高保真音频功率放大器
一、设计任务书
二、总体方案
三、设计单元电路
一、设计任务书
(一). 题目 :高保真音频功率放大器
(二).设计任务：设计高保真音频功率放大器，接一个话筒实现伴音。
(三)、设计要求
基本要求 :
(1）设计指标：
①输出功率10W/8Ω；
②频率响应20~20KHZ；
③效率>60﹪，失真小；
(2).设计要求：
选择合适的功率放大器，实现对音频的放大，从而实现伴音。
二 . 总体方案
1．总体方案与原理说明
Ocl功率放大器是一种直接耦合的功率放大器，它具有频响宽、保真度高、动态特性好及易于集成化等特点。
性能优良的集成功率放大器给电子电路功放级的调试带来了极大的方便。
集成功率放大电路具有输出功率大、外围元件少、使用方便等优点，因此在音频放大电路中得到了广泛的应用。
本设计的主要内容为了实现声频信号的功率放大，我们通过讨论拓展添加一个话筒来实现伴唱效果。
其基本电路包括将交变电压源转变为直流稳压源的电源电路，为实现声频与话筒信号相叠加我们使用加法电路以及功率放大电路。
考虑到话筒的声频较小，我们考虑利用运算放大电路用于话筒声频放大。
该设计任务选择比较合适的功率放大器，只能满足以下几个要求：①输出功率10W/8Ω；
②频率响应20~20KHZ；③效率>60﹪，失真小。
另外还加了一个自制要求，加一个话筒可以进行伴唱。
该方案框图如图01所示。
图01 方案框图
该方案的功率放大器选择了TDA2003来实现音频功率放大，由于它具有电流输出功能强，谐波失真和交越失真小，个引脚都有交、直流短路保护的优点。
2.电源电路
在电子电路中，一般通用直流稳压电源供电。
由交流电压源转变为直流稳压电源通常要经过变压器、整流、滤波和稳压电路。
其流程图如图02所示。
图02 电源电路流程图
电源变压器（TS_MISC_25_TO_1）是将220V 的交变电压转变为我们所需的的电压值，然后通过全波镇流器（1B4B42）将转变后交流电压转变为直流电压，但整流过后的直流电压具有很大的的波纹，则需要滤波电路进行滤波得到较平滑的直流电压。
在通过滤波后的电压会随电网电压、负载、温度的变动而变化。
所以在滤波电路后可接上稳压电路（LM7809CT 、LM7909CT ），可以克服有电网电压的不稳定、负载的变化，以及波纹电压的的存在等因素所引起整流电压的不稳定，而输出稳定的直流电压。
所选方案：选用LM7809CT 、LM7909CT 来构成直流稳压电路，得到稳定输出的+9V 、—9V 直流电压。
用来加法放大器和功放的工作供电。
以下图03与图04为所选的LM7809CT 、LM7909CT 的引脚图。
1
LM7809CT
LINE VREG
COMMON
VOLTAGE
2
L M 7909C T
LINE VREG
COMMON
VOLTAGE
图03 图04
电源电路图示如下图05：
D1
1B4B42
1
2
4
3
1
LM7809CT
LINE VREG
COMMON
VOLTAGE
C1
10µF
C2
500µF
2
LM7909CT
LINE VREG COMMON
VOLTAGE
C3500µF
C4
10µF
V1
220 Vrms 50 Hz 0° T2
TS_MISC_25_TO_1
图05 电源电路电路图
T2为双输入电源电压变压器，D1为由四个二极管构成的桥式整流电路，1、2为由LM7809CT 、LM7909CT 组成的稳压电路提供+9V 、—9V 的工作电压。
3.运算放大电路
所选方案：选用运算放大器OP07来构成同相放大电路，其电路如图06所示。
运算增益计算：
Vi=Vf =R2×Vo/（R1+R2）； Av=Vo/Vi=（R1+R2）/R2=16/1=16； 电压增益为16
OP07是高精度低失调电压的精密集成运放，具有低噪音运放的优点，常用于微弱信号的的放大，使用双电源放大效果加强，在本设计里则采用双电源差模放大。
其引脚图如图07所示 OP07部分参数： 关断功能:No
工作电压Max. (V):36 图06 OP07放大电路图 工作电压Min. (V):6 每通道IQ(典型值)(mA):5
