1、 1 / 10一、设计的题目及其要求（1）设计题目音频功率放大器电路仿真设计（2）课程设计的目标、基本要求及其功能：设计并实现 OTL 功率放大器，功率放大器的作用是给音响放大器的负载 RL（扬声器）提供一定的输出功率。当负载一定时，希望输出的功率尽可能大，输出的信号的非线形失真尽可能的小，效率尽可能的高。用 multisim 软件对 OTL 功率放大器进行仿真实现。根据实例电路图和已经给定的原件参数，使用 multisim 软件模拟电路，并对其进行静态分析，动态分析，显示波形图，计算数据等操作。二、设计的基本思路及其设计出发点（1）设计的基本思路功率放大器的作用是给负载 RL 提供一定的输出
2、功率，当 RL 一定时，希望输出功率尽可能大，输出信号的非线性失真可能小，且效率尽可能高。由于 OTL 电路采用直接耦合方式，为了保证电路工作稳定，必须采取有效措施抑制零点漂移。为了获得足够大的输出功率驱动负载工作，故需要有足够高的电压放大倍数。因此，性能2 / 10良好的 OTL 功率放大器应由输入级、推动级和输出级等部分组成。（2）芯片的选择TDA 2030 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 TDA 2030 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
3、功放的一个重要优点。TDA2030 集成电路的另一特点是输出功率大，而保护性能以较完善。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 TDA 2030 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 TDA 2030 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） 。TDA2030 集成电路的第三个特点是外围电路
4、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，外型如同塑封大功率管，这就给使用带来不少方便。TDA2030 在电源电压 14V，负载电阻为 4 时输出 14 瓦功率（失真度05） ；在电源电压 16V，负载电阻为 4 时输3 / 10出 18 瓦功率（失真度 0 5） 。该电路由于价廉质优，使用方便，并正在越来越广泛地应用于各种款式收录机和高保真立体声设备中。该电路可供低频课程设计选用。三、工作原理该电路是由前置输入级、中间级和输出级三部分组成的。 前置输入级是由集成运放 1/4PC324C 组成的源级输出器，它具有输入阻抗较高而输出阻抗较低的特点。 中间级
5、是由集成运放 1/4PC324C 以及由R4、R5、R6；C4、C5、C6；Rw2、Rw3、组成的选频网络一起构成的电压并联负反馈式音调控制放大电路。它具有高低音提升或衰减功能。其工作原理如下：输入信号通过 C4 耦合，分两路输入运放，一路由 R4、C4、Rw3 输入到 5 反相端。集成运放 B 输出端经过 R6、C5反馈到反相端，形成电压并联反馈；另一路由 Rw2、C6、 R5、输入到反相端。在此电路中，选频网络中电容量较大的 C4、C5 对高频信号（高音）可看作短路，电容量叫小的 C6 对低频信号(低音)可看作开路，所有这些电容对中频信号（中音）可认为开路。根据反相比例运算关系可知，当 R
6、w2、Rw3 滑臂在中点时，放大倍数为-1。当Rw3 滑点在 A 端，C4 被短路，C5、Rw3 并联与 R6 串联后阻抗增加，对低频信号来说负反馈增强，增益下降，其低音衰减过程，当 Rw2滑至 C 处，R5、R6 和 R3 并联后的阻抗减小，对高频信号负反馈削弱，增益提高，对高音起提升作用；在 D 点，R5、C6 与 R6 并联后4 / 10的阻抗减小，并联后阻抗减小,对高频信号负反馈增强，对高音起衰减作用。输出级是功率放大器，它由集成运放 TDA2030 和桥式整流电路组成，其中组件 C8、R9 为电源退耦电路。图 1 集成功率放大器电路图用两块 TDA2030 组成如图 1 所示的 BT
