电气信息学院课程设计双声道BTL功放电路设计.doc

目 录摘 要 1Abstract 1第一章 绪论 21.1双声道BTL功放电路设计内容21.2 双声道BTL功放电路设计要求 21.3 国内外发展现状 2第二章 BTL简介32.1 BTL功率放大电路简介 32.2 BTL电路的组成及工作原42.3 BTL集成功放电路的构成. 5第三章BTL功放工作原理 63.1 BTL功放电路63.2 BTL功放电路工作原理63.3. BTL功放电路特点63.4 OCL功放电路 63.5 OCL电路特点7第四章双声道BTL功放电路原理图设计74.1 电路原理结构框图 74.2 BTL电路原理图8第五章 双声道BTL功放单元电路设计 95.1 电源电路 95.2 前置放大电路105.3 功率放大电路 115.4 音量控制电路12总 结 .12致 谢 .14参考文献 .14附 录. 15摘 要分析分立元件BTL电路及输入信号和输出信号的特点，归纳出构成BTL电路的一般原则，同时介绍了集成功放电路在不同用法下如何构成BTL。在实际工作中使用起来更加方便容易。集成功率放大器由于不仅具有体积小、重量轻、成本低、外围元件少、安装调试简单、使用方便的优点；而且在性能上也优于分立元件，例如温度稳定性好，功耗小、失真小，特别是集成功率放大器内部还设置有过热、过电流、过电压等自动保护功能的电路对电路自行进行保护。由于集成功率放大器具有分立元件不具有的很多优点，近年来集成功率放大器件发展很快，使用相当广泛。集成功放在实际应用中通常接成OCL电路，或OTL电路，接成BTL（Balanced Transformer Less）电路却很少，而BTL电路的优点是电源利用率比前面两种电路高4倍。采用音频电位器控制，通过改变输入音频功放的电压大小，从而改变输出声音大小。整体电路连接，输入小音频信号，接通电源，便可听到放大后的双声音频效果。关键词：BTL电路、集成功率放大器、电位器AbstractBTL circuit analysis division element and the input signal and the characteristics of the output signal, summarized the BTL circuit constitute the general principle, and introduces the integrated amplifier circuit different usage in how to constitute BTL. In practical work convenient for operation easy. Integrated power amplifier has not only because of its small volume, light weight, low cost, peripheral less component, installation and debugging of the advantages of simple and easy to use; And the performance is better than division components, like temperature stability, low consumption, distortion is small, especially integrated internal power amplifier is set overheated, over electric current, over voltage and automatic protection function of the circuit to circuit to make their own protection. Due to the integrated power amplifier has elements have divided in recent years many advantages, and integrated power amplifier device development soon, use very