音频功率放大器的设计仿真与实现全解

学生姓名：

指导教师：

课程设计任务书

专业班级：

工作单位：

电信

信息工程学院

题

目:

音频功率放大器的设计仿真与实现

初始条件：

可选元件：集成功放，电容、电阻、电位器若干；或自选元器件。直流电源

±12V，或自选电源。

可用仪器：示波器，万用表，毫伏表等。

要求完成的主要任务:

（1）设计任务

根据技术指标和已知条件，选择合适的功放电路，如：OCL、OTL 或 BTL

电路。完成对音频功率放大器的设计、装配与调试。

（2）设计要求

1 输出功率 10W/8Ω；频率响应 20~20KHz；效率>60﹪；失真小。

2 选择电路方案，完成对确定方案电路的设计。

3 利用 Proteus 或 Multisim 仿真设计电路原理图，确定电路元件参数、掌握电 路工作原理并仿真实现系统功能。

4 安装调试并按规范要求格式完成课程设计报告书。

5 选做：利用仿真软件的 PCB 设计功能进行 PCB 设计。

时间安排：

1 第 18 周前半周，完成仿真设计调试；并制作实物。

2 第 18 周后半周，硬件调试，撰写、提交课程设计报告，进行验收和答辩。

指导教师签名：

系主任（或责任教师）签名：

年

年

月

月

日

日 目录

1 设计任务与要求……………………………………………………………………………..1

1.1 设计任

务…………………………………………………………………………………...1

1.2 设计要

求…………………………………………………………………………………...1

2 设计方案………………………………………………………………………………………...1

3 选择器件与参数运算………………………………………………………………………2

3.1 运放 NE5532 介绍……………………………………………………………………..2

3.2 TDA 2030 介绍………………………………………………………………………….4

3.3 功率计算……………………………………………………………………………………5

4 单元电路设计…………………………………………………………………………………6

4.1 主电源电

路………………………………………………………………………………..6

4.2 调音电路……………………………………………………………………………………6

4.3 功率放大电路……………………………………………………………………………7

5 电路设计仿真…………………………………………………………………………………9

5.1 仿真电路

图………………………………………………………………………………..9

5.2 仿真结

果………………………………………………………….9

6 心得体会……………………………………………………………………………………….10 7 参考文献……………………………………………………………………………………….11

