音频功率放大电路的设计.docx
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1、音频功率放大电路的设计 音频功率放大电路的设计 音频功率放大电路的设计 王#(安庆师范高校物理与电气工程学院 安徽 安庆 246011) 指导老师:祝祖送 摘要:本文的内容是音频功率放大电路的设计,其有操控简洁、音质好等特点。本设计电路运用的是TDA2030为音频功率放大器,其工作电压为+15V。它将输入电路的电流放大,之后再将扬声器驱动工作。采纳LF353对输入的音频信号前级放大,采纳DAC0832对前级放大进行限制,采纳STC89C52单片机限制电路的放大倍数,最终由液晶显示器显示出放大倍数。 关键词:功率放大器,前级放大,爱护电路 1引言 对音频功率放大电路进行探讨,其意义是目前在该领域
2、有很好的发展前景,在我们的实际生活中的应用也是非常广泛的。小至我们常常运用的音乐MP4,大到城市报警系统。该设计的探讨分别为硬件及软件两部分。扬声器输入电路、功率放大电路、前级放大电路、以及单片机电路构成本设计的硬件电路;液晶显示、键盘扫描、单片机限制等构成本设计的软件部分。 音频功率放大电路设计过程中困难的是选择各部分硬件电路,由于功率放大器的技术要求比较具体,电路各部分的数据选择及硬件的选择会更加困难,为达到相应的技术指标,须要多次对电路进行调试。娴熟运用C语言,加强分层设计编程实力和程序编写程序的可读性,不断修改程序,以达到设计目的。 2 总体方案 2.1设计思路概述 2.1.1设计要求
3、及目的 (1)学习电路的设计及C语言编程。 (2)了解功率放大电路的工作原理,绘制相应的功率放大电路。 (3)完成硬件电路的制作,完成软件程序的编辑。 (4)完成论文。 2.1.2技术指标 (1)由麦克风输入音频信号,音频功率的范围是10Hz-10KHz。 (2)失真度为0.4%-1%。 (3)输入电压范围为150mV-5V。 (4)输出负载实力为7/3。 2.2总体设计方案 方案一:音频功率放大器运用模电设计,硬件原理图见图1。主要设计电源和功放两部分,稳压电源由稳压电路、整流电路、滤波电路等部分组成;功放电路由TDA2030、耦合电容等部分组成。电源电压可以依据电路须要来变更电压值,而不同
4、的电压值对应的放大器的承载实力是不同的。由扬声器供应信号源,通过功放管进行功率放大,从而达到目的,最终结果由示波器显示出来。 优点:电路中设计了电源部分,所以在连接电源的的时候便利快捷。 缺点:由于元器件较多,在选择时就比较困难,在焊接时难度较大。 音频功率放大电路的设计 图1 硬件原理图 方案二:运用键盘输入放大倍数并且由液晶显示器显示出来,由单片机对音频输入信号进行前级放大,再进行功率放大,由扬声器输出声音。硬件原理图如图2所示。 图2 硬件原理图 优点:由于是单片机限制,使得硬件电路变得简洁了,也可以更快的达到设计标准,同时也便利了后期调试。通过按键输入放大倍数,使操作更加简洁。这样也使
5、得成果更加人性化1。 缺点:由于功放和单片机不是同一电压源供电,所以电源部分连接较为困难。 3硬件电路的设计 3.1总体硬件电路设计 液晶显示电路、单片机外围电路、前级放大电路、麦克风输入电路和功率放大电路等部分组成音频功率放大电路2。硬件部分,音频信号输入电路进行前级放大,由单片机限制放大倍数,再通过功率放大电路进行功率放大,最终通过扬声器输出音频信号。硬件电路总体框图见图3。 音频功率放大电路的设计 图 3 硬件电路总体框图 3.2音频输入电路 电路图如图4所示,因为电路中运用的是驻极体话筒,而这种话筒的缺点是得到的信号非常微弱,所以须要先对此信号进行放大后再通过麦克风输入3。 图 4 音
6、频输入电路图 3.3前级放大电路模块设计 3.3.1前级放大模块的比较以及选定 (1)继电器限制前级放大 电路图如图5所示,用继电器限制K1和K2的工作状态,对不同阻值大小的电阻进行选择进而限制不同的放大倍数。 音频功率放大电路的设计 1KK210K K1R1R2R1R23.3K10K+5V+5VQ1Relay-SPDT9014Relay-SPDTR3+12v VCC8Q1VoDiode 1N40012K+12v VCC89014Diode 1N4001R32KR1Vi1KR51K23ALF353D1P30U1A132SN74LS86DR11K65R51KBLF353P7P31U1B465SN