wide. Set on the practical application of success usually take into OCL circuit, or OTL circuit, then into BTL (Balanced Transformer Less) circuit, and BTL circuit but rarely the advantages of power utilization rate is more than the first two circuit four times as high. The audio potentiometer, through the change control input audio power amplifier, which changes the output voltage size voice size. The whole circuit connection, input small audio signal, switch on the power, and you can hear the audio amplification sees effect.Keywords: BTL circuit, integrated power amplifiers, potentiometer 第一章 绪论1.1、双声道BTL功率放大器内容：1、 了解双声道BTL功放电路的基本工作原理2、 完成信号双声道BTL功放电路设计并分析计算单元电路，对元器件进行选型。3、 绘制双声道BTL功放电路图4、 组装、调试双声道BTL功放电路5、 进行实物检查、设计答辩并完成设计报告12、双声道BTL功率放大器要求1、 在教师指导下完成双声道BTL功放电路设计2、 组装、调试信号双声道BTL功放电路3、 按指导老师要求撰写课程设计报告，画出完整的电路图1.3、国内外发展现状 1、中国双声道音频功放电路产业发展环境2、中国双声道音频功放电路市场发展结构分布1、国内外产品供给结构2、国内区域供给结构第二章 BTL简介2.1 BTL功率放大电路简介(Bridge-Tied-load)意为桥接式负载。负载的两端分别接在两个放大器的输出端。其中一个放大器的输出是另外一个放大器的镜像输出，也就是说加在负载两端的信号仅在相位上相差180°。负载上将得到原来单端输出的2倍电压。从理论上来讲电路的输出功率将增加4倍。BTL电路能充分利用系统电压，因此BTL结构常应用于低电压系统或电池供电系统中。在汽车音响中当每声道功率超过10w时，大多采用BTL形式。BTL形式不同于推挽形式，BTL的每一个放大器放大的信号都是完整的信号，只是两个放大器的输出信号反相而已。用集成功放块构成一个BTL放大器需要一个双声道或两个单声道的功放块。但是并不是所有的功放块都适用于BTL形式，BTL形式的几种接法也各有优劣。典型的功放集成块有TDA2030A LM1875 LM4766 LM3886 TDA1514等. BTL（Balanced Transformer Less）电路，称为平衡桥式功放电路。它由两组对称的OTL或OCL电路组成，扬声器接在两组OTL或OCL电路输出端之间，即扬声器两端都不接地。BTL电路的主要特点有：可采用单电源供电，两个输出端直流电位相等，无直流电流通过扬声器，与OTL、OCL电路相比，在相同电源电压、相同负载情况下，BTL电路输出电压可增大一倍，输出功率可增大四倍，这意味着在较低的电源电压时也可获得较大的输出功率，但是，扬声器没有接地端，给检修工作带来不便。 功率放大器电路形式的判断：可根据功放对管的输出端与扬声器的接法来判断其电路结构形式。OTL功放电路的输出端的直流电位为电源电压的一半，扬声器一端接地，另一端通过大容量耦合电容与功放输出端相接；OCL功放电路采用双电源供电，使其输出端的直流电位为零，扬声器一端接地，另一端直接与功放输出端相接；BTL功放电路采用两个功放对，扬声器直接连接在两个功放对的输出端，不需要耦合电容。 为了实现单电源供电，且不用变压器和大电容，可采用桥式推挽功率放大电路，简称BTL电路。 BTL电路的优点有只需要单电源供电，(但还是有用双电源)且不用变压器和大电容，输出功率高。