基于TDA2030A超低音功放电路的设计

课程 设计 领导形象设计圆作业设计ao工艺污水处理厂设计附属工程施工组织设计清扫机器人结构设计 ( 论文 政研论文下载论文大学下载论文大学下载关于长拳的论文浙大论文封面下载 )说明书 题 快递公司问题件快递公司问题件货款处理关于圆的周长面积重点题型关于解方程组的题及答案关于南海问题 目：院（系）：专业：学生姓名：学号：指导教师：职称：年月日摘要功放，可以说是各类音响器材中最大的一个家族了，其作用主要是将音源器材输入的较微弱信号进行放大后，产生足够大的电流去推动扬声器进行声音的重放。特别的，TDA2030A功率放大电路所需的元件很少，制作简单，效果良好。用它来做电脑有源音箱的功率放大部分或MP4等小型功放再合适不过。本设计主要由电源部分、音调控制级、功率放大级三部分组成。它的作用主要是放大音频信号。为了保证功放效果，电路采用TDA2030A作为功放IC，因为它具有失真小、功率大、外围元件少、开机冲击极小、内含各种保护电路、保真度高等优点。信号流程：音频信号输入经音量电位器，再由电容耦合，进入TDA2030A的1脚，由集成电路放大后从4脚输出，经输出耦合电容到达扬声器。关键字：TDA2030A功放电路放大音频信号目录PAGEi目录目录TOC\o"1-3"\h\z\uHYPERLINK\l_Toc8818第一章概述PAGEREF_Toc88181HYPERLINK\l_Toc288761.1系统开发背景及研究现状PAGEREF_Toc288761HYPERLINK\l_Toc174081.2人们使用超低音的理由PAGEREF_Toc174081HYPERLINK\l_Toc314401.3课题的主要内容PAGEREF_Toc314403HYPERLINK\l_Toc17288第二章集成功放的设计PAGEREF_Toc172885HYPERLINK\l_Toc26260第三章设计任务内容及要求PAGEREF_Toc262609HYPERLINK\l_Toc306613.1设计目的PAGEREF_Toc306619HYPERLINK\l_Toc162293.2设计任务及主要技术指标PAGEREF_Toc162299HYPERLINK\l_Toc308163.3工作原理分析PAGEREF_Toc308169HYPERLINK\l_Toc22925第四章方法设计与论证PAGEREF_Toc2292513HYPERLINK\l_Toc78344.1 方案 气瓶 现场处置方案 .pdf气瓶 现场处置方案 .doc见习基地管理方案.doc关于群访事件的化解方案建筑工地扬尘治理专项方案下载 一TDA2030A的BTL电路PAGEREF_Toc783414HYPERLINK\l_Toc120054.2方案二TDA2030A的OCL电路PAGEREF_Toc1200515HYPERLINK\l_Toc215334.3方案三TDA2030A的OTL电路PAGEREF_Toc2153315HYPERLINK\l_Toc176264.4系统电路设计PAGEREF_Toc1762616HYPERLINK\l_Toc26979第五章单元电路设计PAGEREF_Toc2697923HYPERLINK\l_Toc40245.1电源部分PAGEREF_Toc402423HYPERLINK\l_Toc144275.2功放部分PAGEREF_Toc1442723HYPERLINK\l_Toc9531第六章安装与焊接及软件介绍PAGEREF_Toc953127HYPERLINK\l_Toc156676.1电路的安装与焊接PAGEREF_Toc1566727HYPERLINK\l_Toc247536.2Protel99se简介PAGEREF_Toc2475331HYPERLINK\l_Toc24176第七章结束语PAGEREF_Toc2417633HYPERLINK\l_Toc27963致谢PAGEREF_Toc2796335HYPERLINK\l_Toc9909参考文献PAGEREF_Toc990937HYPERLINK\l_Toc3812附录A：硬件设计原理图PAGEREF_Toc381239HYPERLINK\l_Toc2475附录B：所用元器件PAGEREF_Toc247541第一章概述1.1系统开发背景及研究现状功率放大器简称功放，俗称“扩音机”，是音响系统中最基本的设备，它的任务是把来自信号源（专业音响系统中则是来自调音台）的微弱电信号进行放大以驱动扬声器发出声音。　“SubWoofer”在商业或民用上通常被称为“超低音音箱”，其实“超”这个形容词是不对的，它重放的频率带通常是由上限的150Hz或100Hz至最低的25Hz左右，这只是低音而不是超低音。因为20Hz以下的频率才是超过人耳聆听的音乐范围的低音，从科学或专业的解释角度来看，也只有低于20Hz的频率才能称为“超”低音。但一般所说的超低音既是指重放频率下限在20Hz以上的低音。无论是重播大动态音乐抑或电影音效时，超低音音箱的重要性甚至更胜于传统落地式的立体声音箱。