[畢業(yè)設(shè)計精品]音頻動態(tài)聲控應(yīng)用電路的設(shè)計

1、摘 要隨著數(shù)字技術(shù)的發(fā)展，尤其是計算機技術(shù)在控制領(lǐng)域中的廣泛應(yīng)用，使得用數(shù)字電路處理模擬信號更加廣泛。論文通過對音頻信號的處理，轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號控制led的顯示電路，用立體聲左右聲道的音頻信號控制led在垂直與水平位置上顯示，使led發(fā)光陣列隨音樂節(jié)奏發(fā)光。整個電路由兩個十進(jìn)制計數(shù)/分頻器cd4017、點陣式led顯示器和運算放大器等組成。關(guān)鍵詞：音頻信號，計數(shù)/分頻器cd4017，點陣式led顯示器title: audio dynamic sonic application circuit abstractwith the development of digital technology,

2、especially in the field of computer technology in control, makes widely used in digital circuit processing analog signals more extensive. paper on audio signal processing, into digital signal control led display circuit, the vocal about in stereo audio signal control led in vertical and horizontal p

3、osition shows, make led with music rhythm glow. array the whole circuit consists of two decimal count/points cd4017, dot-matrix frequency of an led monitor and operational amplifier etc. key words: audio signals, count/points cd4017, dot-matrix frequency of an led monitor 目 錄第1章 緒論11.1音頻動態(tài)聲控應(yīng)用電路的設(shè)計目

4、的和意義11.2課題研究的主要內(nèi)容1第2章 音頻動態(tài)聲控應(yīng)用電路硬件介紹32.1 音頻信號32.2 led顯示器42.2.1 led顯示器簡介及工作原理42.2.2點陣式led顯示器的工作原理及電路62.3計數(shù)/分頻器cd4017的簡介72.4運算放大器102.4.1 運放的分類及特點102.4.2 運放的主要參數(shù)12第3章 音頻動態(tài)聲控應(yīng)用電路的設(shè)計173.1音頻動態(tài)電路的組成173.2音頻動態(tài)聲控電路的介紹及工作原理17第4章 電路的調(diào)試與實驗結(jié)果194.1 電路的調(diào)試194.2 實驗結(jié)果及分析19第5章 結(jié)論與展望21致 謝23參考文獻(xiàn)25第1章 緒論1.1音頻動態(tài)聲控應(yīng)用電路的設(shè)計目的

5、和意義音頻信號是（audio）帶有語音、音樂和音效的有規(guī)律的聲波的頻率、幅度變化信息載體。 根據(jù)聲波的特征，可把音頻信息分類為規(guī)則音頻和不規(guī)則聲音。其中規(guī)則音頻又可以分為語音、音樂和音效。音頻是多媒體中的一種重要媒體。我們能夠聽見的音頻信號的頻率范圍大約是20hz-2okhz，其中語音大約分布在300hz-4khz之內(nèi)，而音樂和其他自然聲響是全范圍分布的。聲音經(jīng)過模擬設(shè)備記錄或再生，成為模擬音頻，再經(jīng)數(shù)字化成為數(shù)字音頻。音頻信號的處理在語音、聲納、地震、通信系統(tǒng)、機械振動、遙感預(yù)測、故障診斷等眾多領(lǐng)域都得到廣泛應(yīng)用。對音頻信號的處理時主要應(yīng)用數(shù)字信號處理技術(shù)，靈活方便的實現(xiàn)復(fù)雜信號的處理任務(wù)，

6、達(dá)到高精度、高穩(wěn)定性和高機動性。目前，信號處理技術(shù)、通信技術(shù)和多媒體技術(shù)的迅猛發(fā)展都得益于 dsp 技術(shù)的廣泛應(yīng)用。但是對于便攜式和家用的語音系統(tǒng)而言，基于一般的 dsp 芯片的設(shè)計方案并不理想。首先 dsp 的芯片成本以及開發(fā)成本在現(xiàn)階段仍然是比較高的，尤其是芯片成本，遠(yuǎn)遠(yuǎn)不及大批量 asic 芯片成本之低。其次便攜式的設(shè)備對體積要求十分苛刻，限制了一部分 dsp 芯片的使用，而體積正是 asic 芯片的優(yōu)點之一。 1）數(shù)字信號處理大都采用 dsp 與 fpga 現(xiàn)在方興未艾的移動通信許多關(guān)鍵技術(shù):cdma 技術(shù)，軟件無線電，多用戶檢測等技術(shù)都依靠高性能的 dsp 與 fpga 來實現(xiàn)。第三

7、代數(shù)字蜂窩通信系統(tǒng)和其它方興為艾的高性能通信系統(tǒng)如寬帶通信、mpeg-4 和視頻點播等的快速發(fā)展對 dspfpga 提出了許多新的要求。隨著超大規(guī)模集成電路技術(shù)的發(fā)展芯片做得越來越小，制造線寬越來越窄，集成的晶體管越來越多，時鐘頻率越來越高。 軟件無線電技術(shù)的發(fā)展和實用取決于高速集成電路，如 dsp 與 fpga、模/數(shù)、數(shù)/模的技術(shù)發(fā)展情況。2）我國 fpga 技術(shù)和產(chǎn)品的研究開發(fā)相對國外落后 我國在 dsp 技術(shù)和產(chǎn)品的研究開發(fā)成績斐然，我國 dsp 技術(shù)起步較早，基本上與國外同步發(fā)展，而在 fpga 方面的起步較晚。全國有 100 來所高等院校從事 dsp 與 fpga 的教學(xué)和科研，除

