模电课设音响放大器

武汉理工大学《模拟电子技术基础》课程设计

课程设计任务书

学生姓名： 专业班级： 指导教师： 工作单位： 信息工程学院

题 目: 音响放大器设计与制作 初始条件：

NE5532双运算放大器，TDA2030功率放大器，电容若干，电阻若干，二极管IN4001 两个，三寸喇叭，话筒，排针，插槽，插线，电路板。

要求完成的主要任务:

1.根据理论知识书写课程设计报告。

2.利用分离元件或集成电路制作一个音响放大器，可以放大话筒信号或毫伏级音频信号。

时间安排：

第19周理论讲解

第19周：理论设计及实验室安装调试；

地点：鉴主13通信工程综合实验室，鉴主15通信工程专业实验室（1）；

第20周：撰写设计报告及答辩；地点：鉴主17楼研究室。

指导教师签名： 年 月 日 系主任（或责任教师）签名： 年 月 日

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摘 要

音响在日常生活中使用很广泛。本文主要介绍了音响的构成、功能、及工作原理，它由TDA2030芯片所组成的功放电路，NE5532双运算放大器为前置放大和音调放大构成，本身具有电源电压范围宽，静态功耗小，可单电源使用，价格低廉等优点。而TDA2030一款输出功率大，最大功率到达35W左右， 静态电流小，负载能力强，动态电流大既可带动4-16Ω的扬声器，电路简洁，制作方便、性能可靠的高保真功放，并具有内部保护电路。本设计的功能是将输入音频信号进行放大，是一种可普遍用于家庭音响系统、立体声唱机等电子系统中，便于携带，适用性强。

关键词：TDA2030 OTL 输出功率 NE5532

Abstract

The sound is widely used in our lives. This article describes the sound of the composition, function, and principle, it is formed by the TDA2030 chip power amplifier circuit, NE5532 dual operational amplifieras the preamp and tone to enlarge constitute itself with supply voltage range, the static power consumption can be a single power use and low cost advantages. The TDA2030 a high output power, maximum power reaches 35W or so, the static current, load capacity, dynamic current can drive large 4-16Ω speaker, circuit simplicity, making convenient and reliable high-fidelity power amplifier, and an internal protection circuit. This design feature is the input audio signal amplification, it is generally available for home audio systems, stereo player and other electronic system, portable applicability. Key words : TDA2030 OTL Output power : NE5532

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音响放大器的设计与制作

目录

摘 要 ....................................................................................................................................... 2 目录 ....................................................................................................................................... 3 1.概述 ........................................................................................................................................ 4 1.1音响技术的发展 ............................................................................................................. 4 1.2名词解释 ......................................................................................................................... 5 2设计任务与技术指标 ............................................................................................................ 6 2.1设计任务 ......................................................................................................................... 6 2.2要求 ................................................................................................................................. 6 2.3发挥部分： ..................................................................................................................... 6 3电路的设计与核心器件介绍 ................................................................................................ 6 3.1电路的组成 ..................................................................................................................... 6 3.2各级主要作用 ................................................................................................................. 7 3.3设计方案 ......................................................................................................................... 7 3.4主要器件介绍 ................................................................................................................. 7 3.4.1 NE5532 ..................................................................................................................... 7 3.4.2 TDA2030 ................................................................................................................... 9 4.电路的整体结构 .................................................................................................................. 11 4.1话音放大器与混合前置放大器 ................................................................................... 11 4.2电子混响器 ................................................................................................................... 13 4.3音调控制器 ................................................................................................................... 14 4.4功率放大器 ................................................................................................................... 20 4.5总电路图 ....................................................................................................................... 21 5音响放大器的测试 .............................................................................................................. 22

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5.1相关性能参数的测量 ................................................................................................... 22 6．实验设计总结与感悟 ....................................................................................................... 24 材料单 ................................................................................................................................. 26

