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1、1 方案设计42 方案比较73 单元模块设计83.1 直流稳压电源83.2 前置放大103.3 滤波器设计113.3.1 主要元器件113.3.2 低频滤波器电路133.3.3 带频滤波器电路133.3.3 带频滤波器电路143.4 功率放大器电路143.4.1 主要元器件介绍143.4.2 电路工作原理介绍164 软件设计164.1 PROTEL 99SE 软件174.2 WORD 2023 软件175 系统调试17系统总图176 系统功能187. 总结与体会19文献20附录：电路原理图21相关设计图21相关设计软件21音频功率放大器摘要：本音频功率放大器由四局部组成：电源，前置放大级，滤波
2、器，功率放大电路。电源电路输入沟通电，输出 18V 的直流电，为集成功率放大器供电； 再经过变换输出+12V 与-12V 的直流电，为滤波器及前置放大级的运算放大器的供电。前置放大级将音频信号放大至功率放大器所能承受的范围。滤波器电路， 分为高通滤波器、中通滤波器、低通滤波器，将输入的音频信号分为不同频率音频信号，并设有开关可以按个人喜好调整输出音频信号。功率放大电路，将输入的信号功率放大。关键字：音频功率放大器、电源、滤波器、功放电路Abstract: The audio power amplifier consists of four parts:power supply, level p
3、reamp, filter, power amplifier circuit. AC input power supply circuit, output DC 18V, power supply for the integrated power amplifier; another transform output+12 V and-12V DC, in order to filter and preamp-level op-amp power supply. Preamp-level audio signal amplification will be acceptable to the
4、scope of power amplifier. Filter circuit, is divided into high-pass filter, in-pass filter, low pass- 2 - filter, the input audio signal into different frequency audio signal and a switching regulator in accordance with personal preference, audio output. Power amplifier circuit, the input signal pow
5、er amplifier.Key words: Audio power amplifier, power supply, filter, power amplifier circuit前言1. 在当代生活中，人们因生活层次、文化习俗、音乐修养、赏识口味的提高，人们对音响的性能要求也越来越高。所以，制作出完善音响也成了人们追求的目标。2. 音频功率放大器作为音响设备的重要器件，完善的音频功率放大器是做出完善音响的必要条件。音频功率放大器是一个技术已经相当成熟的领域，几十年来，人们为之付出了不懈的努力。无论是从线路技术还是元器件方面，乃至思想生疏上都获得了长足的进步。3. 回忆一下功率放大器的进展
6、历程，对我们来说也是一件乐观有意义的事情。4. 随着时代的进展，信息时代的降临，音频功率放大领域取得了喜人的硕果。的技术飞跃往往是材料、理论、方法的消灭之后产生的，音频放大器同样也不会例外。在科技日月异的时代，我们有理由期盼更完善的功率放大器的消灭。5. 此次电子技术课程设计我们选择的就是音频功率放大电路的设计。我们承受了 LM1875 集成芯片作为音频功率放大电路的核心器件。而且我们还承受了低通、高通、带通滤波器这样我们可以依据个人的不同爱好对不同频段的音频信号做选择性的处理。为了给集成芯片和滤波器提 - 3 -供稳定的电压以保证它们正常的工作。我们制作了直流稳压电源，通过该电路可以为电路供
