音频功率放大器的设计(正文)(毕业设计)

东海科学技术学院

毕 业 论 文（设计）

题 目： 大功率音响功放的设计 系 ： 机电工程系 学生姓名： 王 勤 专 业： 电气工程及其自动化 班 级： C06电气（2）班 指导教师： 李 云 起止日期： 2009.11.10—2010.6.2

2010年6月2日

大功率音响功放的设计

王勤

东海科技学院机电工程系，浙江 舟山 316004

摘要

随着社会快速断的进步，人们的生活水平正在不断提高，因此对音乐欣赏的要求也变得越来越高，音频功放作为承担声音放大任务的重要设备，正日益受到人们的重视。对于功率放大器，一般要求其有较大的输出功率、较小的失真、平坦的音频特性、较高的信噪比和较大的动态范围。因此，这次我研究的对象就是音响的功率放大器。本文主要介绍我设计的TDA7293双声道功率放大器，它由一组运放组成声道前置放大器，另一组运放组成声道推动级放大器，另外还有4个电位器分别控制，用以调节高音、音调、音量以及左右声道平衡。它能在音频应用场合提供高质量的音色，具有大功率、低失真、高增益、工作稳定可靠、电流负载能力大，外围电路元件少等优点。它可用于立体唱机，高品质音频系统以及其他大功率音频播放系统。

关键词：前级放大；功率放大；音频控制；PCB板；

Summary

With the rapid diagnosis of the progress of society, people's standard of living is increasing, so the music appreciation of the requirements are becoming increasingly high, audio amplifier as a commitment to the important task of sound amplification equipment, are increasingly attention. For the power amplifier, generally require greater power output of its smaller distortion, smooth audio features, higher SNR and larger dynamic range. Therefore, I am the object of study is the sound of the power amplifier. In this paper, I designed the TDA7293 dual-channel power amplifier, which consists of a group composed of channel pre-amplifier op amp, the other channels to promote the composition of the op amp amplifier and another four were controlled potentiometer to adjust treble, tone, volume and balance between left and right channels. In audio applications it can provide high-quality sound with high power, low distortion, high gain, stable, reliable, current load capacity, and fewer external circuit elements. It can be used for three-dimensional players, high-quality audio systems and other high-power audio playback systems.

目录

前言 ..............................................................................................................................- 1 - 第一章 功率放大器简介 ............................................................................................- 1 -

1.1 功放的组成结构 ............................................................................................- 1 - 1.2 功放的工作原理 ............................................................................................- 1 - 第二章 前置级放大电路的设计 ................................................................................- 1 -

2.1 方案1：RIA前置放大电路 .........................................................................- 2 - 2.2 方案2：晶体管放大电路 .............................................................................- 3 - 2.3方案3：LM324放大电路 .............................................................................- 4 - 2.4 方案比较及确定 ............................................................................................- 6 - 第三章 音调控制电路设计 ........................................................................................- 6 -

3.1音调分频 .........................................................................................................- 6 - 3.2音调控制 .........................................................................................................- 7 - 3.3方案1：衰减式音调控制电路 ......................................................................- 8 - 3.4方案2：负反馈式音调控制电路 ..................................................................- 8 - 3.5方案3：衰减-负反馈混合式音调控制电路 .................................................- 9 - 3.6 方案比较及确定 ..........................................................................................- 10 - 第四章 功率放大级电路设计 ..................................................................................- 10 -

4.1方案1：全直流全对称互补功放电路 ........................................................- 10 - 4.2方案2：NE5532开环式功放电路 .............................................................. - 11 - 4.3方案3：二级推挽射极接地功放电路 ........................................................- 12 - 4.4方案4：TDA2030功放电路 .......................................................................- 12 - 4.5方案5：TDA7293功放电路 .......................................................................- 13 - 4.6 方案比较及确定 ..........................................................................................- 15 - 第五章 供电电路设计 ..............................................................................................- 15 - 第六章 整机电路设计与工作原理 ..........................................................................- 16 -

6.1 整机电路图 ..................................................................................................- 16 - 6.2 整机工作原理 ..............................................................................................- 18 - 6.3 参数选择 ......................................................................................................- 18 -

第7章 PCB板制作与焊接 ......................................................................................- 18 -

7.1PCB板的制作 ................................................................................................- 18 - 7.2元器件安装与焊接 .......................................................................................- 20 - 第八章 整机方案的优化 ..........................................................................................- 20 - 小结 ............................................................................................................................- 22 - 致 谢 ..........................................................................................................................- 23 - 参考文献 ....................................................................................................................- 24 - 附译文 ........................................................................................................................- 25 -

前言

音响功放又称音频功率放大器，它主要由前置级、音调级、功率放大级这几部分组成。前置级的要求是输入阻抗高、输出阻抗小、频带宽、噪声小；音调级的作用是对输入信号进行调节，使输入信号提升和衰减；而功率放大级则是音频放大器的主要部分，它决定了输出功率的大小，要求具有输出效率高，输出功率大的特点。对于整个功率放大器，则是要求其失真小、噪声低，有较好的扩音效果。因此，我将根据以上基本要求，依次确定各级的设计方案，增益分配，然后对各级电路的元器件进行选择，最终确定整机的设计电路。

第一章 功率放大器简介

在音响系统中功率放大器的作用是放大音源器材输出的信号，使信号有足够的功率去推动音响发声。

功率放大器工作于大电流和高电压的状态，因此在制作、安装和调试功率放大器的过程中，每一个环节都直接影响着功率放大器的正常工作以及重放声音的质量等。

1.1 功放的组成结构

如图1，为最基本的双声道功率放大器的结构方框图。

图1.1 功放结构框图

从图1.1可以直观的看出功率放大器的基本组成，一般可以分为前置级放大电路和后推级放大电路。

1.2 功放的工作原理

从图1中可以看出，双声道功率放大器左右两个声道的电路时完全相同的，输入信号的选择电路主要用于对输入信号进行选择切换，前置放大器对输入信号选择电路所选择的音频信号进行电流放大，为了能够有足够的功率去推动音响，各声道均设有推动级，也就是前置放大器，进一步对前置放大电路输出的信号进行电压和电流放大，放大后的信号再经过后级功率放大级进行放大，就可以去推动音响重放声音了。

第二章 前置级放大电路的设计

前置级放大电路的基本结构如图2.1，它由前置级和音调级组成，它的作用是选择所需的音源信号，并放大至额定电平，同时进行各种音质控制和调节，以达到美化声音的目的。对前置放大器的要求是：信噪比高、谐波失真小、立体声通道的一致性好等。

图2.1 前置级电路结构框图

2.1 方案1：RIA前置放大电路

图2.2 前置放大方案1电路图

如图2.2所示为低噪声高保真RIA前置放大电路。该电路采用了一片超低噪声精密运放OPA37E和一片介质隔离场效应管输入型宽带运放OPA606。OPA37E运放作为低噪声前置放大，输入信号直接送入OPA37E的同相输入端（引脚3），该电路一般在输入端并接一个拾音器作为信号输入。与电路配合的负载R和C（图中电阻为47.5KΩ，电容为150pF）的数值应与信号强度匹配，其大小可用拾音器厂家推荐的资料。引脚6、2之间的阻值为2.49KΩ的电阻为回馈电阻。它与阻值为49.9Ω的电阻构成前置级电压串联负反馈，因而OPA37E放大电路的电压放大倍数为Av1=(1+2.49KΩ/49.9Ω)=51倍，OPA37E的输出电压由引脚6送出，并经阻容网络（电阻为7.32KΩ、1.05 KΩ，电容为0.19μF、0.3μF）组成双时常数电路。用以改善频率特性。