8、了一部分 dsp 芯片需要從國外進(jìn)口外，在信號處理理論和算法方面，與國外處于同等水平。而在 fpga 信號處理和系統(tǒng)方面，有了喜人的進(jìn)展，正在進(jìn)行與世界先進(jìn)國家同樣的研究。1.2課題研究的主要內(nèi)容本次課題研究內(nèi)容就是應(yīng)用a/d轉(zhuǎn)換方式，把模擬信號處理成數(shù)字信號，然后把數(shù)字信號通過點陣式led顯示出來。先對用放大電路對音頻信號處理，再通過計數(shù)/分頻器cd4017對模擬信號進(jìn)行轉(zhuǎn)換，最后產(chǎn)生高低電平激發(fā)對相應(yīng)的led點陣顯示器，來形成音頻動態(tài)聲控電路的設(shè)計。第2章 音頻動態(tài)聲控應(yīng)用電路硬件介紹2.1 音頻信號1 ）數(shù)字音頻信號的采集音頻信號是模擬信號，是通過麥克風(fēng)捕獲到的變成為一定電平的信號。它是

9、時間的連續(xù)函數(shù)。我們知道這個信號振幅就是音量，頻率就是音調(diào)。一般來說人耳可感受的正弦波的范圍是從20 hz 的低頻聲音到20 000 hz 的高頻聲。把這樣的模擬信號轉(zhuǎn)變成計算機以及網(wǎng)絡(luò)能夠接受的數(shù)字信號的第1 步是對模擬信號進(jìn)行采樣，使其成為時間的離散函數(shù)（此為固定周期）。為了以后恢復(fù)模擬信號的原貌，采樣頻率應(yīng)該不低于模擬信號最高頻率的兩倍。第2步就是對采樣來的離散信號進(jìn)行編碼即所謂的脈沖編碼調(diào)制（pulse code modulation，pcm），也就是用二進(jìn)制碼來表示每個離散信號的幅度。硬件實現(xiàn)上主要是由采樣保持器和模數(shù)轉(zhuǎn)換器來完成的，即構(gòu)成一個音頻輸入設(shè)備。2 )音頻數(shù)據(jù)壓縮采集來的

10、音頻數(shù)據(jù)有著相當(dāng)巨大的數(shù)據(jù)量，如果不經(jīng)過壓縮，保存它們需要大量的存貯空間，傳輸起來也比較困難，很自然，人們想到了壓縮?？梢哉f，這一環(huán)節(jié)在數(shù)字音頻技術(shù)中占有特別重要的地位。目前常用的壓縮方法有很多種，不同的方法具有不同的壓縮比和還原音質(zhì)。編碼的格式和算法也各不相同，其中某些壓縮算法相當(dāng)復(fù)雜，普通程序不可能去實現(xiàn)其編解碼算法。值得慶幸的是，windows 為數(shù)字音頻技術(shù)提供了這方面的支持，引入了音頻壓縮管理器（audio compression manager，acm），它是負(fù)責(zé)管理系統(tǒng)中所有數(shù)字音頻的編解碼器（coder decoder，codec）。我們可以通過acm提供的編程接口調(diào)用這些系統(tǒng)

11、中現(xiàn)成的編解碼器來實現(xiàn)音頻數(shù)據(jù)的壓縮和解壓縮。3) 常見音頻信號常見的音頻信號主要有電話音頻信號、調(diào)頻、調(diào)幅無線電廣播音頻信號和高保真數(shù)字的立體聲音頻信號。由于用途不同，這些音頻信號頻帶寬度也各不相同，而且，在音響設(shè)備中，通常以音頻信號的帶寬來衡量聲音的質(zhì)量。圖4-4中表示了這4種常見音頻信號的帶寬。4）音頻信號的獲取音頻信號的獲取框圖如圖2-1所示。 2-1音頻信號的獲取框圖 5) 音頻信號的處理不管多媒體信息是音頻信號還是視頻信號，其數(shù)據(jù)量都是十分巨大的。如果像圖2-1所示的那樣，經(jīng)a/d轉(zhuǎn)換的數(shù)字化音頻信號直接進(jìn)入計算機進(jìn)行存儲(記錄)或進(jìn)行傳送，是不可取的。6) 音頻信號的回放經(jīng)壓縮的

