1 初始条件和设计要求
1.1 初始条件
具备模拟电子电路的理论知识；具备模拟电路基本电路的设计能力；具备模拟电路的基本调试手段；自选相关电子器件；可以使用实验室仪器调试。
1.2 设计要求
1、不失真输出功率≥2.4 W，频率响应：20HZ～20KHZ
2、输入阻抗≥ 50KΩ，输入电压≤ 5mv
3、具备高音和低音的音调控制功能
4、效率>60%
5、安装调试并完成符合学校要求的设计说明书
3.1 电路组成
我们设计的电路有两部分组成：
（1）直流稳压电源
首先我们考虑到直流稳压电源是每个电子设备的基础器件，应该与主电路分开设计，单独放置一个模块。其次我们设计的是高保真音频功率放大器，因此对直流电源有着很高的要求，要尽可能的滤掉交流分量，达到稳压效果，使输出信号失真度达到最小。
（2）双声道高低音音频功率放大器
实验要求是要有高低音可调电路，但是我们考虑到信号是由左右声道组成，所以为了达到最好的输出效果，我们设计了高低音调节外兼有左右声道的立体声高保真音频功率放大器。
此音频功率放大器所用的核心芯片是国际通用高保真音频功率放大集成电路TDA2030A。
4.1 直流稳压电源
4.1.1 直流稳压电源原理图
图4-1-1
4.1.2 直流稳压电源所选元件
双24V变压器，二极管1N4007，1000uf电解电容，0.33uf独石电容，三端稳压管LM7815,LM7915，0.1uf瓷片电容，220uf电解电容
4.1.3 直流稳压电源原理
直流稳压电源分为四部分:变压，整流，滤波，稳压。
变压：此处我们选择双24V的交流变压器，输出相位相反的24V交流电。
整流：我们选择了耐压较好的整流二极管1N4007。
滤波：我们放置了多组电容，达到最好的滤波效果。
首先电流经过二极管整流后，先经过两个1000uf的大电容，滤掉直流中的交流分量，此处电容越大越好。经过初步电容滤波的输出电压V0=（1.1-1.2）V2。然后在经过两个0.33uf的电容，用以抵消输出端较长接线的电感效应，以防止自激震荡，还可抑制电源的高频脉冲干扰，一般取0.1-1uf。
稳压：因为要得到稳定的正负15V的直流电压，此处我们放置两个三端稳压管LM7815和
LM7915。该电路对称性好，温度特性也近似一致。经过稳压管输出的电流再经过两个0.1uf 的瓷片电容和两个220uf的电解电容，用以改善负载的瞬态效应，消除电路的高频噪声，同时也有消振作用。由于220uf的电容较大，可以提高稳压电源的脉冲响应，输出较大的脉冲电流，当然也有缺点，一旦输入端断开，Vi消失，已充电的大电容将从稳压器的输出端向稳压器放电，是稳压器损坏，于是再最后添加两个保护二极管1N4007，用来防止在输入端短路时输出电容所存储电荷通过稳压器放电而损坏器件。
4.2 功率放大器
4.2.1 功率放大器原理图
图4-2-1
4.2.2功率放大器所选元件
4.2.3功率放大器原理
由于左右声道是对称的，因此我们只用分析其一，此处以分析右声道为例。如图所示，LED和R19为电源指示电路，以指示电源是否正常工作。C
10
是输入耦合电容,在信号输入端口中，作用是隔离直流噪声，这个电容是工作在信号源旁，直接介入输入端，因而需要一个较高的击穿电压的电容，而且电容的取值不能太大，因而定为10uf。
，R
15是TDA2030同向输入端偏置电阻。R
16
和R
17
决定了该电路交流负反馈的强弱及闭环增
益。
该电路闭环增益为：（R
16+R
17
）/R
17=
（47000+330）/330=143.42倍
C
13
起隔直流作用，以使电路直流为100%负反馈。静态工作点好。
C15和C16为电源高频旁路电容，防止电路产生自激振荡。C14和R18组成茹贝网络，用以在电路接有感性负载扬声器时，保证高频稳定性。R10是一个起到限流作用的电阻，使输入信号不会过大。滑动变阻器RP1-R改变输入信号大小，调节音量的作用。进入下一个就是高低频的选频网络，其一是通过电容C8和C11可以起到选择高频、消去低频和直流的作用，再通过另外一个滑动变阻器RP2-R调节电路中的高频作用效果，从而起到调节高音的效果；另外一条路线由于只接了一个电阻Ｒ11可以通直流电流及低频交流电流。由于C9和C12以消去低频中高频作用，高频信号会消失，从而起到选择低频的效果，因为滑动变阻器RP3-R而可以调节低音。
5 电路仿真
5.1 仿真软件简介
5.1.1 仿真软件Proteus简介
Proteus软件是英国Labcenter electronics公司出版的EDA工具软件（该软件中国总代理为广州风标电子技术有限公司）。它不仅具有其它EDA工具软件的仿真功能，还能仿真单片机及外围器件。它是目前最好的仿真单片机及外围器件的工具。虽然目前国内推广刚起步，但已受到单片机爱好者、从事单片机教学的教师、致力于单片机开发应用的科技工作者的青睐。Proteus是世界上著名的EDA工具(仿真软件)，从原理图布图、代码调试到单片机与外围电路协同仿真，一键切换到PCB设计，真正实现了从概念到产品的完整设计。是目前世界上唯一将电路仿真软件、PCB设计软件和虚拟模型仿真软件三合一的设计平台，其处理器模型支持8051、HC11、PIC10/12/16/18/24/30/DsPIC33、AVR、ARM、8086和MSP430等，2010年即将增加Cortex和DSP系列处理器，并持续增加其他系列处理器模型。在编译方面，它也支持IAR、Keil和MPLAB等多种编译器。