这是因为包含于许多音乐(交响乐或弦琴鼓乐)以及许多电影内的特殊声音效果都是极为雄壮且动态感十足的低音，这种声音效果并不单只是要让聆听者“听”到，而更是要让他们“感受”到此情此景的氛围。1.2人们使用超低音的理由超低音主要分为两大类，它们是无源式(PASSIVE)及有源式(ACTIVE)两种。目前在市面上有很多三件头的带超低音和两个小型主音箱的"3D"卫星系统(Subwoofer/SatelliteSystem)，在这种系统中只用一个超低音箱，因此超低音是单声道(L+R)信号，在分音点以上才有立体声效果。这种系统是利用前级的音量控制旋扭来决定所有音箱的音量，如果超低音的灵敏度或音量跟主音箱不平均，会引发声场混乱、频响不均衡、声象定位出不来等情况，而此时当超低音的摆位上又不能解决这问题时，这些问题就难以改善，这种Subwoofer通常只在低级低价系统(low—FiSystem)出现。　还有一种无源式超低音，左右主音箱是全音域，而超低音是在其频率上限截止点以下的低音出现时才发声。这种系统叫接驳式的超低音系统，如主音箱重放的频率是在65Hz以下衰减，超低音的分音点就是在65Hz左右，它的目的就是把主音箱接驳顺畅。这种系统的问题就是虽然主音箱在65Hz之下衰减，但并?说它的低频在65Hz之下就开始截止降低，这些降低的程度是要看每个音箱在设计上的要求而定，所以在65Hz之下以超低音音箱重播，仍然会跟主音箱发生冲突，重要的理由就是超低音的喇叭单元跟主音箱的单元是不同产品，当两个不同的音箱喇叭单元时收到信号之后，如超低音大口径单元的振动质量肯定大于主音箱的喇叭单元，故发声速度要慢一些，它们一定不会同时发声的。所以有很多玩这种超低音的发烧友觉得加了超低音之后，效果是比不加时更乱。这种超低音的设计者通常是尽可能把超低音的分音点校到最低，就是要避免跟主音箱有冲突。这种系统的超低音分音点应该只可以为某一对主音箱而设计，当要换左右主音箱时，超低音音箱的分音点一定要再校。尽管有些主音箱虽然是65Hz以下就衰减，但到20Hz时还有声音，当这些音箱加上驳接式的超低音时，效果可能会觉得更差，低音不够结实，没有质感，也可能觉得低音很乱。生产这种超低音的厂家通常是把主音箱一起设计的。否则在分音点及它们的频率截止点上的衰减(dB/octave)上会有问题，这些也是低价系统low-FiSystem的玩意。有源式ACTIVE(双放大器)超低音系统，信号直入带有源分频的前级，100Hz以下的频率由低音放大器放大后送至超低音音箱播出。100Hz以上的频率经分频后送至主音箱的后级，放大后由主音箱播出。此时要有一个音量控制用来控制超低音音量跟主音箱在音量上的比例，除此之外，还要有一个相位调节钮，可以把低音放大器的相位(Phase)由0-180任意调校。因为超低音放大器跟主音箱的功率放大器可能是不同设计，它们在大多数情况下都不会同一相位的，不同相位的聆听效果会使聆听者觉得有不一样的感觉，这个相位调节钮就是用来使超低音跟主音箱达到同一相位的效果。当由不同相位调校到同一相位的时候，音量是会觉得大声一点，低音会比较Solid(丰富)一点。相位相反到180度时声音的效果会稍为慢一些。玩超低音的读者大多数认为是因为小型音箱的低音不够，才用超低音。至于大喇叭落地箱就没有用超低音的必要，其实玩超低音并不是用来辅助低音这样简单。在市场上只有极少数传统型式的扬声器能够忠实地再生出电影声音内的低音音效，而绝大部分的就算是中高价AV环绕放大器，也没有足够的功率能量去驱动超低音扬声器。若是采用了有源主动式超低音扬声器，那么以上两个问题便可以迎刃而解了。1.3课题的主要内容设计一种超低音功放电路，该电路具有超低音和功放功能两部分。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。功放的主要性能指标有输出功率，频率响应，失真度，信噪比，输出阻抗，阻尼系数等。1.输出功率：单位为W，由于各厂家的测量方法不一样，所以出现了一些名目不同的叫法。例如额定输出功率，最大输出功率，音乐输出功率，峰值音乐输出功率。(1)音乐功率：是指输出失真度不超过规定值的条件下，功放对音乐信号的瞬间最大输出功率。(2)峰值功率：是指在不失真条件下，将功放音量调至最大时，功放所能输出的最大音乐功率。(3)额定输出功率：当谐波失真度为10%时的平均输出功率。也称做最大有用功率。通常来说，峰值功率大于音乐功率，音乐功率大于额定功率，一般的讲峰值功率是额定功率的5--8倍。2.频率响应：表示功放的频率范围，和频率范围内的不均匀度。频响曲线的平直与否一般用分贝[db]表示。家用HI-FI功放的频响一般为20Hz--20KHZ正负1db.这个范围越宽越好。一些极品功放的频响已经做到0--100KHZ。3.失真度：理想的功放应该是把输入的讯号放大后，毫无改变的忠实还原出来。但是由于各种原因经功放放大后的信号与输入信号相比较，往往产生了不同程度的畸变，这个畸变就是失真。用百分比表示，其数值越小越好。HI-FI功放的总失真在0。03%--0。05%之间。功放的失真有谐波失真，互调失真，交叉失真，削波失真，瞬态失真，瞬态互调失真等。4.信噪比：是指信号电平与功放输出的各种噪声电平之比，用db表示，这个数值越大越好。