完成好實(shí)驗(yàn)的重要性,從頭到尾,都是我出主意,然后遇到不懂就問別的同學(xué)或上網(wǎng)查找資料來(lái)解決中間出現(xiàn)的各種問題。從原理圖的最終敲定,到波形的仿真,到元器件的選擇與購(gòu)買,到最后實(shí)物的焊接與調(diào)試,這都是自己獨(dú)立完成的結(jié)果。這對(duì)我的自學(xué)能力有很大的幫助。我學(xué)會(huì)了不依賴別人獨(dú)立解決自己的問題。</p>
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