湖南工学院
课程设计说明书
课题名称：音响放大器设计
专业名称：自动化
学生班级：自本080班
学生姓名：陈金辉
学生学号： 0840*******
指导教师：李祖林
模拟电子技术课程设计任务书系：电气与信息工程系年级：08级专业：自动化指导教师姓名李祖林学生姓名陈金辉
课题名称音响放大器
内容及任务
一：设计任务和要求：
（1）设计话音放大与混合前置放大器、音调控制级、功率放大级。
（2）选定元器件和参数，并设计好电路原理图。
（3）在万能板或面包板或PCB板上进行电路安装调测。
（4）测试输出功率。（5）测试输入阻抗。
（6）撰写设计报告。
二、设计内容：
音响放大器设计
三、技术指标：额定功率P≥0.3W，负载阻抗为10Ω，频率响应范围为50Hz-20KHz，输入阻抗大于20KΩ，放大倍数≥20dB。
进度安排
起止日期设计内容
5月10-5月17 查找资料
5月19-5月25 初步拟定方案
5月25-6月10 确定方案，购买元器件6月11-6月12 制作PCB板，焊接元件6月13-6月19 调试、测试系统
主要参考资料《电子线路设计·实验·测试》、《电子技术基础模拟部分》《电路分析》、《高保真音响设计》
答辩成绩
指导教师评阅
意见
目录
1.1 设计目的 (1)
1.2 设计要求和技术指标 (1)
第二章设计总体方案 (1)
2.1 音响模块流图 (1)
2.2 单元电路简介 (2)
第三章单元电路设计 (2)
3.1 功率放大电路 (2)
3.1.1集成功放TDA2030A简介 (2)
3.1.2 TDA 2030A主要性能指标 (3)
3.1.3 TDA2030A集成功放电路原理说明 (3)
3.2.1 音调调节方式选择及电路图 (4)
3.2.2 低音调节 (5)
3.2.3 高音调节 (9)
3.3 低音滤波电路 (13)
3.3.1低音滤波的作用 (13)
3.3.2上限截止频率确定 (14)
3.3.3 滤波器选择 (14)
3.3.4林氏滤波器参数确定 (14)
3.4 供电电源电路 (16)
3.4.1 设计方案（总体框图设计） (16)
3.4.2整流电路的设计 (16)
3.4.3滤波电路的设计 (17)
3.4.4稳压电路的设计 (18)
3.4.5 参数的选择 (19)
第四章印制电路板制作 (20)
4.1 PCB设计软件 Altium Designer 简介 (20)
4.2 原理图设计 (21)
4.3 PCB图设计 (21)
第五章音响测试 (21)
5.1 功能测试 (21)
5.2 性能指标测试 (21)
结束语 (22)
附录一音响整机电路图 (23)
附录二音响整机PCB图 (24)
参考文献 (24)
第一章设计要求
1.1 设计目的
1、了解集成功率放大器内部电路工作原理
2、掌握其外围电路的设计与主要性能参数测试方法
3、掌握音响放大器的设计方法与电子线路系统的装调技术
1.2 设计要求和技术指标
1、技术指标
额定功率P≥0.3W，负载阻抗为10Ω，频率响应范围为50Hz-20KHz，输入阻抗大于20KΩ，放大倍数≥20dB。
2、设计要求
（1）设计话音放大与混合前置放大器、音调控制级、功率放大级；
（2）选定元器件和参数，并设计好电路原理图；
（3）在万能板或面包板或PCB板上进行电路安装调测；
（4）测试输出功率；
（5）测试输入阻抗；
（6）撰写设计报告。
第二章设计总体方案
2.1 音响模块流图
音源高
音
调
节
高
通
滤
波
器
功
放
扬
声
器
2.2 单元电路简介
音源取自收音机或者MP3或者直接取自电脑。音调调节部分采用反馈式调节的变体，这样既相对的提升衰减高低音，又可以起到前级放大的作用。这样可以节省一块运放。考虑到实际效果，我们运放采用“运放之星”NE5532，功放采用高性价比的TDA2030A。高通滤波器采用林氏滤波器。考虑到TDA2030A采用了双电源+-16V多的电源供电，选用功率比较大的6W,8Ω扬声器。
第三章单元电路设计
3.1 功率放大电路
3.1.1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。
图3-1-1TDA 2030A 引脚图
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
3.1.2 TDA 2030A主要性能指标
表3-1 TDA 2030A 主要性能参数
参量符号参数数值单位
V
S
最大供电电压±22 V
Vi 输入V
S
Vi 差分输入±15 V
I
O
最大输出电流3。5 A
P
TOT
最大功耗20 W
T STG ，T
J
存储和结点的温度-40 to +150 ℃
V
S
最大供电电压±22 V
S/R 转换速率9V uS THD 总谐波失真