由OPA37E输出的信号送入后级OPA606的同相输入端（引脚3），由3.74MΩ和200Ω构成回馈电路，并引入电压串联负反馈。由回馈支路可得电压的放大倍数为20倍。考虑到电路中三部分（OPA371前置放大，双时常数阻容网络和后级OPA606）的影响，整个电路在中频段的

总电压放大倍数约为100倍。由于OPA37E的低燥声特性和OPA606的高保真（宽带）特性，保证了电路前置放大器具有极优良的性能。电路中所有电阻应选用高精度（1%）的金属膜电阻，电容应选用有机合成膜电容（如涤纶电容、聚丙烯电容等），并应在正负电源端（引脚7、4）外接足够大的去耦电容。

该电路虽具有以上种种优点，但是该电路毕竟是经拾音电路改装而来，OPA37E的阻容网络部分却对音频信号引入了一定的衰减，虽有很高的放大倍数但在引入信号时就有可能导致低频尤其是超低频信号的流失。这样一来，即使电路后部分的OPA606拥有很高的保真度也已不可能使整个电路得到完全的保真。

2.2 方案2：晶体管放大电路

音频信号经R1缓冲进入Q1和Q2组成的双差分输入电路。C1和R2对输入信号中的高频干扰起到旁路的作用。 R2作为输入电阻.Q1、T1，Q2、T2，Q3、T3和Q4、T4构成共射－共基电路（也称沃尔漫电路）这种电路最显著的特点是具有失真低、频响宽、增益高、线性好。R4、R6、RP1、R7、R9构成分压电路给T1、T2、T3、T4的基极提供 12V基极偏压。这样，Q1～Q4四只结型场效应管的漏极工作电压只有11.3V（12-0.7）左右,保证了结型场效应管安全可靠地工作,这是因为结型场效应管的工作电压较低,不能直接工作在较高的电压下。RP1(兼作输出级输出中点电位的调节)为输入电路静态电流的调节电阻,设计时输入级静态电流设定在1.4mA左右。这样，R3、R8上产生2.1V压降作为下一级电路的偏置电压。

电压放大级同样是由T5、T6、T7、T8构成共射—共基电路。D1、R16、D2为T6、T8的基极供基准工作电压。调节RP3将该级的电流设定在4.8mA左右，R36上电压降为1.45V。正负半周的信号经T9 T13共射放大电路后由其集电极进入T10、 T12组成的共基电路，并从两 管的集电极输出，经R37、R38缓冲送入Q5、Q6组成的末级电路。T7、 R17、 D3 、RP3 构成恒压电路，调节RP3可以改变Q5, Q6两管栅极电位差，从而改变末级静态工作电流。C6、C7及输入级的C2、C3为高频退耦电容，减少了电源的调频内阻过大引起自激的可能。关于末级管Ｑ5、Ｑ6电流到底设计在多大，以前有人作过探讨，结论是静态电流大于80mA后，胆味才更浓郁。为了获得10W左右的功率，本设计中将Q5、Q6的静态电流设计在80mA左右。如果想得到更大一点的功率，我们可以改变末级功放的电源电压，把场效应管的漏极电流调到

100mA左右。这样，不仅有大的功率，而且有胆机的味道。场效应管属电压控制器件，栅极输入阻抗高，静态电流调大时，会产生寄生振荡，解决的办法是在Q5、Q6的栅—漏之间并联C10、C9来消除。R18、R21为末级管的源级电阻，当该级电流为100mA时，其上的压降为2V左右。

R11、R12、R13、C4、C5组成电压回馈网络，这种回馈的特点是：通频带、转换速率等指针最优（在该电路中）。R11、R13将整机的死循环电压放大倍数定在10倍左右，这也是前级电路常规的放大倍数设定方法。至于相位补偿电容C5的使用，有一个原则是能小则小，能不用则不用。C5的使用影响整机的转换速率，使整机的动态变软（C5在这里可以不用，不会产生自激）。电路特点：静态下没有噪音，噪声系数低，背景干净，动态范围大，电路简单且易于集成，稳定性高。音频放大电路中均采用了高音频专用管，使整机提高了信噪比。提高了转换速率且减少开关失真。推动管采用了2SK214和2SJ77并将推动管的工作点调至最佳工作状态。

这是一个比较典型的晶体管优秀放大电路，与普通的电路不同在于在该电路中运用了数个场效应管，与三极管相配合构成了一个沃尔漫电路，在性能上自然得到很大的提升。但该电路的一个致命弱点就是组件过多，不便于安装与调试。同时，电路中结型场效应管的工作电压较低,不能直接工作在较高的电压下，这给整个电路的设计带来了一定的难度。

2.3方案3：LM324放大电路

图2.4 LM324运放内部电路图

如图2.4所示，此为LM324运放内部电路图。LM324是四运放集成电路，它采用14管脚双列直插塑料（陶瓷）封装，内部包含四组形式完全相同的运算放大器，除电源共用外，四组运放相互独立。每一组运算放大器可用图2.5(a)所示的符号来表示。

(a) (b)

图2.5 LM324功能引脚图

它有5个引出脚，其中“+”、“-”为两个信号输入端，“V+”、“V-”为正、负电源端，“Vo”为输出端。两个信号输入端中，Vi-（-）为反相输入端，表示运放输出端Vo的信号与该输入端的相位相反；Vi+（+）为同相输入端，表示运放输出端Vo的信号与该输入端的相位相同。LM324的引脚排列见图2.5（b）。

图2.6 前置放大方案3电路图

如图2.6前置放大电路，由±50V双电源供电。LM324管脚4为正50V电源，管脚11为负50V电源。由于声源输入的音频信号功率太小，不足以推动音响设备中的音频功率放大电路，所以需要进行功率放大。这个电路采用LM324集成运放为核心前置预处理电路。以通道L为例，供电电路通过电阻R6供电，推动运放LM324进行工作。电阻R6起到分压的作用，避免运放LM324因供电电压太大而损坏。音频信号通过C1传到运算放大器LM324的同相输入端进行电压放大，电阻R1接地，用于降低运算放大器的输入电阻，以提高运放的输入抗干扰能力。运算放大器LM324的输出与输入负端之间加入负反馈元件R3，表示运放工作于放大状态，放大倍数AV由R2、R3决定，AV= (1+R3/R2)。音频信号被放大后经电阻R4，送到下一级运放LM324的反相输入端进行反相放大。R5、C4为后级运放的负反馈电路，其放大倍数AV由R4、R5决定，AV= -R5/R4。经两级放大电路放大后的信号再经C6，R7输出到功率放大级电路输入端即可。至此，前级放大电路完成了它对音频信号的初级放大，使音频信号有足够的电压去推动功率放大级的功放块进行工作。因为L通道与R通道时两个完全一样的电路，所以音频信号的前置放大过程也与L通道一样。

本电路采用高性能运放LM324加入了负反馈后作放大器使用，噪音小、抗干扰能力强，使用元器件数少、制作方便、成功率高，又由于LM324四运放电路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，被广泛应用在各种电路中，因而这是一个不错

的前置放大电路。

2.4 方案比较及确定

方案1电路采用超低噪声精密运放OPA37E和介质隔离场效应管输入型宽带运放PA606组成前级电路， 由于OPA37E的低燥声特性和OPA606的高保真（宽带）特性，保证了电路前置放大器具有极优良的性能。虽然方案1电路具有低噪声、高保真、音质完美等优点，但是该电路毕竟是经拾音电路改装而来，OPA37E的阻容网络部分却对音频信号引入了一定的衰减，虽有很高的放大倍数但在引入信号时就有可能导致低频尤其是超低频信号的流失。这样一来，即使电路后部分的OPA606拥有很高的保真度也已不可能使整个电路得到完全的保真。所以不适合作为本次设计的前级电路，因此决定不予以采用。

