音响放大器课程设计完整版.doc-资料库

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一、设计方案简介：电路方案的比较与论证 1. 放大电路的比较与论证方案一：采用 uA741 运算放大器设计电路，uA741 通用高增益运算通用放大器，早些年最常用的运放之一，应用非常广泛，为双列直插 8 脚或圆筒 8 脚封装。工作电压±22V，差分电压±30V，输入电压±18V，允许功耗 500mW。方案二：采用 LM324 通用四运算放大器，双列直插 8 脚封装，内部包含四组形式完全相同的运算放大器，除电源共用外，四组运放相互独立。它有 5 个引出脚，其中“+”、“-”为两个信号输入端，“V+”、“V-”为正、负电源端，“Vo”为输出端。两个信号输入端中 Vi-（-）为反相输入端，表示运放输出端 Vo 的信号与该输入端的位相反；Vi+（+）为同相输入端，表示运放输出端 Vo 的信号与该输入端的相位相同。方案选取：uA741 是通用放大器，性能不是很好，满足一般需求，而 LM324 四运放大器具有电源电压范围宽，静态功耗小，可单电源使用，价格低廉等优点。本设计放大倍数不高，LM324 能达到频响要求，故选用 LM324 四运放大器。 2. 音频功率放大电路的比较与论证方案一：采用 SL34 集成功率放大器， SL34 是低电压集成音频功放，功耗低、失真小，工作电压为 6V，8 负载时，输出功率在 300mW 以上。主要用于收音机及其它功放。方案二： LM386 是一种音频集成功放，具有自身功耗低、电压增益可调整、电源电压范围大、外接元件少和总谐波失真小等优点，广泛应用于录音机和收音机之中。LM386 电源电压 4--12V，音频功率 0.5w。LM386 音响功放是由 NSC 制造的，它的电源电压范围非常宽，最高可使用到 15V，消耗静态电流为 4mA，当电源电压为 12V 时，在 8 欧姆的负载情况下，可提供几百 mW 的功率。它的典型输入阻抗为 50K。方案三：TDA2030 芯片所组成的功放电路，它是一款输出功率大，最大功率到达 35W 左右，静态电流小，负载能力强，动态电流大既可带动 4-16Ω的扬声器，电路简洁，制作方便、性能可靠的高保真功放，并具有内部保护电路。方案选取：本课题要求音响放大器的输出功率在 5W 以上，然而 LM386 达不到这功率，故选用 TDA2030。频率响应 fL～fH＝ 40Hz～10kHz；而单电源供电音频功率放大器已经达到所需要的目标。并且它较少元件组成单声道音频放大电路、装置调整方便、性能指标好等特点。而 BTL 电路虽然也有以上的功能，但制作复杂，不利于维修。 1

3.总体方案选择的论证: 本次实验主要通过对音响放大器的设计，来了解音响放大器的组成，掌握音响放大器的设计方法，学会综合运用所学的知识对实际问题进行分析和解决。音响放大器的基本组成如图 2-1 所示。从上图可以看到，音响放大器主要由语音放大器、混合前置放大器、电子混响器、音调控制器和功率放大器等电路组成。设计时先确定整机电路的级数，再根据各级的功能及级数指标要求分配各级电压增益，然后分别计算各级电路的参数，通常从功放级开始向前级逐级计算。本题需要设计的电路为语音放大器、混合前置放大器、音调控制器和功率放大器。二、设计条件及参数测定： 1.LM324 的介绍 LM324 引脚图简介： LM324 系列器件为价格便宜的带有真差动输入的四运算放大器。与单电源应用场合的标准运算放大器相比，它们有一些显著优点。该四放大器可以工作在低到 3.0 伏或者高到 32 伏的电源下，静态电流为 MC1741 的静态电流的五分之一。共模输入范围包括负电源，因而消除了在许多应用场合中采用外部偏置元件的必要性。每一组运算放大器可用图 1 所示的符号来表示，它有 5 个引出脚，其中“+”、“-”为两个信号输入端，“V+”、 “V-”为正、负电源端，“Vo”为输出端。两个信号输入端中， Vi-（-）为反相输入端，表示运放输出端 Vo 的信号与该输入端的位相反；Vi+（+）为同相输入端，表示运放输出端 Vo 的信号与该输入端的相位相同。实物如图 3-2，LM324 的引脚排列见图 3-1。 2

