許寧

（遵義師范學(xué)院物理系，貴州遵義563002）

基于中功率2.1聲道功率放大器設(shè)計(jì)與實(shí)驗(yàn)

許寧

（遵義師范學(xué)院物理系，貴州遵義563002）

在物理專業(yè)“模擬電路實(shí)驗(yàn)”課程的教學(xué)中，培養(yǎng)學(xué)生學(xué)以致用的能力是現(xiàn)代教學(xué)活動(dòng)中不可缺少的目標(biāo)。2.1聲道中功率放大器，是一種普及率很高的高保真放大器，該放大器的電路設(shè)計(jì)選型、組裝調(diào)試，直接影響到該功率放大器的高保真效果，作者以TDA2030集成功放為基礎(chǔ)，介紹了2.1聲道中功率放大器的電路設(shè)計(jì)選型、PCB電路布線進(jìn)行的各種優(yōu)化。完工后的產(chǎn)品經(jīng)試聽、測試，各項(xiàng)性能指標(biāo)達(dá)到國家視聽標(biāo)準(zhǔn)，全過程完全適用于理科學(xué)生由單一實(shí)驗(yàn)向工程轉(zhuǎn)型的綜合研究性實(shí)驗(yàn)教學(xué)。

集成功放；PCB板；自激

針對師范院校物理專業(yè)“模擬電路實(shí)驗(yàn)”課程的教學(xué)，在課程實(shí)施中開展實(shí)用電路的設(shè)計(jì)和研究，是本課程的一個(gè)重要內(nèi)容，更是拓展學(xué)生學(xué)習(xí)思路，提升學(xué)生學(xué)以致用能力的需要，也是現(xiàn)代教學(xué)的必須目標(biāo)。本文以“中功率2.1聲道功率放大器設(shè)計(jì)與實(shí)驗(yàn)”的闡述，為師范院校物理專業(yè)學(xué)生提供一條思路，希望能夠?qū)W(xué)生在學(xué)習(xí)“模擬電路實(shí)驗(yàn)”課程時(shí)，起到學(xué)以致用的實(shí)際幫助作用。

1 電路選型與作用

所謂2.1聲道，是指放大器本身具有兩個(gè)相同的獨(dú)立聲道，另加一個(gè)超重低音通道，其方框圖如圖1所示。

從方框圖可知，來自A、B兩個(gè)音源的音頻信號(hào)，經(jīng)兩個(gè)彼此獨(dú)立的音調(diào)網(wǎng)絡(luò)后，再進(jìn)入高通和低通電路，高通電路的作用是將高音頻成份取出，送往專門的高音功率放大器，經(jīng)功率放大后，推動(dòng)各自的高音負(fù)載，這是標(biāo)準(zhǔn)的兩個(gè)獨(dú)立聲道。低音通道的音源取至兩個(gè)聲道的低音頻成份，經(jīng)低通電路后，送往低頻功率放大器，由于人耳對低音的惰性，低音通道往往采用提升功率的措施，使其在低音喇叭上復(fù)原出超重低音效果，所以這樣的電路又叫低聲炮，顯然，它是獨(dú)立于兩個(gè)高音通道的又一個(gè)獨(dú)立聲道，所以這種電路叫2.1聲道。

在整機(jī)電路選型中，為了實(shí)現(xiàn)低音豐滿，高音清晰的效果，在功率上又能保證一般聽音的要求，同時(shí)考慮到綜合工程實(shí)驗(yàn)的特殊性，選擇外圍元件少，功能強(qiáng)大的功放集成電路TDA2030擔(dān)任主功放任務(wù)，同時(shí)完成高音、超重低音的功率放大，另一方面，為了使學(xué)生在較短時(shí)間內(nèi)獲得成功感，在不增加電路復(fù)雜性的情況下，采用雙電源供電方式，這不但保證電路簡單，又能保證電路技術(shù)指標(biāo)的實(shí)現(xiàn)。2030采用V型5腳單列直插式塑料封裝結(jié)構(gòu),它外接元件非常少，輸出功率大，Po=18W(RL=4Ω)。電源電壓為±6～±18V。輸出電流大，諧波失真和交越失真?。ā?14V/4歐姆，THD=0.5%）。內(nèi)含主要保護(hù)電路有：短路保護(hù)、熱保護(hù)、地線偶然開路、電源極性反接（Vsmax=12V）以及負(fù)載泄放電壓反沖等。因此工作安全可靠。特別適合于電子線路相關(guān)的學(xué)科開展綜合大型工程實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，最大限度地利用好器件本身的優(yōu)勢。2030雙電源接法的超重低音功放和高音功放電路原理圖如圖2和圖3所示：