方案2是一个比较典型的晶体管放大电路，此电路的特定是：静态下没有噪音、噪声系数低、背景干净、动态范围大、电路简单且易于集成、稳定性高。音频放大电路中均采用了高音频专用管，从而提高了整机的信噪比，提高了转换速率并且减少开关失真。推动管采用了2SK214和2SJ77并将推动管的工作点调至最佳工作状态。此电路与普通电路的不同在于在该电路中运用了数个场效应管，与三极管相配合构成了一个沃尔漫电路，在性能上自然得到很大的提升。尽管有以上诸多优点，但是该电路却有一个致命的弱点就是组件过多，不便于安装与调试。同时，电路中结型场效应管的工作电压较低,不能直接工作在较高的电压下，这给整个电路的设计带来了一定的难度，所以方案2也不予以采用。

方案3由一块高性能LM324集成运放块组成的一个前级放大电路，由四组运算放大电路完成对两路音频信号的初级放大。此电路的特点是：噪音小、抗干扰能力强，使用元器件数少、制作方便、成功率高，又由于LM324四运放电路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，被广泛应用在各种电路中，因而这是一个不错的前级放大电路，很适合新手做功放设计时使用。

根据以上对三个方案的深入分析和相互比较，并且考虑到设计的要求和自身的实际情况，最终决定采用方案3作为本次设计的前级电路。

第三章 音调控制电路设计

音调控制就是人为地改变信号里高、低频成分的比重，以满足听者的爱好、渲染某种气氛、达到某种效果、或补偿扬声器系统及放音场所的音响不足。这个控制过程其实并没有改变节目里各种声音的音调（频率），所谓"音调控制"只是个习惯叫法，实际上是"高、低音控制"或"音色调节"。高保真扩音机大都装有音调控制器。然而，从保证信号传送质量来考虑，音调控制倒不是必须的。

一个良好的音调控制电路，要有足够的高、低音调节范围，但又同时要求高、低音从最强到最弱的整个调节过程里，中音信号（通常指1000赫）不发生明显的幅度变化，以保证音量大致不变。

所谓提升或衰减高、低音，都是相对于中音而言的。先把中音作一个固定衰减（或加深负反馈）然后让高音或低音衰减小一些（或负反馈轻一些），就算是得到提升。因此，为了弥补音调控制电路的增益损失，常需增加一到两级放大电路。

3.1音调分频

音响的分频器分为前级分频、功率分频两类。前级分频是前级电路中由电子组件产生的分频,再由各自的功放分别驱动高、中、低音扬声器系统,如图3.1 (a) 所示,属于小信号有源

分频。而功率分频则是由电感、电容、电阻组件构成的位于功放与扬声器之间的无源分频电路,如图3.1 (b) 所示。采用功率分频的音箱系统具有结构简单、成本低,而且又能获得很高的放音质量的特点,因而在现代高保真放音系统中应用最为普遍。其性能的好坏与扬声器的各项指针以及分频电路、电感组件的性能、精密度有密不可分的关系,精确计算电感参数便是成功的关键。

图3.1 音调分频结构框图

由于分频器对电路有众多较为严格的要求，尤其是制作一个高保真的功率放大器根更是对组件参数要求苛刻，因而，决定不予采用。而改用音调控制电路。

3.2音调控制

音调控制电路大致可分为三大类：衰减式音调控制电路、负反馈式音调控制电路和衰减-负反馈混合式音调控制电路。衰减式音调控制电路的调节范围可以做得较宽，但因中音电平要作很大衷减，并且在调节过程中整个电路的阻抗也在变。所以噪声和失真大一些。负反馈式音调控制电路的噪声和失真较小，但调节范围受最大负反馈量的限制，所以实际的电路常和输入衷减联合使用，成为衰减负反馈混合式。电路通常使用高音、低音两个调节电位器；但是，在某些机型中，也有使用一个电位器同时作为高低音音调控制电路的。

3.3方案1：衰减式音调控制电路

图3.2 衰减式音调控制电路

图3.2为衰减式音调控制电路，该电路由RC网路构成高音和低音的音调控制电路。其中电容C1和C2的容量高于C3和C4，W1、W2的阻值远远大于R1和R2，满足这些条件，衰减式音调控制电路才有足够的调节范围，并且W1和W2分别只对高音和低音起调节作用，调节时中音的增益基本不变，其值约为R2/R1。

W1是低音调节电位器，W2是高音调节电位器。当W1滑向左端时，C1短路，低音获得提升，当W1滑向右端时受到W1的衰减，使得低音输出相对的被衰减，高音信号因C2对高音来说近似旁路，所以不受W1调节的影响。当W2滑向左端时候，由于C3容量较小，所以对高音的阻抗较小，而对低、中音仍然有较大阻抗，因此低、中音基本不通过高音电路，从而使得高音获得较大的输出，实现对高音的提升。当W2滑向右端时，高音输出降低。

这种衰减式音调控制电路的调节范围可以做得较宽，由R1和R2的比值决定，R1和R2的比值越大，高音和低音的调节范围就越宽，但是中音的衰减也越大。因为中音电平要做很大衰减，并且在调节过程中整个电路的阻抗也在变，所以噪声和失真比较大，声音效果不理想。

3.4方案2：负反馈式音调控制电路

图3.3 负反馈式音调控制电路

图3.3为负反馈式音调控制电路，该电路调试比较方便，反馈的存在使得信噪比较高。低音调节时，当W1滑臂到左端时，C1短路，低音信号经过R1和R3直接送入运放；低音输出则进过R2、W1、R3负反馈送入运放，负反馈网络阻抗越大，负反馈量就越小，放大倍数越大，因此低音提升量随W1动臂从中心点向左滑动而逐渐增至最大；当W1滑臂到右端时，则情况刚好相反，因此低音衰减最大。无论W1如何滑动，由于C1、C2

对高音信号可视为短路，所

以此刻 对高音信号无任何影响。高音调节时，当W2滑到左端时，高音信号经过C3、R4直接送入运放；而高音输出则经过C4、W2、R4负反馈送入运放，负反馈量最小，因此高音提升最大，；当W2滑到右端时，刚好相反，因此高音衰减最大。无论W2如何滑动，由于C3对中低音信号可视为开路，所以此刻对中低音信号无任何影响。

普及型的功放通常都会使用这种音调处理电路。负反馈式音调控制电路的噪声和失真跟衰减式音调控制电路相比明显要小很多，但调节范围受到最大负反馈量的限制，调节范围不大，因此实用性有待进一步加强。

3.5方案3：衰减-负反馈混合式音调控制电路

图3.4 衰减-负反馈混合式音调控制电路

如图3.4，为衰减-负反馈混合式音调控制电路，低音输入衰减网络由R7、R32B左臂、C19组成，低音负反馈网络由R10、R32B右臂、C20组成；高音输入衰减网络由R31B左臂、C21、R9组成，高音负反馈网络由R31B右臂、C21、R9组成。低音调节时，当R32B滑臂到最左端时，低音信号经过R7（C19被短路）接入运放，此时输入串联网络阻抗最小，对输入信号衰减最小，同时负反馈信号经过R10-R32B和C20并联送入运放，负反馈阻抗最大，放大倍数最大，低音提升量可以达到最大；反之，当R32B动臂滑到最右端时，输入信号中的低频信号经过R7-R32B全部阻值接入运放，这时输入网络阻抗最大，对输入信号衰减最大，同时运放输出端负反馈信号经过R10（C20被短路）送入运放，这时负反馈网路阻抗最小，放大倍数最小，低音信号的衰减量可达到最大。