12、音頻信號以一定的格式記錄在有關(guān)的媒體上，例如，磁帶、磁盤及光盤等，或者以一定的格式傳送到接收端。在音頻信號接收端或由媒體回放音頻信號時，首先由專用的硬件或軟件對壓縮數(shù)據(jù)進(jìn)行解壓縮，恢復(fù)音頻數(shù)字信號，然后，經(jīng)由圖2-2所示的電路框圖對音頻信號進(jìn)行放音。 圖2-2對音頻信號進(jìn)行放音框圖2.2 led顯示器2.2.1 led顯示器簡介及工作原理1）led 顯示屏是利用發(fā)光二極管點陣模塊或像素單元組成的平面式顯示屏幕。由于它具有發(fā)光率高、使用壽命長、組態(tài)靈活、色彩豐富以及對室內(nèi)外環(huán)境適應(yīng)能力強等優(yōu)點，自20世紀(jì)80年代后期開始，隨著led制造技術(shù)的不斷完善，在國外得到了廣泛的應(yīng)用。在我國改革開放之后，

13、特別是進(jìn)入90年代國民經(jīng)濟(jì)高速增長，對公眾場合發(fā)布信息的需求日益強烈，led顯示屏的出現(xiàn)正好適應(yīng)了這 一市場形勢，因而在led顯示屏的設(shè)計制造技術(shù)與應(yīng)用水平上都得到了迅速的提高。led顯示屏經(jīng)歷了從單色、雙色圖文顯示屏，到圖象顯示屏，一直到今天的全彩色視頻顯示屏的發(fā)展過程。無論在期間的性能（提高亮度led顯示器及藍(lán)色 發(fā)光燈等）和系統(tǒng)的組成（計算機化的全動態(tài)顯示系統(tǒng)）等方面都取得了長足的 進(jìn)步。目前已經(jīng)達(dá)到的超高亮度全彩色視頻顯示的水平，可以說能夠滿足各種應(yīng)用條件的要求。其應(yīng)用領(lǐng)域已經(jīng)遍及交通、證券、電信、廣告、宣傳等各個方面。我國led顯示屏的發(fā)展可以說基本上與世界水平同步，至今已經(jīng)形成了一

14、個具有相當(dāng)發(fā)展?jié)摿Φ漠a(chǎn)業(yè)。2）led電子顯示屏工作原理（1）led電子顯示屏系統(tǒng)組成 本系統(tǒng)由計算機專用設(shè)備、顯示屏幕、視頻輸入端口和系統(tǒng)軟件等組成。 計算機及專用設(shè)備：計算機及專用設(shè)備直接決定了系統(tǒng)的功能，可根據(jù)用戶對系統(tǒng)的不同要求選擇不同的類型。 顯示屏幕：顯示屏的控制電路接收來自計算機的顯示信號，驅(qū)動led發(fā)光產(chǎn)生畫面，并通過增加功放、音箱輸出聲音。 視頻輸入端口：提供視頻輸入端口，信號源可以是錄像機、影碟機、攝像機等，支持ntsc、pal、s_video等多種制式。 系統(tǒng)軟件：提供led播放專用軟件，powerpoint或es98視頻播放軟件。 系統(tǒng)原理圖如下：（2）led電子顯示屏系

15、統(tǒng)功能 該系統(tǒng)具備如下功能： 以計算機為處理控制中心，電子屏幕與電腦顯示器(vga)窗口某一區(qū)域逐點對應(yīng)，顯示內(nèi)容實時同步，屏幕映射位置可調(diào)，可方便隨意地選擇顯示畫面的大小。 顯示點陣采用超高亮度 led發(fā)光管(紅、綠雙基色)，256級灰度，顏色變化組合65536種，色彩豐富逼真，并支持vga 24位真彩色顯示模式。配備圖文信息及三維動畫播放軟件，可播放高質(zhì)量的圖文信息及三維動畫。播放軟件顯示信息的方式有覆蓋、合攏、開簾、色彩交替、放大縮小等十多種形式。使用專用節(jié)目編輯播放軟件,可通過鍵盤,鼠標(biāo)、掃描儀等不同的輸入手段編輯、增加、刪除和修改文字、圖形、圖像等信息。編排存于控制主機或服務(wù)器硬盤,

16、節(jié)目播放順序與時間,實現(xiàn)一體化交替播放,并可相互疊加?？梢越邮诊@示錄像機、影碟機等視頻信號。2.2.2點陣式led顯示器的工作原理及電路8x8點陣led結(jié)構(gòu)如下圖所示圖2-3 led結(jié)構(gòu)圖 從圖2-1中可以看出，8x8點陣共需要64個發(fā)光二極管組成，且每個發(fā)光二極管是放置在行線和列線的交叉點上，當(dāng)對應(yīng)的某一列置1電平，某一行置0電平，則相應(yīng)的二極管就亮；因此要實現(xiàn)一根柱形的亮法，如圖49所示，對應(yīng)的一列為一根豎柱，或者對應(yīng)的一行為一根橫柱，因此實現(xiàn)柱的亮的方法如下所述：一根豎柱：對應(yīng)的列置1，而行則采用掃描的方法來實現(xiàn)。一根橫柱：對應(yīng)的行置0，而列則采用掃描的方法來實現(xiàn)。2.3計數(shù)/分頻器cd