附表一：电路原理图………………………………………………………………………….12

附表二：元器件清

单……………………………………………………13

附表三：实物

图…………………………………………………………14

1 设计任务与要求

1.1 设计任务

根据技术指标和已知条件，选择合适的功放电路，如：OCL、OTL 或 BTL 电路。完

成对音频功率放大器的设计、装配与调试。

1.2 设计要求

① 输出功率 10W/8Ω；频率响应 20~20KHz；效率>60﹪；失真小。

② 选择电路方案，完成对确定方案电路的设计。

③ 利用 Proteus 或 Multisim 仿真设计电路原理图，确定电路元件参数、掌握电路工作 原理并仿真实现系统功能。

④ 安装调试并按规范要求格式完成课程设计报告书。

⑤ 选做：利用仿真软件的 PCB 设计功能进行 PCB 设计。

2 设计方案

音频功率放大器的作用是将声音源输入的信号进行放大，然后输出驱动扬声

器。声音源的种类有很多种，故输出信号的电压差别很大，从零点几毫伏到几

百

毫伏。一般动率放大器的输入灵敏度是一定的，这些不同的声音源信号如果直

接

输入到功率放大器的话，对于输入信号过低的，功率放大器功率输出不足，不

能

充分发挥功放的作用；加入输入信号的幅值过大，功率放大器的输出信号将严 重

过载失真。这样就失去了音频放大的意义了，所以一个实用音频功率放大系统

必

须设置前置放大器，以便使放大器适应不同的输入信号，或放大，或衰减，或

进

行阻抗变换，使其与功率放大器的输入灵敏度相匹配。最后音频放大器由前置

放

大器和音调控制电路和功率放大器三部分组成。如图 1 所示

图 1 音频放大器组成框图

3 选择器件与参数运算

3.1 运放 NE5532 介绍

NE5532 是高性能低噪声运放，与很多标准运放（如 1458）相似，它具有

较

好的噪声性能，优良的输出驱动能力及相当高的小信号与电源带宽。

（1）小信号带宽：10MHz；

（2）输出驱动能力：600，10V；

（3）输入噪声电压：5nV/√HZ（典型值）；

（4）DC 电压增益：50000；

（5）AC 电压增益：10KHz 时 2200；

（6）电源带宽：140KHz；

（7）转换速率：9V/μS； （8）大电源电压范围：±3～±20V。

极限参数：

电源电压：Vs …………………… ±22V

输入电压：VIN …………………… ±V 电源 V

差分输入电压：VDIFF …………………… ±5V

工作温度范围：TA …………………… 0℃～70℃

存贮温度：TSTG …………………… -65℃～150℃

结温：Tj …………………… 150℃

功耗（5532FE）：PD …………………… 1000mW

引线温度（焊接，10S）…………………… 300℃

直流电气参数：如图 2 所示。

图 2 直流电气参数

交流电气参数如图 3 所示

图 3 交流电气参数

3.2 TDA 2030 介绍

TDA 2030 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，在目前流行的数十种功率放大集成电路中，规定瞬态互调失 真指标的仅有包括 TDA 2030 在内的几种。我们知道，瞬态互调失真是决定放大 器品质的重要因素，该集成功放的一个重要优点。

TDA2030A 功率放大管利用三极管的电流控制作用或场效应管的电压控制作用将

电源的功率转换为按照输入信号变化的电流。因为声音是不同振幅和不同频率

的波，即交流信号电流，三极管的集电极电流永远是基极电流的 β 倍，β 是

三极管的交流放大倍数，应用这一点，若将小信号注入基极，则集电极流过的

电流会等于基极电流的 β 倍，然后将这个信号用隔直电容隔离出来，就得到了

电流(或电压)是原先的 β 倍的大信号，这现象成为三极管的放大作用。经过不

断的电流及电压放大，就完成了功率放大。

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。另一方面，大功率集成块由于所用电源电压高、输出电流 大，在使用中稍有不慎往往致使损坏。然而在 TDA 2030 集成电路中，设计了较 为完善的保护电路，一旦输出电流过大或管壳过热，集成块能自动地减流或截 止，使自己得到保护（当然这保护是有条件的，我们决不能因为有保护功能而 不适当地进行使用）。 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， 在焊接电路板的时候 TDA2030A 的管脚的分布对于焊接的时候很重要的，如果管 脚的区分有错，直接会导致的功率放大器烧掉。通过查阅资料知道他的管脚分 布为：汉字对着人，从左往右数为 1 2 3 4 5 其中 1 为同武相输入端，2 为反 相输入端，3 为功率放大器的接地端，4 为功率放大器额的输出端，5 为功率放 大器的电源线的接入端。

TDA2030 在电源电压±14V，负载电阻为 4Ω 时输出 14 瓦功率（失真度

≤0．5％）；在电源电压 ±16V，负载电阻为 4Ω 时输出 18 瓦功率（失真度

≤0．5％）。该电路由于价廉质优，使用方便，并正在越来越广泛地应用于各种

款式收录机和高保真立体声设备中。该电路可供低频课程设计选用。

本设计采用 3 个 TDA2030A 芯片，其中一个放大左声道，一个放大右声道，一个放大

低音部分。示意图如图 4

图 4 TDA2030 示意图

3.3 功率计算

计算输出功率 Po 输出功率用输出电压有效值 V0 和输出电流 I0 的乘积来

表示。设输出电压的幅值为 Vom，则

因为 Iom=Vom/RL，所以.当输入信号足够大，使 Vim=Vom= Vcem= VCC- VCES

≈VCC 和 Iom=Icm 时，可获得最大的输出功率 。