当高音电位器R31B的动臂滑到最左端时，输入信号中的高频成分经过C21-R9加到运放输入端，这时输入信号衰减量最小，反馈信号经过R31B全部阻值-C21-R9送入运放，负反馈量小，高音提升量达到最大；反之当滑动臂到最右端时，输入信号中的高频信号经过R31B全部阻值-C21-R9加到运放输入端，这时输入信号衰减量最大，运放输出信号经过C21-R9负反馈到运放输入端，负反馈网络阻抗最小，放大倍数最小，高音信号的衰减量随R21B右滑而逐渐增大。

衰减-负反馈混合式音调控制电路具有衰减式音调控制电路和负反馈式音调控制电路失真很小并且控制范围很宽的优点，可以说是前两种电路的一种综合和改进，性能更加优越，更具实用性。

3.6 方案比较及确定

虽然衰减式音调控制电路的调节范围可以做得较宽，但是随着高音和低音的调节范围越宽，中音的衰减也越来越大。从而会造成比较大的噪声和失真，得不到理想的声音效果，因此不予以采用。

负反馈式音调控制电路的噪声和失真与衰减式音调控制电路相比明显要小很多，普及型的功放通常都会使用这种音调处理电路。但调节范围受到最大负反馈量的限制，调节范围不大，所以其实用性有待进一步加强，因此也不予以采用。

衰减-负反馈混合式音调控制电路，兼具了衰减式音调控制电路和负反馈式音调控制电路失真小并且控制范围宽的优点，可以说是前两种电路的一种综合和改进，性能更加优越，更具实用性。

根据以上对三个方案的比较，最终决定用衰减-负反馈式音调控制电路作为本次设计高低音音调控制电路。

第四章 功率放大级电路设计

功率放大级电路是音频放大器的主要部分，它决定了输出功率的大小，要求具有输出效率高，输出功率大的特点。对于整个功率放大器，则是要求其失真小、噪声低，有较好的扩音效果。

4.1方案1：全直流全对称互补功放电路

这里我们选用了图4.1所示的全直流全对称互补功放电路。该功放可对5Ω负载提供100W的不失真功率，输入灵敏度为300mV，输出噪声电压为1.2mV，能满足上述要求，且具有电路简单、失真与噪声低、转换速率高等特点。即使用作全频带功放也是较佳的选择。

图4.1 方案1功放级电路图

在该电路中揉进前级二极管隔离供电技术，进一步提高了大动态突发信号到来时前级电路的驱动能力。图4.1中二极管D1、D2即当此重任。当大动态突发信号到来时，末级输出管的电流剧增，迫使电源电压瞬间下降，这时由于D1、D2的反向隔离作用，滤波电容C5、C7上的电压不能突变，仍可基本保持在信号到来前有较高的电压，故推动级仍能继续提供较高的信号电压和较大的驱动电流，使声音的听感更加强劲有力，后劲十足，由于大动态的突发

信号常出现于低频段，因而该技术的采用对于超低频功放来说尤其具有重要意义，实际听感

也证实了这一点。

本电路的直流工作点已由设计确定，其中输入级差分对每管的工作电流为0.9mA，输出管的静态电流为80mA，工作于AB类状态。为提高输出级静态工作点的热稳定性，在其偏置电路中采用二极管D3～D5和负温度系数热敏电阻R10进行温度补偿，其中R10要贴装于功放管散热器上，此举对提高功放的热稳定性很有效，末极管的冷、热态静态电流可控制在30～80mA范围内，功放无须热身，一开机便可进入较佳的工作状态，如不采用R10，冷、热态静态电流变化范围竟达0～100mA．若能购得200Ω的R10，热稳定性还能进一步提高。

该电路虽有如此多的优点。但由于电路供电电压相对较高，组件众多，导致设计与制作上的一系列问题，例如组件参数计算烦琐，组件参数及性能要求极高，安装调试复杂繁琐且难以调试成功等，对于本次制作并不适宜。

4.2方案2：NE5532开环式功放电路

该功放采用电压转换电流方式直接驱动功放管进行功率放大，所以输出功率主要取决于末级功放管和功放电源，且扬声器无开／关机冲击声。由于采用运放作恒流放大，所以很方便更换不同性能的运放，音色有更多的选择。

电路如图4.2，ＩＣA与Q１、ＩＣB与Q２分别组成电流负反馈吸收式恒流源，分别负责音频信号正半周与负半周的电压、电流转换放大，使Q３、Q４基极电流只受ＩＣ１、ＩＣ２输入电压控制，也就是说，只要运放输入为一恒压值，末级管Q5、Q6集电极流过电流也为一恒定值。ＷR１、ＷR２（多圈电位器）分别用来调整Q5、Q6静态电流与输出零点，

图4.2 方案2功放级电路图

此电路较简单，先把WR1、WR2调至最小位置，然后缓慢调节WR1、WR2使R12、R11上压降为40mV（200mA）。测量输出点，再微调WR1或WR1使输出点电压控制在5mV以下。然后预热半小时后，再重调一下，即可接入音箱试音。主观评价，该功放信噪比高，低音丰满，有弹性，高音纤细流畅。

运放采用NE5532双运放，Q1、Q2选中功率管IN5550、5401等，末级功放管可选用三肯对管TIP41C、TIP42C或TIP36C、TIP35C等音频对管。

该电路由于其特殊要求，电阻需选用1/4W金属膜电阻，同时电路中需选用性能完全相同的三极管，以保证电路工作在最佳状态。而电路需要±42V双电源供电这也使得这个设计有些

烦琐，温度对三极管的放大倍数及性能的影响很大，且要求对称的两个三极管要完全相同才

能达到稳定直流工作点的要求和稳定动态平衡；而且难以与音调控制电路相匹配，同时全机没有加任何补偿电容，在整体性能上还不够完善，因而不宜采用。

4.3方案3：二级推挽射极接地功放电路

这是二级推挽射极接地功放。这个末级功放工作在甲类状态。三极管的型号已在图中标明。表4.1所示是它的一些主要参数。当前面的低放管Q5、Q6的漏极电流≤±80mA时， 图4.3所示功放输出功率PO=2*0.7*8≈10W

表4.1 末级功放管的主要参数表

在当今众多性能优良的放大器中，它仍有吸引人的音质。甲类放大器输出电路本身具有抵消奇次谐波失真，且甲类放大器管子始终工作在线性曲线内，晶体管自始自终处于导通状态。因此，不存在开关失真和交越失真等问题。甲类放大器始终保持大电流的工作状态。所以对猝发性声音瞬间升降能讯速反映。因而输出功率发生急剧变化时，电源电流变化微乎其微。由这种强大的驱动者来推动扬声器就能轻而易举的获得高保真的重放效果。

然而这种传统运放驱动功放，因受运放电压的限制，功率难以做大。甲类放大器可以说

图4.3 方案3功放级电路图

out

也是一种最古老，效率最低，最耗电，最笨重，最耗资的放大器，而三极管的工作点一旦在大范围内变化，就会是管子特性曲线的非线性问题充分暴露出来，因此输出波形的非线性失真比之小信号放大电路要严重得多。

4.4方案4：TDA2030功放电路

TDA2030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4.4所示，按引脚的形状引可分为H型和V型。

图4.4 方案4功放级电路图

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。

TDA2030的电路有外接组件少，采用超小型封装（TO-220）,可提高组装密度，开机冲击极小等优点。并且，其内部含有各种保护电路，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。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，用它来做计算机有源音箱的功率放大部分或小型功放再合适不过了。

但是，由于TDA2030输出功率有限，单电源最大输出功率为Po=18W(当负载为4欧姆)，所以就决定了它不适合用来做大功率音频功率放大器。

4.5方案5：TDA7293功放电路

TDA7293是欧洲著名的SGS-THOMSON意法微电子公司推出了一款音色比TDA7294更好，功率更大的Hi-Fi大功率DMOS集成功放，额定输出功率为100W。