1.概述

1.1音响技术的发展

音响技术的发展历史可以分为电子管、晶体管、集成电路、场效应管四个阶段。

1906年美国人德福雷斯特发明了真空三极管，开创了人类电声技术的先河。1927年贝尔实验室发明了负反馈技术，使音响技术的发展进入了一个崭新的时代，比较有代表性的如威廉逊放大器，较成功地运用了负反馈技术，使放大器的失真度大大降低。上世纪50年代，电子管放大器的发展达到了一个高潮时期，各种电子管放大器层出不穷。由于电子管放大器音色甜美、圆润，至今仍为发烧友所偏爱。

上世纪60年代晶体管的出现，使广大音响爱好者进入了一个更为广阔的音响天地。晶体管放大器具有细腻动人的音色、较低的失真、较宽的频响及动态范围等特点。

上世纪60年代初，美国首先推出音响技术中的新成员——集成电路，到了70年代初，集成电路以其质优价廉、体积小、功能多等特点，逐步被音响界所认识。发展至今，厚膜音响集成电路、运算放大集成电路被广泛用于音响电路。 上世纪70年代中期，日本生产出第一只场效应功率管。由于场效应功率管同时具有电子管纯厚、甜美的音色以及动态范围达90dB、THD＜0.01％（100kHz时）的特点，很快在音响界流行。现今的许多放大器中都采用了场效应管作为末级输出。

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1.2名词解释

音响系统整体技术指标性能的优劣，取决于每一个单元自身性能的好坏，如果系统中的每一个单元的技术指标都较高，那么系统整体的技术指标则很好。其技术指标主要有六项：频率响应、信噪比、动态范围、失真度、瞬态响应、立体声分离度、立体声平衡度。

1、频率响应：所谓频率响应是指音响设备重放时的频率范围以及声波的幅度随频率的变化关系。一般检测此项指标以1000Hz的频率幅度为参考，并用对数以分贝(dB)为单位表示频率的幅度。

音响系统的总体频率响应理论上要求为20~20000Hz。在实际使用中由于电路结构、元件的质量等原因，往往不能够达到该要求，但一般至少要达到32~18000Hz。

2、信噪比：所谓信噪比是指音响系统对音源软件的重放声与整个系统产生的新的噪声的比值，其噪声主要有热噪声、交流噪声、机械噪声等等。一般检测此项指标以重放信号的额定输出功率与无信号输入时系统噪声输出功率的对数比值分贝(dB)来表示。一般音响系统的信噪比需在85dB以上。

3、动态范围：动态范围是指音响系统重放时最大不失真输出功率与静态时系统噪声输出功率之比的对数值，单位为分贝(dB)。一般性能较好的音响系统的动态范围在100(dB)以上。

