音频功率放大器实验报告
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本科实验报告
课程名称：姓名：学院：系：专业：学号：指导教师：
电子电路安装与调试
信息与电子工程学院
电子科学与技术
一、实验目的 二、实验任务与要求
三、实验方案设计与实验参数计算（3.1 总体设计、3.2 各功能电路设计与计算、3.3完整的实验电路„„） 四、主要仪器设备 五、实验步骤与过程 六、实验调试、实验数据记录 七、实验结果和分析处理 八、讨论、心得
一、实验目的
1、学习并初步掌握音频功率放大器的设计、调试方法。 2、学习并掌握电路布线、元器件安装和焊接。
3、掌握音频功率放大器各项主要性能及指标的调试方法。
二、实验任务与要求 1、设计
(1)设计一音频功率放大器，使其达到如下主要技术指标： 负载阻抗：R L =4Ω 额定功率：P o =10W 带宽：BW ≥(50~15000) Hz 音调控制：
低音：100Hz ±12dB 高音：10kHz ±12dB 失真度：γ≤3%
输入灵敏度：U " i
(2)设计满足以上设计要求的稳压电源。
2、在Altium Designer中画出原理图, 并进行PCB 板的编辑与设计。 3、根据给定的功率放大器的原理图（三），做如下工作：
（1）分析计算晶体管前置放大器的直流工作电压、电流、输入电阻、输出电阻、各级放大器的交流增益。
（2）分析音调控制电路的工作原理，计算4个极端情况下的交流增益。 （3）安装实验电路板
（4）调试和测试实验电路的增益、频响特性曲线、输入电阻和输出电阻、以及改变某 实验名称：音频功率放大器的设计、安装和调试姓名：陈肖苇学号：3140104580_
些电路参数后的性能测试（电路图中括号内的数字）。
（5）分析实验数据，并与理论计算值比较，讨论二者之间的误差和产生误差的原因。 三、实验原理和实验方案设计
作为音频放大器的音源部分，其输出电平既有高至数百毫伏（如调谐器：50~500mV，线路输出：100~500mV），也有低至1mV （如话筒：1~5mV），相差达几百倍。音频放大器就是要把这些不同大小的音源放大后驱动喇叭，发出同等强度的声音。因此，根据不同音源 的需要，可以画出音频放大器的原理框图，如图1所示。
P.2
装订线
图1音频功率放大器框图
1、各部分电路电压增益的确定
根据额定输出功率P o =10W和负载R L =4Ω，可求得输出电压为
：
V o ===6.32V
所以整机中频电压增益为：A O um =
V V =6.32V
=63.2 i 100mV
通常前置级产生的噪声对整个系统的影响最大，因此前置级的增益不宜太高，一般选取该级增益为：A um 1=5~10
对音调控制电路无中频增益要求，一般选为：A um 2=1
实验名称：音频功率放大器的设计、安装和调试姓名：陈肖苇学号：3140104580_
因此，功放输出级电压增益应满足下式要求：A um 1A um 2A um 3≥A um
对于话筒放大器，话筒输出约为5mV ，而音源线路输出约为100mV ，因此，话筒放大器的电压增益应为：A 100mV
umic ≥
5mV
=20。
确定A um 1=10，A um 2=1，A um 3=6.32，A umic =20。
P.3
2、功放电源电压的确定
为保证电路安全可靠工作，通常电路的最大输出功率P oM 比额定输出功率要大一些，一般取
P oM =1.5P o 。
最大输出电压V om =
≈
7.75V ，峰峰值V pp =om =21.9V 。
考虑到功率管的饱和压降和串联电阻，电源电压必须大于输出峰-峰值电压。使用双电源，则为±12~14V。
3、话筒放大器的设计
话筒放大器电路图与给出图三相同，采用共射极放大电路放大，射极跟随器输出。
图2话筒放大电路
3.1 I c 1、I c 2的确定
电路的噪声系数与晶体管的工作点有关，晶体管I c 的选择应考虑噪声系数，9014型晶体管一般取几百微安。
实验名称：音频功率放大器的设计、安装和调试姓名：陈肖苇学号：3140104580_
这里取900微安。 3.2 U C 1、U E 2的选择
一般选取U C 1≈E C 1/2，U E 2≈E E 2/2 3.3 R 4、R 6、R 7的选取
P.4
R E C 1-U C 1I =E C 1，R E C 1
4=
I E 2≈I C 2) 。 C 12I C 16+R 7≈2I C 1
R 4=5KΩ，R 6=R 7=2.5KΩ
3.4 R 2的确定
增益A u 1=R 4/R 2=10, R 2=500Ω 3.5 R 8、C 4的确定
R 3~5
8一般选取几百欧姆至几千欧姆，C 4≥
2πf =3uF