TDA7293的主要参数：工作电压范围：±12V—±50V；输出电流峰值10A；输出功率：±40V、8Ω时100W；±45V、8Ω时140W；±29V、4Ω时100W；总谐波失真（Po=5W,f=1KHz） 0.005%;转换速率15V/μs(TDA7294为10 V/μs，转换速率越高，音质层次越丰富)；输入阻抗100KΩ；频响20Hz—20Kz;工作在甲乙类

TDA7293内部结构分为三级：差分输入级由双极型晶体管组成，推动级和功率输出级采用场效应管，这种结构可以综合双极型晶体管低噪音和功率场效应管在线性、温度系数、音色上的优势。音色优美，兼顾了双极信号处理电路和MOS功率管的优点，具有低失真、低噪音、高耐压以及开关机静音、过热保护、短路保护等优点。

图4.5 TDA7293内部电路图

如图4.5为TDA7293内部电路图，它是15脚封装。TDA7293各脚的作用如下：1脚是待机地；2脚是反相输人端；3脚是正相输人端；4脚是地；5脚是短路电流检测端，通常作为悬空；6脚是自举端；7脚是正电源输入端（信号处理部分）；8脚是负电源输入端（信号处理部分）；9脚是待机端；10脚是静音端；11是缓冲驱动输出端（桥接时使用）；12脚是反馈输人端；13脚是正电源输人端（功率输出级部分）；14脚是功率输出端；15脚是负电源输入端（功率输出级部分）。

TDA7293的9脚为静音模式控制端，当该脚低于2.5V时，TDA7293执行静音操作，输出端无信号输出；10脚为待机模式控制端，当该脚低于2.4V时，TDA7293工作在待机模式，内部电路停止工作。

图4.6 方案5功放级电路图

如图4.6，供电电路通过管脚7、8、13、15输入正负电压，对TDA7293功放块供电，推动功放TDA7293进行工作。经过初级放大的音频信号通过电容C11输入TDA7293正相端。电容C11起到滤波的作用优化音效；电阻R11

接地，用于降低输入电阻，以提高功放块的输入

抗干扰能力。TDA7293的输出端与反向输入端之间加入负反馈元件R16，表示功放工作于放大状态。R13、R14、R15、C15、C14、D1构成开关机静噪电路，使TDA7293在开机时，自动执行静音，以消除当刚开机时的大电流对扬声器的冲击。音频信号经过功率放大级的放大后最终送入音响。至此，整个功放电路完成了它对音频信号的放大功能，使音频信号有足够的电压去推动外接音响发声。

这个电路的主要特点是：工作范围宽、输出功率大、具备静音和待机功能、有效避免开机瞬间喇叭发出的“噗"音、失真小等诸多优点，这使得它刚一面世就备受青睐。

4.6 方案比较及确定

方案1是全直流全对称互补功放电路。该功放电路具有电路简单、失真与噪声低、转换速率高等特点。即使用作全频带功放也是较佳的选择。但由于电路供电电压相对较高，组件众多，导致设计与制作上会出现许多我难以解决的问题，因此对于本次制作并不适宜。

方案2采用电压转换电流方式直接驱动功放管进行功率放大，所以输出功率主要取决于末级功放管和功放电源，且扬声器无开／关机冲击声。由于采用运放作恒流放大，所以很方便更换不同性能的运放，音色有更多的选择。但是该电路由于其特殊要求，使得这个设计有些烦琐，而且难以与音调控制电路相匹配，同时全机没有加任何补偿电容，在整体性能上还不够完善，因而不宜采用。

方案3是二级推挽射极接地功放。然而这种传统运放驱动功放，因受运放电压的限制，功率难以做大。甲类放大器可以说也是一种最古老，效率最低，最耗电，最笨重，最耗资的放大器，而三极管的工作点一旦在大范围内变化，就会是管子特性曲线的非线性问题充分暴露出来，因此输出波形的非线性失真比之小信号放大电路要严重得多，不适合作为本次设计的功放电路来使用。

方案4 是TDA2030音频功放电路，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。但是，由于TDA2030输出功率有限，单电源最大输出功率为Po=18W(当负载为4欧姆)，所以就决定了它不适合用来做大功率音频功率放大器，满足不了本次设计80W的输出功率。

方案5 是TDA7293功放电路，这个电路的主要特点是：工作范围宽、输出功率大、具备静音和待机功能、有效避免开机瞬间喇叭发出的“噗"音、失真小等诸多优点，尤其是它的额定输出功率为100W，完全符合本次设计对整机输出功率的要求。

功率放大电路的种类繁多，电路中用于驱动的功率放大器，主要要求其具有足够的驱动电流、较低的内阻、较高的稳定性和可靠性，其它性能则没有特殊要求。而考虑到本次设计要求为大功率音频功放，输出功率要求在80W以上，所以方案5:TDA7293功放电路最终被认定为本次设计的理想方案。

第五章 供电电路设计

功放供电电路通常由电源变压器、整流电路、滤波电路、稳压电路等构成。

由电源变压器将电网所提供的交流电压变换到电子线路所需的交流电压范围，同时还可以起到直流电源与电网的隔离作用，可以升压也可以降压；整流电路可以将变压器变换和交流电压变为单向脉动直流电压；滤波电路则是对整流输出的脉动直流进行平滑处理；最后由稳压电路将滤波输出的直流电压进行调节，以保持输出电压的基本稳定。

出于本次设计对电路的选择，还考虑到TDA7293的特性，我们选择输出为28V交流电压，如图5.1，经过整流桥堆整流后输出双向直流电压。然后经过电容滤波升压输出双向直流电压输出供电。

为了保证功放板的音质，电源变压器的输出功率要足够大，输出电压为2*28V，滤波电容采用2个10000UF/50V电解电容并联，正负电源共用2个10000UF/50V的电容，两个104的独石电容是高频滤波电容，有利于放大器的音质。

第六章 整机电路设计与工作原理

前置放大部分既要保证信号的不失真又要对信号进行基本的放大，选用的是LM324。而频率控制部分则采用的是衰减－负反馈混合式的音调控制电路，为了与该部分相配合，依然选用了LM324作为后级推动电路，以达到一定的功率放大去推动功率放大级工作。

6.1 整机电路图

图6.1 电源部分

6.2 整机工作原理

以L通道为例，音频信号通过C1传到LM324的同相输入端进行初步放大，R1用于降低运算放大器的输入电阻，以提高运放的输入抗干扰能力。运算放大器输出端与输入负端之间加入负反馈元件R3，故运放工作于放大状态，放大倍数约为(1+R3/R2)。输出端引入滤波电容，以处理输入级带来的噪声信号，其目的在于对各种音质进行控制，以美化声音。输入级要求输入阻抗高，输出阻抗低，下限频率要小于音调控制级的低音转折频率，上限频率要大于音调控制级的高音转折频率。

音频信号被放大后紧接着，经电阻R4，被送到后级运放的反相输入端进行反相放大和音调控制。R6、C6为后级运放的负反馈电路，经过后级放大电路放大后的信号再经C8，R8被输出。后级电路中，可以通过调节电路中的四个电位器W1、W2、W3、W4，分别控制音频信号的高音、低音、声音大小以及左右声道的平衡，从而达到控制音调的目的。这个音调控制部分由于元件稀少，且未采用任何大功率元件，因而对原有输入信号的衰减并不大。