缺点是所用管子数量多，很难做到管子特性理想对称，且管子总损耗大，转换效率低。22 BTL电路的组成及工作原理OCL和OTL两种功放电路的效率虽很高，但是它们的缺点就是电源的利用率都不高，其主要原因是在输入正弦信号时，在每半个信号周期中，电路只有一个晶体管和一个电源在工作。为了提高电源的利用率，也就是在较低电源电压的作用下，使负载获得较大的输出功率，一般采用平衡式无输出变压器电路，又称为BTL电路，如图1所示。（1） 该电路仍然为乙类推挽放大电路，利用对称互补的2个电路完成对输入信号的放大；其输出电压的幅值为：UOMVCC。最大输出功率为：（2）同OTL电路相比，同样是单电源供电，在VCC，RL相同条件下，BTL电路输出功率为OTL电路输出功率的4倍，即BTL电路电源利用率高；（3）BTL电路的效率在理想情况下，仍近似为78.5%。 23 BTL集成功放电路的构成1集成功率放大电路构成BTL电路的条件在实际工作中经常用到集成功率放大电路，两块对称集成功率放大电路也可构成BTL电路。用集成电路怎样才能构成BTL电路。上面已经介绍了分立元件的BTL电路，首先我们来分析分立元件BTL电路特点：（1）由电路结构中可见，BTL电路由2个互补对称电路构成，A1，A2电路的元件参完全相同；（2）2个互补放大器输入端电压极性相反，其值大小相等，即为差模信号。（3）2个互补集成放大电路输出端电压的极性相反，值大小相等，即负载RL两端电压大小相等，极性相反。根据以上特点，可采用2种型号、参数完全相同的集成功率放大电路，且使2个放大输入信号极性相反，同时使负载两端（输出端）的电压极性相反，便可构成BTL电路，在实际中通常这种方法，容易使电路参数完全对称，一般采用双功率放大电路构成。其原理框图如图2所示，要求A1，A2输入信号大小相等，放大电路输入、输出回路完全相同，只有这样才能保证负载RL两端电压大小相等；另一方面要求A1，A2都不具有（或都有）倒相作用，保证负载两端电压极性相反。另一种方法就是将双端输入改为单端输入，输入、输出信号满足上述要求即可。 2集成功放构成BTL的方法根据以上特点集成功率放大电路在BTL电路中可采用以下方法：(1) 电流驱动法(2)并联接法(3)电压输出法(4)双桥电路接法第三章BTL功放工作原理3.1 BTL功放电路BTL是英文Balanced Transformer Less的缩写，意为平衡式无输入变压器。BTL功放电路又称为桥接推挽功放电路。3.2 BTL功放电路工作原理V1和V2是一组OCL电路输出级，V3和V4是另一组OCL电路输出级。两组功放的两个输入信号的大小相等、方向相反。图2-1-1 BTL功放电路如图2-2-1所示，在输入信号-Ui为正半周，+Ui为负半周时V1,V4截止，V2,V3导通，此时负载上的电流从右到左。3.3 BTL功放电路特点1、采用单电源供电，两个输出端直流电位相等，无直流电流通过扬声器。2、与OTL、OCL电路相比，在相同电源电压、相同负载下，BTL电路输出电压可增大一倍，输出功率可增大四倍，因此，在较低的电源电压也可获得较大的输出功率。3.4 OCL功放电路OCL（Output Condensert Less）称为无输出电容功放电路。（1）、采用双电源工作方式（2）、省去了输出耦合电容图3.2.1 OCL功放电路3.5 OCL电路特点1.采用双电源供电方式，输出端直流电位为零。 2由于没有输出电容，低频特性很好。3.扬声器一端接地，一端直接与放大器输出端连接，因此须设置保护电路。 4.具有恒压输出特性，允许选择4、8或16负载。5.最大输出电压振幅为正负电源值，额定输出功率约为V2cc/（2RL）。第四章双声道BTL功放电路原理图设计41 电路原理结构框图音频功率放大器主要有电源电路、前置放大电路、功率放大电路、音量控制电路等四部分构成，构成框图见图3-1-1所示。前置放大扬声器功率放大电源电路音量控制音频输入图3-1-1 双声道BTL功放设计框图4.2 BTL电路原理图根据电路设计框图和第四章各单元电路的设计，绘出如图3-2-1所示的总原理电路图。图4.2 双声道BTL功放电路原理图第五章 双声道BTL功放单元电路设计5.1 电源电路直流电源电路有降压变压器、全波整流、滤波和稳压电路构成。