OCL音频功率放大器毕业设计.doc

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1、设计课题： OCL音频功率放大器 题目：OCL音频功率放大器一、设计任务与要求1 输入信号为vi=10mV, 频率f1KHz;2 额定输出功率Po2W； 3 负载阻抗RL=8；4 失真度3%；5 用桥式整流电容滤波集成稳压块电路设计电路所需的正负直流电源。二、方案设计与论证该电路主要包括两部分，第一部分输出电压连续可调的直流稳压电源这里我们将其电压调试到需要的值充当直流稳压电源；另外一部分是OCL的音频功率放大器。构建的思路大致如下两种方案方案一、根据设计课题的要求，该音频功率放大器可由图所示框图实现。下面主要介绍各部分电路的特点及要求。1、前置放大器 音频功率放大器的作用是将声音源输入的信号

2、进行放大，然后输出驱动扬声器。声音源的种类有多种，如传声器（话筒）、电唱机、录音机（放音磁头）、CD唱机及线路传输等，这些声音源的输出信号的电压差别很大，从零点几毫伏到几百毫伏。一般功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中的话，对于输入过低的信号，功率放大器输出功率不足，不能充分发挥功放的作用；假如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，这样将失去了音频放大的意义。所以一个实用的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。另外在各种声音源中，除了信

3、号的幅度差别外，它们的频率特性有的也不同，如电唱机输出信号和磁带放音的输出信号频率特性曲线呈上翘形。对于这样的输入信号，在进行功率放大器之前，需要进行频率补偿，使其频率特性曲线恢复到接近平坦的状态，即加入频率均衡网络放大器。对于话筒和线路输入信号，一般只需将输入信号进行放大和衰减，不需要进行频率均衡。前置放大器的主要功能一是使话筒的输出阻抗与前置放大器的输入阻抗相匹配；二是使前置放大器的输出电压幅度与功率放大器的输入灵敏度相匹配。由于话筒输出信号非常微弱，一般只有100V几毫伏，所以前置放大器输入级的噪声对整个放大器的信噪比影响很大。前置放大器的输入级首先采用低噪声电路，对于由晶体管组成的分立

4、元件组成的前置放大器，首先要选择低噪声的晶体管，另外还要设置合适的静态工作点。由于场效应管的噪声系数一般比晶体管小，而且它几乎与静态工作点无关，在要求高输入阻抗的前置放大器的情况下，采用低噪声场效应管组成放大器是合理的选择。如果采用集成运算放大器构成前置放大器，一定要选择低噪声、低漂移的集成运算放大器。对于前置放大器的另外一要求是要有足够宽的频带，以保证音频信号进行不失真的放大。2、音调控制电路音调控制电路的主要功能是通过对放音频带内放大器的频率响应曲线的形状进行控制，从而达到控制放音音色的目的，以适应不同听众对音色的不同爱好。此外还能补偿信号中所欠缺的频率分量，使音质得到改善，从而提高放音系

5、统的放音效果。在高保真放音电路中，一般采用的是高、低音分别可调的音调控制电路。一个良好的音调控制电路，要求有足够的高、低音调节范围，同时有要求在高、低音从最强调到最弱的整个过程中，中音信号（一般指1kHz）不发生明显的幅值变化，以保证音量在音调控制过程中不至于有太大的变化。音调控制电路大多由RC元件组成，利用RC电路的传输特性，提升或衰减某一频段的音频信号，达到控制音调的目的。音调控制电路一般可分为衰减式和负反馈式两大类，衰减式音调控制电路的调节范围可以做得较宽，但由于中音电平也要作很大的衰减，并且在调节过程中整个电路的阻抗也在变化，所以噪声和失真较大。3、功率放大器电路采用集成功放设计功率放

6、大器不仅设计简单，工作稳定，而且组装、调试方便，成本低廉，所以本设计选用集成功放实现。目前常用的集成功放型号非常多，本设计选取SGS公司生产的TDA2030/2030A集成功放，该器件具有输出功率大、谐波失真小、内部设有过热保护，外围电路简单，可以作OTL使用，也可作OCL使用。TDA2030/2030A的外引线如图11 所示。1 脚为同相输入端，2 脚为反相输入端，4 脚为输出端，3 脚接负电源，5 脚接正电源。电路特点是引脚和外接元件少。其主要特点为：电源电压范围为 6 V 18 V ， 静态电流小于60 A ， 频响为10 Hz 140 kHz，谐波失真小于0.5% ，在VCC = 14