最后，音频信号被TDA7293接收，再一次经过放大后推动音响发声。

两路信号采用的是相同的电路，这样既提高了电路的整体功率也便于电路的整体设计，提高电路的兼容性。两者由于元件相同，采用了同一个电源供电。

整个电路中各个部分都有进行了电容滤波，这也是功率放大器的必要环节，而与此同时，电路中却并为过多运用电容与电阻，整个设计在原有各分电路方案的基础上进行了许多的精简，去除了重复和没有必要的反馈电阻电容，便于整机的布线，也使整个电路变得简洁美观。

6.3 参数选择

功放电压：所选集成功放的工作电压分别为：LM324负正15伏，极限电压正负24伏；TDA7293标准电压正负35伏 最低电压12伏 极限电压正负50伏。

对于电路中的电阻与电容，则根据整个电路的具体供电情况灵活确定，滤波电容以取大为好，信号在线的电容则随信号幅度的不同而改变，频率越高则电容取值越大。

第7章 PCB板制作与焊接

印制电路板，又称印刷电路板，印刷线路板，英文简称PCB，是重要的电子部件，是电子元器件的支撑体，是电子元器件电气连接的提供者。

7.1PCB板的制作

PCB板的设计是以电路原理图为根据，实现电路设计者所需要的功能。PCB板的设计主要指版图设计，需要考虑外部连接的布局、内部电子元件的优化布局、金属连线和通孔的优化布局、电磁保护、热耗散等各种因素。优秀的版图设计可以节约生产成本，达到良好的电路性能和散热性能。简单的版图设计可以用手工实现，复杂的版图设计需要借助计算机辅助设计（CAD）实现。如图7.1，这个是我用protel99se的PCB板绘制程序绘制的功放PCB板图。

图7.1 PCB板布线图

印制板的制造方法可分为减去法（减成法）和添加法（加成法）两个大类。目前，大规模工业生产还是以减去法中的腐蚀铜箔法为主。所谓腐蚀铜箔法就是指有选择地去除导电材料层上不需要的部分，从而获得导电图形，又称作减成法。腐蚀铜箔法的工艺有切割工艺导线法（既正镀法）、耐蚀金属保护法（既反镀法）、堵孔法等三种。

单面印刷电路板的导电图形比较简单，大多采用丝网漏印法制成；双面印制电路板一般采用丝印法（即利用丝网镂孔板和材料，经过刮印得到导电图形的方法）制成；而多层印制电路板的导电图形制作以感光法为主。

不论采用何种方法制造印刷电路板，都得把与导电图形无关的铜箔腐蚀掉。常用的腐蚀剂有三氯化铁、氯化铜、过硫酸铵等。

在业余制作印刷电路板的情况下，手工制作印刷电路板的方法主要有刀刻法和腐蚀法。

腐蚀法是通过手工绘图或手工贴图，根据原理图，用耐腐蚀漆在覆铜板上画线或用防腐蚀纸贴条（或是有电子线路图形的塑片）粘贴在覆铜板上，然后用腐蚀液将无用的铜箔腐蚀掉，最后再进行钻孔加工和表面处理。

业余制作导电图形较为复杂的印制电路板，大多采用腐蚀法来制作。按需要选好一定尺寸的覆铜板板材后，可按下述步骤制作：

（1） 描绘电路或贴膜

用铅笔或复写纸将设计好的印制导线图描到铜箔上，再在有印制导线和焊盘上涂一层易干漆。漆要涂得均匀，厚薄适宜，边缘清楚无毛边。也可采用1：1的贴膜法，贴置印制导线和焊盘于铜箔上。制作双面电路板时，覆铜板和印制电路图应有三个以上的定位孔，必须用合适的钻头把焊盘上的引线孔钻好，以利于描反面印制导线时的定位。描漆时需将引线用漆填充，以免腐蚀时使焊盘内孔边缘被蚀刻。

（2） 腐蚀

待电路板上的漆完全干燥后，将电路板放到三氯化铁溶液中进行腐蚀。

在一份溶液中，三氯化铁占35%，水占65%。溶液温度应在30-50℃。温度过低，腐蚀速度慢；温度过高，容易使漆皮脱落。将三氯化铁溶液盛在平底的瓷盘中，以能浸没印制电路板为宜。在电路板的腐蚀过程中，可用竹夹夹住电路板边缘来回晃动，使腐蚀速度加快。还要经常观察腐蚀情况，电路板的腐蚀时间过长，会使印制导线形成毛边、不整齐等缺陷。在操作时要小心仔细，因为三氯化铁具有一定的腐蚀性。

（3） 清洗

当电路板上没有涂漆的铜箔部分被全部腐蚀掉后，将电路板取出用清水反复冲洗后，将板晾干，再用香蕉水溶去电路板上的漆皮，或用细纱纸将漆皮打磨掉。

（4） 修整

可用单面刀片或锋利的小刀将铜箔上的未腐蚀部分和有毛刺的地方修整整齐。

（5） 钻孔和涂助焊剂

用台钻或手枪钻在电路板的焊盘上按元件引线孔径的要求钻出直径合适的引线孔，再用细纱纸将板打磨干净，马上涂上用松香和酒精制作的助焊剂（松香为22%：酒精为78%），以防止印制导线和焊盘氧化。这样就制作成一块可以进行安装元件并进行焊接的电路板了。

7.2元器件安装与焊接

高保真功率放大器是一个小型电路系统，安装前要对整机线路进行合理布局，一般按照电路的顺序一级一级地布线，功放级应远离输入级，每一级的地线尽量接在一起，联机尽可能短，否则很容易产生自激。

安装前应检查元器件的质量，安装时特别要注意功放块、运算放大器、电解电容等主要器件的引脚和极性，不能接错。从输入级开始向后级安装，也可以从功放开始向前逐级安装。安装一级调试一级，安装两级要进行级联调试，直到整机安装与调试完成。

第八章 整机方案的优化

为消除非线性失真和抑制零飘，一般集成功放的输出端与输入级之间加有大环路负反馈。

由于功放输出端信号会因为晶体管极间电容的充电过程而被延迟，使输出信号相位滞后于输入信号。而许多功率放大集成电路同样具有这仪特点加环路负反馈后产生TIM失真。虽然晶体管的极间电容很小，相移的影响主要表现在高频段。但对波形前沿很陡的音频信号仍然产生明显的影响。要避免TIM失真，减少电路相移量的方法为治本之策。

在功放电路中，输出级晶体管的极间电容最大，可达几百皮法上千皮法。若使回馈环路避开输出级，回馈信号的相移将会明显减少。TIM失真也可明显改善。于是设计时可将回馈信号的提取点移至电压驱动级的输出端，使输出级不介入环路负反馈（即所谓无大环路负反馈）。这样就缩短了回馈路经。使回馈信号的相移量尽可能小，同时又保留了负反馈给电路带来的好处。输出级介入回馈，还可以防止感性负载（即扬声器）反向感应电动势带入输入级，引起交叉调制失真。

耦合电容：电路中耦合电容对电路的燥声影响很大，一般选用漏电流小、温漂小的钽电

对于整个电路，有着非常强实用性。但还可在拥有音调控制电路的基础上，再增加分频电路，实现多扬声器播放，两个电路相配合，达到立体声的效果。可以说整个电路有很大的拓展潜力，在其前端、中端或者后端都可添加各类优化电路。

小结

这次所做的大功率音频功率板，我个人认为是基本成功的。首先，在音效上，中音不俗，低音不错，高音一般，失真较小，能过满足一般的听觉需求；其次，本次设计所做的功放板在元件位置的摆放、元件焊点的焊接以及板块的整体布局等方面，还是达到了不错的效果，线条的走向还算不错，加了几条跳线。最后，本次设计的整机测试的技术指标也符合所给定的要求。这是我第一次通过自己设计电路、仿真、选购元件、制作印制电路板、焊接装配调试而做出的成果，不紧加深巩固了模电基础知识，也学到了许多课本上没有的知识。