17、4017的簡介 cd4017是5位johnson計算器，具有10個譯碼輸出端，cp，cr，inh輸入端。時鐘輸入端的斯密特觸發(fā)器具有脈沖整形功能，對輸入時鐘脈沖上升和下降時間無限制。inh為低電平時，計算器在時鐘上升沿計數(shù)；反之，計數(shù)功能無效。cr為高電平時，計數(shù)器清零。johnson計數(shù)器，提供了快速操作，2輸入譯碼選通和無毛刺譯碼輸出。防鎖選通，保證了正確的計數(shù)順序。譯碼輸出一般為低電平，只有在對應(yīng)時鐘周期內(nèi)保持高電平。在每10個時鐘輸入周期co信號完成一次進(jìn)位，并用作多級計數(shù)鏈的下級脈動時鐘。 cd4017邏輯結(jié)構(gòu)圖:圖2-4 cd4017 logic diagram 邏輯圖cd4017

18、引腳圖: 圖2-5 cd4017的引腳圖cd4017引腳功能：cd4017內(nèi)部是除10的計數(shù)器及二進(jìn)制對10進(jìn)制譯碼電路。cd4017有16支腳，除電源腳vdd及vss為電源接腳，輸入電壓范圍為315v之外，其余接腳為：a、頻率輸入腳：clock(pin14)，為頻率信號的輸入腳。b、數(shù)據(jù)輸出腳：a、 q1-q9(pin3，2，4，7，10，1，5，6，9，11)，為解碼后的時進(jìn)制輸出接腳，被計數(shù)到的值，其輸出為hi，其余為lo 電位。b、carry out（pin12），進(jìn)位腳，當(dāng)4017計數(shù)10個脈沖之后，carry out將輸出一個脈波，代表產(chǎn)生進(jìn)位，共串級計數(shù)器使用。d、 控制腳：a、

19、 clear(pin15)：清除腳或稱復(fù)位(reset)腳，當(dāng)此腳為hi時，會使cd4017的q0為”1”，其余q1-q9為”0”。b、clock enable(pin13)，時序允許腳，當(dāng)此腳為低電位，clock輸入脈波在正緣時，會使cd4017計數(shù)，并改變q1-q9的輸出狀態(tài)。圖2-6方框圖 十進(jìn)制計數(shù)分頻器cd4017，其內(nèi)部由計數(shù)器及譯碼器兩部分組成，由譯碼輸出實現(xiàn)對脈沖信號的分配，整個輸出時序就是o0、o1、o2、o9依次出現(xiàn)與時鐘同步的高電平，寬度等于時鐘周期。 cd4017有10個輸出端（o0o9）和1個進(jìn)位輸出端o5-9。每輸入10個計數(shù)脈沖，o5-9就可得到1個進(jìn)位正脈沖，該

20、進(jìn)位輸出信號可作為下一級的時鐘信號。cd4017有3個輸（mr、cp0和cp1），mr為清零端，當(dāng)在mr端上加高電平或正脈沖時其輸出o0為高電平，其余輸出端（o1o9）均為低電平。cp0和cpl是2個時鐘輸入端，若要用上升沿來計數(shù)，則信號由cp0端輸入；若要用下降沿來計數(shù)，則信號由cpl端輸入。設(shè)置2個時鐘輸入端，級聯(lián)時比較方便，可驅(qū)動更多二極管發(fā)光。 由此可見，當(dāng)cd4017有連續(xù)脈沖輸入時，其對應(yīng)的輸出端依次變?yōu)楦唠娖綘顟B(tài)，故可直接用作順序脈沖發(fā)生器。圖2-7 cd4017引腳圖2.4運算放大器2.4.1 運放的分類及特點運算放大器從誕生至今，已有40多年的歷史了。最早的工藝是采用硅npn

21、工藝，后來改進(jìn)為硅npn-pnp工藝（后面稱為標(biāo)準(zhǔn)硅工藝）。在結(jié)型場效應(yīng)管技術(shù)成熟后，又進(jìn)一步的加入了結(jié)型場效應(yīng)管工藝。當(dāng)mos管技術(shù)成熟后，特別是cmos技術(shù)成熟后，模擬運算放大器有了質(zhì)的飛躍，一方面解決了低功耗的問題，另一方面通過混合模擬與數(shù)字電路技術(shù)，解決了直流小信號直接處理的難題。論文對集成模擬運算放大器采用工藝分類法和功能/性能分類分類法等兩種分類方法，便于讀者理解，可能與通常的分類方法有所不同。1）根據(jù)制造工藝分類 根據(jù)制造工藝，目前在使用中的集成模擬運算放大器可以分為標(biāo)準(zhǔn)硅工藝運算放大器、在標(biāo)準(zhǔn)硅工藝中加入了結(jié)型場效應(yīng)管工藝的運算放大器、在標(biāo)準(zhǔn)硅工藝中加入了mos工藝的運算放大器

