如何制作和调试功率放大电路？

◇教学目标◇

◇任务描述◇

多级放大电路虽然能够增大输入信号的电压幅度，但若在其输出端接入负载并驱动负载工作。这就要求多级放大电路要向负载提供足够大的输出功率，即输出端不但要有足够大的电压，还要有足够大的电流。如语音放大器中的扬声器，需要向它提供足够大的功率才能使其发出声音。这种能放大功率的放大电路统称为功率放大电路。

本项目通过制作一个双声道集成功率放大电路，了解功率放大电路的相关知识点，掌握功率放大电路的安装和调试方法。集成功率放大电路原理图如图3-1所示。

图 3-1 集成功率放大原理图

◇任务要求◇

（1）遵守安全操作规则，注意人身安全。

（2）根据电路图采用手工法制作电路板，元器件布局合理，走线正确。

（3）按电子工艺标准或要求完成元器件的成形加工、插装和焊接。

（4）使用函数信号发生器、示波器调试电路，做好波形、数据记录。

◇相关知识◇

一、扬声器检测

扬声器是一种把电信号转变为声信号的换能器件，种类较多。按其换能原理可分为电动式（即动圈式）、静电式（即电容式）、电磁式（即舌簧式）、压电式（即晶体式）等几种，后两种多用于农村有线广播中；按频率高低可分为低频扬声器、中频扬声器、高频扬声器，这几种扬声器常在音箱中作为组合扬声器使用。如图3-2所示为电动式扬声器，在低音纸盘上还安装有中、高音扬声器。门铃电路中使用的小型纸声器，频带虽然窄，但其发声效率高，体积较小，成本低廉。电动式扬声器的结构和分解如图3-3所示。

图3-2 电动式扬声器

图3-3 电动式扬声器结构和分解图

常见的电动式扬声器一般由磁铁、音圈、框架、定芯支片、振膜折环、锥型振膜和防尘帽构成。它通过线圈换能把电信号转换成动能，依靠锥形纸盆来产生和原来一致的声音。功率越大的扬声器，音圈和锥形纸盆的尺寸亦越大。

扬声器的直观检查可观察纸盆是否有破裂、变形，或用螺丝刀去检测磁铁的磁性，磁性越强越好，防磁扬声器对外不显磁性。电动式扬声器业余检测可使用电阻挡R×1Ω量程直接测量接线柱两端，其直流电阻值正常时应比铭牌扬声器的阻抗值略小。因扬声器铭牌标注的是线圈的阻抗（电阻和电抗），而不是直流电阻，所以阻抗为8 Ω的扬声器测量直流电阻正常为7 Ω左右。若测量阻值为无穷大，或远大于它的标称阻抗值，说明扬声器已经损坏。测量直流电阻时，将一只表笔断续接触引脚，应能听到扬声器发出咔呲咔呲的响声，无此响声说明扬声器的音圈被卡死或者短路，但有些低音扬声器的响声会比较小，需注意。

如果要详细测试其声学性能，则需使用专业的声学设备和软件。

二、TDA2030A集成电路简介

TDA2030A最早是德律风根公司生产的音频功放电路，采用V形5 脚单列直插式塑料封装结构。如图3-4所示，按引脚的形状引可分为H形和V形。该集成电路广泛应用于汽车收音机、多媒体音箱等小体积音响设备中。其具有体积小、输出功率大、失真小等特点，并具备完善的功能保护电路。意大利SGS公司、美国RCA公司、日本日立公司、NEC公司等后期均有同类产品生产，只是内部电路略有差异，但引脚位置及功能均相同，可以互换使用。

图3-4 引脚图和外形图

1．TDA2030A电路特点

（1）外接元件非常少。

（2）输出功率大，Po=18W（RL= 4 Ω）。

（3）采用超小型封装（TO-220）。

（4）开机冲击极小。

（5）内含各种保护电路，工作安全可靠。

（6）主要保护电路有短路保护、热保护、地线偶然开路、电源极性反接以及负载泄放电压反冲等。

（7）TDA2030A能在最低±6 V最高±22 V的电压下工作，在±19 V、8 Ω阻抗时输出16 W有效功率，THD≤0.1%。

2．TDA2030A内部电路

TDA2030A集成电路内部组成如图3-5所示，主要由差动输入级、中间放大级、互补输出级和偏置电路组成。

图3-5 TDA2030A内部组成电路

3．TDA2030A主要参数

TDA2030A主要参数见表3-1和表3-2。

表3-1 极限参数

表3-2 主要电气参数（根据测试电路，VS=±16V，Tamp=25℃）

4．使用注意事项

（1）集成电器内部具有负载泄放电压反冲保护电路，如果电压峰值为40 V时，在⑤脚与电源之间必须插入LC滤波器或二极管限压电路以保证⑤脚电压在规定幅度内。

（2）内部有过热保护电路，超过限热保护温度时，输出功率降低或停止输出。

（3）印刷电路板设计时须考虑地线与输出端的去耦滤波，降低干扰信号串入。

（4）散热片与负电源相连接，双电源供电时，装配时需加绝缘。

三、TDA2030A 集成功放的典型应用(www.xing528.com)