Proteus具有四大功能模块
（1）智能原理图设计（ISIS）
（2）完善的电路仿真功能（Prospice）
（3）独特的单片机协同仿真功能（VSM）
（4）实用的PCB设计平台
Proteus提供了丰富的资源
（1）Proteus可提供的仿真元器件资源：仿真数字和模拟、交流和直流等数千种元器件，有30多个元件库。
（2）Proteus可提供的仿真仪表资源：示波器、逻辑分析仪、虚拟终端、SPI调试器、I2C调试器、信号发生器、模式发生器、交直流电压表、交直流电流表。理论上同一种仪器可以在一个电路中随意的调用。
（3）除了现实存在的仪器外，Proteus还提供了一个图形显示功能，可以将线路上变化的信号，以图形的方式实时地显示出来，其作用与示波器相似，但功能更多。这些虚拟仪器仪表具有理想的参数指标，例如极高的输入阻抗、极低的输出阻抗。这些都尽可能减少了仪器对测量结果的影响。
（4）Proteus可提供的调试手段 Proteus提供了比较丰富的测试信号用于电路的测
试。这些测试信号包括模拟信号和数字信号。
在PROTEUS绘制好原理图后，调入已编译好的目标代码文件：*.HEX，可以在PROTEUS的原理图中看到模拟的实物运行状态和过程。
PROTEUS不仅可将许多单片机实例功能形象化，也可将许多单片机实例运行过程形象化。前者可在相当程度上得到实物演示实验的效果，后者则是实物演示实验难以达到的效果。
它的元器件、连接线路等却和传统的单片机实验硬件高度对应。这在相当程度上替代了传统的单片机实验教学的功能，例：元器件选择、电路连接、电路检测、电路修改、软件调试、运行结果等。
5.1.2 仿真软件Multisim
Multisim是美国国家仪器（NI）有限公司推出的以Windows为基础的仿真工具，适用于板级的模拟/数字电路板的设计工作。它包含了电路原理图的图形输入、电路硬件描述语言输入方式，具有丰富的仿真分析能力。
NI Multisim软件是一个专门用于电子电路仿真与设计的EDA工具软件。作为Windows 下运行的个人桌面电子设计工具，NI Multisim 是一个完整的集成化设计环境。NI Multisim计算机仿真与虚拟仪器技术可以很好地解决理论教学与实际动手实验相脱节的这一问题。学员可以很方便地把刚刚学到的理论知识用计算机仿真真实的再现出来，并且可以用虚拟仪器技术创造出真正属于自己的仪表。NI Multisim软件绝对是电子学教学的首选软件工具。
整个操作界面就像一个电子实验工作台，绘制电路所需的元器件和仿真所需的测试仪器均可直接拖放到屏幕上，轻点鼠标可用导线将它们连接起来，软件仪器的控制面板和操作方式都与实物相似，测量数据、波形和特性曲线如同在真实仪器上看到的；
丰富的元器件
提供了世界主流元件提供商的超过17000多种元件，同时能方便的对元件各种参数进行编辑修改，能利用模型生成器以及代码模式创建模型等功能，创建自己的元器件。
以SPICE3F5和Xspice的内核作为仿真的引擎，通过Electronic workbench 带有的增强设计功能将数字和混合模式的仿真性能进行优化。包括SPICE仿真、RF仿真、MCU仿真、VHDL仿真、电路向导等功能。
5.2 电路仿真
5.2.1 直流稳压电源的仿真
图5-2-1
图5-2-1为Proteus软件的直流稳压电源仿真图
图5-2-2
由图5-2-2可以看出，经过变压器变压后的交流电压为24V
图5-2-3
由图5-2-3可以看出，输出电压为直流电正，负15V。由仿真结果可知电源设计正常
5.2.2功率放大器的仿真
由于仿真软件Proteus中没有元件TDA2030A，所以我们选择用软件Multisim仿真
5.2失真分析
图5-2-4
图5-2-4为功率放大器在Multisim软件中的仿真图
失真分析：
总音量为50%，高低音在50%时输入1KHz和50Hz时的饱和失真波形
图5-2-5
图5-2-6
音量最大，高低音50%时输入1KHz和50Hz的饱和失真波形
图5-2-7
图5-2-8
交流分析图（输入3mv）
总音量和高低音均调至100%
图5-2-9 总音量为100%，高音为0，低音为100%
图5-2-10
总音量为100%，高音为100%，低音为0
图5-2-11
5.3 制作PCB
Altium Designer 可以完成从原理图设计到仿真分析再到pcb板的设计及各种报表的生成等一系列工作，十分强大。它提供了一个软硬件并行的开发方法。当系统级设计完成以后，PCB板硬件工程师可以进行制作板子，嵌入式软件工程师可以进行芯片级的嵌入式软件开发，而到最后调试时出现问题可以很方便地进行软硬件各自的修改。这种软硬件并行的开发方法已经在国外慢慢流行起来，在不久的将来将成为嵌入式系统开发的主流方法。
图5-3-2
3
213
215
4
3
2
123
4
1
1
21
2Sheet2
图5-3-3 电源PCB板信息图
图5-3-4
功率放大器部分PCB图
图5-3-5
图5-3-6
图5-3-7 功率放大器部分PCB板信息图
图5-3-8
仿真结果报告
图5-3-9