7、L 功放电路，TDA 2030（1）为同相放大器，输入信号 Vin 通过交流耦合电容 C1 馈入同相输入端脚，交流闭环增益为 KVC1R3 / R2R3 / R230dB。R3 同时又使电路构成直流全闭环组态，确保电路直流工作点稳定。TAD 2030（2）为反相放大器，它的输入信号是由 TDA 2030（1）输出端的 U01 经 R5、R7 分压器衰减后取得的，并经电容C6 后馈给反相输入端脚，它的交流闭环增益 KVCR9 / R7/R5R9/R730dB。5 / 10由 R9R5，所以 TDA 2030（1）与 TDA 2030（2）的两个输出信号 U01 和 U02 应该是幅度相等相位相反
8、的，即： U01UinR3 / R2U02U01R9 / R5 R9R5 U02 U01因此在扬声器上得到的交流电压应为：UY U01 -（ -U02） 2U01 2U02扬声器得到的功率 PY 按下式计算：PY =4pmono四、仿真设计分析（1）仿真软件Multisim 是加拿大图像交互技术公司（Interactive Image Technoligics 简称 IIT 公司)推出的以 Windows 为基础的仿真工具，适用于板级的模拟/数字电路板的设计工作。它包含了电路原理图的图形输入、电路硬件描述语言输入方式，具有丰富的仿真分析能力。工程师们可以使用 Multisim 交互式地搭建电路
9、原理图，并对电路进行仿真。Multisim 提炼了 SPICE 仿真的复杂内容，这样工程师无需懂得深入的 SPICE 技术就可以很快地进行捕获、仿真和分析新的设计，这也使其更适合电子学教育。通过 Multisim 和虚拟仪器技术，PCB 设计工程师和电子学教育工作者可以完成从理论到原理图6 / 10捕获与仿真再到原型设计和测试这样一个完整的综合设计流程。（2）仿真软件优点及应用范围1. 通过直观的电路图捕捉环境, 轻松设计电路；2. 通过交互式 SPICE 仿真, 迅速了解电路行为；3. 借助高级电路分析, 理解基本设计特征；4. 通过一个工具链, 无缝地集成电路设计和虚拟测试；5. 通过改进
10、、整合设计流程, 减少建模错误并缩短上市时间。NI Multisim 软件结合了直观的捕捉和功能强大的仿真，能够快速、轻松、高效地对电路进行设计和验证。凭借 NI Multisim，您可以立即创建具有完整组件库的电路图，并利用工业标准 SPICE模拟器模仿电路行为。借助专业的高级 SPICE 分析和虚拟仪器，您能在设计流程中提早对电路设计进行的迅速验证，从而缩短建模循环。与 NI LabVIEW 和 SignalExpress 软件的集成，完善了具有强大技术的设计流程，从而能够比较具有模拟数据的实现建模测量。（3）仿真音频功率放大器图 2 输入电压为 1V 的波形7 / 10图 2 为输入电压
11、时 1V 的交流电，1KHZ。失真严重。分析为输入电压太大。调节电压，不断减小电压值，当输入电压为 0.3V，1KHZ 时，输出曲线不再失真，而功率值也达到了要求的 10W 值。于是确实输入电压。从图 3 也可以看出，输入波形相对于输出其峰值微不可见，可见放大倍数之大。图 3 输入电压为 0.3V 的波形8 / 10图 4 输入电压为 20HZ 的交流电的波形图 5 输入电压为 20KHZ 的交流电的波形（4）仿真结论分析 从仿真可以看出，该电路图的设计是成功的，达到了设计要求，9 / 10输入交流电压为 0.3 伏时，可以是功率最大达到 24W。五、电路的实际应用音频功率放大器是一个技术相当
12、成熟的领域，在现代音响普及中，得到很大的发展和应用。音频功率放大器不仅仅是消费产品（音响）中不可缺少的设备，还广泛应用于控制系统和测量系统中。六、结束语此次设计过程中，一方面，通过原理图的设计与绘制，巩固了这学期所学的电子电路设计和 Multisim 的相关知识，在 PCB 电路板的制作中也顺利地解决了出现的一些困难，在此次设计完成后，我已对利用 Multisim 软件绘制电路原理图的方法、步骤等流程都有了较为全面的掌握。另外，通过电路中各参数的具体分析比较和计算，以及电路的原理、工作方式的深入细化学习，回顾了模拟电路的有关运放的相关知识，当时一些不懂的概念也在这次设计中得到了补充，对模拟电路的相关知识的学习起到了巩固和温习的作用。10 / 10参考文献1 何希才、邹炳强，通用电子电路应用 400 例M，电子工业出版社，20042 康华光，高等教育出版社出版M，电子技术基础模拟部分，2003.3 郑步生，Multisim 2001 电路设计及仿真入门与应用M，电子工业出版，20024 潘永雄，电子线路 CAD 实用教程，西安电子科技大学出版社，2001.