7、74LS86D4-12v VCC-12v VCC4 图 5 继电器限制前级放大电路图 (2)模拟开关限制前级放大电路 电路图如图6所示,HEF4066BP是四双向模拟开关,高电平导通,a,b,c,d为四个限制端,通过a,b,c,d来限制前级放大倍数。 图 6 模拟开关限制前级放大图 音频功率放大电路的设计 3.4单片机时钟电路设计 STC89C52等单片机内部都有可限制的反相放大器,如图7所示。其输入端和输出端分别为XTAL 1、XTAL2,振荡器就是在XTAL 1、XTAL2端口上外接晶振管组成的。 电容C 1、C2的常用规格是40pF10pF(陶瓷谐振器)或30pF10pF(晶振)。晶振(
8、或陶瓷谐振器)的频率大小确定了振荡器的频率大小,而振荡器频率必需小于器件能承载的最高频率。PCON.1限制振荡器,复位以后PD=0,振荡器工作,由软件置PD=1,使振荡器停止振荡,单片机停止工作,以达到省电的目的。同时CMOS型单片机也可从外部输入时钟4。 图 7 单片机时钟电路图 3.5功率放大模块设计 3.5.1数字语音回放系统包含两个部分 (1)数模信号的转换。 (2)在数字信号转换为模拟信号后,须要将模拟信号通过功率放大器进行放大,如A类、B类及AB类放大器。在1980年头初期,许多学者纷纷专注于新型数字放大器的研发,此类放大器最大的特点就是可以干脆将数字信号放大,而不须要转换为模拟信
9、号。这类放大器被称为数字功率放大器或D类放大器。 A类放大器 A类放大器如图8所示,其特点主要是Q工作点大致设定在负载线的中点。当输入信号时,晶体管始终处于导通状态。够单管工作,也能够推挽工作。因为放大器在特定曲线的范围内工作,所以交替失真和瞬态失真都相对较小。电路较简洁,调试也便利。但不足是效率不高,晶体管的功耗比较大,理论上功率的最大值只有25,并且有很大的非线性失真,所以目前设计上已基本不再运用此类放大器。 B类放大器 B类放大器如图9所示,其特点主要是放大器的静态工作点在(VCC,0)处,所以当无信号输入时,输出端几乎无消耗。在Vi的正半周期,Q1导通Q2截止,输出端正半周为正弦波;在
10、Vi的负半周期,Q2导通Q1截止,输出端负半周为正弦波,所以须要两管进行推挽工作。由于放大器一段时间会在非线性区内工作,即当信号处于在-0.6V-0.6V的范围时,Q 1、Q2全都无法导通,导致交越失真较大,所以B类放大器也渐渐被淘汰5。 音频功率放大电路的设计 图8 A类放大器 图 9 B类放大器 AB类放大器 AB类放大器如图10所示,其特点主要是由于晶体管的导通时间稍大于半个周期,所以必需两管进行推挽工作,这样可以很好的避开交越失真,所以相对的效率较高,晶体管功耗也较小。 D类放大器 D类放大器如图11所示,它是一种将PCM数字信号或模拟音频信号转换成PDM或PWM脉冲信号的放大器。然后
11、用PWM或PDM脉冲信号去限制器件通断的音频功率放大器,也称为开关放大器。D类放大器由输入信号、大功率开关电路(半桥式和全桥式)、处理电路、开关信号组成电路和低通滤波器(LC)等部分组成。D类放大器主要有以下几个特点: (1)效率高,通常可达85%。 (2)体积小,便携,节约空间。 (3)无裂噪声接通。 (4)外接元器件少,便于调试。 图10 AB类放大器 图 11 D类放大器 A类、B类和AB类放大器是模拟放大器,D类放大器是数字放大器。B类和AB类推挽放大器比A类放大器的效率高、失真小,但B类放大器简单产生交替失真。而D类放大器的优点是高效率、低失真、外围元器件少。AB类放大器和D类放大器
12、是目前运用最为广泛的功率放大器。再结合于本探讨,本设计选择TDA2030为AB类功率放大器。 音频功率放大电路的设计 3.5.2功率放大器原理 高频功率放大器是为了满意发送功率的需求,并保证在肯定区域内的接收机可以接收到合适的信号,并且不干扰相邻信道的通信,其往往是用于放射机的末级,将高频已调波信号进行功率放大,并且经过天线将其辐射到指定空间。 高频功率放大器是通信系统中发送装置的重要组件,也是能量转换的重要器件,它将电源供应的直流能量转换成为高频沟通输出。按其工作频带的宽窄划分为窄带高频功率放大器和宽带高频功率放大器。高频功率放大器可以根据电流的流通角的不同,可分为甲、乙、丙三类工作状态。甲
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