基于中功率2.1声道功率放大器设计与实验

许宁

（遵义师范学院物理系，贵州遵义563002）

基于中功率2.1声道功率放大器设计与实验

许宁

（遵义师范学院物理系，贵州遵义563002）

在物理专业“模拟电路实验”课程的教学中，培养学生学以致用的能力是现代教学活动中不可缺少的目标。2.1声道中功率放大器，是一种普及率很高的高保真放大器，该放大器的电路设计选型、组装调试，直接影响到该功率放大器的高保真效果，作者以TDA2030集成功放为基础，介绍了2.1声道中功率放大器的电路设计选型、PCB电路布线进行的各种优化。完工后的产品经试听、测试，各项性能指标达到国家视听标准，全过程完全适用于理科学生由单一实验向工程转型的综合研究性实验教学。

集成功放；PCB板；自激

针对师范院校物理专业“模拟电路实验”课程的教学，在课程实施中开展实用电路的设计和研究，是本课程的一个重要内容，更是拓展学生学习思路，提升学生学以致用能力的需要，也是现代教学的必须目标。本文以“中功率2.1声道功率放大器设计与实验”的阐述，为师范院校物理专业学生提供一条思路，希望能够对学生在学习“模拟电路实验”课程时，起到学以致用的实际帮助作用。

1 电路选型与作用

所谓2.1声道，是指放大器本身具有两个相同的独立声道，另加一个超重低音通道，其方框图如图1所示。

从方框图可知，来自A、B两个音源的音频信号，经两个彼此独立的音调网络后，再进入高通和低通电路，高通电路的作用是将高音频成份取出，送往专门的高音功率放大器，经功率放大后，推动各自的高音负载，这是标准的两个独立声道。低音通道的音源取至两个声道的低音频成份，经低通电路后，送往低频功率放大器，由于人耳对低音的惰性，低音通道往往采用提升功率的措施，使其在低音喇叭上复原出超重低音效果，所以这样的电路又叫低声炮，显然，它是独立于两个高音通道的又一个独立声道，所以这种电路叫2.1声道。

在整机电路选型中，为了实现低音丰满，高音清晰的效果，在功率上又能保证一般听音的要求，同时考虑到综合工程实验的特殊性，选择外围元件少，功能强大的功放集成电路TDA2030担任主功放任务，同时完成高音、超重低音的功率放大，另一方面，为了使学生在较短时间内获得成功感，在不增加电路复杂性的情况下，采用双电源供电方式，这不但保证电路简单，又能保证电路技术指标的实现。2030采用V型5脚单列直插式塑料封装结构,它外接元件非常少，输出功率大，Po=18W(RL=4Ω)。电源电压为±6～±18V。输出电流大，谐波失真和交越失真小（± 14V/4欧姆，THD=0.5%）。内含主要保护电路有：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。因此工作安全可靠。特别适合于电子线路相关的学科开展综合大型工程实验项目，最大限度地利用好器件本身的优势。2030双电源接法的超重低音功放和高音功放电路原理图如图2和图3所示：

2 主功放工作原理

本功放采用双电源供电的目的是为了提高功率输出，输出端接成BTL方式，满足最大功率输出的要求，其中2030只有五只引脚分别为1脚正相输入，2脚反相输入，3脚负电源输入，4脚功率输出，5脚正电源输入。为了更好改善低音效果，滤波电容不能小于1000μF，所以该电路选用2200μF的滤波电容。滤波电容并不是越大越好，若选用更大的滤波电容则没有意义，反而会使开机、关机，短路冲击电流更大，容易损伤元件，从而缩短TDA2030的寿命。

3 安装与调试

3.1 安装过程中的注意事项

（1）电阻、跳线在安装时使用卧式紧贴印刷板安装，高度统一；

（2）电容和二极管在安装时均采用立式安装，与印刷板相距1～2mm，电容与二极管再插入时，注意各引脚的极性，对号入座；

（3）在焊接时要注意避免虚焊、烫坏元件和接线的错误。

焊接电路板时，将元件的引脚插入板后正确的孔中，将部件紧贴在电路板上，将引脚轻轻的向外弯曲，使元件保持在其位置上，将烙铁头同时和接头触及到元件引脚和金属薄片上，直至它们加热到足以使焊锡丝熔化为止，当焊锡丝的现状从凸起变成凹面时，从接头处拿走烙铁头，让接头在室温下慢慢冷却，焊点应该平滑、光亮，对任何浑浊或多粒状的焊点都要重新加热，最后剪掉多余的长线。切忌在冷却前移动，不然会出现虚焊现象。在焊接时对各元件不能过度加热，否则会导致永久性的损坏，更不能在两个相邻的金属薄片导体之间形成焊料的“搭桥”而造成人为的短路，对“搭桥”要加热后迅速用软棉擦去。若电路板上的穿孔被以前的焊料堵塞，对焊料加热，将元件引脚从电路板的另一面穿过该孔。组装好后的电路板如图4所示：