一般家用HI-FI功放的信噪比在60db以上。5.输出阻抗：对扬声器所呈现的等效内阻，称做输出阻抗。　PAGE5第二章集成功放的设计第二章集成功放的设计功率放大器，简称“功放”。很多情况下主机的额定输出功率不能胜任带动整个音响系统的任务，这时就要在主机和播放设备之间加装功率放大器来补充所需的功率缺口，而功率放大器在整个音响系统中起到了“组织、协调”的枢纽作用，在某种程度上主宰着整个系统能否提供良好的音质输出。音频放大电路是典型应用电路，由一块TDA2030A和较少元件组成的音频放大电路、装置调整方便、性能指标好等突出的优点。特别是集成块内部设计有完整的保护电路，能自我保护。TDA2030A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TDA2030A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TDA2030A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TDA2030A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）。电路特点：1.外接元件非常少。2.输出功率大，Po=18W(RL=4Ω)。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±22V的电压下工作在±19V、8Ω阻抗时能够输出16W的有效功率，THD≤0.1%。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。TDA2030A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12345其中1为同相输入端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图2.1TDA2030A外形图2.2功能框图表2.1引脚说明引脚符号功能引脚符号功能1IN信号输入4OUT输出2NF负反馈5Vcc正电源3VEE/GND负电源/地注意事项：1.TDA2030A具有负载泄放电压反冲保护电路，如果电源电压峰值电压40V的话，那么在5脚与电源之间必须插入LC滤波器，以保证5脚上的脉冲串维持在规定的幅度内。2.热保护：限热保护有以下优点，能够容易承受输出的过载（甚至是长时间的），或者环境温度超过时均起保护作用。3.与普通电路相比较，散热片可以有更小的安全系数。万一结温超过时，也不会对器件有所损害，如果发生这种情况，Po（当然还有Ptot）和Io就被减少。4.印刷电路板设计时必须较好的考虑地线与输出的去耦，因为这些线路有大的电流通过。5.装配时散热片与之间不需要绝缘，引线长度应尽可能短，焊接温度不得超过260℃，12秒。6.虽然TDA2030A所需的元件很少，但所选的元件必须是品质有保障的元件。PAGE9第三章设计任务内容及要求第三章设计任务内容及要求3.1设计目的1.要求了解集成功率放大器内部电路工作原理，掌握其外围电路的设计与主要性能参数的测试方法。2.要求掌握音频功率放大器的设计方法与小型电子线路系统的装调技术。3.2设计任务及主要技术指标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。完成对超低音功放电路的设计、装配与调试。3.3工作原理分析音频功率放大器的效果是让输入信号的音量和功率在输出端上高功率低失真的音频信号。要求电源的使用效率高，尽可能的减小线性失真。功放的几个重要参数：1．输入灵敏度，是指功放所需最小输入信号电平，它是要求将音源信号放大到足够推动后级功放所需要的必要条件。　　2．谐波失真度，这是功放一项极重要的指标，谐波失真是非线性失真的一种，它是放大器在工作时的非线性特征所引起的，失真结果是产生了新的谐波分量，使声音失去原有的音色，严重时声音发破、刺耳。谐波失真还有奇次和偶次之分，奇次谐波会使人烦躁、反感，容易被人感知。有些功放听起来让人感到烦躁，感觉疲劳，就是失真较大所引起的。对功放影响最大的就是失真度，一般高保真要求谐波失真在0.05%以下，越低越好。除了谐波失真外，还有互调失真，交叉失真，削波失真，瞬态失真，相位失真等，它们是影响功放质量的罪魁祸首。考核功效的优劣，首先要看它的失真度，像意大利Sinfoni（诗芬尼）功放的总的谐波失真就在0.01%以下。　　3．输出功率：　(1)额定输出功率，称为（RMS），指放大器输出的音频信号在总谐波失真范围内，所能输出的最大功率。它一般是交流信号峰值的0.707倍。　(2)平均功率，平均功率一般是指各个频率点的平均消耗功率，它与额定输出功率有点类似，但是它一般要参考时间。　　(3)峰值输出功率，功放所能输出的最大音乐功率称为峰值输出功率，它不考虑失真，通常为（RMS）功率的1.414倍左右。(4)峰值-峰值功率，它是指正电压峰值到负电压的峰值的功率，它是峰值输出功率的四倍。它的出现是厂家出于商业目的，并无实际意义。4．