我们选用TDA2030作为功放管，其直流供电电压为±618V,因此为了产生±14V的直流电源，我们选择了100W的环牛变压器，输出双12V交流电，负载为8W扬声器。整流电路，见图4-1-1所示。图4-1-1 整流电路u1正半周时，Tr1次级A点电位高于B点电位，二级管D1、D3导通，电流自上而下流过RL；u1负半周时，Tr1级A点电位低于B点电位，二极管D2、D4导通，电流自上而下流过RL。于是RL两端产生单方向全波脉动直流电压Uo。负载和整流二极管上的电压和电流负载电压： 负载电流：二极管的平均电流：二极管承受反向峰值电压：电容的容量：实际电容容量考虑到滤波的效果，各项参数留出一定的余量，容量选择为2200uF或3300uF，耐压值选择为25V，整流桥耐压值选择为25V，额定电流选择为3A。双声道BTL功放中电源电路如图4-1-2所示。图4-1-2 电源电路5.2 前置放大电路前置放大器的主要功能一是使话筒的输出阻抗与前置放大器的输入阻抗相匹配；二是使前置放大器的输出电压幅度与功率放大器的输入灵敏度相匹配。放大电路，见图4-2-1所示。图4-2-1 前置放大电路前置放大器为左、右声道各提供一级同相运算比例放大器（电压串联负反馈电路），进行电压放大，电路如图4-2-1所示放大电路具有输入阻抗搞的特点，电容C27、C28是去耦电容，消除高频杂波。前置放大器的下限频率由电容C19和电阻R22决定。电压放大倍数：5.3 功率放大电路本设计选用集成功放实现图4-3-1 TDA2030管脚图 图4-3-2 TDA2030组成的OCL功率放大器电路由TDA2030构成的OCL功率放大器电路如图4-3-2所示。该电路由TDA2030组成的负反馈电路，其交流电压放大倍数为二极管D1、D2起保护作用，一是限制信号过大，二是防止电源极性接反。R4、C2组成输出相移校正网络，使负载接近纯电阻。电容C1是输入耦合电容，其大小决定功率放大器的下限频率。电容C3、C6是低频旁路电容，电容C4、C5是高频旁路电容，电位器RP是音量调节电位器。本设计为了获得更大的输出功率,采用两个构成功率放大器,其中右声道电路如图4-3-3所示。为同相比例运算放大器，输入音频信号通过交流耦合电容馈入同乡输入端脚，交流闭环增益R4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。U2(TDA2030)为反相比例运算放大器，它的输入信号是由U1输出端Uo1的经R10、R19分压器衰减后取得的，并经电容C9后馈给反相输入端脚，它的交流闭环增益由扬声器得到的功率按下式计算：BTL功放电路能把单路功放的输出功率（Po）扩展4倍，但实际上却受到集成电路本身功耗和最大输出电流的限制。5.4 音量控制电路本音频控制控制电路采用简单的音频电位器控制，主要是通过改变输入音频功放的电压大小，从而改变输出声音大小。总 结 通过此次课程设计，使我更加扎实的掌握了有关BTL有关的知识，在设计过程中虽然遇到了一些问题，但经过一次又一次的思考，一遍又一遍的检查终于找出了原因所在，也暴露出了前期我在这方面的知识欠缺和经验不足。实践出真知，通过亲自动手制作，使我们掌握的知识不再是纸上谈兵。过而能改，善莫大焉。在课程设计过程中，我们不断发现错误，不断改正，不断领悟，不断获取。最终的检测调试环节，本身就是在践行“过而能改，善莫大焉”的知行观。这次课程设计终于顺利完成了，在设计中遇到了很多问题，最后在老师的指导下，终于游逆而解。在今后社会的发展和学习实践过程中，一定要不懈努力，不能遇到问题就想到要退缩，一定要不厌其烦的发现问题所在，然后一一进行解决，只有这样，才能成功的做成想做的事，才能在今后的道路上劈荆斩棘，而不是知难而退，那样永远不可能收获成功，收获喜悦，也永远不可能得到社会及他人对你的认可！课程设计诚然是一门专业课，给我很多专业知识以及专业技能上的提升，同时又是一门讲道课，一门辩思课，给了我许多道，给了我很多思，给了我莫大的空间。同时，设计让我感触很深。使我对抽象的理论有了具体的认识。通过这次课程设计，我掌握了常用元件的识别和测试；熟悉了常用仪器、仪表；了解了电路的连线方法。我认为，在这学期的实验中，不仅培养了独立思考、动手操作的能力，在各种其它能力上也都有了提高。更重要的是，在实验课上，我们学会了很多学习的方法。而这是日后最实用的，真的是受益匪浅。