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2设计任务与技术指标

2.1设计任务

利用分离元件或集成电路制作一个音响放大器，可以放大话筒信号或毫伏级音频信号。

2.2要求

(1)技术指标如下：

a．输出功率：0.5W； b．负载阻抗：4欧姆；

c．频率响应：fL~fH=50Hz~20KHz； d． 输入阻抗：>20K欧姆； e．整机电压增益： >50dB；

(2)电路要求有独立的前置放大级（放大话筒信号）; (3)电路要求有独立的功率放大级。

2.3发挥部分：

在话筒放大级和功放级之间利用模拟延时器件实现电子混响，以模拟声音多次反射的效果！

3电路的设计与核心器件介绍

3.1电路的组成

话筒

话音放大器 6

电子混响器 武汉理工大学《模拟电子技术基础》课程设计

音频输入 前置放大器 音调控制器 功率放大器 3.2各级主要作用

话音放大器：话音放大器的主要作用是不失真地放大声音信号。

前置放大器：将音频输出的音乐信号与经过电子混响后的声音信号混合放大。

音调控制器：主要是控制、调节音响放大器的幅频特性，音调控制器主要对低音频与高音频的增益进行提升与衰减，中音频保持0dB不变。

功率放大器：给音响放大器的负载（扬声器）提供一定的输出功率。当负载一定时，希望输出功率尽可能大，输出信号的非线性失真尽可能小，效率尽可能高。

3.3设计方案

根据设计要求本课题采用NE5532双运算放大器组成电路的话音放大器、前置放大器与音调控制器，采用TDA2030功率放大器组成电路的功率放大电路。

3.4主要器件介绍

3.4.1 NE5532

NE5532是高性能低噪声双运算放大器（双运放）集成电路。与很多标准运放相似，但它具有更好的噪声性能，优良的输出驱动能力及相当高的小信号带宽，电源电压范围大等特点。因此很适合应用在高品质和专业音响设备、仪器、控制电路及电话通道放大器。用作音频放大时音色温暖，保真度高，在上世纪九十年代

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初的音响界被发烧友们誉为“运放之皇”，至今仍是很多音响发烧友手中必备的运放之一。 主要特性 参数 数值 通道数 2 推荐电源电压 (V) ±5-15 增益带宽(MHz) 10 功率带宽(KHz) 140 转换速率(V/us) 9 输入失调电压(mV) 5 (Max) 输入噪声电压(nV/Hz) 5 共模抑制比(dB) 70 (Min) 静态电流(mA) 8 图纸

3.4.1封装与引脚图

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NE5532实物图 武汉理工大学《模拟电子技术基础》课程设计

3.4.2测试电路

3.4.3内部原理图

3.4.2 TDA2030

TDA2030A是德律风根生产的音频功放电路，采用V型5 脚单列直插式塑料封装结构。如图1所示，按引脚的形状引可分为H型和V型。该集成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。并具有内部保护电路。意大利SGS公司、美国

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RCA公司、日本日立公司、NEC公司等均有同类产品生产，虽然其内部电路略有差异，但引出脚位置及功能均相同，可以互换。

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放再合适不

引脚情3.4.4): 1脚是

2脚是反向输入端 3脚是负电源输入端 4脚是功率输出端 5脚是正电源输入端。

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分或小型功过了。

况(如图

正相输入端

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图3.4.4引脚情况

4.电路的整体结构

4.1话音放大器与混合前置放大器

由于话筒的输出信号一般只有5mV左右，而输出阻抗达到20kΩ(亦有低输出阻抗的话筒如20Ω，200Ω等)，所以话音放大器的作用是不失真地放大声音信号(最高频率达到10kHz)。其输入阻抗应远大于话筒的输出阻抗。

电路由话音放大器（图4-1.1所示）与前置放大器（图4-1.3所示）两级电路组成，其中U1A组成同相放大器，具有很高的输入阻抗，能与高阻话筒配接作为话音放大器电路，其放大倍数AV1=1+R2/R1=8.5 。

图4.1.1话音放大器

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图4.1.2话音放大器的输入与输出

如图，其橙色为输入信号Vi幅值为4.864v，红色为输出信号幅值为41.360v,其增益为Av=41.360/4.864=8.5,满足要求

图4.1.3前置放大器

如图，该图是个反向比例加法运算器，目的是将话筒的信号与音频信号叠加

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起来，Vi1为话音放大器输出信号，Vi2为音频输出输出信号，则输出信号Vo2=-(R7/R6*Vi1+R7/R5*Vi2)

4.2电子混响器

电子混响器的组成框图如图2.2.1所示。其中，集成电路BBD成为模拟延时器，其内容含有由场效应管构成的多级电子开关和高精度存储器。在外加时钟脉冲作用下，这些电子开关不断地接通和断开，对输入信号进行取样，保持并向后级传递，从而使BBD的输出信号相对于输入信号延迟了一段时间。BBD的级数越多，时钟脉冲的频率越高，延迟时间越长。BBD配有专用时钟电路，如MN3102时钟电路与MN3200系列的BBD配套。

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缓冲级 时间脉冲产生器 二阶低通滤波器I BBD延时器 二阶低通滤波器II 图4.2.1 电子混响器组成框武汉理工大学《模拟电子技术基础》课程设计