22、。按照工藝分類，是為了便于初學(xué)者了解加工工藝對集成模擬運算放大器性能的影響，快速掌握運放的特點。標(biāo)準(zhǔn)硅工藝的集成模擬運算放大器的特點是開環(huán)輸入阻抗低，輸入噪聲低、增益稍低、成本低，精度不太高，功耗較高。這是由于標(biāo)準(zhǔn)硅工藝的集成模擬運算放大器內(nèi)部全部采用npn-pnp管，它們是電流型器件，輸入阻抗低，輸入噪聲低、增益低、功耗高的特點，即使輸入級采用多種技術(shù)改進(jìn)，在兼顧起啊挺能的前提下仍然無法擺脫輸入阻抗低的問題，典型開環(huán)輸入阻抗在1m歐姆數(shù)量級。為了顧及頻率特性，中間增益級不能過多，使得總增益偏小，一般在80110db之間。標(biāo)準(zhǔn)硅工藝可以結(jié)合激光修正技術(shù)，使集成模擬運算放大器的精度大大提高，溫度

23、漂移指標(biāo)目前可以達(dá)到0.15ppm。通過變更標(biāo)準(zhǔn)硅工藝，可以設(shè)計出通用運放和高速運放。典型代表是lm324。在標(biāo)準(zhǔn)硅工藝中加入了結(jié)型場效應(yīng)管工藝的運算放大器主要是將標(biāo)準(zhǔn)硅工藝的集成模擬運算放大器的輸入級改進(jìn)為結(jié)型場效應(yīng)管，大大提高運放的開環(huán)輸入阻抗，順帶提高通用運放的轉(zhuǎn)換速度，其它與標(biāo)準(zhǔn)硅工藝的集成模擬運算放大器類似。典型開環(huán)輸入阻抗在1000m歐姆數(shù)量級。典型代表是tl084。在標(biāo)準(zhǔn)硅工藝中加入了mos場效應(yīng)管工藝的運算放大器分為三類，一類是是將標(biāo)準(zhǔn)硅工藝的集成模擬運算放大器的輸入級改進(jìn)為mos場效應(yīng)管，比結(jié)型場效應(yīng)管大大提高運放的開環(huán)輸入阻抗，順帶提高通用運放的轉(zhuǎn)換速度，其它與標(biāo)準(zhǔn)硅工藝的

24、集成模擬運算放大器類似。典型開環(huán)輸入阻抗在1012歐姆數(shù)量級。典型代表是ca3140。第二類是采用全mos場效應(yīng)管工藝的模擬運算放大器，它大大降低了功耗，但是電源電壓降低，功耗大大降低，它的典型開環(huán)輸入阻抗在1012歐姆數(shù)量級。第三類是采用全mos場效應(yīng)管工藝的模擬數(shù)字混合運算放大器，采用所謂斬波穩(wěn)零技術(shù)，主要用于改善直流信號的處理精度，輸入失調(diào)電壓可以達(dá)到 0.01uv，溫度漂移指標(biāo)目前可以達(dá)到0.02ppm。在處理直流信號方面接近理想運放特性。它的典型開環(huán)輸入阻抗在1012歐姆數(shù)量級。典型產(chǎn)品是 icl7650。2）按照功能/性能分類 本分類方法參考了中國集成電路大全集成運算放大器。按照功

25、能/性能分類，模擬運算放大器一般可分為通用運放、低功耗運放、精密運放、高輸入阻抗運放、高速運放、寬帶運放、高壓運放，另外還有一些特殊運放，例如程控運放、電流運放、電壓跟隨器等等。實際上由于為了滿足應(yīng)用需要，運放種類極多。本文以上述簡單分類法為準(zhǔn)。 需要說明的是，隨著技術(shù)的進(jìn)步，上述分類的門檻一直在變化。例如以前的lm108最初是歸入精密運放類，現(xiàn)在只能歸入通用運放了。另外，有些運放同時具有低功耗和高輸入阻抗，或者與此類似，這樣就可能同時歸入多個類中。通用運放實際就是具有最基本功能的最廉價的運放。這類運放用途廣泛，使用量最大。低功耗運放是在通用運放的基礎(chǔ)上大降低了功耗，可以用于對功耗有限制的場所

26、，例如手持設(shè)備。它具有靜態(tài)功耗低、工作電壓可以低到接近電池電壓、在低電壓下還能保持良好的電氣性能。隨著mos技術(shù)的進(jìn)步，低功耗運放已經(jīng)不是個別現(xiàn)象。低功耗運放的靜態(tài)功耗一般低于1mw。 精密運放是指漂移和噪聲非常低、增益和共模抑制比非常高的集成運放，也稱作低漂移運放或低噪聲運放。這類運放的溫度漂移一般低于1uv/攝氏度。由于技術(shù)進(jìn)步的原因，早期的部分運放的失調(diào)電壓比較高，可能達(dá)到1mv；現(xiàn)在精密運放的失調(diào)電壓可以達(dá)到0.1mv；采用斬波穩(wěn)零技術(shù)的精密運放的失調(diào)電壓可以達(dá)到0.005mv。精密運放主要用于對放大處理精度有要求的地方，例如自控儀表等等。 高輸入阻抗運放一般是指采用結(jié)型場效應(yīng)管或是m