Po=0.1 to 9W,RL=8Ω
f=40 to 15 kHz
0.05 %
BW 功率宽度100 KHz TR 热阻 3 ℃/W 3.1.3 TDA2030A集成功放电路原理说明
图 3-1-2 功放电路图
图 3-1-2是低频功率放大原理图。反相放大器的音色受音源内阻和输入阻抗影响很大，不确定因素较多，同时在稳定性上也不如同相放大器（输入端开路自激，因此决定采用同相放大器。接成用双电源OCL 形式。
电压增益 Av= 33
32
R R =10 公式（3-1-1）
C25是输入耦合电容，R33是TDA2030A 反相输入端偏置电阻。R33、R32决定了该电路交流负反馈的强弱及闭环增益，C31起隔直流作用，以使电路直流为100%负反馈，静态工作点稳定性好。C20、C38为电源高频旁路电容，防止电路产生自激振荡。R34、C32消振电路，用以接有感性负载扬声器时，保证高频稳定性。因扬声器呈感性，易引起高频自激，此容性网络并入可是等效负载呈阻性。
3.2 音调控制电路
3.2.1 音调调节方式选择及电路图
高低音调节的音调电路，根据其在整机电路中的位置，可分为衰减式、负反馈式以及衰减负反馈混合式音调控制电路三种；由于本电路无前级放大，输入信号较小，故不采用衰减式调节。为分析简单起见，这里我们采用反馈式音调调节方式。
图3-1-3 音调调节电路
3.2.2 低音调节
（1）低音衰减
当R31滑到A端时，对低频来说C26容抗很大，可看作开路。同样C30对低频也可看作开路故低频等效电路如下。
图 3-2-1 低音衰减等效仿真电路
C29，C33对高频可看作短路，因此
高频增益有 I O V R R R V 3526
35+=
=Vi R R 3526
1+ 公式（3-2-1） 中高音增益仿真结果如下
图 3-2-2 中高音增益
可见中高频增益基本维持在14.857dB 。
低频增益有Vi R C j C j R R R C j C j R V O 31
//29333526
31//293335ωωωω+++++=
=Vi R C j C j R R 31
//29333526
1ωω+++ 公式（3-2-2）
则相对于中音来说低音衰减了。 低音增益仿真结果如下
图 3-2-3 低音区中音转折频率增益
可见中音区的低音转折频率约为249Hz 。 （2）低频提升
当R31滑到B 端时等效电路如下
图 3-2-4 低音提升等效仿真电路
对中高音C27,C33可看作短路
中高音增益有 3526
1352635R R R R R V O +=+= 公式（3-2-3）
中高频段增益仿真结果如下
可以看出中高频增益约为14.859dB 。
图 3-2-5 中高音增益
低频音增益变为
Vi C j R R R C j C j R V O 33
3526
31//273335ωωω++++=
=I V C j R R R C j 33
3526
31//271ωω+++ 公式（3-2-4）
则相对中频增益提高了。
低音增益仿真结果如下
图 3-2-6 低音区中音转折频率增益
可以看出其由提升转向平坦的转折约为366Hz 。
3.2.3 高音调节 (1)高音衰减
当R30滑至顶端C 点时高音衰减最大，此时C27,C29,C33,C30对高频音的容抗很小可近似为开路。则高音衰减等效电路可简化如下
低频音来说C26容抗很大，故增益固定为
i
O V R R R R R R R V )
3036//(126)3036//(1+++=
Vi
R R R R )3036//(126
1++
= 公式（3-2-5）
中低音增益仿真结果如下
图 3-2-8 低音增益
图 3-2-7 高音衰减等效仿真电路
可以看出有低音提升稳在14.859dB 。
而高频增益为
i
O V R j R R C j R R R j R R V )
3036//(126
25//26)3036//(1ωωω++++=
Vi
R j R R C j R R )3036//(126
25//261ωω+++
= 公式（3-2-6）
则相对于中低音衰减了
图 3-2-9 高音区中音转折频率增益
从图中可以看出高音区的中音转折频率约为3.555KHz 。 （2）高音提升
当R30滑至最低的D 点时，高频增益最大。此时电路C27,C29对高频同样看看做短路，C33容抗很小近似看做开路，因此电路可简化如下
图3-2-10 高音提升等效仿真电路C26,C1对中低音相当于开路故
中低音增益稳定在
Vi
R
R
R
V
O1
26
1+
=Vi
R
R
1
26
1+
=
公式（3-2-7）
中低音增益仿真结果如下
图3-2-11 高音提升时中低应增益从图中可以看出中低音增益稳定在14.859左右。
高音增益有
Vi
R
C
j
R
C
j
R