3.2 调试

检测安装好的电路是否短路后，通电进行调试。将万用电表置R×1 K档，让黑表笔接地。红表笔分别测量集成块4558和2030各脚不能有短路现象。

在电路板装配好之前，用灯泡来代替整个负载电路。所测得的指标为：

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

电路板装好后，接上电源经过变压器通电。将输入音频信号和输出音箱接好，调节好高音和低音。再次使用万用电表测出所需参数：

+VCC 7.7～8.5V-VCC 7.7～8.4V C38V C25V

此时2030各脚的电压：1脚：10.1V 2脚：10V 4脚：9.9V

交流电：7V～7.1V

从所测出的数据中，我们可以明显的观测到：用灯泡代替负载和直接输入音频信号所测得的参数有一定的差异。这是因为灯泡的阻值在一定条件下是恒定不变的，而输入的音频信号是不断的波动的。

此外在调试的过程中，要注意散热片的温度，防止散热片温度过高而烧毁器件。在试验中我们所用的散热片过小，散热效果不是很好，这就要求我们尽快的测出参数的值。

4 常见的问题及处理

问题一：通电后电路板上发光二极管闪烁不定，造成这种现象一般有两种原因。一是电源电压不稳定，会造成二级管轻度的闪烁；二是±VCC过低使二极管没有正常的工作电压，此故障需要对调试过程中的变压器进行仔细的检查或更新，从而达到稳定电源电压的效果。

问题二：通电后喇叭发出的高音，参杂“咔、咔”的声音。此时应仔细检查电路上是否存在虚焊、漏焊的地方，或对晶体管进行检查，是否存在在焊接过程中，由于温度过高、焊接时间过长导致的损坏。若有，及时更换损坏的元器件。若检查后一切正常，通电后同样出现咔咔声，可断定声音是由于低音的输出不稳定造成的。另一个使高音部分不能正常工作的因素是电源电压不稳定。

问题三：低音沉闷，传出的声音在小范围内波动。这主要是由于放大倍数不足引起的。

问题四：散热片工作十几分钟，就已经过热。这是由于散热片的接触面积较小，散热功能也大受影响，可在允许的情况下，给散热片涂上散热脂帮助散热。

5 对电子技术单个实验向工程应用转型的展望

上述设计作为学生学习过程中的教学实践不是最终的目标，其目标是让学生在此实验的基础上能够得到启发，也是为了让学生通过对本设计的学习研究获得思维的拓展，认识到“电子技术的单个实验的延伸和发展，可以形成工程技术的应用”。本设计仅就2.1声道问题进行了探讨，在实际工程技术应用领域已有5.1声道的开发和应用。5.1声道与2.1声道相比较，在基本理论和设计思路上基本相同，以本文阐述的研究为基础，可以向5.1声道的设计发展；还可以向其它的个性化的工程应用技术方面发展，形成更广泛的工程应用技术。

本文研究问题的陈述，从学生学习“模拟电路实验”课程的角度来讲，能够实现启发学生联想——“电子技术的单个实验的延伸和发展，可以形成工程技术的应用”，也能够提高学生对学习“模拟电路实验”课程的兴趣，增强学生的实验研究能力，也给予学生一种“学以致用”的基本思想和实践机会；这样的教学活动的实施，能够实现拓展学生的社会生存能力的目标，也能够实现让学生获得更多的社会发展机遇的可能。

对物理专业的学生来讲，通过对专业理论的学习，形成系统的“物理思想”，构建起系统的“物理理论”，“物理研究方法”是必须的；学会把所学的物理理论知识和研究方法向工程技术方向转型应用也是必须的。电子技术实验向工程应用转型的教学在物理专业的教学系统中，仅仅是众多物理课程实验中的一个。电子技术实验向工程应用转型的教学思想和教学实践理念在物理其它课程中的应用，可以让学生更多地了解物理理论应用技术的发展趋势，能够让物理系学生既适应师范教育的需要，又能够适应工程应用行业的需求。为物理系学生未来的就业发展增加了一种新的可能性。

[1]童诗白.模拟电子技术基础[M].北京:高等教育出版社,1989.

[2]沈小丰,余蓉琼.电子线路实验—模拟电路实验[M].北京:清华大学出版社,2008.

[3]甘为众.实用无线电技术手册[M].北京：北京出版社,1983.192-219.

（责任编辑：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

许宁，男，贵州遵义人，遵义师范学院物理系高级讲师。