信噪比，数值越大越好，一般用（S/N）表示，用信号功率Ps与噪声功率Pn的比值的分贝数表示，即S/N=10lgPs/Pn=20lgVs/Vn（db）式（3-1）式中Vs、Vn分别为信号电压与噪声电压。信噪比与输入信号电平的增加，信噪比也逐渐加大，但当输入信号电平达到某一数值后，信噪比基本保持不变。按目前高保真要求，信噪比应达90dB以上为好，进口高档的功放机往往可达110-120dB，其性能可想而知了。有的信噪比后面有A计权字样，A计权是指将噪声信号通过加权网络后测得的结果，由于人们对于高、低频段的噪声相对来说不太灵敏，所以出现了这样的计权方式。计权噪声更加直观地代表人们实际感受到的噪声信号状况。总之，信噪比越大，表明混在信号里的噪声越小，放音质量越好，便重放音乐清晰，干净而有层次。　5．频率响应，早期俗称功率带宽，指谐波失真不超过规定值时，功放的1/2额定功率频带宽度，即有高低端下跌-3dB的两个频率点之间所包括的频带，称之为功率带宽。　6．阻尼系数，主要是对低频而言，是直接影响低音音质的极重要的技术参数。众所周知，喇叭的口径越大，低音相对就越好，但音盆越大其运动惯性也随之加大，此惯性使它很难与音频信号同步运动，往往表现出的声音混浊不清，尤其在100-400Hz低频，容易造成声染色，使人听起来模糊不清，很不自然。有些改装车的低音喇叭，低频信号强时颤振不止，低音拖尾严重，这就是音盆惯性所引起的。　　在功放设计时，工程师对功放采取一些技术措施，如选择多管并联，低内阻（毫欧级）大功率管，提高工作电压，选择优质线材等，极力提高阻尼系数，使它能够针对喇叭惯性运动，产生“电阻尼”作用，使音盆的运动与音频信号同步运动，尽可能使音盆在驱动信号结束后很快恢复到零位（即中心位置），这种阻止效果就是阻尼系数（DampFactor），D=Rs/Ri，Rs=喇叭阻抗，Ri=功放输出内阻，D越大，音盆与信号同步效果就越好，低音就越纯越干净，重放效果就越好。　7．转换速率（Slewrate），功放的转换速率极大地影响着高音重放质量与性能。转换速率越快，高音音质就越佳，越能准确地捕捉到稍纵即逝的高频信息。高档功放可做到十几至几十V/us，低中档功放都一般不标出，这种转换速率的数值高低，与设计，用料有密切关系，但也不宜太高，太高会产生人耳听不见的20KHz以上超音信号，不但对改善音质无作用，反而容易烧坏高音喇叭。PAGE13第四章方法设计与论证第四章方法设计与论证一个实用的放大器通常有3个部分：输入级、中间级及输出级，起任务各不相同。一般地说，输入级与信号源相连，因此，要求输入级的电阻大，噪声低，共模抑制能力强，阻抗匹配等；中间级主要完成电压放大任务，以输出足够大的电压；输出级主要向负载提供足够大的功率，以便推动如扬声器、电动机之类的功率负载。功率放大电路的主要任务是放大信号功率。音频功率放大器的效果是让输入信号的音量和功率在输出端上高功率低失真的音频信号。要求电源的使用效率高，尽可能的减小线性失真。初步画出原理框图如下：音频输出TDA2030集成功放电路直流电源+15V电源输入图4.1初步电路原理框图音频输入4.1方案一TDA2030A的BTL电路TDA2030A的BTL电路的特点是在相同的电源供电条件下可以得到较普通功放两倍以上的功率。在±12V供电时输出功率可达到20W以上，想获得更大的输出功率克提高输入电压，最大不超过±22V，其内部电路包括输入电路，中间级，输出电路。BTL电路介绍：(Bridge-Tied-load)意为桥接式负载。负载的两端分别接在两个放大器的输出端。其中一个放大器的输出是另外一个放大器的镜像输出，也就是说加在负载两端的信号仅在相位上相差180°。负载上将得到原来单端输出的2倍电压。从理论上来讲电路的输出功率将增加4倍。BTL电路能充分利用系统电压，因此BTL结构常应用于低电压系统或电池供电系统中。在汽车音响中当每声道功率超过10w时，大多采用BTL形式。BTL形式不同于推挽形式，BTL的每一个放大器放大的信号都是完整的信号，只是两个放大器的输出信号反相而已。用集成功放块构成一个BTL放大器需要一个双声道或两个单声道的功放块。但是并不是所有的功放块都适用于BTL形式，BTL形式的几种接法也各有优劣。典型的功放集成块有TDA2030ALM1875LM4766LM3886TDA1514等.BTL（BalancedTransformerLess）电路，称为平衡桥式功放电路。它由两组对称的OTL或OCL电路组成，扬声器接在两组OTL或OCL电路输出端之间，即扬声器两端都不接地。BTL电路的主要特点有：可采用单电源供电，两个输出端直流电位相等，无直流电流通过扬声器，与OTL、OCL电路相比，在相同电源电压、相同负载情况下，BTL电路输出电压可增大一倍，输出功率可增大四倍，这意味着在较低的电源电压时也可获得较大的输出功率，但是，扬声器没有接地端，给检修工作带来不便。BTL电路的优点有只需要单电源供电，(但还是有用双电源)且不用变压器和大电容，输出功率高。缺点是所用管子数量多，很难做到管子特性理想对称，且管子总损耗大，转换效率低。4.2方案二TDA2030A的OCL电路OCL是英文OutputCapacitorLess的缩写，意为无输出电容。