7、给稳定的直流电。但是由于滤波器和 LM1875 集成芯片对直流电压大小需求不同，所以我们运用了运放电路，这样可以安排直流稳压电路产生的电压安排到滤波器和集成芯片对电压不同的要求。概括的说此功率放大器由直流电源电路、运放电路、滤波器电路、集成功放电路等四局部组成。方案设计2.1 设计方案一以下设计的是音频功率放大器的方案流程图：由晶体管与集成运放组成的功率放大电路。其中运算放大器组成驱动级，晶体管组成复合式对称电路。模拟音量掌握器由运算放大器和电位器组成。凹凸音分别掌握，可以到达高音、低音同时提升和压低的效果。简单的系统将音频范围设分为假设干个频段由多个电位器对各个频段分别掌握。其原理方框图为：
8、关心直流稳压电源磁带录音机运算驱动级模拟音量控制甲类功率放大级扬声器2.2 设计方案二图 2.1.1 音频功率放大电路方案图一由晶体管与集成运放组成的功率放大电路。其中运算放大器组成驱动级，晶体管组成复合式对称电路。音量掌握器由产生手动掌握音量设需脉冲，集成模拟开关的路输出信号掌握电阻分压网络的衰减倍数，其地址由计数器 供给。其原理方框图为：关心直流稳压电源磁带录音机运算驱动级数字音量控制器甲乙类功率放大级扬声器西华大学课程设计说明书2.3 设计方案三图 2.2.1 音频功率放大电路方案图二一代数字延时器电路 CXA1644P 是专用数字音响集成电路，它将混响效果设需的全部功能包含在集成块内。
9、使用运放作为前置放大电路，再由组成功率放大器。其原理方框图：关心直流稳压电源磁带录音机运算驱动级CXA1644P乙类功率放大级扬声器2.4 设计方案四图 2.3.1 音频功率放大电路方案图三TDA 2030 是一块性能格外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，瞬态互调失真是打算放大器品质的重要因素，该集成功放的一个重要优点。TDA2030 集成电路的另一特点是输出功率大，而保护性能以较完善。依据把握的资料，在各国生产的单片集成电路中，输出功率最大的不过 20W
10、，而 TDA 2030 的输出功率却能达 18W，假设使用两块电路组成 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 T DA 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，使自己得到保护固然这保护是有条件的，我们决不能由于有保护功能而不适当地进展使用。TDA2030 集成电路的第三个特点是外围电路简洁，使用便利。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便利。第 5页西华大学课程设计说明书T
11、DA2030 在电源电压14V，负载电阻为 4 时输出 14 瓦功率失真度 05；在电源电压 16V，负载电阻为 4 时输出 18 瓦功率失真度05。该电路由于价廉质优，使用便利，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。运放电路功放电路磁带录音机运算驱动级滤波器集成功率器TDA2030扬声器图 2.4.1 音频功率放大电路方案图四2.5 设计方案五LM1875 电压范围为 1660V。不失真功率为 20WTHD=0.08%，THD=1%时，功率可达40W人耳对 THD10%一下的失真没什么明显的感觉，保护功能完善。其接法同 TDA2030 相像，
12、也有单双电源两种接法。LM1875 是美国国家半导体器件公司生产的音频功放电路， 承受 V 型 5 脚单列直插式塑料封装构造。如图 1 所示，该集成电路在25V 电源电压RL=4 时可获得 20W 的输出功率，在30V 电源 8 负载获得 30W 的功率，内置有多种保护电路。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。第 6页西华大学课程设计说明书运放电路功放电路磁带录音机运算驱动级滤波器集成功率器LM1875扬声器图 2.5.1 音频功率放大电路方案图五方案比较综合上述方案比较分析：方案一承受的是甲类功率放大器。甲类功率放大器在整个输入信号周期内都有电
13、流连续流过，它的优点是输出信号的失真比较小，但是输出信号的动态范围小，效率低。抱负状况下其最高效率为 50%。方案三承受的是乙类功率放大器。乙类功率放大器在整个输入信号周期内的导通时间为 50%，它的优点是在抱负状况下效率可达 78.5%，但缺点是会产生交越失真，增加噪声。方案二承受的是甲乙类互补对称电路，积甲乙类功率放大器的优点于一身，同时抑制交越失真。方案四承受TDA2030 集成功率放大器，具有输出功率大，失真小，且具有完善的宠保护电路等优点。方案五承受了 LM1875 做为音频功率放大器具有工作电压范围大 1660V，失真率小，输出功率大等特点。基于 TAD2030 具有完善的宠保护电