L R 8
取R 8为5.1K ，C 4为3.3uF 。 3.6 补偿电容C 1的选择
C 1为防止高频自激之用，一般取几十至几百pF 。
取C 1为270pF 。 3.7 耦合电容C 2
C ~5
2≥
32πf ，这里C 0取2.2uF 。
L R i 1
3.8 R 1的选择
R 1的取值应与话筒的输出阻抗相当。由图知为18K 。
3.9 R 3、R 5为反馈电路，这里R 3=R 5=20K。
C 6隔直，为2.2uF 。
实验名称：音频功率放大器的设计、安装和调试姓名：陈肖苇学号：3140104580_
4、音调控制部分的设计
4.1选择电路形式及其工作原理
P.5
其增益为A =-
Z f Z 。
i
当信号频率不同时，Z i ，Z f 也不同，从而增益随信号频率的改变而改变。 电路图如图所示。
图3音调控制电路
其中C28、C29较大，当低频时起作用，高频时可看作短路。C13、C14较小，低频时刻看作开路。
所以在低频时，C13、C14看作开路，又因为，运放的开环增益很大，输入阻抗很高，因此R17的影响可忽略不计。
运放增益A R 15-2P 1/j ωC 29+R 18
uL =
R P 1/j ωC 。
15-128+R 14
实验名称：音频功率放大器的设计、安装和调试姓名：陈肖苇学号：3140104580_
分析极端情况，滑动变阻器滑到左端，A 29+R 18
uL =
R 15P 1/j ωC R ，增益最大，滑动
14
变阻器滑到右端，A R 18
uL =
R ，增益最小，可以看出滑动变阻器从左滑到
15P 1/j ωC 28+R 14
右，增益由大变小，在中间时为1，因此R15在低频时实现了低音的提升和衰减。
P.6
在高频时C28、C29看作短路，分析电路可得到与低频时相同的规律，高音的最大衰减量为A 28+R 30
u 2
min
=
R 30
R ，最大提升量为A u 2
max
=
R 28+R 30
R 。 30
4.2设计
①确定转折频率，电路的带宽在50~15KHz之间
f L =f L 1=50Hz , f H =f H 1=15000kHz
②确定滑动变阻器数值。
因为运放的输入阻抗很高，一般R id >500k Ω，所以R15，R28选用100k Ω的线性电位器。
③
C 28=C 29=
1
2πR =32nF
15f L 1
R R 28
14=R 17=R 18=
f /f 1
=11.1K Ω
L 2
L 1-④
R 3R
16=
f H 2
/f =3.7K
H 1-1
C 113=C 14=
2πf nF
H 2R =1.416
⑤C30为综合电容，与运放增益有关，会影响到音调控制的高频截止频率，这里C30为10pF 。
⑥C31与R19共同组成同相输入的阻抗，平衡偏置电流，C31为1nF ，R19为39K 。 ⑦R29，R30与高音提升的增益有关，设高音增益最高为10，最低为1/10，则
R 29=R 30=11.1K
5、集成功放级设计
5.1根据额定功率Po 和负载RL 的要求来选择集成块。这里Po=10W，RL=4Ω，集成功实验名称：音频功率放大器的设计、安装和调试姓名：陈肖苇学号：3140104580_
放选择TDA2030。 5.2参数确定 功放电路如图所示
P.7
图4集成功放电路
增益为A 1/j ωC 17P R 23
up =1+
1/j ωC 。
18+R 24
中频段，C17可以视为开路，C18可以视为短路。 低频段，C17可以视为开路。 高频段，C18可以视为短路。
①R 24的取值范围一般在几十欧姆至几千欧姆均可。取R 24为1K Ω。 ②根据中频增益确定R 23。
A um 3≤A R 23
up =
R +1，R 23≥(A um 3-1) R 24=5.32K 24
取R 23为6K Ω。 ③C 17的选取
C 1
17≤
2πR =1.7nF
23f H
实验名称：音频功率放大器的设计、安装和调试姓名：陈肖苇学号：3140104580_
取C 17为300pF 。
P.8
④根据低频响应f L 来确定C 18。
C 18≥
1
2πR =3.2u
24f L
取C 18为4.7u 。
⑤R21的选取
考虑到差分放大器的平衡性，R21为功放的直流反馈电阻，因此R21=R23=6K。 ⑥D1、D2的作用是为防止输出脉冲电压损坏集成电路，一般选用开关二极管。 ⑦C19、R25
为了使负载喇叭在高频段仍为纯电阻，需要加补偿电阻R25和补偿电容C19，一般选取R25≈RL=4Ω，C 1
19=
2πf =1.3uF
H (R L +R 8)
⑧R20，C36
R20为音量控制电阻，控制输入功放的电压，从而控制输出功率，这里取20K 的滑动变阻器。