2 主功放工作原理

本功放采用雙電源供電的目的是為了提高功率輸出，輸出端接成BTL方式，滿足最大功率輸出的要求，其中2030只有五只引腳分別為1腳正相輸入，2腳反相輸入，3腳負(fù)電源輸入，4腳功率輸出，5腳正電源輸入。為了更好改善低音效果，濾波電容不能小于1000μF，所以該電路選用2200μF的濾波電容。濾波電容并不是越大越好，若選用更大的濾波電容則沒有意義，反而會(huì)使開機(jī)、關(guān)機(jī)，短路沖擊電流更大，容易損傷元件，從而縮短TDA2030的壽命。

3 安裝與調(diào)試

3.1 安裝過程中的注意事項(xiàng)

（1）電阻、跳線在安裝時(shí)使用臥式緊貼印刷板安裝，高度統(tǒng)一；

（2）電容和二極管在安裝時(shí)均采用立式安裝，與印刷板相距1～2mm，電容與二極管再插入時(shí)，注意各引腳的極性，對號(hào)入座；

（3）在焊接時(shí)要注意避免虛焊、燙壞元件和接線的錯(cuò)誤。

焊接電路板時(shí)，將元件的引腳插入板后正確的孔中，將部件緊貼在電路板上，將引腳輕輕的向外彎曲，使元件保持在其位置上，將烙鐵頭同時(shí)和接頭觸及到元件引腳和金屬薄片上，直至它們加熱到足以使焊錫絲熔化為止，當(dāng)焊錫絲的現(xiàn)狀從凸起變成凹面時(shí)，從接頭處拿走烙鐵頭，讓接頭在室溫下慢慢冷卻，焊點(diǎn)應(yīng)該平滑、光亮，對任何渾濁或多粒狀的焊點(diǎn)都要重新加熱，最后剪掉多余的長線。切忌在冷卻前移動(dòng)，不然會(huì)出現(xiàn)虛焊現(xiàn)象。在焊接時(shí)對各元件不能過度加熱，否則會(huì)導(dǎo)致永久性的損壞，更不能在兩個(gè)相鄰的金屬薄片導(dǎo)體之間形成焊料的“搭橋”而造成人為的短路，對“搭橋”要加熱后迅速用軟棉擦去。若電路板上的穿孔被以前的焊料堵塞，對焊料加熱，將元件引腳從電路板的另一面穿過該孔。組裝好后的電路板如圖4所示：

3.2 調(diào)試

檢測安裝好的電路是否短路后，通電進(jìn)行調(diào)試。將萬用電表置R×1 K檔，讓黑表筆接地。紅表筆分別測量集成塊4558和2030各腳不能有短路現(xiàn)象。

在電路板裝配好之前，用燈泡來代替整個(gè)負(fù)載電路。所測得的指標(biāo)為：

+VCC 12V-VCC 12V C32V C26.2V

電路板裝好后，接上電源經(jīng)過變壓器通電。將輸入音頻信號(hào)和輸出音箱接好，調(diào)節(jié)好高音和低音。再次使用萬用電表測出所需參數(shù)：

+VCC 7.7～8.5V-VCC 7.7～8.4V C38V C25V

此時(shí)2030各腳的電壓：1腳：10.1V 2腳：10V 4腳：9.9V

交流電：7V～7.1V

從所測出的數(shù)據(jù)中，我們可以明顯的觀測到：用燈泡代替負(fù)載和直接輸入音頻信號(hào)所測得的參數(shù)有一定的差異。這是因?yàn)闊襞莸淖柚翟谝欢l件下是恒定不變的，而輸入的音頻信號(hào)是不斷的波動(dòng)的。

此外在調(diào)試的過程中，要注意散熱片的溫度，防止散熱片溫度過高而燒毀器件。在試驗(yàn)中我們所用的散熱片過小，散熱效果不是很好，這就要求我們盡快的測出參數(shù)的值。

4 常見的問題及處理

問題一：通電后電路板上發(fā)光二極管閃爍不定，造成這種現(xiàn)象一般有兩種原因。一是電源電壓不穩(wěn)定，會(huì)造成二級(jí)管輕度的閃爍；二是±VCC過低使二極管沒有正常的工作電壓，此故障需要對調(diào)試過程中的變壓器進(jìn)行仔細(xì)的檢查或更新，從而達(dá)到穩(wěn)定電源電壓的效果。

問題二：通電后喇叭發(fā)出的高音，參雜“咔、咔”的聲音。此時(shí)應(yīng)仔細(xì)檢查電路上是否存在虛焊、漏焊的地方，或?qū)w管進(jìn)行檢查，是否存在在焊接過程中，由于溫度過高、焊接時(shí)間過長導(dǎo)致的損壞。若有，及時(shí)更換損壞的元器件。若檢查后一切正常，通電后同樣出現(xiàn)咔咔聲，可斷定聲音是由于低音的輸出不穩(wěn)定造成的。另一個(gè)使高音部分不能正常工作的因素是電源電壓不穩(wěn)定。

