高保真功放——毕业设计论文.doc

1、 广德 爱众 砺能善医 毕 业 设 计 作 品 题 目： 高保真功放 姓 名： 专 业： 应用电子技术 班 级： 学 号： 校内指导老师： 校外指导老师： 填表日期： 湘潭医卫职业技术学院教务处制 湘潭医卫职业技术学 院 毕业设计作品 二级学院 医管 学院 专 业 应用电子技术 班 级 姓 名 学 号 校内指导老师 毕业设计名称 高保真功放 校外指导老师 毕业设计时间 本设计主要介绍采用 TDA1521 芯片设计的功率 放大器 高保真功放 IC TDA 1521 采用九脚单列直插式塑料封装，是飞利浦 2 15W 单片功放集成电路 , 外围元件极少 , 使用方便 , 具有短路保护和静噪功能 ,

2、电源内阻要小于 4 欧 , 以确保负载短路保护功能可靠动作。电器特性参数 :(Vcc= 16V RL=8 f=1KHz Ta=25 )1、电源电压 ：Vcc = 7.5 - 20V 推荐值： 15V 2、输出功率 ： Po =2 12W(THD=0.5%) BTL形式时 Po = 30 W 3、电压增益 ： Gv = 30dB 4、通道隔离度 :CT=70dB 5、输出噪声电压： Vno = 70uV （ Rg=2K） 有输出功率大、两声道增益差小、有过热过载短路保护等特点。 双电源供电时，省去两个音频输出电容高低音音质更佳。 单电源供电时，电源滤波电容应尽量靠近集成电路的电 源端，以免电路内

3、部自激。 1设计方案及比较 方案 I： 功率放大输出级采用分立元件构成的 OCL 电路，驱动级采用集成芯片，整个功放级采用大环电压负反馈。这种方案的优点是：由于反馈深度容易控制，故放大倍数容易控制。且失真度可以做到很小，使音质很纯净。但外围元器件较多，调试要困难一些。 方案 II：采用专用的功放集成芯片。 TDA1521 是一款功率放大集成块， 体积小巧，外围电路简单，且输出功率较大。该集成电路内部设有过载过热及感性负载反向电势安全工作保护。 根据题目设计要求，可供选择的功率放大器可由分立元件组成，也可由集成电路完成。由分立元件组成的功放，如果电路选择得好，参数恰当，元件性能优越，且制作和调试

4、得好，则性能很可能高过较好的集成功放。许多优质功放均是分立功放。但其中只要有一个环节出现问题或者搭配不当，则性能很可能低于一般集成功放，为了不至于因过载、过流、过热等损坏还得 加复杂的保护电路。现在市场上有许多性能优异的集成功放芯片，如 TDA1521， TDA2040A、 LM1875、 TDA1514 等。集成功放具有工作可靠，外围电路简单，保护功能较完善，易制作调试等优点，虽不及顶级功放的性能，但满足并超过本设计的要求是没有问题的。另外集成运放还有性价比高的特点。故本系统设计选用方案二。该方案的优点是：技术成熟，外围元器件少，保护功能较完善，调试简单，便于扩功等 。 2 电路的设计 2.

5、1 直流稳压电源电路 本方案选用了 12V 的 CCV 电压。电路图如下图所示 (1)整流部分：采用单相 桥式整流电路，可选用四个 1N4007 二极管或桥堆，最大整流电流 1A 即可。 桥式整流电路如图所示，其中图（ a）、（ b）、（ c）是它的三种不同画法。它是由电源变压器、四只整流二极管 D14 和负载电阻 RL 组成。四只整流二极管接成电桥形式，故称桥式整流。 桥式整流电路的工作原理如图 Z0706 所示。在 u2 的正半周， D1、 D3 导通， D2、 D4截止，电 流由 TR次级上端经 D1 RL D3 回到 TR 次级下端，在负载 RL 上得到一半波整流电压。 在 u2 的负

6、半周， D1、 D3 截止， D2、 D4 导通，电流由 Tr 次级的下端经 D2 RL D4 回到 Tr 次级上端，在负载 RL 上得到另一半波整流电压。 （ 2）滤波部分：在本设计中，选用最简单易行的电容滤波电路。在如图所示的电源电路图中，电容 C1 到 C8都为滤波 电容。其中小电容 C3， C4， C7， C8一方面能消除PCB 导线感抗对电源的影响，防止自激震荡；另一方面也能滤去电压中的高频部分。 直流输出电压： 210 U2.11u (3-9) 直流输出电流： 31.1 II 201 (3-10) 2I 是变压器副边电流的有效值。 RLC( LR 为负载阻值 )越大，电容器放电越慢