7、 V，RL = 4 时，输出功率为14 W。在8负载上的输出功率为9W。方案二、实验是要求制作一个具有信号放大作用的功率放大电路，其基本原理框图如下图所示。图2.1 功率放大电路原理框图一、PO = 2W二、各级电压增益分配 整机电压增益： 由 有 V输入级、中间级、输出级增益分别为： 有：输入级为射随器，AU1 = 1 ， 取中间级增益都为40、输出级增益为10，稍有富裕。 根据原理图知电路原器件要求较多，在实际焊接的时候出错的概率较大，而且总造价相比于方案一较高，总的来说此实验方案与方案一比起来有一定的复杂性，综合考虑选择方案一。三、单元电路设计与参数计算1、直流电源部分其流程图为： 稳压

8、电路滤波电路整流电路电源变压器 直流电源电路图如下：原理分析：(1)电源变压器。其电路图如下：由于要产生12V的电压，所以在选择变压器时变压后副边电压应大于24V,由现有的器材可选变压后副边电压为30V的变压器。(2)整流电路。其电路图如下：原理分析：桥式整流电路巧妙地利用了二极管的单向导电性，将四个二极管分为两组，根据变压器副边电压的极性分别导通，将变压器副边电压的正极性端与负载电阻的上端相连，负极性端与负载电阻的下端相连，使负载上始终可以得到一个单方向的脉动电压。整流输出电压的平均值（即负载电阻上的直流电压VL）VL定义为整流输出电压vL 在一个周期内的平均值，即设变压器副边线圈的输出电压

9、为 ，整流二极管是理想的。则根据桥式整流电路的工作波形，在vi 的正半周，vL = v2 ，且vL的重复周期为p ，所以上式也可用其它方法得到，如用傅里叶级数对图XX_01中vL的波形进行分解后可得式中恒定分量即为负载电压vL的平均值，因此有整流元件参数：在选择整流二极管时，主要考虑两个参数，即最大整流电流和反向击穿电压。在桥式整流电路中，二极管D1、D3和D2、D4是两两轮流导通的，所以流经每个二极管的平均电流为在选择整流管时应保证其最大整流电流IF ID 。二极管在截止时管子两端承受的最大反向电压可以从桥式整流电路的工作原理中得出。在v2正半周时，D1、D3导通，D2、D4截止。此时D2、

10、D4所承受的最大反向电压均为v2的最大值，即 同理，在v2的负半周，D1、D3也承受到同样大小的反向电压。所以，在选择整流管时应取其反向击穿电压VBR VRM 。(3)滤波电路。其电路图如下：电容滤波电路简单，负载直流电压VL较高，纹波也较小，它的缺点是输出特性较差，故适用于负载电压较高，负载变动不大的场合。所以在选择电容时其耐压值应大于1.4V2，电容越大越好，其级别应在千uF以上。 (4)稳压电路。1、启动电路2、基准电压电路3、取样比较放大电路和调整电路4、保护电路对于本实验的稳压电路，主要使用了集成块：78系列。目前，电子设备中常使用输出电压固定的集成稳压器。由于它只有输入、输出和公共

11、引出端，故称之为三端式稳压器。这类集成稳压器的外形图如图1所示。78系列输出为正电压，输出电流可达1A，如78L系列和78M系列的输出电流分别为0.1A和0.5A。它们的输出电压分别为5V、6V、9V、12V、15V、18V和24V等7档。和78系列对应的有79系列，它输出为负电压，如79M12表示输出电压为12V和输出电流为0.5A。 图1 由于本实验要产生12V的恒流源，所以在选择集成块时选7812和7912。2、功率放大部分本实验的核心器件有NE5532P,TDA2030. TDA2030A是德律风根生产的音频功放电路，采用V型5 脚单列直插式塑料封装结构。如图1所示，按引脚的形状引可分