27、os管做輸入級的集成運放，這包括了全mos管做的集成運放。高輸入阻抗運放的輸入阻抗一般大于109歐姆。作為高輸入阻抗運放的一個附帶特性就是轉(zhuǎn)換速度比較高。高輸入阻抗運放用途十分廣泛，例如采樣保持電路、積分器、對數(shù)放大器、測量放大器、帶通濾波器等等。高速運放是指轉(zhuǎn)換速度較高的運放。一般轉(zhuǎn)換速度在100v/us以上。高速運放用于高速ad/da轉(zhuǎn)換器、高速濾波器、高速采樣保持、鎖相環(huán)電路、模擬乘法器、機密比較器、視頻電路中。目前最高轉(zhuǎn)換速度已經(jīng)可以做到6000v/us。寬帶運放是指-3db帶寬（bw）比通用運放寬得多的集成運放。很多高速運放都具有較寬的帶寬，也可以稱作高速寬帶運放。這個分類是相對的，

28、同一個運放在不同使用條件下的分類可能有所不同。寬帶運放主要用于處理輸入信號的帶寬較寬的電路。 高壓運放是為了解決高輸出電壓或高輸出功率的要求而設(shè)計的。在設(shè)計中，主要解決電路的耐壓、動態(tài)范圍和功耗的問題。高壓運放的電源電壓可以高于20vdc，輸出電壓可以高于20vdc。當(dāng)然，高壓運放可以用通用運放在輸出后面外擴晶體管/mos管來代替。2.4.2 運放的主要參數(shù)集成運放的參數(shù)較多，其中主要參數(shù)分為直流指標(biāo)和交流指標(biāo)。其中主要直流指標(biāo)有輸入失調(diào)電壓、輸入失調(diào)電壓的溫度漂移（簡稱輸入失調(diào)電壓溫漂）、輸入偏置電流、輸入失調(diào)電流、輸入偏置電流的溫度漂移（簡稱輸入失調(diào)電流溫漂）、差模開環(huán)直流電壓增益、共模抑

29、制比、電源電壓抑制比、輸出峰-峰值電壓、最大共模輸入電壓、最大差模輸入電壓。 主要交流指標(biāo)有開環(huán)帶寬、單位增益帶寬、轉(zhuǎn)換速率sr、全功率帶寬、建立時間、等效輸入噪聲電壓、差模輸入阻抗、共模輸入阻抗、輸出阻抗。1）直流指標(biāo)輸入失調(diào)電壓vio：輸入失調(diào)電壓定義為集成運放輸出端電壓為零時，兩個輸入端之間所加的補償電壓。輸入失調(diào)電壓實際上反映了運放內(nèi)部的電路對稱性，對稱性越好，輸入失調(diào)電壓越小。輸入失調(diào)電壓是運放的一個十分重要的指標(biāo)，特別是精密運放或是用于直流放大時。對于精密運放，輸入失調(diào)電壓一般在 1mv以下。輸入失調(diào)電壓越小，直流放大時中間零點偏移越小，越容易處理。所以對于精密運放是一個極為重要的

30、指標(biāo)。輸入失調(diào)電壓的溫度漂移（簡稱輸入失調(diào)電壓溫漂）vio：輸入失調(diào)電壓的溫度漂移定義為在給定的溫度范圍內(nèi)，輸入失調(diào)電壓的變化與溫度變化的比值。這個參數(shù)實際是輸入失調(diào)電壓的補充，便于計算在給定的工作范圍內(nèi)，放大電路由于溫度變化造成的漂移大小。一般運放的輸入失調(diào)電壓溫漂在1020v/之間，精密運放的輸入失調(diào)電壓溫漂小于1v/。輸入偏置電流iib：輸入偏置電流定義為當(dāng)運放的輸出直流電壓為零時，其兩輸入端的偏置電流平均值。輸入偏置電流對進(jìn)行高阻信號放大、積分電路等對輸入阻抗有要求的地方有較大的影響。輸入偏置電流與制造工藝有一定關(guān)系，其中雙極型工藝（即上述的標(biāo)準(zhǔn)硅工藝）的輸入偏置電流在10na1a之間

31、；采用場效應(yīng)管做輸入級的，輸入偏置電流一般低于1na。輸入失調(diào)電流iio：輸入失調(diào)電流定義為當(dāng)運放的輸出直流電壓為零時，其兩輸入端偏置電流的差值。輸入失調(diào)電流同樣反映了運放內(nèi)部的電路對稱性，對稱性越好，輸入失調(diào)電流越小。輸入失調(diào)電流是運放的一個十分重要的指標(biāo)，特別是精密運放或是用于直流放大時。輸入失調(diào)電流大約是輸入偏置電流的百分之一到十分之一。輸入失調(diào)電流對于小信號精密放大或是直流放大有重要影響，特別是運放外部采用較大的電阻。輸入失調(diào)電流的溫度漂移（簡稱輸入失調(diào)電流溫漂）：輸入偏置電流的溫度漂移定義為在給定的溫度范圍內(nèi)，輸入失調(diào)電流的變化與溫度變化的比值。這個參數(shù)實際是輸入失調(diào)電流的補充，便于