LM324 的特点： 1.短跑保护输出 2.真差动输入级 3.可单电源工作：3V-32V 4.低偏置电流：最大 100nA 5.每封装含四个运算放大器。 6.具有内部补偿的功能。 7.共模范围扩展到负电源 8.行业标准的引脚排列 9.输入端具有静电保护功能图 3-3 引脚排列图 LM324 系列采用两个内部补偿，二级运算放大器，每个运放的第一级由带输入缓冲晶体管 Q21 和 Q17 的差动输入器件 Q20 和 Q18，以及差动到单端转换器 Q3 和 Q4。第一级不仅完成第一级增益的功能，而且要完成电平移动和减小跨导的功能。由于跨导的减小，仅需使用一个较小的补偿电容（仅 0.5pF），从而就可以减小芯片尺寸，跨导的减小可由将 Q20 和 Q18 的极电集分离而实现。该输入级的另一特征是，在单电源工作模式下，输入共模范围包含负输入和地，无论是输入器件或者差动到单端变换器都不会饱和，第二级含标准电流源负载放大器级。 2.集成功放 TDA2030A 简介 TDA 2030A 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，另一特点是输出功率大，而保护性能以较完善。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 TDA 2030 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。 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，外型如同塑封大功率管，这就给使用带来不少方便。且其价格低廉、性能良好，在上世纪 80 年代即被广泛应用于收录机、有源音箱，为广大音频爱好者所熟知和喜爱。 3

图 3-1 TDA 2030A 引脚图表 3-1 TDA 2030A 主要性能参数参量符号参数数值单位 VS Vi Vi IO PTOT 最大供电电压输入差分输入最大输出电流最大功耗 ±22 VS ±15 3。5 20 TSTG ，TJ 存储和结点的温度 -40 to +150 VS S/R THD BW TR 最大供电电压转换速率总谐波失真 Po=0.1 to 9W,RL=8Ω f=40 to 15 kHz 功率宽度热阻 ±22 9V 0.05 100 3 V V A W ℃ V uS % KHz ℃/W 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 4

三、设计主要参数计算（单元电路的设计） 1、语音放大器由于话筒的输出信号一般只有5mv 左右，而输出阻抗达到 20K ，所以要求语音放大器的输入阻抗应远大于话筒的输出阻抗，而且不失真地放大声音信号，频率也应满足整个放大器的要求。因此，语音放大器可采用集成运放组成的同相放大器构成，具体电路如图 2-3 所示。图中，放大器的增益 A VF 1   。 f R R 1 由由于要求语音放大级的放大倍数为 7.5，所以选择 iR 10K  ， fR 采用阻值为100K 的电位器，使放大器可以根据需要调整。 2、混合前置放大器混合前置放大器的主要作用是将磁带放音机的音乐信号与语音放大器的输出声音信号进行混合放大，可采用反相加法器实现，具体电路如图 2-4 所示。从图中可以看出，输出电压与输入电压之间的关系为： v o      R f R 1 v i 1  f R R 2 v i 2    （2-1）式中， 1iv 为话筒放大器的输出信号， 2iv 为放音机的输出信号。另外，图中的 'R 是平衡电阻，大小为 ' R R // 2R // fR 。 1 5

根据图 2-2 所示的整机增益分配可知，要使话筒与录音机输出经混响 R 级后的输出基本相等，则要求 f R 1  ， 3 fR R 2  ，所以可以选择 Rf=30KΩ， 1 R1=10KΩ，R2=30KΩ。耦合电容 1C 、 2C 采用10 f 的电容。 3、音调控制器常用的音调控制电路有三种：（1）衰减式 RC 音调控制电路，其调节范围较宽，但容易产生失真；（2）反馈型电路，其调节范围小一些，但失真小；（3）混合式音调控制电路，其电路较复杂，多用于高级收录机中。为了使电路简单、信号失真小，我们采用反馈型音调控制电路。反馈型音调控制电路的原理图如图 2-5 所示。图中， 1Z 和 fZ 是由 RC 组成的网络。因为集成运放 A 的开环增益很大，所以：  A vf  V  o V i   f Z Z 1 （2-2）当信号频率不同时， 1Z 和 fZ 的阻抗值也不统，所以 vfA  随频率的变化而变化。假设 1Z 和 fZ 包含的 RC 元件不同，可以组成四种不同形式的电路，如图 2-6 所示。 6

在图 2-6（a）中，可以得到低音提升；在图 2-6（b）中，可以得到高音提升；在图 2-6（c）中，可以得到高音衰减；在图 2-6（d）中，可以得到低音衰减；如果将图 2-6 所示的四种电路形式组合在一起，得到反馈型音调控制电路，如图 2-7 所示。根据音响放大器的设计技术指标，要使 VL A  A VH  20dB ，结合 VLA 的表达式可知， 1R 、 2R 、 1PR 的阻值一般取到几千欧到几百欧。现取 1PR  470K  ，有 C 2  1 f PR 1 1 L 2   0.008 F  ， R 2   52 K  。 PR 1 f  2 L f 1 L 1 C 取标称值，则 2 F 0.01 R ， 2 51 K  。由前述的假设条件可得， R 1  R 4  R 2 1 10  R 3  R  51 K  ， PR =PR 1 2  470K R a  3 R 10  15 K C  ， 3  470 pF  ， 1 C C   0.01 F 2 ，由于在低音时，音调控制电路输入阻抗近似为 1R ，所以级间耦合电容可取 C C i  o  10 F 。 7

4、功率放大器功率放大器（功放）是音响放大器的核心电路，它的作用是给负载（扬声器）提供一定的输出功率。四、电路图设计及仿真结果 1、设计最终电路图 8

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