4.3音调控制器

音调控制器要求只对低音频和高音频的增益进行提升或者衰减，中频区增益为0dB。因此，音调控制器可以由低通滤波器和高通滤波器构成。

4.3.1音调控制器

设电容C8= C9>> C10，在低频区C9可以视作开路, 电路作为低通滤波器；在中高频区，C8、 C9可以视为短路，电路作为高通滤波器。

具体分析如下： （1）当f?f0时

1当RP1的滑臂在最左端低频时，对应于提升最大的情况 ○

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图4.3.2 R12的滑臂在最左端的等效电路

2当RP1的滑臂在最右端时，对应于低频衰减最大的情况，如图4.3.3。 ○

图4.3.3 R12的滑臂在最右端的等效电路

分析表明，图4.3.2所示电路是一个一阶有源低通滤波器，其增益函数的表达式为：

A(j?)??Vo3Vi3??·??R12?R111?(j?)/?2 (4.3.1) ?R111?(j?)/?1fL1?1

2?R12C2式中?1?1或者R12C9?2?(R12?R11)R12R11C9, 或fL2?(R12?R11)2?R12R11C9

图2.4.3所示电路是一个一阶有源低通滤波器，当f?fL1时，C9可视为开路，运放的反向输入端可以视为虚地，R13的影响可以忽略，其增益函数的表达式为：

AVL?(R11?R11)R10

在当

f?fL1时，因为fL2?10fL115

,故可由下式：

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?A(j?)?VoVi???·??R12?R111?(j?)/?2? R111?(j?)/?1?R?R11R11?R121?j0.1?0.707AVL 得：AV1?? 计算其模： AV1??12?R101?j2R10此时的电压增益相对于AVL下降了3dB。 在当f?fL2时，,故可由式4.3.1 得

：

AV2???R12?R111?j?R101?j10 计算其模：

AV2???R12?R112??0.14AVL R1010此时的电压增益相对于AVL下降了17dB。

（2）当f?f0时

C1、C2视为短路电路作为高通滤波器的等效电路如图4.3.4：

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4.3.4

4.3.5等效图

若取R10=R11=R13,则Ra=Rb=Rc=3R10=3R11=3R13

1当R15的滑臂在最左端高频时，对应于高频提升最大的情况，如图4.3.6：○

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4.3.6 R15的滑臂在最左端的等效电路

2当R15的滑臂在最右端时，对应于高频衰减最大的情况如图4.3.7。 ○

4.3.7 R15的滑臂在最右端的等效电路

分析表明，图4.3.6所示电路是一个一阶有源高通滤波器，其增益函数的表

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达式为：

A(j?)??VOVi????Rb1?(j?)/?3? （式4.4.2） Ra1?(j?)/?4式中?3?1或者

(Ra?R14)C10fH1?1

2?(Ra?R14)C10?4?1RC, 或fH2?12?RC

14101410当f?fH1(???3)时，C10视为开路，此时电路电压增益AVO=-1（0dB）。 在当f?fH1时，因为fH2?10fH1，由式4.4.2得AV3=2AVO 此时电压增益AV3相对于AVO提升了3 dB。 在当f?fH2时，C10视为开路，此时电压增益AV4=此时电压增益AV4相对于AVO提升了17dB。

在当f?fH2时，C10视为短路，此时电压增益AVH=（Ra+R14）/R14

音调控制电路的幅频特性曲线如图4.3.9所示：

102AVO

图4.3.9 音调控制电路波特

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根据音响放大器的设计技术指标，要使AVL?AVH?20dB，结合AVL的表达式可知，R10、R11、R12的阻值一般取到几千欧到几百欧。现取R12=470K，有C8=0.008uF，R11=52K。

取标称值，则C8=0.01uF，R11=47K。由前述的假设条件可得，R10=R11=R13=47K，R12=R15=470K，C8=C9=0.01uF 由于在低音时，音调控制电路输入阻抗近似为R10。