14、路，我选择方案四第 7页西华大学课程设计说明书3 单元模块设计3.1 直流稳压电源直流稳压电源一般由电源变压器，整流滤波电路及稳压电路所组成。变压器把市电沟通电压为所需要的低压沟通电。整流器把沟通电变为直流电。经滤波后，稳压器再把不稳定的直流电压变为稳定的直流电压输出。本设计主要承受直流稳压构成集成稳压电 路，通过变压，整流，滤波，稳压过程将 220V 沟通电，变为稳定的直流电，并且实现电压可在 1.3-32.5V 可调，输出为集成功率放大器供电，另一端输出再进展稳压变换3.1.1 主要元气件介绍1、集成稳压器：集成稳压器的输出电压 U应与稳压电源要求的输出电压大小及范围一样。稳压器的最0大
15、电 流 I I， 稳 压 器 的 输 入 输 入 电 压 U范 围 为cmO maxiU+ (U- U ) U U+ (U- U )3o maxi0minio mini0max式中，Uo m axUo m in最大输出电压最小输出电压(U- U )稳压器的最小输入输出压差i0min(U- U )稳压器的最大输入输出压差i0max2、电源变压器对于容性负载， 变压器副边的输出电压 U 与稳压器输入电压 Ui的关系为U/(1.1 - 1.2) U U(1.1 - 1.2) ,在此范围内，U 越大，稳压器的压差越大，一般取i mini max副边电压UU U/1.14i min副边输出电流有效值第
16、8页西华大学课程设计说明书I2U(6)RM2滤波电容 C 的容量可估算：C (3 5)TIo max/ Ui min7则R10=11.3K，使R10+W 可1在 11K12k间调整。3.1.2 直流稳压电源电路依据性能指标，集成稳压器为驱动集成功放选用LM317，其输出电压范围为Uo=1.3 37V，最大输出电流 Iomax 为 1.5A，为集成功率放大器设计的稳压电源电路如图 3-1-1 所示功放电源D5IC11N4007TD1D2LM3171N4007 D31N4007 D43INJD AOUT2Vcc=18VR2R1TRANS11N40071N4007C1 2200uFC2 1041D6
17、1N4007C547uFR5KC3 104C410uF图 3-1-1在图 3-1-1 所示电路中，R1 和 Rw 组成 输出电压调整电路，输出电压 Uo1.251+RwR1,R1 取 120240，流过 R1 的电流在空载时，最大为 510mA，最大为 50uA。依据R1=1.25/I，取R1=200，则Uo=1.251+RwR1，通过计算后选取 Rw 为 5k周密绕线电位器。运放稳压电源电路选用 7812 和 7912 集成稳压器件，用以为滤波所用集成运算放大器供给正负 12V 电源来驱动进展工作， 运放稳压电源电路如图 3-1-2 所示。第 9页西华大学课程设计说明书运放电源D101N40
18、07IC1 7815Vcc=18V1inout3Vee=+12VD6D7C6C80.33uF2K2200uF2C100.1uFLEDD8D9C72Vcc=18VC92200uF0.33uF0C.1u1F1inout3-Vee=-12VIC2 7915 D111N4007图 3-1-2两块电路中设置了保护电路，万一输入端短路，大电容放电会使集成稳压块由于反电流冲击而损坏，在稳压块上加上二极管可使反相电流流向输入端起到保护作用。3.2 前置放大3.2.1 原理及参数选取前置放大是指将音频信号放大至功率放大器所能承受的范围。前置级要求输入阻抗高、输出阻抗小、频带宽、噪声小。前置放大器设计如图3.2.
19、1，运算放大器组成一个反向放大电路，输出电压U的表达式：o1U= -R / R0121(2)录音机输出的信号一般为 100mv，已经大于U0的要求，所以要对U0进展适当的衰减，否则输出会产生失真。取 R1=100K，R2=39 K，以使录音机输出经混合级后到达U0要求。3.2.2 前置放大电路第 10页西华大学课程设计说明书前置放大级VCCR410K7R310K3C2C16Vi1Vin210uR1 10K10u4 15R210K图 3-2-1 前置放大级电路3.3 滤波器设计在实际的电子系统中，输入信号往往是含有多种频率成分的简单信号，可能会混入各种噪音、干扰及其他无用频率的信号，因此需要设法