带宽GBW(典型值)(MHz):0.600 转换速率(典型值)(V/us):0.300 输入失调电压(25℃)(Max.)(mV):0.150 失调漂移(典型值)(uV/℃):0.500 输入偏置电流(Max.)(pA):700 共模抑制比(Min.)(dB):100 噪声电压(典型值):9.800
单电源供电:No 图07 OP07运放引脚图 满幅:No
封装/温度(℃):PDIP-8/0~70 描述:精密,低噪声运放
U3
OP07AH
3
2
47
6
8
1
U3
OP07AH
3
2
4
7
6
8
1
R41.0kΩ
R115kΩ
R2
1kΩ
4.加法电路
运算放大器经常被用来实现运算电路，如比例常数四则运算，微分和积分运算。
运算放大器的一种主要运用就是实现加法运算。
选择方案：选用运算放大器OP07来构成加法运算电路，将话筒信号通过放大电路放大后与原有的VCD 、电视、录音机等信号通过加法电路进行叠加，从而
实现伴随功能。
其电路原理图如图08所示:
图08 加法原理图
算法：
Vo=（Ra/Rf ×Va+Rb/Rf ×Vb ）
U1
OP07AH
3
2
4
76
8
1Rf 1.0kΩ
Ra 1.0kΩ
Rb 1.0kΩ
5.功率放大电路
所选方案：选用集成功放TDA2003来实现输出功率10W的，选用8Ω的蜂鸣器SONALERT来实现。
TDA2003的引脚图说明如图01所示。
图09 TDA2003的引脚图说明
TDA2003参数：电源电压Vcc=9V；输出功率Pd=1.2V；输入电阻=150kΩ；开环电压增益=60dB；闭环电压增益=40dB；静态电流=44mA ；谐波失真=0.15%；效率=68%，具体电特性参数见表一。
功率放大器TDA2003的工作特性具有电流输出功能强，谐波失真和交越失真小，个引脚都有交、直流短路保护。
功率放大电路原理图如下图10所示
表一TDA2003电特性参数
C5
2.2µF
U1
TDA2030
1
2
3
5
4
C6
470µF
R10220Ω
R122.2Ω
R131Ω
C7100nF
U2
SONALERT 200 Hz
C10
39nF
R1439Ω
C111000µF C12
100µF
C13100nF
图10 TDA2003功率放大电路
6、总体电路原理相关说明
本设计为一个音频功率放大器的设计，要求输出功率为10W/8Ω即要求扩音器负载为8Ω，要求效率>60%，失真小。
本电路原理是通过一电源电路将我们日常生活用的220V交流电源转换成音频放大所需的9V的直流电压。
因为要实现一个话筒伴唱，我使用了一个加法电路将声频和话筒信号叠加，加法电路选择了运算放大器OP07来构成加法运算电路，将话筒信号通过放大电路放大后与原有的VCD、电视、录音机等信号通过加法电路进行叠加。
但是因为话筒声频小，我用一运算放大电路来进行放大，选用运算放大器OP07来构成同相放大电路。
为了失真度小，选用了一功率放大电路达到目的。
每个电路的选择哪种元器件，具体的看各个电源电路。
7、总体电路原理图
8、元件清单
元件序号型号主要参数数量备注V1 交流电压源220V,50Hz 1
T2 TS_MISC_25_TO_1 1
n1 LM7809CT 输出电压 1
n2 LM7909CT 1
D1 1B4B42 1
U1 TDA2030 1
U2 SONALERT 1
U3,U4 OP07OH 2 带座C1,C4, 10 uF电解电容 2
C2,C3 500uF电解电容 2
C5 2.2uF陶瓷电容 1
C6 470uF陶瓷电容 1
C7,C9 100nF陶瓷电容 2
C8 100uF陶瓷电容 1
C10 39nF陶瓷电容 1
C11 1000uF陶瓷电容 1
C12 100uF电解电容 2
C13 100nF电解电容 1
R1 15kΩ电阻 1
1kΩ电阻 5 R2,R6,R7,R9,R
4,R5
R3,R11 2kΩ变电阻 2
R8 10kΩ变电阻 1
R10 220Ω电阻 1
R12 2.2Ω电阻 1
R13 1Ω电阻 1。