7、，输出电压平均值越大。一般可选放电时间常数 RLC 大于 C 的充电周期 (35)倍。对桥式整流来说 ,C 的充电周期等于交流电网周期的一半，即 sHZf 02.050 11T (3-11) (3 5) 2L TRC ，设计选取 s05.02T*5CR L (3-12) 式 3-12 中， T 为电容的充电周期， RL 为负载电阻， 2.19A1U2.1IUR 20101L (3-13) F2 . 6F0026.02R5TC L (3-14) 由于采用电解电容，考虑到电网电压的波动范围为 10%，电容的耐压值应大于V82.24U21.1 2 。 结合上面的数据，本次设计选取了电解电容 C1，

8、C2， C5， C6，耐压值 25V， C1， C5为容值为 1000uF； C3， C7 为 100uF； C2， C4， C6， C8 为陶瓷电容，容值 0.1uF。 （ 3）稳压部分：虽然整流滤波电路能将正弦电流电压转化为较为平滑的直流电压，但是，一方面，由于输出电压平均值取决于变压器副边电压有效值，所以当电网电压波动时，输出电压平均值将随之波动；另一方面，由于整流滤波电路内阻的存在，当负载变化时，内阻的电压随之改变，于是输出电压平均值也就随之产生相反的变化。所以，为了得到输出稳定的直流 电压，经整流滤波后的直流电压必须采取一定的稳压措施才能适合电子设备的需要。 本设计选用固定式三端稳压

9、器。 W78xx/W79xx。其中， 78 系列输出正电压， 79 系列输出负电压， xx 代表所能稳定输出的电压值。它们有一系列固定的电压输出，应用非常的广泛。每种类型由于内部电流的限制，以及过热保护和安全工作区的保护，使它基本上不会损坏。如果能够提供足够的散热片，它们就能够提供大于 1.5A 的输出电流。虽然是按照固定电压值来设定的，但是当接入适当的外部器件后，就能获得各种不同的电压和电流。 文中选用 W7812 三端正电源稳 压电路，输出稳定 +12v 电压；选用 W7912 三端负电源稳压电路，输出稳定的 -12v 电压。 具有如下特点： （ 1）短路电流 230mA,峰值电流 2.2

10、A，但是当输出电流超过 1.5A 时，就需要提供足够的散热片； （ 2）输入电压极限值 35v，输出电压典型值为 12V，最大值 12.6V； （ 3）热过载保护； （ 4）短路保护； （ 5）输出晶体管安全工作区保护； 78xx/79xx 系列在降压电路中应注意以下事项： （ 1）输入输出压差不能太大 ,太大则转换效率急速降低，而且容易击穿损坏； （ 2）输出电流不能太大， 1.5A 是其极限值。大电流的输出，散热片的尺寸要足够大，否则会导致高温保护或热击穿； （ 3）输入输出压差也不能太小 ,大小效率很差。 2.2 功放部分：采用的 TDA1521 芯片。 TDA1521可采用单、双电源供

11、电。在 16V 电源时可获得 2 12W 功率。内部设置了过热保护及静噪电路，接通或断开瞬间有静噪功能，可以在接通或断开瞬间抑制不需要的输入，保护功放及扬声器。该集成功率放大电路性能优良，外围电路简单，广泛应用于大屏幕电视机的音频信号放大 电路，以及其他音频设备。 应该注意的是这两种不同供电方式对其参数的影响较大，用双电源供电最能发挥其集成电路的优良性能。由于工作时耗散功率较大，集成电路发热比较严重，必须采取有效措施，以防止烧坏芯片。下图为音频功率放大集成块 TDA1521 接成 OCL 电路时的标准用法。可以算出，其电压增益约为 30.4 倍。 TDA1521 原理图 集成功放芯片 TDA1

12、521 各引脚功能如下： 管脚 1 非倒相输入 1，管脚 2 倒相输入 2，管脚 3 地（单电源时 1/2Vcc），管脚 4 输出 1，管脚 5 负电源（单电源时为地），管脚 6 输出 2，管脚 7 正电源，管脚 8 倒相输入 2，管脚 9 非倒相输入 2。 功率放大级应用电路图如上图所示，图中两个 220nF 电容 为耦合电容；两个 680 F电容 为滤波电容； 22nF 电容与 8.2电阻 组成吸收回路（该电容可取 0.1uF），吸收扬声器线圈在电流突变时产生的反电动势，防止烧坏 TDA1521。 实验焊接 先把元器件摆在 7 9CM 的洞洞板上，看一下整体的布局，然后决定怎样走锡路才能不