C36为耦合电容，取10uF 。
6、前置放大电路设计
前置放大电路为运算放大器电路，为一同相放大电路，电路如图所示。
实验名称：音频功率放大器的设计、安装和调试姓名：陈肖苇学号：3140104580_
P.9
音频功率放大器实验报告视频
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三、实验方案设计与实验参数计算（3.1 总体设计、3.2 各功能电路设计与计算、3.3完整的实验电路„„） 四、主要仪器设备 五、实验步骤与过程 六、实验调试、实验数据记录 七、实验结果和分析处理 八、讨论、心得
一、实验目的
1、学习并初步掌握音频功率放大器的设计、调试方法。 2、学习并掌握电路布线、元器件安装和焊接。
3、掌握音频功率放大器各项主要性能及指标的调试方法。
二、实验任务与要求 1、设计
(1)设计一音频功率放大器，使其达到如下主要技术指标： 负载阻抗：R L =4Ω 额定功率：P o =10W 带宽：BW ≥(50~15000) Hz 音调控制：
低音：100Hz ±12dB 高音：10kHz ±12dB 失真度：γ≤3%
输入灵敏度：U " i
(2)设计满足以上设计要求的稳压电源。
2、在Altium Designer中画出原理图, 并进行PCB 板的编辑与设计。 3、根据给定的功率放大器的原理图（三），做如下工作：
（1）分析计算晶体管前置放大器的直流工作电压、电流、输入电阻、输出电阻、各级放大器的交流增益。
（2）分析音调控制电路的工作原理，计算4个极端情况下的交流增益。 （3）安装实验电路板
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P.2
装订线
图1音频功率放大器框图
1、各部分电路电压增益的确定
根据额定输出功率P o =10W和负载R L =4Ω，可求得输出电压为
：
V o ===6.32V
所以整机中频电压增益为：A O um =
V V =6.32V
=63.2 i 100mV
通常前置级产生的噪声对整个系统的影响最大，因此前置级的增益不宜太高，一般选取该级增益为：A um 1=5~10
对音调控制电路无中频增益要求，一般选为：A um 2=1
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因此，功放输出级电压增益应满足下式要求：A um 1A um 2A um 3≥A um
对于话筒放大器，话筒输出约为5mV ，而音源线路输出约为100mV ，因此，话筒放大器的电压增益应为：A 100mV
umic ≥
5mV
=20。
确定A um 1=10，A um 2=1，A um 3=6.32，A umic =20。
P.3
2、功放电源电压的确定
为保证电路安全可靠工作，通常电路的最大输出功率P oM 比额定输出功率要大一些，一般取
P oM =1.5P o 。
最大输出电压V om =
≈
7.75V ，峰峰值V pp =om =21.9V 。
考虑到功率管的饱和压降和串联电阻，电源电压必须大于输出峰-峰值电压。使用双电源，则为±12~14V。
3、话筒放大器的设计
话筒放大器电路图与给出图三相同，采用共射极放大电路放大，射极跟随器输出。
图2话筒放大电路
3.1 I c 1、I c 2的确定
电路的噪声系数与晶体管的工作点有关，晶体管I c 的选择应考虑噪声系数，9014型晶体管一般取几百微安。
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这里取900微安。 3.2 U C 1、U E 2的选择
一般选取U C 1≈E C 1/2，U E 2≈E E 2/2 3.3 R 4、R 6、R 7的选取
P.4
R E C 1-U C 1I =E C 1，R E C 1
4=
I E 2≈I C 2) 。 C 12I C 16+R 7≈2I C 1
R 4=5KΩ，R 6=R 7=2.5KΩ
3.4 R 2的确定
增益A u 1=R 4/R 2=10, R 2=500Ω 3.5 R 8、C 4的确定
R 3~5
8一般选取几百欧姆至几千欧姆，C 4≥
2πf =3uF
L R 8
取R 8为5.1K ，C 4为3.3uF 。 3.6 补偿电容C 1的选择
C 1为防止高频自激之用，一般取几十至几百pF 。
取C 1为270pF 。 3.7 耦合电容C 2
C ~5
2≥
32πf ，这里C 0取2.2uF 。
L R i 1
3.8 R 1的选择
R 1的取值应与话筒的输出阻抗相当。由图知为18K 。
3.9 R 3、R 5为反馈电路，这里R 3=R 5=20K。
C 6隔直，为2.2uF 。