采用两组电源供电，使用了正负电源，在电压不太高的情况下，也能获得比较大的输出功率，省去了输出端的耦合电容。使放大器低频特性得到扩展。OCL功放电路也是定压式输出电路，为钏电路由于性能比较好，所以广泛地应用在高保真扩音设备中。OCL电路的主要特点有：采用双电源供电方式，输出端直流电位为零；由于没有输出电容，低频特性很好；扬声器一端接地，一端直接与放大器输出端连接，因此须设置保护电路；具有恒压输出特性；允许选择4Ω、8Ω或16Ω负载；最大输出电压振幅为正负电源值，额定输出功率约为/(2RL)。需要指出，若正负电源值取OTL电路单电源值的一半，则两种电路的额定输出功率相同，都是/(8RL)。因为我最终选择的是OCL电路，所以后文会有详细介绍。4.3方案三TDA2030A的OTL电路TDA2030A的OTL电路为单电源供电，在相关参数计算中电源均由V的一半代替。OTL电路介绍：省去输出变压器的功率放大电路通常称为OTL电路。其中，OTL为OutputTransformerLess的缩写。OTL电路为单端推挽式无输出变压器功率放大电路。通常采用电源供电，从两组串联的输出中点通过电容耦合输出信号。OTL(Outputtransformerless)电路是一种没有输出变压器的功率放大电路。过去大功率的功率放大器多采用变压器耦合方式，以解决阻抗变换问题，使电路得到最佳负载值。但是，这种电路有体积大、笨重、频率特性不好等缺点，目前已较少使用。OTL电路不再用输出变压器，而采用输出电容与负载连接的互补对称功率放大电路，使电路轻便、适于电路的集成化，只要输出电容的容量足够大，电路的频率特性也能保证，是目前常见的一种功率放大电路。它的特点是：采用互补对称电路(NPN、PNP参数一致，互补对称，均为射随组态，串联，中间两管子的射极作为输出)，有输出电容，单电源供电，电路轻便可靠。“两组串联的输出中点”可理解为采用互补对称电路(NPN、PNP参数一致，互补对称，均为射随组态，串联，中间两管子的射极作为输出)。OTL电路的优点是只需要一组电源供电。缺点是需要能把一组电源变成了两组对称正、负电源的大电容；低频特性差。TDA2030A使用方便，外围元件少，一般不需要调试即可成功，比较三种方案，都有很多优缺点。OTL，无变压器功放电路，优点是可以使用单电源供电，是电池供电的首选电路。缺点是需要通过体积较大的电解电容作为输出耦合。OCL，无输出电容功放电路，优点是省去体积较大的输出电容，频率特性好，缺点是需要双电源供电，对电源的要求稍高。BTL，由两个相同的OCL电路组成一个功率更大的功放电路，无论使用单电源还是双电源供电都不需要输出电容，理想输出功率是单个OCL电路的4倍。优点是功率做得更大，缺点是电路比较复杂。相比之下方案一一般用于功率较大的功率放大器中，且由两个芯片组成，电路图理解方面较复杂；方案三为单电源，对电源利用率较低，功率较低。另一方面，由于时间和已有元件的限制，我选择了方案二。4.4系统电路设计Protel画图的具体步骤：1.打开protel，建立项目，选择Schematic.Document来创建一个电路原理图设计文件sheet.ddb。双击sheet.ddb进入原理图设计主界面。2.（1）熟悉工具条（2）熟悉快捷键的利用（3）选择元器件，元件库里没有的元件自己编辑后放入原理图界面，编辑元件是从书上学的，下面是一些自己编辑的一些新元件。（4）摆放元件Space键：让元件作90°的旋转；X键：元件左右对调。Y键：元件上下对换。（5）元件连线当预拉线的指针移动到元件的引脚或其他电器特性线时，指针的中心将会出现一个黑点，她提示我们在当前状态下单击鼠标左键就会形成一个有效的电气连接。（6）加入输入/输出端口（7）更改元件属性更改元件属性要注意元器件的封装号及footprint，设置元件的序号，设置元件的有效数值。（8）ERC电气规则检查如果有错误要检查原理图并改正其错误。第一步在protel中新建图纸图4.2新建图纸第二步加入TDA2030A的最小系图4.3TDA2030A最小系第三步加入第二个TDA2030A并完整系统图4.4完整系统第四步电气化规则检查图4.5电气化规则检查经检查，无错误。下图是用protel绘制的原理图图4.6protel绘制的原理图Protel制PCB板：一个完整的PCB电路板设计必需满足以下基本原则。电气连接正确。符合电路设计者意图。符合电路板安装的要求。元器件布局合理。电路板布线合理。便于安装和调试。1.创建PCB设计文件设置图纸区域的工作参数2.先载入元器件封装库，再载入网络连接与元器件封装在原理图编辑器中，执行菜单命令【Design】/【UpdatePCB】。在PCB编辑器中，执行菜单命令【Design】/【LoadNets…】。3.元器件布局关键元器件预布局分成以下3个步骤。（1）对所有的元器件进行分类筛选，找出电路板上的关键元器件。（2）放置关键元器件。（3）锁定关键元器件。元器件自动布局包括以下两个基本步骤。（1）设置元器件布局有关的设计规则。（2）选择自动布局的方式，并进行自动布局的操作。设置元器件布局有关的设计规则（1）设置元器件安全间距限制设计规则。（2）设置元器件方向位置限制设计规则。元器件自动布局4.