20、将有用频率信号选择出来，将无用的信号频率抑制掉。完成此任务需要具有选频功能的电路。对信号的频率具有选择性的电路称为滤波器，它能使特定频率范围内的信号顺当通过，而阻挡其他频率信号通过。依据滤波器的工作频率，滤波器可分为低通滤波器 LPF、高通滤波器HPF、带 通滤波器BPF、带阻滤波器BEF、全通滤波器APF。由阻容元件和运算放大器组成的滤波器电路称为 RC 有源滤波器。由于集成运算放大器有限带宽的限制，目前 RC 有源滤波器的工作频率比较低，一般不超过 1MHz。本设计共设有低通、带通、高通三个滤波器以对输入信号频率进展选择，正常人耳能听到的声音范围是 20Hz-20kHz，所以不用考虑运算放
21、大器带宽限制。3.3.1 主要元器件本滤波器设计承受通用型集成运算放大器 uA741。uA74 是通用高增益运算放大器,内部具有频率补偿、输入、输出过载保护功能，并允许有较高的输入共模电压和差模电压， 电源电压适应范围较宽，是早些年最常用的运放之一.这种集成运放的主要参数如下： 电源电压 15V最大共模输入电压 13V最大输出电压 14V第 11页西华大学课程设计说明书开环差模电压增益 106最大差模输入电压30V差模输入电阻 2MuA741 的引脚排列图如图 3-3-1 所示：图 3-3-1 uA741 引脚排列图成品器件图如图 3-3-2 所示：图 3-3-2 uA741 成品器件图第 1
22、2页西华大学课程设计说明书3.3.2 低频滤波器电路LPF 滤波器+Vee0.01uF0.01uF7K1Vi1开关3U1741150K150K6Vi2241-Vee5800K450K图 3-3-3 低频滤波器电路3 带频滤波器电路BPF 滤波器+Vee3K6K7K3Vi1开关3K3U37416Vi20.01uF20.01uF41-Vee516K10K第 13页西华大学课程设计说明书图 3-3-4 带频滤波器电路3.3.3 带频滤波器电路HPF 滤波器+Vee16K16K7K2Vi1开关3U27416Vi21000pF1000F241-Vee5100K60K图 3-3-5 带频滤波器电路3.4
23、功率放大器电路功率放大器的作用是给音箱放大器的负载 R扬声器供给肯定的输出功率。当负载肯定时，期望输出的功率尽可能大，输出的信号的线性失真尽可能的小，效率尽可能高。3.4.1 主要元器件介绍TDA2030 简介： TDA 2030 是一块性能格外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，瞬态互调失真是打算放大器品质的重要因素，该集成功放的一个重要优点。第 14页西华大学课程设计说明书TDA2030 的性能参数如下：参数名称符号单位参数最小典型最大测试条件电源电压V
24、ccV+、- 6+- 18静态电流IccmA4060Vcc=+-18,RL=4 欧W1214RL=4,THD=0.5%输出功率PoW89RL=8,THD=0.5%频响BWHz10140kPo=12w,RL=4,输入阻抗RiM0.55开环，f=1kHz谐波失真THD%0.20.5Po=0.1-12W,RL=4电路特点：1.外接元件格外少。2.输出功率大，Po=18W(RL=4)。3.承受超小型封装TO-220,可提高组装密度。4.开机冲击微小。5.内含各种保护电路，因此工作安全牢靠。主要保护电路有：短路保护、宠保护、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。第 15页西
25、华大学课程设计说明书3.4.2 电路工作原理介绍集成功放VccC4C5100u0.1uVi2R3D1C1100K54007Rp 10K1ICC7TDA2030+1uF2out4R1 100K-2200uC23R5SPK22uR2 100KR4 4.7K150K D2R6 14007C322uC6 0.1u图 3-4-1 集成功率放大器电路图图 3-4-1 所示电路为音频功率放大器原理图,其中TDA2030 是高保真集成功率放大器芯片,输出功率大于 10W,频率响应为 10Hz140KHz,输出电流峰值最大可达 3.5A。其内部电路包含输入级、中间级和输出级,且有短路保护和过宠保护,可确保电路工
26、作安全牢靠。RP 是音量调整电位器,C1 是输入耦合电容,R1 和 R2 是 TDA2030 同相输入端偏置电阻。R4 、 R5 打算了该电路沟通负反响的强弱及闭环增益。 该电路闭环增益为(R4+R5)/R4=(4.7+150)/4.7=33 倍,C3 起隔直流作用,以使电路直流为 100%负反响。静态工作点稳定性好。C4、C5 为电源高频旁路电容,防止电路产生自激振荡。R6 和扬声器内阻称为茹贝网路, 用以在电路接有感性负载扬声器时,保证高频稳定性。D1、D2 是保护二极管,防止输出电压峰值损坏集成块 TDA2030。4 软件设计本次试验我使用了 Protel 99 SE 软件和 Word