32、計算在給定的工作范圍內(nèi)，放大電路由于溫度變化造成的漂移大小。輸入失調(diào)電流溫漂一般只是在精密運放參數(shù)中給出，而且是在用以直流信號處理或是小信號處理時才需要關(guān)注。差模開環(huán)直流電壓增益：差模開環(huán)直流電壓增益定義為當(dāng)運放工作于線性區(qū)時，運放輸出電壓與差模電壓輸入電壓的比值。由于差模開環(huán)直流電壓增益很大，大多數(shù)運放的差模開環(huán)直流電壓增益一般在數(shù)萬倍或更多，用數(shù)值直接表示不方便比較，所以一般采用分貝方式記錄和比較。一般運放的差模開環(huán)直流電壓增益在 80120db之間。實際運放的差模開環(huán)電壓增益是頻率的函數(shù)，為了便于比較，一般采用差模開環(huán)直流電壓增益。 共模抑制比：共模抑制比定義為當(dāng)運放工作于線性區(qū)時，運放

33、差模增益與共模增益的比值。共模抑制比是一個極為重要的指標(biāo)，它能夠抑制差模輸入=模干擾信號。由于共模抑制比很大，大多數(shù)運放的共模抑制比一般在數(shù)萬倍或更多，用數(shù)值直接表示不方便比較，所以一般采用分貝方式記錄和比較。一般運放的共模抑制比在80120db之間。電源電壓抑制比：電源電壓抑制比定義為當(dāng)運放工作于線性區(qū)時，運放輸入失調(diào)電壓隨電源電壓的變化比值。電源電壓抑制比反映了電源變化對運放輸出的影響。目前電源電壓抑制比只能做到80db左右。所以用作直流信號處理或是小信號處理模擬放大時，運放的電源需要作認(rèn)真細(xì)致的處理。當(dāng)然，共模抑制比高的運放，能夠補償一部分電源電壓抑制比，另外在使用雙電源供電時，正負(fù)電源

34、的電源電壓抑制比可能不相同。最大共模輸入電壓：最大共模輸入電壓定義為，當(dāng)運放工作于線性區(qū)時，在運放的共模抑制比特性顯著變壞時的共模輸入電壓。最大共模輸入電壓限制了輸入信號中的最大共模輸入電壓范圍，在有干擾的情況下，需要在電路設(shè)計中注意這個問題。最大差模輸入電壓：最大差模輸入電壓定義為，運放兩輸入端允許加的最大輸入電壓差。當(dāng)運放兩輸入端允許加的輸入電壓差超過最大差模輸入電壓時，可能造成運放輸入級損壞。2）主要交流指標(biāo)開環(huán)帶寬：開環(huán)帶寬定義為，將一個恒幅正弦小信號輸入到運放的輸入端，從運放的輸出端測得開環(huán)電壓增益從運放的直流增益下降3db（或是相當(dāng)于運放的直流增益的0.707）所對應(yīng)的信號頻率。這

35、用于很小信號處理。單位增益帶寬gb：單位增益帶寬定義為，運放的閉環(huán)增益為1倍條件下，將一個恒幅正弦小信號輸入到運放的輸入端，從運放的輸出端測得閉環(huán)電壓增益下降 3db（或是相當(dāng)于運放輸入信號的0.707）所對應(yīng)的信號頻率。單位增益帶寬是一個很重要的指標(biāo)，對于正弦小信號放大時，單位增益帶寬等于輸入信號頻率與該頻率下的最大增益的乘積，換句話說，就是當(dāng)知道要處理的信號頻率和信號需要的增以后，可以計算出單位增益帶寬，用以選擇合適的運放。這用于小信號處理中運放選型。轉(zhuǎn)換速率（也稱為壓擺率）sr：運放轉(zhuǎn)換速率定義為，運放接成閉環(huán)條件下，將一個大信號（含階躍信號）輸入到運放的輸入端，從運放的輸出端測得運放的

36、輸出上升速率。由于在轉(zhuǎn)換期間，運放的輸入級處于開關(guān)狀態(tài)，所以運放的反饋回路不起作用，也就是轉(zhuǎn)換速率與閉環(huán)增益無關(guān)。轉(zhuǎn)換速率對于大信號處理是一個很重要的指標(biāo)，對于一般運放轉(zhuǎn)換速率sr10v/s。目前的高速運放最高轉(zhuǎn)換速率sr達(dá)到 6000v/s。這用于大信號處理中運放選型。全功率帶寬bw：全功率帶寬定義為，在額定的負(fù)載時，運放的閉環(huán)增益為1倍條件下，將一個恒幅正弦大信號輸入到運放的輸入端，使運放輸出幅度達(dá)到最大（允許一定失真）的信號頻率。這個頻率受到運放轉(zhuǎn)換速率的限制。近似地，全功率帶寬=轉(zhuǎn)換速率/2vop（vop是運放的峰值輸出幅度）。全功率帶寬是一個很重要的指標(biāo)，用于大信號處理中運放選型。建