布线设计布线规则（1）设置安全间距限制设计规则。（2）设置短路限制设计规则。（3）设置布线宽度限制设计规则。预布线主要包括两个步骤。（1）对重要的网络进行预布线。（2）锁定预布线。在进行布线的过程中，有时候可能需要事先布置一些走线（如电源线和地线），以满足一些特殊要求，并有利于改善随后的自动布线结果。选取菜单命令【AutoRoute】/【Setup…】，打开【AutorouterSetup】对话框。单击【OK】。结果如图。再进行设计规则检验下图为用protel绘制的PCB板图4.7protel绘制的PCB板PAGE23第五章单元电路设计第五章单元电路设计5.1电源部分直流电压不宜取得过高，否则不仅集成块发热严重，而且音质劣化，还可能引发过压保护电路的误动作。因为TDA2030A的额定输入电压为±6V—±18V，为了达到输出为10W的额定值，并且减少TDA2030A的散热，我们采用±15V供电。为了输出稳定的±15V的电源采用单向干式变压器。干式变压器介绍：干式变压器：依靠空气对流进行冷却，一般用于局部照明、电子线路。机械设备等变压器，在电力系统中，一般汽机变压器、锅炉变压器、除灰变压器、除尘变压器、脱硫变压器等都是干式变压器，变比为6000V/400V和10KV/400V，用于带额定电压380V的负载。简单的说干式变压器就是指铁芯和绕组不浸渍在绝缘油中的变压器。5.2功放部分1.电源输入端电容的选取由于电源本身并不是完全直流的，里面含有纹波，会影响输出结果，因而需要在电源输入端对电源进行虑纹波，为了达到好的滤波效果，我在输入端加上2200uF的电容。本设计采用在电源输入端并联两个大电容（电解电容2200uF）电容和一个小电容（陶瓷电容10uF）。大电容虑低频，小电容率高频，可有效的滤掉电源的纹波。为了达到好的滤波效果，我在输入端加上2200uF的电容。2.音频输入端电容同相输入端的电阻是用在直流平衡电阻，一般取数十千欧，跟负载反馈的网络有关。C3、C10分别为左、右两路的输入端耦合电容，用以去掉音频信号中的低频信号，与电阻构成高通低频响应。耦合电容，又称电场耦合或静电耦合，是由于分布电容的存在而产生的一种耦合方式。耦合电容器是使得强电和弱电两个系统通过电容器耦合并隔离，提供高频信号通路，阻止工频电流进入弱电系统，保证人身安全。带有电压抽取装置的耦合电容器除以上作用外，还可抽取工频电压供保护及重合闸使用，起到电压互感器的作用。3.反馈电阻电容输出电压由电阻R7、R8、R9、C6、C7决定，它可以让电路工作稳定，以提升音质。反馈电路在各种电子电路中都获得普遍的应用,反馈是将放大器输出信号(电压或电流)的一部分或全部,回收到放大器输入端与输入信号进行比较(相加或相减),并用比较所得的有效输入信号去控制输出,这就是放大器的反馈过程.凡是回收到放大器输入端的反馈信号起加强输入原输入信号的,使输入信号增加的称正反馈.反之则为负反馈。4.输出电容电阻的选取由于输出接的是喇叭，为感性，为防止其发生自己振荡，同时更好的滤波，保证输出信号更好，在输出端接上一个电容和一个电阻串联接地。5.两个保险的作用两个保险可在电流过大的时候保护电路。保险丝(fuse)也被称为电流保险丝，IEC127 标准 excel标准偏差excel标准偏差函数exl标准差函数国标检验抽样标准表免费下载红头文件格式标准下载 将它定义为"熔断体（fuse-link)"。由电阻率比较大而熔点较低的银铜合金制成的导线叫做保险丝。最初用铅锑合金做的保险丝已因安全原因被淘汰。当电路发生故障或异常时，伴随着电流不断升高，并且升高的电流有可能损坏电路中的某些重要器件或贵重器件，也有可能烧毁电路甚至造成火灾。若电路中正确地安置了保险丝，那么，保险丝就会在电流异常升高到一定的高度和一定的时候，自身熔断切断电流，从而起到保护电路安全运行的作用。6.散热片的作用散热片是一种给电器中的易发热电子元件散热的装置，多由铝合金，黄铜或青铜做成板状，片状，多片状等，如电脑中CPU中央处理器要使用相当大的散热片，电视机中电源管，行管，功放器中的功放管都要使用散热片。一般散热片在使用中要在电子元件与散热片接触面涂上一层导热硅脂，使元器件发出的热量更有效的传导到散热片上，在经散热片散发到周围空气中去。因为TDA2030A的输出功率大，如果散热不够很容易烧坏。本功放有左右两个声道,电路由三个部分组成，即电源电路、左右声道的功率放大器及输入信号处理。电源变压器将220V交流电降为双l5V低压交流电，经桥式整流后变为±l5V的直流电，作为功放及运放的供电电源，LED、R19组成电源指示电路，以指示电源是否正常，开关K为电源开关。RP2、C1、C2、C4、C5、R2、R3、R4、R5、RP3（以左声道为例，右声道同理）组成高、低音控制电路及音频输入信号的处理电路，RP3是两路低音控制电位器，RP2是两路高音控制电位器。两路功率放大器用的集成电路是TDA2030A，其1脚为正相输入端，2脚为反相输入端，C3、C10分别为左、右两路的输入端耦合电容，R7、R8、R9、C6、C7(以左声道为例，右声道同理)组成负反馈电路，它可以让电路工作稳定，以提升音质。其5脚、3脚分别接正、负电源，4脚为输出端。