要面对社会的挑战，只有不断的学习、实践，再学习、再实践。这对于我们的将来也有很大的帮助。以后，不管有多苦，我想我们都能变苦为乐，找寻有趣的事情，发现其中珍贵的事情。就像中国提倡的艰苦奋斗一样，我们都可以在实验结束之后变的更加成熟，会面对需要面对的事情。回顾起此课程设计，至今我仍感慨颇多，从理论到实践，在这段日子里，可以说得是苦多于甜，但是可以学到很多很多的东西，同时不仅可以巩固了以前所学过的知识，而且学到了很多在书本上所没有学到过的知识。通过这次课程设计使我懂得了理论与实际相结合是很重要的，只有理论知识是远远不够的，只有把所学的理论知识与实践相结合起来，从理论中得出结论，才能真正为社会服务，从而提高自己的实际动手能力和独立思考的能力。在设计的过程中遇到问题，可以说得是困难重重，但可喜的是最终都得到了解决。 实验过程中，也对团队精神的进行了考察，让我们在合作起来更加默契，在成功后一起体会喜悦的心情。果然是团结就是力量，只有互相之间默契融洽的配合才能换来最终完美的结果。此次设计也让我明白了思路即出路，有什么不懂不明白的地方要及时请教或上网查询，只要认真钻研，动脑思考，动手实践，就没有弄不懂的知识，收获颇丰。致 谢在老师和同学们的帮助下，我的专业知识得到了进一步的提高，在整个设计过程中我也体会到了坚持的重要性，对待任何困难都要有坚持不懈的心理和斗志，才能在学习的过程中取得更多的知识和经验。我要感谢，非常感谢我的导师代老师。她为人随和热情，治学严谨细心。在闲聊中她总是能像知心朋友一样鼓励你。 知识是人类进步的阶梯，而传授知识的各位老师则是我们登上阶梯的领路人。没有各位老师的辛勤教育，便不会有我们今天的累累果实。其次要感谢和我一起作设计的各位同学，和曾经在各个方面给予过我帮助的伙伴们，在这段课程设计的日子里，我们再一次验证了团结就是力量这句真理，把一个庞大的，从来没有上手的课题，圆满地完成了。正是因为有了你们的帮助，才让我不仅学到了本次课题所涉及的新知识，更让我得到了知识以外的东西，就是团结和友谊。参考文献1康华光主编.电子技术基础（模拟部分）（第四版）M.北京:高等教育出版社,1999,2000.2彭介华主编.电子技术课程设计指导M.北京:高等教育出版社3谢自美主编.电子线路设计、实验与测试(第二版)M.武汉:华中科技大学出版社.4汪学典主编.电子技术实验M.武汉:华中科技大学出版社.附录 附录一 TDA2030简介（1）基本介绍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。（2）电路特点：1.外接元件非常少。 2.输出功率大，Po=18W(RL=4)。 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、8阻抗时能够输出16W的有效功率，THD0.1%。无疑，用它来做电脑有源音箱的功率放大部分或小型功放再合适不过了。 引脚情况：1脚是正向输入端 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。 极限参数：TDA2030极限参数参数名称极限值单位电源电压(Vs)±18V输入电压(Vin)VsV差分输入电压(Vdi)±15V峰值输出电流(Io)3.5A耗散功率(Ptot)(Vdi)20V工作结温(Tj)-40-+150存储结温(Tstg)-40-+150注意事项：1.TDA2030A具有负载泄放电压反冲保护电路，如果电源电压峰值电压40V的话，那么在5脚与电源之间必须插入LC滤波器，二极管限压（5脚因为任何原因产生了高压，一般是喇叭的线圈电感作用，使电压等于电源的电压）以保证5脚上的脉冲串维持在规定的幅度内。 2.热保护：限热保护有以下优点，能够容易承受输出的过载（甚至是长时间的），或者环境温度超过时均起保护作用。 3.与普通电路相比较，散热片可以有更小的安全系数。万一结温超过时，也不会对器件有所损害，如果发生这种情况，Po=（当然还有Ptot）和Io就被减少。 4.印刷电路板设计时必须较好的考虑地线与输出的去耦，因为这些线路有大的电流通过。 5.装配时散热片与之间不需要绝缘，引线长度应尽可能短，焊接温度不得超过260，12秒。 6.虽然TDA2030A所需的元件很少，但所选的元件必须是品质有保障的元件。