27、office2023 软件来做音频功率放大设计。从学习软件到使用的过程中，让我知道生疏画图软件及文字编辑的软件的重要性。第 16页西华大学课程设计说明书以后我会利用空余时间进一步的学习有助于电子技术课程设计的软件。运用 Protel 99 SE 软件所画的图见整个说明书。4.1 Protel 99SE 软件Protel 99SE 是 ProklTechnology 公司开发的基于 Windows 环境下的电路板设计软件,是 Protel 系列产品中功能较为完备的版本。该软件功能强大，人机界面友好， 易学易用，仍旧是大中院校电学专业必学课程，同时也是业界人士首选的电路板设计工具，是目前众多 ED
28、A 设计软件中用户最多的产品之一。.Protel 99SE由两大局部组成：电路原理图设计 Advanced Schematic 和多层印刷电路板设计 Advanced PCB 。其中 Advanced Schematic由两局部组成：电路图编辑器 Schematic 和元件库编辑器 Schematic Library 。4.2 Word 2023 软件Word office2023 软件小型精干的办公软件 Word 表格、Word 文字、Word 演示。这次设计运用 Word 进展设计的说明。5 系统调试系统总图依据设计需求将选择电路的设计单元进展组合，完成系统的原理图设计。第 17页西华大学
29、课程设计说明书功放电源运放电源0滤波电路滤波器开关前置放大级集成功放滤波器0开关滤波器开关6 系统功能图 5-1 音频功放系统总图我设计的是音频功率放大电路。音频功率放大电路主要由前置级、音调级、功率放大级 3 局部组成。集成运放是前置放大级，音调级承受数字音量掌握，承受 OCL 互补对称功率放大电路作为功率放大级。功率放大器是音响系统的重要组成局部，其作用是将电源的能量依据输入信号的掌握转化为输出信号的能量，驱动扬声器发声。信 号 输入前级置滤波器功率放大级扬声器第 18页西华大学课程设计说明书7.总结与体会本次设计是本人第一次自己动手设计东西。因而在很多方面都还不娴熟,不如说对一些元器件的
30、功能还不完全了解，不能娴熟运用，因而不能完全的一次性设计好该电路。不过通过本次的课程设计我学到了学多的学问，学会了 ISIS 以及 Protel 的一些根本使用方法，培育了我们独立思考问题解决问题的力量，加深了我们对数电、模电学问的理解， 稳固了我们的学习学问，有助于我们今后的学习。总之，在这次的课程设计过程中，我收获了很多，即为我的以后学习设计有很大的帮助，也为将来的人生之路做好了一个很好的铺垫。这次能够完本钱次课题，本人感到格外的快活。在此我必需感谢从开头到最终帮助过我的人。首先我要感谢我的那些指导教师给我很大的帮助。由于在开头做该音频功率放大器时，是一头雾水不知道该怎么下手，而此时我的教
31、师给了我很大的帮助，他给我分析， 并告知我什么样的期间有什么样的功能，这让我明白了很多。后来我又查找了很多资料书，也解决了很多问题。其次是要感谢我的同一小组的成员们，由于在遇到大多数问题时是我们几个一起探讨一起解决问题的，这样不仅仅是解决一个问题，更是培育了我们的合作精神，它让我明白完成一个工程不是一个人就能解决的。参考通过此次的课程设计，我学到了很多学问，也学到了做任何事情所要有的态度和心态，首先做学问要一丝不苟，对于进展过程中消灭的任何问题和偏差都不要轻视， 要通过正确的途径去解决，在做事情的过程中要有急躁和毅力，不要一遇到困难就打退堂鼓，只要坚持下去就可以找到思路去解决问题的。而且要学会
32、与人合作，这样做起事情来就可以事倍功半。再次感谢全部帮助过我并给我鼓舞的教师，同学和朋友，感谢你们！第 19页西华大学课程设计说明书文献1 王斌主编 模电拟电子技术试验与课程设计 西北工业大学出版社 2023.102 王振红 张常年主编 电子技术根底试验及综合设计 机械工业出版社 2023.03 3安兵菊主编 电子技术根底试验及课程设计 机械工业出版社2023.024门宏主编 怎样识别和选用集成电路 人民邮电出版社 2023.02 5杨光宗 杨擎宇主编 音箱喇叭 广东科技出版社 2023.106 全国大学生电子设计竞赛组委会主编全国大学生电子设计竞赛获奖作品精选1994-1999 2023.037 华中科技大学电子技术课程组主编 电子技术根底模拟局部第五版 2023.01第 20页功放电源运放电源0JD A122滤波电路滤波器7开关4 1 5前置放大级集成功放滤波器7750开关4 1 534 1 5滤波器7开关4 1 5西华大学课程设计说明书附录：电路原理图相关设计图相关设计软件Protel 99SE、Word 2023第 21页