TDA2030A工作于双电源（OCL）状态，音频信号由TDA2030A的1脚（同向输入端）输入，经功率放大后的信号从4脚输出，负载接扬声器时，其有效功率可达20W，RP1是两路音量电位器。PAGE27第六章安装与焊接及软件介绍第六章安装与焊接及软件介绍6.1电路的安装与焊接电路的安装图6.1电路图安装电路板，由于本电路采用功放集成电路，TDA2030A且只有5引脚，看准后，可直接焊在电路板上。按照布局图或PCB图把元件逐一焊接在电路板上，对于二极管或电解电容等有极性器件要用仪器判断好后在焊接。电路的焊接焊接工具：电烙铁、所需元器件、导线、焊锡丝、松香、万用表、万能板。主体思想：由于该电路直接为PCB板，有人也许认为手工焊接非常容易，没有技术含量，其实不然。正确手工焊接的方法，需要深入理解焊接要素和通过长期的练习，才能保证焊接的质量。正确的焊接方法：焊接时利用烙铁头的对元件引线和焊盘预热，烙铁头与焊盘的平面最好成45°夹角，等待焊金属上升至焊接温度时，再加焊锡丝。被焊金属未经预热，而将焊锡直接加在烙铁头上，使焊锡直接滴在焊接部位，这种焊接方法常常会导致虚焊。插件元件焊接的步骤：1.插入将插件元件插入电路板标示位置过孔中，与电路板紧贴至无缝为止。如未与电路板贴紧，在重复焊接时焊盘高温易使焊盘损伤或脱落，物流过程中也可导致焊盘损伤或脱落。2.预热烙铁与元件引脚、焊盘接触，同时预热焊盘与元件引脚，而不是仅仅预热元件，此过程约需1秒钟时间。3.加焊锡焊锡加焊盘上（而不是仅仅加在元件引脚上），待焊盘温度上升到使焊锡丝熔化的温度，焊锡就自动熔化。不能将焊锡直接加在烙铁上使其熔化，这样会造成冷焊。4.加适量的焊锡，然后先拿开焊锡丝。5.焊后加热拿开焊锡丝后，不要立即拿走烙铁，继续加热使焊锡完成润湿和扩散两个过程，直到是焊点最明亮时再拿开烙铁，不应有毛刺和空隙。6.冷却在冷却过程中不要移动插件元件。焊接要素1.焊接温度和时间焊锡的最佳温度为350ºC，温度太低易形成冷焊点，高于400ºC易使焊点质量变差，且容易导致焊盘（铜皮）变形或脱落。焊接时间：完成润湿和扩散两个过程需2-3S，1S仅完成润湿和扩散两个过程的35%。一般IC、三极管焊接时间小于3S，其他元件焊接时间为4-5S。2.焊锡量适当焊点上焊锡过少，机械强度低。焊锡过多，会容易造成绝缘距离减小、焊点相碰或跳锡等现象。电烙铁使用注意事项电烙铁温度升高后，首先应将烙铁尖点上薄薄的一层焊锡，避免烙铁尖因氧化而不沾锡。使用过程中，烙铁尖表面应一直保持有薄薄的焊锡层，多余的焊锡可轻轻甩在烙铁架上，或用一块湿布（湿海绵）擦拭一下。暂时不用时，应将电烙铁温度调至最低。元件全部焊接完成后，在仔细检查几遍，确保器件连接正确后，方可通电测试。硬件测试：1.电路板焊好电子元件后,要仔细检查电路板有无焊错的地方,特别要注意有极性的电子元件,如电解电容,桥式整流堆,一旦焊反即有烧毁元器件的风险,应特别注意。2．接上变压器,先检测TDA2030是否有电源供给,就是测TDA2030的第5个引脚是否为正电压,第3个引脚是否为负电压,要注意电路是否有短路的情况。3.为防止烧掉扬声器,放大器的输出端先不接扬声器,而是接万用表,测输出端的直流电压。万用表置于DC*2V档,功放板上电注意观察万用表的读数,在正常情况下,读数应在30mv以内,否则应立即断电检查电路板。若电表读数在正常的范围内,则表明该功放板功能基本正常,最后接上音箱,输入音乐信号,上电视机,旋转音量电位器,音量大小应该有变化,旋转高低音旋钮,音箱的音调有变化。本次设计调试结果如下：1．○经过仔细检查没有焊接错误或者焊反；2．○经过测量TDA2030A的5端为正20MV；3．○经过测量输出端GNDOUT端电压为15MV<30MV。根据测量结果知,本次设计的芯片正常.下面为本设计实物图：图6.2设计实物图图6.3设计实物图图6.4设计实物图6.2Protel99se简介Protel99SE是一款功能十分强大的EDA软件，在电子电路设计领域占有极其重要的地位，Protel99SE是应用于Windows9X/2000/NT操作系统下的EDA设计软件，采用设计库管理模式，可以进行联网设计，具有很强的数据交换能力和开放性及3D模拟功能，是一个32位的设计软件，可以完成电路原理图设计，印制电路板设计和可编程逻辑器件设计等工作，可以设计32个信号层，16个电源--地层和16个机加工层。Protel99se采用全新的管理方式，即数据库的管理方式。Protel99se是在桌面环境下第一个以独特的设计管理和团队合作技术为核心的全方位的印制板设计系统。所有Protel99se设计文件都被存储在唯一的综合设计数据库中，并显示在唯一的综合设计编辑窗口。Protel99se软件沿袭了Protel以前版本方便易学的特点，内部界面与Protel98大体相同，新增加了一些功能模块。Protel公司引进了德国INCASES公司的先进技术，在Protel99se中集成了信号完整性工具，精确的模型和板分析，帮助你在设计周期里利用信号完整性分析可获得一次性成功和消除盲目性。Protel99se容易使用的特性就是新的“这是什么”帮助。按下任何对话框右上角的小问号，然后选择你所要的信息。