12、为H型和V型。该集成电路广泛应用于汽车立体声收录音机、中功率音响设备，具有体积小、输出功率大、失真小等特点。并具有内部保护电路。意大利SGS公司、美国RCA公司、日本日立公司、NEC公司等均有同类产品生产，虽然其内部电路略有差异，但引出脚位置及功能均相同，可以互换。电路特点：1.外接元件非常少。 2.输出功率大，Po=18W(RL=4)。 3.采用超小型封装（TO-220）,可提高组装密度。 4.开机冲击极小。 5.内含各种保护电路，因此工作安全可靠。主要保护电路有：短路保护、热保护、地线偶然开路、电源极性反接（Vsmax=12V）以及负载泄放电压反冲等。 6.TDA2030A能在最低6V最高

13、22V的电压下工作在19V、8阻抗时能够输出16W的有效功率，THD0.1%。无疑，用它来做电脑有源音箱的功率放大部分或小型功放再合适不过了。引脚情况：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。 前置放大相关计算：该电路是同向比例放大，由理想集成块可知。电路存在虚断的情况。因此可得如下结果：理想运放的差模输入电压等于零信号与输出电压成正比，集成运放的净输入电压等于输入电压与反馈电压之差，功率放大部分：该电路由TDA2030组成的负反馈电路，其交流电压放大倍数：Avf=1+NE5532 是高性能低噪声运放，与很多标准运放（如 1458）相似，它

14、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/S；）大电源电压范围：320V。 具体参数设置为(a)R2=2K,R3=50K的电位器.(b)R1=680,R2=20K.由理论可知电压最多可放730倍，可是实际上不可能的，因为放大的同时会失真。因此本实验要求测出最大不失真的电压U(max)四、总原理图及元器件清单1总原理图仿真波形：

15、直流电源仿真数据：正向电源电压： 反相电源电压： 五、安装与调试安装由左到右，前一部分以NE5532P为中心，后部分以TDA2030为中心。通电前认真检查，确定无误后，才可调试与测试。A运放的调试(1)静态调试:调零和消除自激振荡。主要通过增加电容器来消除自激震荡，测Q点时测TDA2030的4号端，还有Ne5532p的一号端在误差范围允许内认为可以下一步骤！B功放的调试1）静态调试：集成输入对地短路，观察输出有无振荡，如有振荡，采取消振措施消除振荡。2）功率参数测试： 1）测量最大输出功率Pom。输入f=1KHz,有效值为10mv的正弦输入信号u13，并逐渐加大输入电压幅值直至输出电压uo的波

16、形出线临界消波时，测量此时RL两端输出电压的最大值Uom或有效值Uo，则2 ）计算电压增益Au3。 六、性能测试与分析1、直流电源部分用万用表的交流档50V量程测变压器原边、副边电压，再换直流25V电压档测量滤波电容输出电压，及稳压管输出电压可得以下数据：7812管压降：+9.2V7912管压降：9.3V正向输出电压：+12V反向输出电压：11.9V2.、功率放大部分（1）加入幅值10mV、频率1KHz的交流正弦信号，测量前置放大器的输出大小，验证前置放大器的电压放大倍数。根据实验数据记录 静态工作点：Ne5532p 为0V TD2030A为0Va输入为10.16mv,第一级电压为231.2m

17、v；第二级输入为前一级的输出即为231.2mv;输出电压为6.59v;b输入为11.32mv第一级电压为253.1mv；第二级输入为前一级的输出即为250。7mv;输出电压为7.23v;最后测得最大不失真电压为: 7.23v(1)数据处理：a有数据可得第一级放大倍数为AU1=22.75； 第二级的放大倍数为AU2=28.50;b有数据可得第一级放大倍数为AU1=22.35； 第二级的放大倍数为 AU2=28.83;最大的功率Pm=W. Pom=12*12|8=18w效率=36.28%(2) 误差计算： 根据数据求得与准确的对比可得百分比： 7812管压降：u=(9.29)/9=2.2% 791

18、2管压降：u=(9.39)/9=3.3% 正向输出电压：u=(1212)/12=0% 反向输出电压：u=(11.912)/12=0.1% a放大倍数Au1的相对误差=0.2% 放大倍数Au2的相对误差=1.7% 放大倍数Au3的相对误差=3.1%b放大倍数Au1的相对误差Au%=2.8% 放大倍数Au2的相对误差Au%=0.1% 放大倍数Au3的相对误差=4.3% 误差分析：1. 读取数据时人的视觉误差和感官误差2. 正负电源不对称3. 元器件不是非常标准的定值4. 我们用的集成成块不是理想器件；5. 测量仪器本身的不可避免的误差。6. 输入的信号出现了飘动而未发觉7. 焊接的电路板有些焊点的