本次设计的功放板同样也存在一些问题:电路设计方面，存在一定问题，LM324的工作电压不稳定，有一定的交流噪声和触摸噪声，高音部分不太理想，这可能跟供电电路的设计有关。在PCB板制作方面，我的布线走向和元件布局可能也不太好，可以试着把电源供电部分与主电路同时焊在一块板子上，使得交流电源对输入信号有干扰，降低了信噪比。还有就是部分走线有点太长，这对提高音质较少噪音有影响。对于这些问题，我可以试着通过在供电电路上加入稳压块来调整输入电压，来解决LM324电压不稳得问题；可以试着把电源供电部分与主要电路部分分开，焊在另外一块板子上，从而解决交流电源对输入信号的干扰问题；至于走线太长的问题，我可以重新再Protel99SE软件绘制出新的更加合理的PCB布线图。

这次模拟电子基础课程设计的学习，学到了很多关于模电理论方面和实践方面的知识，受益匪浅。我对这门课程设计非常感兴趣。不仅锻炼了自己的动手能力，也从一定程度上巩固了protel99se软件的应用，亦加深了对模电功率放大器方面知识的理解。

我最先要做的是绘制一份合理的大功率音频功率放大器的电路原理图，在这过程中我根据各种元件的用途、型号及实际应用效果，查找了许多有关方面的资料，通过国内知名论坛向高手询问相关信息，也观察分析了许多功率放大器的电路图，学会了如何绘制一张实际的功率放大器电路原理图。

期间我发现了很多问题，经过反复思考与分析，发现原来许多功放块都有自己的特点和输出功率，他们适合不同情况下的音频放大工作，而且许多理论的功率放大器原理图都与实践有很大的区别，我耐心的一个个对原理图进行分析，最后我确定了TDA7293作为本次设计使用的功放块，并且在老师和网友的指导下绘制出了合理的原理图，进行了分析和元件参数的一定程度的修改，最后确定了实际功率放大器的电路设计原理图。

紧接着，我根据电路设计原理图，利用protel99se软件中的PCB布线工具，把原理图中的各个元件和PCB板中元器件封装一一对应，再把网络表导入，通过自动布线工具来完成最后的PCB版图绘制。因为之前的单片机学习让我简单的接触到了PCB板的绘制，以为会比较轻松，但实际绘制起来才发现此次与单片机学习中的单纯的元器件布线有很大的不同。因为要求自己动手，把没有的元器件封装绘制出来，其中涉及到了很多我没有接触到过的知识，这都需要我通过网上查找相关资料来解决，这对于从没接触过PCB元件封装绘制的我来说有很大的难度。在此期间，不仅要考虑电路元件间的影响（即元件之间信号的干扰等问题），还要考虑元件连线的不相交以及焊板面积的大小、元件摆放和连线的美观性等，所以想要绘制一块实用又美观的板子，还要经过一番考虑和布置。

通过这短暂几天的学习，让我体会到想要创造一个实用的电子设备要经过很长时间的设计与改造，因为实际与理论又很大的区别。另外PCB板图的设计和合理布局，对实物的焊接又有很大的影响。有了较好的PCB设计图，将使焊接工作变得方便、简捷。protel99se的确

所有这一切将使设计工作变得方便、简捷。在我们学习的过程中不仅考验了我对知识的吸收和掌握，而且也考验了我的细心和耐心。特别是在原理图的绘制和对元器件封装的绘制和查找中，让我对细心和耐心有了更加深的体会。我认为这次实习不仅仅学习了软件知识，还提高了我们专业素质。

作为一个电气专业的学生，我深知课程设计的重要性。这次实习我从刚开始的什么都不懂不会不敢不碰，到现在的基本了解了一个电路元件是如何构成的，还有以前看的集成板上让人难琢磨的电路焊接图我都可以看懂一些了，其中的电路原理图设计也让我对以前学习的电路知识有了详细地了解。我们顺利完成了这次的模拟电子的毕业设计。完成这次课程设计我觉得收获很多，不但进一步掌握了模电的知识及一门专业绘图软件的基本操作，还让我了解了PCB板的制作过程和技术，提高了自己的设计能力。更多的是让我看清了自己，明白了凡事需要耐心，实践是检验真理的唯一标准。理论知识的不足在这次实习中表现的很明显。这将有助于我今后的学习，端正自己的学习态度，从而更加努力的学习。只有这样我才能真正的去掌握它，而不是只懂得一点皮毛。对我而言，知识上的收获重要，精神上的丰收更加可喜。

致 谢

四年的海院生活在这这里即将划上一个句号，而于我的人生却只是一个逗号，我将面对又一次征程的开始。四年的求学生涯在师长、亲友的大力支持下，走得辛苦却也收获满囊，在论文即将付梓之际，思绪万千，心情久久不能平静。 伟人、名人为我所崇拜，可是我更急切地要把我的敬意和赞美献给一位平凡的人，我的导师。我不是您最出色的学生，而您却是我最尊敬的老师。您治学严谨，学识渊博，思想深邃，视野雄阔，为我营造了一种良好的精神氛围。授人以鱼不如授人以渔，置身其间，耳濡目染，潜移默化，使我不仅接受了全新的思想观念，树立了宏伟的学术目标，领会了基本的思考方式，从论文题目的选定到论文写作的指导,经由您悉心的点拨,再经思考后的领悟,常常让我有“山重水复疑无路,柳暗花明又一村”。

在论文即将完成之际，我的心情无法平静，从开始进入课题到论文的顺利完成，有多少可敬的师长、同学、朋友给了我无言的帮助，在这里请接受我诚挚谢意！ 同时也感谢学院为我提供良好的做毕业设计的环境。

最后再一次感谢所有在毕业设计中曾经帮助过我的良师益友和同学，以及在设计中被我引用或参考的论著的作者。

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附译文

The simple brief description of automatic control theory and

some chips

In many areas of modern science and technology, the automation technology plays an increasingly important role. Automatic control means that no one directly involved in the circumstances, the use of external equipment or device (called control device or controller), so that machinery, equipment or production processes (collectively referred to as controlled object) in a working state or parameters (ie, controlled volume) automatically in accordance with the laws intended to run.

The automatic control technology for the production, can increase labor productivity, improve product quality, reduce production costs and improve working conditions and the strengthening of enterprise management. The automatic control technology for the defense sector, enhance the combat effectiveness of troops to promote the modernization of national defense. Automatic control technology in the exploration of new energy sources, development of space technology to improve people's lives as well as dealing with economic and social problems, etc. play an increasingly important role, can be called a recession will never be the hot technology and expertise.

Automatic control theory is to study the automatic control of technical and scientific co-laws. Its early stage of development based on feedback based on the theory of automatic control theory, mainly for industrial control, during World War II in order to design and manufacture of aircraft and marine autopilot, artillery positioning systems, radar tracking systems and other military equipment based on feedback principles to further promote and improve the development of the theory of automatic control. To the war, in order to form a complete system of automatic control theory, which is a transfer function based on classical control theory, its main research single-input - single-output, linear system, given constant analysis and design problems.

60 in the early 20th century, with the new achievements of modern applied mathematics and computer launch the application, in order to adapt to the development of space technology, automatic control theory, have entered a new phase - the modern control theory. His main research has high-performance, high-precision quantitative parameters of the ever-changing optimal control problems, the main method used is based on state law-based state space. At present, the automatic control theory continues to develop forward in order to control theory, information theory, bionics-based intelligent control theory in depth.