现在可以很快地看到特性的功能，然后用到设计中，按下状态栏末端的按钮，使用自然语言帮助顾问。按照系统功能来划分，Protel99se主要包含以下俩大部分和6个功能模块。1.电路工程设计部分(1)电路原理设计部分（AdvancedSchematic99se）电路原理图设计部分包括电路图编辑器（简称SCH编辑器）、电路图零件库编辑器（简称Schlib编辑器）和各种文本编辑器。本系统的主要功能是：绘制、修改和编辑电路原理图；更新和修改电路图零件库；查看和编辑有关电路图和零件库的各种报表。(2)印刷电路板设计系统（AdvancedPCB99se）印刷电路板设计系统包括印刷电路板编辑器（简称PCB编辑器）、零件封装编辑器（简称PCBLib编辑器）和电路板组件管理器。本系统的主要功能是：绘制、修改和编辑电路板；更新和修改零件封装；管理电路板组件。(3)自动布线系统（AdvancedRoute99se）本系统包含一个基于形状（Shape-based）的无栅格自动布线器，用于印刷电路板的自动布线，以实现PCB设计的自动化。2.电路仿真与PLD部分(1)电路模拟仿真系统（AdvancedSIM99se）电路模拟仿真系统包含一个数字/模拟信号仿真器，可提供连续的数字信号和模拟信号，以便对电路原理图进行信号模拟仿真，从而验证其正确性和可行性。(2)可编程逻辑设计系统（AdvancedPLD99se）可编程逻辑设计系统包含一个有语法功能的文本编辑器和一个波形编辑器（Waveform）。本系统的主要功能是；对逻辑电路进行分析、综合；观察信号的波形。利用PLD系统可以最大限度的精简逻辑部件，使数字电路设计达到最简化。(3)高级信号完整性分析系统（AdvancedIntegrity99se）信号完整性分析系统提供了一个精确的信号完整性模拟器，可用来分析PCB设计、检查电路设计参数、实验超调量、阻抗和信号谐波要求等。PAGE33第七章结束语第七章结束语本设计主要由电源部分、音调控制级、功率放大级三部分组成。它的作用主要是放大音频信号。为了保证功放效果，电路采用TDA2030A作为功放IC，因为它具有失真小、功率大、外围元件少、开机冲击极小、内含各种保护电路、保真度高等优点。自选题到调试硬件电路成功，一路上，也算是付出了不少的努力。通过多次上图书馆查阅相关方面的资料和向指导老师请教，成功设计出了电路图。但是，理论和实际终归有些差距，调试的过程中有些参数很难达到，给设计带来了一定的困扰，最后通过和指导老师交流及自己的努力，才得以将硬件电路调试成功。时间冲冲如流水，大学生涯即将结束，经过多次修改，课程设计才得以完成。通过本次课程设计，让我深刻的认识到学习的重要性，不论是在以后的学习和生活中还是在工作中，严谨求实非常重要。PAGE35致谢致谢随月如梭，光阴似箭，美好的大学生活已接近尾声。在这里，我首先感谢西安电子科技大学长安学院，是你给我创造了一个展示自我、发挥自我的舞台，让我在今后的前进道路上更加自信更加挥洒自如；我感谢一直以来默默教育我、关心我、帮助我的学校的所有领导与老师，是你们用知识浇灌着我、抚育着我，让我前进的步伐更稳健；我感谢四年里与我朝夕相处的同学和室友，是你们让我的大学生活更加丰富多彩，是你们让我学到了更多的人与人的交流；感谢我的朋友，感谢你们在我失意时给我鼓励，在失落时给我支持，感谢你们和我一路走来，让我在此过程中倍感温暖！最后，我更要感谢我的指导老师全利安老师，本次毕业设计和论文都是在全利安老师的悉心指导下完成的。从开始选题到完成整个设计，都得到了全利安老师精心的指导和帮助。另外全利安老师在学术上的造诣、渊博的专业知识、严谨的治学态度、精益求精的工作作风、朴实无华、平易近人的人格魅力深深的影响着我，为我今后的学习生涯树立了很好的榜样，在此特向全利安老师表示衷心的感谢！PAGE37参考文献参考文献[1]《模拟电子技术》,西安电子科技大学,江小安主编,西北大学出版社，2008。[2]《模拟电子技术基础》,武汉理工大学,吴友宇主编,清华大学出版社，2008。[3]《模拟电子技术基础》,清华大学教研组，童师白主著,高等教育出版社，2001。[4]《电子技术基础》,华中工学院电子学教研室编,康华光主编,高等教育出版社，2005。[5]《电子技术工艺基础》王天曦，李洪儒主编，清华大学出版社，2000。[6]《电子线路设计》,(第三版)华中科技大学，谢自美主编,华中科技大学出版社，2005。[7]《模拟电子技术》，程开明主编，重庆大学出版社，1992。[8]大学生电子设计网：http://www.uednet.com。[9]电子课程设计网：http://www.edatime.com。[10]电子发烧友网：http://www.elecfans.com/。[11]百度百科：http://baike.baidu.com。PAGE39附录A硬件设计原理图附录A：硬件设计原理图图A1硬件设计原理图图A2PCB制板图图A33D线路演示效果图图A43D线路演示效果图PAGE41附录B所用元器件附录B：所用元器件表B1元器件清单TDA2030A21N40014电阻19瓷片电容12电解电容6电位器1散热片1变压器1喇叭1电源线若干发光管3保险2