13、跳线并且最省锡。先焊的是功放部分。 加热焊件时烙铁接触焊接点，使焊件均匀受热焊锡量要合适，焊件要固定。当焊锡完全湿润焊点后移开烙铁。走锡路时连线上的锡不能太少也不能太多，锡太少不利于电路的导通，锡太多是一种浪费。在焊电源电路时我把电路稍微改了一下，改进后的电路如下图所示： 3.前置放大电路 3.1 前置放大器的功能 任何功率放大器总是要将音源信号进行放大 ,然后输出给扬声器 .音源装置的种类有多种多样 ,如 :传声器 ,收音头 ,电唱机线路传输以及新近出现的 CD 唱机等 .这些音源装置的输出信号电压差别很大 ,从零点几毫伏到几百毫伏 ,甚至 1 2伏。这些音源信号如果从同一输入接口输入放大器

14、，或者由于输入电平过低，使功率放大器的输出功率不足，不能充分发挥功率放大器的作用；或者由于输入电平过高，使放大器的输出信号产生严重过载失真，失去高保真放大的意义。因此，必须设置前置放大器，对输出放大器的各种输入信号进行处理；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。 综上所述，前置放大器的主要功能为： （） 对输入功率放大器的各种音源信号进行加工处理，或放大，或衰减，使其和功率放大器的输入灵敏度相匹配，使功率放大器充分发挥其放大和保真的功能。 （） 进行阻抗变换，使各种音源信号的输出阻抗能与功率放大的输入阻抗相匹配，实现信号的高效传输。 （）进行频率均衡处理，使音源信

15、号的频率特性恢复成平坦的状态。 3.2 前置放大器的技术要求 对前置放大器的技术要求，就是必须要和功率放大器的特性相适应，即对功率放大器的技术要求，同样也适应于前置放大器，而且对前置放大器还应略高一些。否则就不能成为一个高保真系统，也就 是说，构成高保真系统的每一个单元都必须是一个高保真单元。 （ 1）失真度：包括谐波失真和互调失真，要求分别小于 0.1%和 0.05%。 （ 2）信噪比：应大于 5dB。 （ 3）频率响应：在 20Hz 20kHz 0.5Db. （ 4）转换速率：应大于 5V/us 。 （ 5）动态范围：应大于 75 80dB。 （ 6）输入 /输出信号匹配：前置放大器的输入

16、端分别和节目源设备以及功率放大器相连，要使信号高质量传输，必须满足匹配条件，包括阻抗匹配，电平匹配，传输方式匹配等。 （ 7）均衡网络要符合 RLAA 标准和 NAB 标准。 （ 8）电源 ：高质量的电源是前置放大器性能好坏的因素之一，应包括低噪音，大容量和低内阻等条件。前置放大器的电源应与功率放大器的电源分开，单独供电。根据以上要求，这里选用 NE5532 这款高性能低噪声 双运算放大器 （双运放）集成电路。 4系统调试结果分析 对于整个的电路进行了仿真，仿真通过了，电路是正确的。 整个电路焊接完成之后，对其进行测试，得到 ： (1)额定功率为 8.9%，负载阻抗约为所有喇叭共为 15，与预

17、先的设计指标基本相吻合。 (2)与预先设想的一样，采用的是分立元件，实现了频响较宽，易于集成化的特点。 (3)动态特性较好，具有一定抗干扰的能力，但是对手机等的干扰的抵抗能力不是很好，这是我仍然需要在以后的研究中继续研究的。 5 结论 先把元器件摆在 7 9CM 的洞洞板上，看一下整体的布局，然后决定怎样走锡路才能不跳线并且最省锡。先焊的是功放部分。加热焊件时烙铁接触焊接点，使焊件均匀受热焊锡量要合适，焊件要固定。当焊锡完全湿润焊点后移开烙铁。走锡路时连线上的锡不能太少也不能太多，锡太少不利于电路的导通，锡太多是一种浪费。在焊电源电路时我把电路稍微改了一下，改进后的电路如下图所示： 电路改了之

18、后减少了锡丝的用量也减少了电源电路在板子上所占的面积。 电路焊好之后就把变压器和喇叭接上准备实验。接通电源输入音频之后发现喇叭不响，于是断开电源检查电路看问题出现在哪里。检查电路发现电路的锡路没有走错，于是用手去摸一下每一个 元器件，看元器件的温度是否正常。我发现 7912 那个支路的 1000 F 的电容非常烫手，检查之后发现电容的正负极接反了。重新焊好电容之后再次试验发现只有一个喇叭响。断开电源再次检查电路，发现电路没有错误，于是我开始怀疑是不是元器件出问题了。以前用耳机线帮别人调试功放的时候也只有一个喇叭响，于是我猜想是不是音频接口有问题。当我用导线把音频接口 1 和 4两个引脚连起来时两个喇叭都响了，音质还不错。