4.4功率放大器

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。当负载一定时，希望其输出的功率尽可能大，其输出信号的非线性失真尽可能地小，效率尽可能高，功放的常见电路有OTL(Output Transformerless)电路和OCL(Output Capacitorless)电路。有用集成运算放大器和晶体管组成的功放，也有专用集成电路功放。 TDA2030A是SGS公司生产的单声道功放IC，该IC体积小巧，输出功率大，最大功率到达40W左右；并具有静态电流小（50mA以下），动态电流大（能承受3.5A的电流）；负载能力强，既可带动4-16Ω的扬声器，某些场合又可带动2Ω甚至1.6Ω的低阻负载；音色中规中举，无明显个性，特别适合制作输出功率中等的高保真功放等诸多优点。

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4.4.1功率放大器

4.5总电路图

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5音响放大器的测试

5.1相关性能参数的测量

话放级

5mv 42.5mv 混合级

AV2=2 6dB

22 85mv

音调级 AV3=0.8 -1.9dB 68mv

功放级 AV4=30 29.5dB 2.04V AV1=８.5 18.6dB

图5.1 增益分配示意图

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放大倍数测试：将音调级的音调滑动变阻器R11，R15都调到50%处话音信号处输入5mv ，1000Hz的正弦信号，用双通道示波器分别测量各级的输出信号

图5.1.1显示话音放大级 输入5mv，输出42mv,增益 8.5倍（18.6dB）

图5.1.1话音放大

图5.1.2显示混合前置放大 器，输入44.485mv,84.965mv,增益 1.9倍（5.6dB）

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图5.1.3所示调音器

输入84.957mv,输出67.079mv 增益0.789倍（-2dB）

图5.1.3调音器 图5.1.4所示功率放大电路 输入70.449mv输出2.299v 增益32倍（30.3dB）

图5.1.4功放 整体增益为52.5dB，满足设计要求

图5.1.2混合前置

6．实验设计总结与感悟

本学期我们开设了《电子技术基础（模拟部分）》课，这门学科属于电子电

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路范畴，与我们的专业有着密切的联系，且是理论方面的指示。正所谓“纸上谈兵终觉浅，觉知此事要躬行。”学习任何知识，仅从理论上去求知，而不去实践、探索是不够的，所以在本学期电路刚学完之际，进行一次《模拟电子线路》课程设计是很及时、很必要的。这样不仅能加深我们对电子电路的认识，而且还及时、真正的做到了学以致用。

历时这一个星期的课程设计即将画上圆满的句号。回头看看，不禁感慨众多，课程设计这么复杂，仅仅是一个音响放大器就涉及很多的电路知识。高科技生活离不开电子技术，是它让我们的身边这一切如此快捷方便，并且通过了这次模拟电子电路课程设计，我才了解到我们所学的知识只是原来是如此地贴近我们，它们就在我们身边，在我们身边或大或小的地方，而并不是我原先所想象的那样遥不可及，总是好像在那种大房子里面的大机器才会用到这些东西，感觉那些是科学家做的事情，对于我们来说是天方夜谭。而如今，我才知道了这一切。这次课程设计是我深刻认识到学好一门知识很难，做好一件事也很难，我们要想做好一件设计，一个产品，都离不开我们所学习的知识，一次，经历这次课程设计我认为今后每个人都应该有更大动力学习本专业的知识，将我所学的知识来赋予实践。

参考文献

[1] 康华光主编.电子技术基础?模拟部分[M].第四版，北京：高等教育出版社，

2000

[2] 王愉节，窦勤耘编.电子技术实验指导[M].第一版，贵阳：贵州科技出版社，2004

[3] 彭军主编.实用电子技术[M].第一版，北京：科学出版社，2006

[4] 郝国法，梁柏华编.电子技术实验[M].第一版，北京：冶金工业出版社，2007 [5] 廖芳.《电子产品生产工艺与管理》.电子工业出版社2003: 98-100. [6] 华成英:《模拟电子技术基础》[M]，北京高等教育出版社，2001。 [7] 姚福安:《音频功率放大器设计》，山东大学学报，2003年06期。

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材料单

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本文来源：https://www.bwwdw.com/article/skp7.html