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深圳高校考试答题纸（以论文、报告等形式考核专用）二OO九〜二一零学年度第二学期课程编号2316990502课程名称有用电子电路设计主讲老师潘飞蹊评分学号2007160173姓名许春光专业班级电子科学与技术2007级老师评语:音频功率放大电路试验试验报告
一、前百本试验的内容是设计和制备一个可以供多媒体音箱使用的音频功率放大电路，从而了解音频功率放大电路的基本结构和工作原理，同时也进一步深入对模拟电路中所学学问的把握和熟悉，并通过单元电路的分析，了解电路系统设计的步骤和组合方法试验中重点要求复习和把握运算放大器的基本使用方法，即运放同相比例放大和反相比例放大器的结构，计算和运用同时也要求复习和把握有源滤波电路的基本结构和原理在电路设计中和试验中也需要了解对元器件的选择标准，把握一些常用元件的性能此外，在本试验中还增加了一部分线性直流稳压电源的内容，要求通过试验把握线性稳压电源的基本结构、工作原理以及三端集成稳压器的使用方法，同时复习和深入对桥式整流电路理解
二、试验电路原理分析本试验的内容是设计和制备一个可以供多媒体音箱使用的音频功率放大电路，整体功能框图如图1所示，可以分为音频放大和直流电源两大部分其中音频放大电路的功能是将其它电子设施（如MP3计算机声卡，VCD机等）的音源信号进行放大，然后再经过功率放大，最终去推动扬声器输出，简洁来说，就是一个扩音器，但为了提高声响的品质，内部要求有能够对高音和低音进行调整的均衡电路（即音调电路）直流电源部分则负责将220V的沟通电源转换为低压直流电供放大电路使用，同时，为了减小电源电压波动引起的噪声对放大电路的影响，电源部分要求采纳线性直流稳压电源在音频放大电路中，左右声道的放大结构完全相同，因此以下的分析中不对左右声道单独区分
三、直流电源的分析良好的直流电源是提高音频放大电路品质的关键因素之一一般的多媒体音箱中为了节省成本，都仅仅采纳了全桥整流和电容滤波电路产生直流电源供应应音频放大电路使用这时的直流电压源含有较高的脉动成分，直接用作音频放大电路的电源时效果欠佳，有可能影响音质，由于电源中的脉动成分会作为干扰信号被逐级放大，甚至在扬声器中产生明显的沟通噪声，影响音响系统的保真度为了提高直流电源的稳定性，本试验的设计中特地增加了两组线性稳压电路，其中一组设计为具有较大的输出功率，由三端集成稳压器构成，特地供应应音频放大电路中的功率放大部分使用；此外一组则是小功率输出的，由运放、基准源等分立器件构成，特地供应应音频放大电路中的前置放大和均衡电路使用，通过对这一部分电路的学习和了解，可以把握线性集成稳压电源的基本结构和工作原理其本质就是运算放大器的同相比例放大或反相比例放大
1、全桥整流电路从图1中可以看到，220V的沟通电源经变压器降压后，由全桥整流电路输出直流，再由稳压电路输出稳定的直流，供应应放大电路使用在设计中，音频放大电路部分需要对称的双电源，因此必需选择次级有三端抽头（双绕组）的变压器，如图2（a）所示，经全桥电路整流和电容C1至C4滤波后，输出对称的正负电源（图2中电路节点标记为DC+和DC—）
2、三端集成稳压器构成的大功率线性直流稳压电源要构成线性直流稳压电源，最简洁的方法就是采纳三端集成稳压器这种集成电路块内部完整地集成了采样电路、比较放大、调整电路、爱护电路和启动电路等功能，但是外部引脚只有三个端口，分别接输入电源（Vin）地（GND）另一个端口输出，其使用特别简洁，只要将三个端□按规定接入电路就可以使用典型和常用的三端集成稳压器有78XX/79XX系列其中78XX系列用于产生正电源，79XX系列用于产生负电源，标号XX则代表输出电压如图2（b）所示，分别采纳一只7812和一只7912集成块，按规定连接，就可以产生+12V和一12V的稳压电源输出