問題三：低音沉悶，傳出的聲音在小范圍內(nèi)波動(dòng)。這主要是由于放大倍數(shù)不足引起的。

問題四：散熱片工作十幾分鐘，就已經(jīng)過熱。這是由于散熱片的接觸面積較小，散熱功能也大受影響，可在允許的情況下，給散熱片涂上散熱脂幫助散熱。

5 對電子技術(shù)單個(gè)實(shí)驗(yàn)向工程應(yīng)用轉(zhuǎn)型的展望

上述設(shè)計(jì)作為學(xué)生學(xué)習(xí)過程中的教學(xué)實(shí)踐不是最終的目標(biāo)，其目標(biāo)是讓學(xué)生在此實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上能夠得到啟發(fā)，也是為了讓學(xué)生通過對本設(shè)計(jì)的學(xué)習(xí)研究獲得思維的拓展，認(rèn)識(shí)到“電子技術(shù)的單個(gè)實(shí)驗(yàn)的延伸和發(fā)展，可以形成工程技術(shù)的應(yīng)用”。本設(shè)計(jì)僅就2.1聲道問題進(jìn)行了探討，在實(shí)際工程技術(shù)應(yīng)用領(lǐng)域已有5.1聲道的開發(fā)和應(yīng)用。5.1聲道與2.1聲道相比較，在基本理論和設(shè)計(jì)思路上基本相同，以本文闡述的研究為基礎(chǔ)，可以向5.1聲道的設(shè)計(jì)發(fā)展；還可以向其它的個(gè)性化的工程應(yīng)用技術(shù)方面發(fā)展，形成更廣泛的工程應(yīng)用技術(shù)。

本文研究問題的陳述，從學(xué)生學(xué)習(xí)“模擬電路實(shí)驗(yàn)”課程的角度來講，能夠?qū)崿F(xiàn)啟發(fā)學(xué)生聯(lián)想——“電子技術(shù)的單個(gè)實(shí)驗(yàn)的延伸和發(fā)展，可以形成工程技術(shù)的應(yīng)用”，也能夠提高學(xué)生對學(xué)習(xí)“模擬電路實(shí)驗(yàn)”課程的興趣，增強(qiáng)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)研究能力，也給予學(xué)生一種“學(xué)以致用”的基本思想和實(shí)踐機(jī)會(huì)；這樣的教學(xué)活動(dòng)的實(shí)施，能夠?qū)崿F(xiàn)拓展學(xué)生的社會(huì)生存能力的目標(biāo)，也能夠?qū)崿F(xiàn)讓學(xué)生獲得更多的社會(huì)發(fā)展機(jī)遇的可能。

對物理專業(yè)的學(xué)生來講，通過對專業(yè)理論的學(xué)習(xí)，形成系統(tǒng)的“物理思想”，構(gòu)建起系統(tǒng)的“物理理論”，“物理研究方法”是必須的；學(xué)會(huì)把所學(xué)的物理理論知識(shí)和研究方法向工程技術(shù)方向轉(zhuǎn)型應(yīng)用也是必須的。電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)向工程應(yīng)用轉(zhuǎn)型的教學(xué)在物理專業(yè)的教學(xué)系統(tǒng)中，僅僅是眾多物理課程實(shí)驗(yàn)中的一個(gè)。電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)向工程應(yīng)用轉(zhuǎn)型的教學(xué)思想和教學(xué)實(shí)踐理念在物理其它課程中的應(yīng)用，可以讓學(xué)生更多地了解物理理論應(yīng)用技術(shù)的發(fā)展趨勢，能夠讓物理系學(xué)生既適應(yīng)師范教育的需要，又能夠適應(yīng)工程應(yīng)用行業(yè)的需求。為物理系學(xué)生未來的就業(yè)發(fā)展增加了一種新的可能性。

[1]童詩白.模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)[M].北京:高等教育出版社,1989.

[2]沈小豐,余蓉瓊.電子線路實(shí)驗(yàn)—模擬電路實(shí)驗(yàn)[M].北京:清華大學(xué)出版社,2008.

[3]甘為眾.實(shí)用無線電技術(shù)手冊[M].北京：北京出版社,1983.192-219.

（責(zé)任編輯：朱 彬）

The Design and Experiment of 2.1-channal Power Amplifier

XU Ning
(Department of Physics,Zunyi Normal College,Zunyi 563002,China)

In the teaching of the course“analog circuit experiments”,it is an essential objective in modern teaching program to cultivate students’ability to learn to meet practical needs.The 2.1-channel power amplifier is a hi-fi one with a high popularity whose selection of circuit design,assembly and trial operation directly affect the hi-fi efficiency of this kind of power amplifier.On the basis of the TDA2030 integrated power amplifier,this paper discusses the selection of circuit design of 2.1-channal power amplifier,the optimized circuits for PCB wiring,performance indexes for national audiovisual requirements and its feasibility of applying the whole process to the experimental teaching.

integrated amplifier;PCB;self-excited

G633.62

A

1009-3583（2010）-03-0075-03

2010-02-28

許寧，男，貴州遵義人，遵義師范學(xué)院物理系高級(jí)講師。