实验名称：音频功率放大器的设计、安装和调试姓名：陈肖苇学号：3140104580_
4、音调控制部分的设计
4.1选择电路形式及其工作原理
P.5
其增益为A =-
Z f Z 。
i
当信号频率不同时，Z i ，Z f 也不同，从而增益随信号频率的改变而改变。 电路图如图所示。
图3音调控制电路
其中C28、C29较大，当低频时起作用，高频时可看作短路。C13、C14较小，低频时刻看作开路。
所以在低频时，C13、C14看作开路，又因为，运放的开环增益很大，输入阻抗很高，因此R17的影响可忽略不计。
运放增益A R 15-2P 1/j ωC 29+R 18
uL =
R P 1/j ωC 。
15-128+R 14
实验名称：音频功率放大器的设计、安装和调试姓名：陈肖苇学号：3140104580_
分析极端情况，滑动变阻器滑到左端，A 29+R 18
uL =
R 15P 1/j ωC R ，增益最大，滑动
14
变阻器滑到右端，A R 18
uL =
R ，增益最小，可以看出滑动变阻器从左滑到
15P 1/j ωC 28+R 14
右，增益由大变小，在中间时为1，因此R15在低频时实现了低音的提升和衰减。
P.6
在高频时C28、C29看作短路，分析电路可得到与低频时相同的规律，高音的最大衰减量为A 28+R 30
u 2
min
=
R 30
R ，最大提升量为A u 2
max
=
R 28+R 30
R 。 30
4.2设计
①确定转折频率，电路的带宽在50~15KHz之间
f L =f L 1=50Hz , f H =f H 1=15000kHz
②确定滑动变阻器数值。
因为运放的输入阻抗很高，一般R id >500k Ω，所以R15，R28选用100k Ω的线性电位器。
③
C 28=C 29=
1
2πR =32nF
15f L 1
R R 28
14=R 17=R 18=
f /f 1
=11.1K Ω
L 2
L 1-④
R 3R
16=
f H 2
/f =3.7K
H 1-1
C 113=C 14=
2πf nF
H 2R =1.416
⑤C30为综合电容，与运放增益有关，会影响到音调控制的高频截止频率，这里C30为10pF 。
⑥C31与R19共同组成同相输入的阻抗，平衡偏置电流，C31为1nF ，R19为39K 。 ⑦R29，R30与高音提升的增益有关，设高音增益最高为10，最低为1/10，则
R 29=R 30=11.1K
5、集成功放级设计
5.1根据额定功率Po 和负载RL 的要求来选择集成块。这里Po=10W，RL=4Ω，集成功实验名称：音频功率放大器的设计、安装和调试姓名：陈肖苇学号：3140104580_
放选择TDA2030。 5.2参数确定 功放电路如图所示
P.7
图4集成功放电路
增益为A 1/j ωC 17P R 23
up =1+
1/j ωC 。
18+R 24
中频段，C17可以视为开路，C18可以视为短路。 低频段，C17可以视为开路。 高频段，C18可以视为短路。
①R 24的取值范围一般在几十欧姆至几千欧姆均可。取R 24为1K Ω。 ②根据中频增益确定R 23。
A um 3≤A R 23
up =
R +1，R 23≥(A um 3-1) R 24=5.32K 24
取R 23为6K Ω。 ③C 17的选取
C 1
17≤
2πR =1.7nF
23f H
实验名称：音频功率放大器的设计、安装和调试姓名：陈肖苇学号：3140104580_
取C 17为300pF 。
P.8
④根据低频响应f L 来确定C 18。
C 18≥
1
2πR =3.2u
24f L
取C 18为4.7u 。
⑤R21的选取
考虑到差分放大器的平衡性，R21为功放的直流反馈电阻，因此R21=R23=6K。 ⑥D1、D2的作用是为防止输出脉冲电压损坏集成电路，一般选用开关二极管。 ⑦C19、R25
为了使负载喇叭在高频段仍为纯电阻，需要加补偿电阻R25和补偿电容C19，一般选取R25≈RL=4Ω，C 1
19=
2πf =1.3uF
H (R L +R 8)
⑧R20，C36
R20为音量控制电阻，控制输入功放的电压，从而控制输出功率，这里取20K 的滑动变阻器。
C36为耦合电容，取10uF 。
6、前置放大电路设计
前置放大电路为运算放大器电路，为一同相放大电路，电路如图所示。
实验名称：音频功率放大器的设计、安装和调试姓名：陈肖苇学号：3140104580_
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音频功率放大器实验报告视频
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