3、线性直流稳压电源的基本结构全部线性直流稳压电源的基本结构都可以理解为一个运算放大器构成的同相比例放大电路（或反相比例放大电路）图3（a）是一个三端集成稳压器的典型结构框图，由启动、偏置和爱护等电路共七个部分组成其中偏置电路为集成电路内部全部模块的工作供应适当的静态偏置；启动电路则仅仅是在开头工作的时候激励偏置电路正常工作；爱护电路则供应过温柔过流爱护，防止工作时温度太高或输出电流太大而烧毁电路其余四个部分基准电压，比较放大，调整电路和采样反馈放大是理解稳压电源的关键，其本质就是一个运放的同相比例放大器，如图3（b）所示其中基准电压的作用就是产生一个不随外部电压，不随温度变化的标准电压，在集成电路中这一电压通常采纳带隙式基准源，其原理在此不详细介绍比较放大器本质上就是一个运算放大器，基准电压输入比较放大器的同相端而调整电路的本质则是一只晶体管，也叫做调整管，在集成电路中通常采纳复合管来增加电流输出力量和B值在电路中，调整管和比较放大器复合在一起可以简洁地看成一只具有大电流输出力量的运算放大器电阻R1和R2构成的采样电路，其本质就是同相比例放大器中的反馈电阻这样，整体电路就可以看成是由一个具有大电流输出力量的运算放大器构成的一个同相比例放大器，有当外部的输入电压发生变化时，只要基准电压不发生变化，则输出的电压也不会发生变化，调整电阻R1和R2的取值，则可以调整输出电压这就是线性直流稳压电源的基本原理此外，从以上对于线性直流稳压电源的简洁分析和介绍中，还可以看到这种电路的几个重要特点
1、线性直流稳压电源只能实现降压处理，即输出电压肯定低于输入电压
2、调整管必需工作在线性放大区，电路才能正常工作这也是这种电路叫做线性稳压电路的缘由
3、假如不考虑掌握部分的电流，调整管的集电极电流和放射极电流相等，亦即输入和输出电流相等则当输入输出电压差值较大时，电源的效率较低，功耗都损失在调整管的集电极上因此，在功耗较大时，调整管应当加装合适的散热器
4、对电源部分反思•假如我们要转变PVCC和PVEE电压，只要选择电压符合的三端稳压管芯片即可如假如要把PVCC与PVEE的电压值变为正负18V那么用7818与7918两个三端稳压芯片组合在一起就可也.假如我们要把SVCC与SVEE的电压值转变，由于线性直流稳压电源为一个用输入电压为其电源的其输输出端的电压为电压的反相或同相放大器（主要采用了运放对电源抑制的特性，把纹波大的输入电压，变为纹波小的输出电压）所以加入我们要转变SVCC与SVEE的电压值，我们只要转变其放大倍数即可例如图三所示的电路，只要调整R1与R2的值就能转变SVCCS与VEE的电压值
四、音频放大电路的分析
1、前置放大前置放大器的作用简洁说来就是“缓冲”，将外部输入的音源信号进行放大并输出外部音源信号由较长的导线输入，并且信号源可能存在较高的内阻，电流输出力量不强，因此需要“缓冲”来将其转换为低内阻的信号源，以便驱动后级电路所以前置放大电路是个输入阻抗大，输出阻抗小的放大电路其起到了一个阻抗匹配和预放大作用
2.均衡电路（音调电路）均衡电路是由低通、高通、带通等滤波器组成的，可以对音调进行掌握的电路，听者可以依据详细需求，对声音信号中某些频率段的增益（放大倍数）进行调整常用的均衡电路只是对高频段或低频段的增益进行提升或衰减，而中频段的增益保持不变均衡电路可以用无源的RC滤波网络来构成，也可以用运算放大器组成的有源滤波网络来构成，图7（a）是本试验设计的电路中采纳的均衡电路，由运算放大器构成，可以对高频段和低频段的增益分别进行提升/衰减首先对图7（a）的均衡电路功能和部分元件取值作一简要说明RP1和RP2是两只可调电位器，其中RP1对低频音调进行掌握，而RP2则对高频音调进行调整当电位器从右滑旋向左时，相应的低频/高频音量提升；反之，当电位器从左滑旋向右时，相应的低频/高频音量衰减一般来说，均衡电路设计时要求音调的提升/衰减量大约为±20DB（分贝），即放大倍数有
0.1〜10倍的调整力量图7（a）实验设计采用的均衡电路b）低频提升简化电路（c）低频衰减简化电路（d）高频提升简化电路（e）高频衰减简化电路
3、功率放大电路外部音源信号经过前置放大、均衡放大后，输入最终的功率放大级，然后就可以输出去驱动扬声器，发出声音本试验中的功率放大器采纳TDA2030集成块，其本质就是一个运算放大器，和其它小信号放大用的运放相比，有较大电流输出力量，可以输出较大的功率本试验电路设计中采纳的是双电源下工作的0CL电路，详细如图10所示下面对其做一简介RP3是一只电位器，作用是进行音量（Volume）调整输入信号（均衡电路的输出信号）通过耦合电容Cl后，再由RP3进行分压调整，连接到TDA2030的同相端电阻R
1、R2组成反馈回路，和TDA2030构成了一个同相比例放大电路，这一部分就是整个功率放大电路的核心，本质和一般运放完全全都需要说明的是电容C2同样是一只耦合电容，作用同样是“隔直通交”，使功率放大器仅仅对沟通信号产生放大作用，而对直流信号不产生任何放大