37、立時間：建立時間定義為，在額定的負(fù)載時，運放的閉環(huán)增益為1倍條件下，將一個階躍大信號輸入到運放的輸入端，使運放輸出由0增加到某一給定值的所需要的時間。由于是階躍大信號輸入，輸出信號達(dá)到給定值后會出現(xiàn)一定抖動，這個抖動時間稱為穩(wěn)定時間。穩(wěn)定時間+上升時間=建立時間。對于不同的輸出精度，穩(wěn)定時間有較大差別，精度越高，穩(wěn)定時間越長。建立時間是一個很重要的指標(biāo)，用于大信號處理中運放選型。等效輸入噪聲電壓：等效輸入噪聲電壓定義為，屏蔽良好、無信號輸入的的運放，在其輸出端產(chǎn)生的任何交流無規(guī)則的干擾電壓。這個噪聲電壓折算到運放輸入端時，就稱為運放輸入噪聲電壓（有時也用噪聲電流表示）。對于寬帶噪聲，普通運放的

38、輸入噪聲電壓有效值約1020v。差模輸入阻抗（也稱為輸入阻抗）：差模輸入阻抗定義為，運放工作在線性區(qū)時，兩輸入端的電壓變化量與對應(yīng)的輸入端電流變化量的比值。差模輸入阻抗包括輸入電阻和輸入電容，在低頻時僅指輸入電阻。一般產(chǎn)品也僅僅給出輸入電阻。采用雙極型晶體管做輸入級的運放的輸入電阻不大于10兆歐；場效應(yīng)管做輸入級的運放的輸入電阻一般大于109歐。共模輸入阻抗：共模輸入阻抗定義為，運放工作在輸入信號時（即運放兩輸入端輸入同一個信號），共模輸入電壓的變化量與對應(yīng)的輸入電流變化量之比。在低頻情況下，它表現(xiàn)為共模電阻。通常，運放的共模輸入阻抗比差模輸入阻抗高很多，典型值在108歐以上。輸出阻抗：輸出阻

39、抗定義為，運放工作在線性區(qū)時，在運放的輸出端加信號電壓，這個電壓變化量與對應(yīng)的電流變化量的比值。在低頻時僅指運放的輸出電阻。這個參數(shù)在開環(huán)測試。第3章 音頻動態(tài)聲控應(yīng)用電路的設(shè)計3.1音頻動態(tài)電路的組成音頻動態(tài)電路主要由模擬電路部分，數(shù)字電路部分及l(fā)ed顯示電路組成。模擬電路部分是對音頻信號的處理，其中用了741運算放大器，數(shù)字部分由計數(shù)/分頻器4017來完成，最終用led顯示器來顯示結(jié)果。3.2音頻動態(tài)聲控電路的介紹及工作原理電路原理：ic1、ic2為計數(shù)/十進(jìn)制分頻器cd4017,其q0-q5共個計數(shù)輸出端分別用來驅(qū)動每一只發(fā)光管。顯示部分共有99只led組成，分別按9行、9列排列構(gòu)成顯示

40、陣列。每行l(wèi)ed的正極分別對應(yīng)連接ic1的q0-q8端，每列l(wèi)ed的負(fù)極分別與ic2的q0-q8端的三極管t1-t9相連接。當(dāng)ic1-ic2的某個輸出端為高電平時，其行列交叉點的led便指示發(fā)光。隨著ic1-ic2的高電平端不斷變化，發(fā)光點也不斷跳動。由于在每一時刻ic1、ic2各有一個輸出端為高電平，因此本顯示陣列在任一時刻只有一只led被點亮，所以本電路功耗較低。圖3-1 音頻動態(tài)聲控電路 圖中ic3的兩只運放分別對來自左右聲道的信號進(jìn)行放大，其輸出信號幅度可驅(qū)動ic1、ic2兩只計數(shù)器正常計數(shù)。該放大電路的增益可由一個雙連電位器w1、w2調(diào)節(jié)。只有當(dāng)ic1、ic2的音頻驅(qū)動信號電平超過閾

41、值電平時才能觸發(fā)ic1、ic2正常計數(shù)，因此音頻信號的微小變化不能驅(qū)動計數(shù)器。由于顯示器中l(wèi)ed的移動速率與音頻頻率大致相同，若嫌led移動速度太快，可在ic1、ic2后插入分頻器即可。連接于ic1、ic2復(fù)位端的開關(guān)k可以對顯示器工作模式作相應(yīng)變換。閉合k時，led總是從坐標(biāo)（0，0）開始移動，一旦某一計數(shù)器的q8輸出高電平后，顯示又重新從坐標(biāo)（0，0）開始，這種顯示模式便幫助人們了解兩聲道音頻變化情況。斷開k后，兩只ic按其各自驅(qū)動頻率工作，失去了同步，跳動的led在顯示陣列中“漫游”第4章 電路的調(diào)試與實驗結(jié)果4.1 電路的調(diào)試在實驗的過程中分別對741運放，計數(shù)/分頻器cd4017，點陣式led顯示器進(jìn)行調(diào)試。所有放大器和集成芯片都能正常工作，led顯示器的每個顯示點都是完好的，可以進(jìn)行下一