R
R
R
C
j
R
V
O36
1
1
)
26
30
25
//(
26
36
1
1
+
+
+
+
+
+
+
=
ω
ω
ω
i
V
R
C
j
R
C
j
R
R
R
36
1
1
)
26
30
25
//(
26
1
+
+
+
+
+
=
ω
ω
公式（3-2-8）
高音区的中音转折频率仿真结果如下
图3-2-12 高音区的中音转折频率
从图中可以看出高音区的中音转折频率约为3.287KHz。
3.3 低音滤波电路
3.3.1低音滤波的作用
（1）众所周知，音频信号频率越低、其“功率密度”越大，很多中低价位的有源音箱，负责重放200HZ---15KHZ的卫星箱通道功放仅使用国产D2030或UTC2030，而仅负责重放200HZ的低音通道要使用TDA2030A，并且一定要使用ST 公司原装产品，将50HZ以下信号切除，可大大提高电源利用率和功放IC的“效率”，减少发热，为“提高”TDA2030A的输出功率打下基础。
（2）大多数5.25寸扬声器在50HZ以下失真、发热都迅速增加，切除后，可以明显降低失真。
TDA2030A输出功率和输出电流有限，要做到“物尽其用”，自然要缜密斟酌、精打细算。因此在电路中将50HZ以下的信号用滤波器切除，以提升TDA203A的驱动能力。
3.3.2上限截止频率确定
⑴ 按TDA2030A 的驱动能力，基本上没有人将其用于驱动5.25英寸以上扬声器单元，而5.25英寸扬声器装箱后，其-3dB 下潜极少见有能达到50HZ 者。50HZ 以下信号只增加音乐的深沉感，而在绝大多数使用5.25寸低音扬声器的系统中都无法实现重放50HZ ，切除后完全不影响系统的低频力度、弹性完全没有影响，甚至感觉更加干净利落。
3.3.3 滤波器选择
根据计算切除50HZ 以下的信号巴特沃斯滤波器(Butterworth)： 最大平坦度滤波器，在通带内有平坦的幅度和一致的群延时，带阻频率滚降率一般。 贝塞尔滤波器(Bessel)：在通带内有平坦的幅度和一致的群延时，但带阻频率滚降率低，相移非90度、180度等。切比雪夫滤波器(Chebyshev)：陡峭斜率滤波器，但其瞬态和相位特性都稍差，而且通带内的衰减率有纹波状的小幅度波动，带阻频率滚降率高。 林克威治-瑞利”滤波器（Linkwitz-Riley ）：这种滤波器的特点是具有高达四阶的衰减斜率，具有平坦的幅度和相位响应。 巴特沃斯滤波器和林克威治-瑞利滤波器相比：巴特沃斯滤波器很容易实现归一化设计，但需两级二阶级连成4阶24DB/OCT ；而林克威治-瑞利滤波器特性就是24DB/OCT 。长期以来，在音箱设计者的圈子里，林克威茨（linkwitz ）的名字可以说无人并不知。所有的音箱制造商在他们引以为豪的家做中，几乎无一不用到林克威茨滤波器，因此采用林氏滤波器。
3.3.4林氏滤波器参数确定
R
f C C ???=
=π21
21 公式（3-3-1）
这里我们采用辅助软件来计算
图3-3-1 高通滤波电路参数设定为了改善Q值，我们改变使R1,R2取不同值
3.3.5滤波器幅频特性仿真分析
图3-3-2 高通滤波仿真电路
图3-3-3 高通滤波幅频特性图3.4 供电电源电路
3.4.1 设计方案（总体框图设计）
稳压电源的功能及组成
图3-4-1 电源单元设计流图
电源变压器: 将交流电网电压u
1变为合适的交流电压u
2
；
整流电路: 将交流电压u
2
变为脉动的直流电压；
滤波电路:将脉动直流电压转变为平滑的直流电压；
稳压电路: 清除电网波动及负载变化的影响,保持输出电压u
的稳定。在这个课
程设计中取U
2=12V,I
2
=0.5A，变压器副边电压P
2
≥I
2
U
2
=6W，为留有余地选择
12V/20W的变压器。3.4.2整流电路的设计
单相桥式整流电路变
压
电
路
整
流
电
路
稳
压
电
路
滤
波
电
路
交流电源
图3-4-2整流电路
负载电压 u
的平均值:
u o =错误！未指定书签。1/2π∫2
π2 sinwtd(wt)=0.9u2
公式（3-4-1）
负载上的(平均)电流: i
0=
0.9u
2
u
L
公式（3-4-2）
每个二极管只有半周导通,流过每只整流二极管的平均电流 i
D
是负载平均电流的一半。
i D =
i
o
2
=
0.9u
2
u
L
公式（3-4-3）
二极管截止时两端承受的最大反向电压： u
DRM =2 u
2
公式（3-4-3）
3.4.3滤波电路的设计
滤波原理: 交流电压经整流电路整流后输出的是脉动直流，其中既有直流成分又有交流成份。滤波电路利用储能元件电容两端的电压(或通过电感中的电流)不能突变的特性, 将电容与负载RL并联(或将电感与负载RL串联)，滤掉整流电路输出电压中的交流成份，保留其直流成份，达到平滑输出电压波形的目的。