In order to achieve a variety of complex control tasks, the first object to be controlled and control devices connected in accordance with a certain way to form

an organic whole, which is automatic control system. In the automatic control system, the controlled object's output volume is the amount that was charged with demanding control of the physical quantities, it can require to maintain for a constant value, such as temperature, pressure, or the flight tracks, etc.; The control unit is treating charged objects exert control over the role of institutions in general, it can use different principles and ways to control the controlled object, but the most basic one is based on feedback control theory of feedback control systems.

In the feedback control system, control devices installed on the accused to exert control over the effect that the amount of feedback information from the accused used to constantly modify the amount charged and the control of the deviation between the accused in order to achieve right to control the amount of task, which is the principle of feedback control.

The basic principles of automatic control of knowledge covered include: systems, feedback, block diagram (block diagram), the signal flow graph, transfer function; stability, and stability margin, the basic link, the time constant, damping coefficient, impulse response, step response, dynamic performance, steady-state errors, root locus, dominant pole, frequency characteristics, correction and integrated, a typical non-linear characteristics, describing function, phase plane, self-oscillation, sampled-data control, Z transform, pulse transfer function。Automatic control system can have a variety of forms. But in general, can be divided into two parts, one called the closed-loop automatic control system, one called the open-loop control system.

The topic for "Automatic Control Theory" and other courses, studies and design of the experimental board can meet the needs of teaching.

1.PROTUES software use;

2.LM324, MC1455, K30A composed of signal source;

3.DAC0832, ADC0809 chips such as digital-analog, analog-digital conversion;

4. Test plate and computer communication design..

DAC0832 is 8-resolution D / A converter integrated chips. Is fully compatible with the microprocessor. The DA chip for its low cost, simple interface, conversion control is easy, etc., in the MCU application systems to be widely used. D / A converter from the 8-bit input latch, 8-bit DAC register, 8-bit D / A converter circuit and change control circuit.

ADC0809 is a sampling frequency of 8-bit, successive approximation principle in order to carry out module - digital conversion device. Inside there is a 8-channel multiplexer switch, it can be latched according to address code, after decoding the signal, only the strobe 8-channel analog input signals carried out in an A / D conversion.

LM324 Series device is inexpensive with a true differential input of four operational amplifiers. And single-supply applications compared to the standard

operational amplifiers, they have some significant advantages. The four amplifiers can operate at as low as 3.0 volts or as high as 32 volts of power, the quiescent current MC1455 quiescent current of the fifth. Common-mode input range includes the negative power supply, thereby eliminating the use in many applications the need for external bias components. Each group of op-amp symbols as shown in Figure 1 can be used to indicate that it has led to five feet, of which "+","-" for the two signals input, "V +", "V-" for the positive and negative power supply side, "Vo" for the output. Two signal input terminal in, Vi-(-) for the inverting input, said op amp output signal Vo and the input bit contrary; Vi + (+) input for the same phase, indicating op-amp output signal Vo with the same input phase。

自动控制原理的简要介绍与一些芯片的介绍

在现代科学技术的众多领域中，自动控制技术起着越来越重要的作用。自动控制是指在没有人直接参与的情况下，利用外加的设备或装置（称控制装置或控制器），使机器，设备或生产过程（统称被控对象）的某个工作状态或参数（即被控制量）自动地按照预定的规律运行。所谓自动控制，就是采用控制装置使被控制对象（如机器设备的运行或者生产过程的进行）自动的按照给定的规律运行。使被控对象的一个或者数个物理量（如电压、电流、速度、位置、温度、流量、浓度、化学成分等等）能够在一定的精度范围内按照给定的规律变化。

将自动控制技术用于生产，可以提高劳动生产率，改进产品质量，降低生产成本，改善劳动条件和加强企业管理。将自动控制技术用于国防领域，可提高部队的战斗力，促进国防现代化。自动控制技术在探索新能源、发展空间技术、改善人们生活以至处理经济、社会问题等方面都起着日益重要的作用，可谓是一门永远不会衰退的热门技术与专业。

自动控制理论是研究自动控制共同规律的技术科学。它的发展初期，是以反馈理论为基础的自动调节原理，主要用于工业控制，二战期间为了设计和制造飞机及船用自动驾驶仪，火炮定位系统，雷达跟踪系统以及其他基于反馈原理的军用设备，进一步促进并完善了自动控制理论的发展。到战后，以形成完整的自动控制理论体系，这就是以传递函数为基础的经典控制理论，它主要研究单输入-单输出，线形定常数系统的分析和设计问题。

20世纪60年代初期，随着现代应用数学新成果的推出和电子计算机的应用，为适应宇航技术的发展，自动控制理论跨入了一个新阶段——现代控制理论。他主要研究具有高性能，高精度的多变量变参数的最优控制问题，主要采用的方法是以状态为基础的状态空间法。目前，自动控制理论还在继续发展，正向以控制论，信息论，仿生学为基础的智能控制理论深入。

为了实现各种复杂的控制任务，首先要将被控制对象和控制装置按照一定的方式连接起来，组成一个有机的总体，这就是自动控制系统。在自动控制系统中，被控对象的输出量即被控量是要求严格加以控制的物理量，它可以要求保持为某一恒定值，例如温度，压力或飞行航迹等；而控制装置则是对被控对象施加控制作用的机构的总体，它可以采用不同的原理和方式对被控对象进行控制，但最基本的一种是基于反馈控制原理的反馈控制系统。

在反馈控制系统中，控制装置对被控装置施加的控制作用，是取自被控量的反馈信息，用来不断修正被控量和控制量之间的偏差从而实现对被控量进行控制的任务，这就是反馈控制

的原理。

自动控制原理涵盖的知识面包括：系统、反馈、方框图（方块图）、信号流图、传递函数；稳定性、稳定裕量，基本环节、时间常数、阻尼系数，脉冲响应、阶跃响应、动态性能指标、稳态误差，根轨迹，主导极点，频率特性，校正和综合，典型的非线性特性、描述函数、相平面、自持振荡，采样控制、Z变换、脉冲传递函数。自动控制系统可有各种各样的形式. 但总的来说, 可分为两种, 一种叫闭环自动控制系统, 一种叫开环自动控制系统.

本课题针对《自动控制原理》等课程提出的实验板研究与设计，能满足教学需要。

1.PROTUES软件的使用；

2.LM324、MC1455、K30A等组成的信号源；

3.DAC0832、ADC0809等芯片组成数模、模数转换；

4.实验板与计算机的通信设计。

DAC0832是8分辨率的D/A转换集成芯片。与微处理器完全兼容。这个DA芯片以其价格低廉、接口简单、转换控制容易等优点，在单片机应用系统中得到广泛的应用。D/A转换器由8位输入锁存器、8位DAC寄存器、8位D/A转换电路及转换控制电路构成。

ADC0809是采样频率为8位的、以逐次逼近原理进行模—数转换的器件。其内部有一个8通道多路开关，它可以根据地址码锁存译码后的信号，只选通8路模拟输入信号中的一个进行A/D转换。

LM324系列器件为价格便宜的带有真差动输入的四运算放大器。与单电源应用场合的标准运算放大器相比，它们有一些显著优点。该四放大器可以工作在低到3.0伏或者高到32伏的电源下，静态电流为MC1455的静态电流的五分之一。共模输入范围包括负电源，因而消除了在许多应用场合中采用外部偏置元件的必要性。每一组运算放大器可用图1所示的符号来表示，它有5个引出脚，其中“+”、“-”为两个信号输入端，“V+”、“V-”为正、负电源端，“Vo”为输出端。两个信号输入端中，Vi-（-）为反相输入端，表示运放输出端Vo的信号与该输入端的位相反；Vi+（+）为同相输入端，表示运放输出端Vo的信号与该输入端的相位相同。