1、对于直流信号，电容C2相当于“开路”，此时电阻R2不起作用，功率放大器和电阻R1构成的是一个电压跟随器由于电位器RP3是通过电容C1和前级电路耦合，因此RP3上的直流电位肯定为零，同时可以保证功率放大器的输出也肯定为零，即有“零输入，零输出”的性质
2、对于沟通信号，电容C2相当于“短路”，此时电阻R1和R2组成同相比例放大器反馈回路，功率放大器的沟通电压放大倍数为.DKD2是两只起爱护作用的二极管，反向并联在功率放大器的输出端和电源之间，虽然对电路的理论分析和理解没有作用，但在实际电路中则必不行少，缘由在于扬声器扬声器并不是简洁的纯阻性负载，而是线圈和永磁体复合组成的，当扬声器的线圈振动时，切割磁力线会产生感生电动势，这种感生电动势反过来加在功率放大器的输出端口，太大的话有可能造胜利率放大器的损坏二极管DI、D2在电路正常工作时处于反向，是不导通的，对电路工作没有影响，而假如感生电动势过大，超过了电源电压的范围，则开头导通，将输出端的感生电动势进行钳位，爱护功率放大器不会损坏.电阻R3和电容C3串接在电路的输出端，和扬声器一起可以看胜利率放大器的负载，其作用是对扬声器的频响特性进行补偿，使功率放大器输出端的总负载趋近于纯阻性它们的补偿作用可以用以下简洁的分析来做一个定性理解
五、数据测量和分析L输入阻抗
27.8（欧姆）
2.静音输出噪声电平（V）3mv由测得的数据可知，在没有信号输入时，整个电路的输出噪声信号特别小，因此该电路在没信号时特别“静”
3.电源电压纪录:由测得的数据可知，SVCCSVEEPVCCPVEE的电压值都特别的接近理论电压值，由此可知电路是正常工作的
4.前级放大电路测试输入信号为频率为IKHz的正弦波.由测得的数据可知有计算表明测量计算值与理论值的差值特别小，由此可知前级放大器正常工作
5.幅频特性（音调电路的测试）
1.输入信号的电压均为
0.33V音调电路的输入信号的电压为IV低频与高频最大增益都为20DB把低频与高频的调整调到最大由测得的数据算的左右声道在此状况下的增益，如下表所示:有上表可得该电路的幅频特性图如下图所示:图
112.输入信号的电压幅值为
2.5V正弦波，低频与高频最大增益都为-20DB把低频与高频的调整调到最大由测得的数据算的左右声道在此状况下的增益，如下表所示:有上表可得该电路的幅频特性图如下图所示图12将图11与图12组合起来就可以得到整个电路的频率特性其调整范围在上面那条曲线和下面那条曲线之间图13理论计算得到的曲线如下图14将图13与图14比较可知两者有相同的最大增益值和最小增益值，其次有相同的变换趋向由此可知该电路能正常工作
六、功放电路的测试.输入幅值为
0.3V频率为IKHz的正弦波，最终电路的输出如下图所示.没有信号输入时，电路的输出如下图所示由上两图可知，TDA2030功放芯片能无正常地失真的放大信号，且不会产生振荡现象
七、结论.由上面的测量数据及对其的处理结果表明该电路是严格按着设计的规律进行工作的，因此该电路是胜利的.有上述的理论计算和实际测量值的比较可知，理论的计算能较好的描述实际的现象因此学好基本的理论并用其来引导我们进行电路设计是特别必要的，没有理论的指导我们是不行能能够设计和维护一个简单的电路系统的.在本次试验中遇到了很多的问题，如虚焊等等，并亲自的把它们解决了，加强了自己的动手力量，并学会了如何去发觉问题及解决问题
八、建议1＞我觉得电路板上的78127912TDA2030的间距应当变大点，不然它们的散热片很简洁接触到一起，最坏的状况下可能会导致芯片烧坏，甚至爆炸在这次试验中我就观察有同学的板上的两个TDA2030芯片由于散热片的接触而直接烧掉并爆炸了，这明显对我们存在平安隐患，故我觉得应当把我觉得电路板上的78127912TDA2030的间距应当变大点2＞其次我觉得二极管整流电路中的二极管没有必要用SB345而可以直接用1N4007就可以了，由于试验所用的三端稳压芯片的最大电流为1A其次前级放大器的电流是很小的，所以该电路的电流基本上就等于三端稳压管芯片的电流，也就是功放部分所需要的电流由于电路稳定工作时，稳压管的电流一般都比1A小很多，否则由于芯片发热而会烧坏芯片所以电路正常工作时其中总电流一般都会比这样A小很多，所以用1N4007来替代SB345是可以的这样能节省成本，提高了电路的性价比节点名称SVCCSVEEPVCCPVEE电压值（V）
10.59-
10.