1．单电源OTL应用电路

图3-6所示为单电源OTL功放电路。

图3-6 单电源OTL功放电路

单电源供电时，同相输入端用两个相同阻值的R1和R2组成分压电路，使K点电位为Vcc/2，经R3送入同相输入端。R5为反馈电阻，V1和V2两个二极管起保护作用，防止电源反接。电路工作时，放大正半周信号时电容C3充电，左正右负，放大负半周信号时C3放电，充当电源的作用。由于C3的存在，放大输出信号都需经过电容，导致声音低频效果不好，但此电路只用到单路电源，结构简单，能满足一般场合的使用。

2．BTL应用电路

BTL称为平衡桥式功放电路，在低电压可获得较高的输出功率，理论上输出功率为单片功率的4倍，但实际上受到集成电路本身功耗和最大输出电流的限制，一般最大功率为单片功率的2倍左右。电路在VS＝±14 V时，PO＝28 W；若在VS＝±16V或±18V，输出功率会加大，但发热量和功耗增加。

IC1为同相信号放大器，Ui输入TDA2030A的①脚作同相放大。IC2为反相信号放大器，输入信号是IC1的④脚经R3、C7分压器衰减后取得的，然后输入IC2的②脚作反相放大。每片TDA2030A放大的均是完整信号，只是两路放大信号输出相位差180°，在负载上将得到原来单端输出的2倍电压，所以从理论上分析电路的输出功率将增加4倍。

◇软件仿真◇

一、原理图绘制

进入Multisim14，根据原理图从元件库中选择相应元件，并置入对象选择器窗口，再放置到图形编辑窗口。在图形编辑窗口中画好仿真原理图，仿真原理图如图3-7所示。

图3-7 集成功率放大电路仿真原理图

二、仿真调试

单击“虚拟仪表”按钮，在对象选择器中找到“双踪示波器”和“函数信号发生器”，添加到原理图编辑区，按照图3-7所示的集成功率放大电路仿真原理图布置并连接好。按下“仿真”按钮，对电路进行调试。

（1）在输入端接入1kHz信号，用示波器观察其输出波形，逐渐增加输入电压幅度，直至出现失真为止，记录此时输入电压的振幅为________，并记录波形。图3-8为集成功率放大电路输入、输出波形。

图3-8 集成功率放大电路输入、输出波形

（2）频率响应测试。在保证输入信号ui大小不变的条件下，利用波特图测试仪测量频带宽度B为________。

◇任务实施◇

一、电路的安装

（1）焊接。在万能板上对元器件进行布局，并依次焊接。焊接时，注意电解电容及三极管的极性。

（2）检查。检查焊点，查是否有虚焊、漏焊；检查电解电容及三极管的极性，看是否连接正确。

（3）元件清单（表3-3）。

表3-3 元件清单

二、电路的测试与调整

（1）不通电检测。对照电路原理图和电路装配图，认真检查接线是否正确，检查焊点有无虚焊、假焊。特别注意负载不能有短路。

（2）静态测试。功率放大电路静态的测试，均应在输入信号为零（输入端接地）的条件下进行。功率放大电路静态测试最后应达到输出端对地电位为18 V。

（3）性能指标测试。接入1 kHz的输入信号，在输出信号不失真的条件下测试功率放大电路的主要性能指标。

三、总结

本任务使你学习到了哪些知识？积累了哪些经验？填入表3-4中，有利于提升自己的技能水平。

表3-4 工作总结

四、工作岗位6S处理

工作任务全部完成后，关闭工作台总电源，拆下测量线和连接导线，归还借用工具仪器。组员对工作岗位进行“整理、整顿、清扫、清洁、安全、素养”处理。维护和保养测量仪器、仪表，确保其运行在最佳工作状态。

◇能力拓展◇

LM1875输出功率比TDA2030A和TDA2009稍大，电压为16～30 V。不失真功率达到20 W（THD=0.08%），当THD＝1%时，功率达40 W。其内部保护功能完善，引脚排列与TDA2030A一致，电路结构简单。常用的LM1875功率电路有单电源接法和双电源接法，电路如图3-9和图3-10所示。根据已学的知识，查阅相关资料，分析工作原理和信号流程，独立完成电路安装与调试。

图3-9 LM1875单电源功率放大电路图

图3-10 LM1875双电源功率放大电路图

◇任务评价◇

表3-5 功率放大电路装调评价

续表