19、接触性不是很好，同时连接的导线有电阻8. 试验时间过长温度发生变化，使得一些元件的电阻发生变化七、结论与心得结论： 造成本次电路设计很难成功的一个主要因素是焊接的时候不细心，不管在选用器材方面还是在调试方面，都要做到仔细认真。OCL功放电路设计比较成功基本上达到题目要求，用在音响放大电路中很好，电路比较简单，成本比较低，效果也比较好。心得与体会： 在焊完第一块电路板的时候，我首先拿去实验室进行了测试，在第一次测试中测得的结果比较理想，数据比较准确，较好的达成了设计目的。但是在第二次测试的时候，连好线，接上电源，直流稳压电源的正向输出的LED灯不亮了，再通电，LM7812冒烟烧毁了，后来检查了，

20、可能是下雨，在来实验室的路上沾上了雨水，弄得电路短路，后来换了一个LM7812修好了，之后测得时候静态工作点不为零，导致输出的波形模糊，经过一天的调试还是没有做出来，静态工作点为10v怎么检查都不知道什么原因，真的是相当无奈，后来对照原理图仔细重焊了一块电路板，再细心检查了有没有虚焊，短路，没有焊的点，之后同一团队的其他三人也帮我仔细看了电路，确认无误后，准备去实验室进行测试，这已经快到截止日期了，如果这次不成功的话，我就准备弃权拿个25分，但是，结果，终于，最后，还是被我做出来了！ 通过这次课程设计我对模拟电子技术有了更进一步的熟悉和了解，也让我了解了关于OCL音频功率放大器的原理与设计理念

21、，实际操作起来很困难，要将实际和理论联系起来更是需要不断的下功夫，它和课本上的知识有很大联系，但又高于课本，一个看似很简单的电路，要动手把它设计出来就比较困难了，因为是设计要求我们在以后的学习中注意这一点，要把课本上所学到的知识和实际联系起来，要先仿真，成功之后再实际接线。但是最后的成品却不一定与仿真时完全一样，因为在实际接线中有着各种各样的条件制约，通过这次电路的设计，不但巩固了所学知识，也使我们把理论与实践从真正意义上结合起来，增强了学习的兴趣，考验了我们借助互联网络搜集、查阅相关文献资料，和组织材料的综合能力。我深深的感觉到自己专业知识的匮乏，对一些工作感到无从下手，茫然不知所措，这时才

22、真正领悟到学无止境的含义，千里之行，始于足下。这次学习，让我对各种电路都有了大概的了解，所以说，坐而言不如立而行，对于这些电路还是应该自己动手实际操作才会有深刻理解。这次课程设计终于顺利完成了，虽然在设计中遇到了很多问题，但是都被我们一一克服。在这之后，我对理论知识的学习有了很大的兴趣，现在我可以主动的去学习，我明白自己该学习那个方面，重点是什么？我也掌握的了在理论中遇到问题，应该怎样去解决，在实际中遇到迷团应该怎样去检查调试。以后还需要多学习多交流多研究，相信我会有更大的进步。八元件清单直流电源部分元件序号型号主要参数数量备注（单价）1变压器220V15V110元2C13300uf21.6元

23、3C20.47uf20.1元4C3220uf20.2元5C40.1uf20.2元6LM7812Uo=12V、Io=100mA10.8元7LM7912Uo=-12V、Io=100mA10.8元81N4007耐压值1000V，I=1A40.08元9R1k20.1元10LED1.5V2.0V，10mA20mA20.4元11电源线1跟1.5元总价18.62元功率放大部分元件序号型号主要参数数量备注（单价）1R11k10.1元2R268010.1元3R320k10.1元4R48喇叭10.1元5R51010.1元6R650k电位器10.5元7C1100F10.15元8C2100F10.15元9C3100nF10.05元10C40.1F10.05元11C50.1F10.05元12C622F10.2元13D11N400710.08元14D21N400710.08元15U1ua74112元16U2TDA203012元17电源线一根1.5元总价7.81元九、参考文献1 王港元主编.电工电子实践指导:江西科学技术出版社2 彭介怀主编.电子技术课程设计指导：中国电力出版社 3 谢自美电子线路设计（第三版）：华中科技大学出版社 4 童诗白主编.模拟电子技术基础（第四版）：高等教育出版社