6411.92-
11.91输入电压（V）
0.
51.
522.53输出电压（V）左声道
1.
684.
966.
648.
209.00右声道
1.
685.
006.
608.
408.80放大倍数左声道
3.
363.
313.
313.
283.00右声道
3.
363.
333.
303.
362.93输入信号频率Hz102040506080180输出信号振幅V左声道
8.
808.
607.
606.
806.
405.
403.00右声道
9.
209.
208.
007.
206.
485.
442.88输入信号频率Hz
3604505005506007201.4K输出信号振幅V左声道
1.
761.
561.
481.
401.
361.
281.28右声道
1.
671.
521.
441.
401.
361.
281.28输入信号频率Hz
1.8K
1.9K
2.0K
2.1K
2.2K
2.8K
5.6K输出信号振幅V左声道
1.
361.
401.
441.
481.
521.
722.80右声道
1.
361.
401.
441.
481.
521.
722.80输入信号频率Hz
11.2K18K19K20K21K22K44K输出信号振幅V左声道
4.
726.
406.
606.
806.
807.
008.60右声道
4.
806.
406.
506.
726.
887.
048.60输入信号频率Hz102040506080180增益dB左声道
18.
8818.
6817.
6116.
6516.
1214.
649.54右声道
19.
2719.
2718.
0617.
1416.
2314.
719.18输入信号频率Hz
3604505005506007201.4K增益dB左声道
4.
913.
863.
402.
922.
672.
142.14右声道
4.
453.
633.
162.
922.
672.
142.14输入信号频率Hz
1.8K
1.9K
2.0K
2.1K
2.2K
2.8K
5.6K增益dB左声道
2.
672.
923.
163.
163.
404.
508.81右声道
2.
672.
923.
163.
403.
634.
718.94输入信号频率Hz
11.2K18K19K20K21K22K44K增益dB左声道
13.
4716.
1216.
3916.
6516.
6516.
9018.68右声道
13.
6216.
1216.
2516.
5416.
7516.
9518.68输入信号频率Hz102040506080180输出信号振幅V左声道
0.
880.
941.
121.
241.
361.
623.04右声道
0.
800.
881.
081.
201.
161.
281.60输入信号频率Hz
3604505005506007201.4K输出信号振幅V左声道
5.
005.
606.
006.
206.
406.
806.80右声道
4.
885.
605.
806.
006.
406.
806.80输入信号频率Hz
1.8K
1.9K
2.0K
2.1K
2.2K
2.8K
5.6K输出信号振幅V左声道
6.
206.
206.
005.
805.
605.
003.00右声道
6.
206.
006.
005.
805.
605.
002.96输入信号频率Hz
11.2K18K19K20K21K22K44K输出信号振幅V左声道
1.
801.
361.
281.
281.
241.
201.00右声道
1.
761.
321.
281.
241.
221.
201.00输入信号频率Hz102040506080180增益dB左声道-
19.51-
18.94-
17.42-
16.53-
15.73-
14.21-
8.75右声道-
20.34-
19.51-
17.73-
16.82-
17.11-
16.26-
14.32输入信号频率Hz
3604505005506007201.4K增益dB左声道-
4.42-
3.44-
2.84-
2.55-
2.28-
1.75-
1.75右声道-
4.63-
3.44-
3.13-
2.84-
2.28-
1.75-
1.75输入信号频率Hz
1.8K
1.9K
2.0K
2.1K
2.2K
2.8K
5.6K增益dB左声道-
2.55-
2.
552.84-
3.13-
3.44-
4.42-
8.86右声道-
2.55-
2.84-
2.84-
3.13-
3.44-
4.42-
8.98输入信号频率Hz
11.2K18K19K20K21K22K44K增益dB左声道-
13.30-
15.73-
16.26-
16.26-
16.53-
16.82-
18.41右声道-
13.49-
15.99-
16.26-
16.53-
16.68-
16.82-
18.41。
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