語音放大電路課程設(shè)計說明書

1、課 程 設(shè) 計 說 明 書  學(xué)生姓名:學(xué) 號：學(xué) 院: 電子與計算機科學(xué)技術(shù)學(xué)院專 業(yè): 微電子學(xué)題 目:語音放大電路 指導(dǎo)教師： 職稱: 副教授   2011年 1 月 7 日目錄1、課程設(shè)計目的3 2、課程設(shè)計內(nèi)容和要求32.1、設(shè)計內(nèi)容3 2.2、設(shè)計要求33、 設(shè)計方案43.1、設(shè)計思路43.2、工作原理及硬件框圖43.3、硬件電路原理圖103.4、pcb版圖設(shè)計144、課程設(shè)計總結(jié)165、參考文獻161、設(shè)計目的： 掌握電子電路的一般設(shè)計方法和設(shè)計流程； 學(xué)習(xí)使用protel軟件繪制電路原理圖及印刷板圖； 掌握應(yīng)

2、用仿真軟件對所設(shè)計的電路進行仿真，通過仿真結(jié)果驗證設(shè)計的正確性。2、課程設(shè)計內(nèi)容和要求： 2.1、設(shè)計內(nèi)容 設(shè)計一個語音放大電路，該電路由三部分組成，分別為前置放大電路、濾波電路和功率放大電路。 前置放大電路即為測量小信號放大電路，在測量用的放大電路中，一般傳感器送來的直流或低頻信號，經(jīng)放大后多用單端方式傳輸，在典型情況下，有用信號的最大幅度可能僅有若干毫伏，而共模噪聲可能高到幾伏，故放大器輸入漂移和噪聲等到因素對于總的精度至關(guān)重要，放大器本身的共模抑制特性也是同等重要的問題。因此前置放大電路是一個高輸入阻抗，高共模抑制比，低漂移的小信號放大電路。因聲音或干擾太大而難以聽清對方的聲音，這時我們

3、就需要一種既能放大語音信號又能降低外來噪聲的儀器。所以要還要用到濾波電路。濾波電路是用有源器件與rc網(wǎng)絡(luò)組成的濾波電路。需要讓一定頻率段的信號通過，而阻止不需要的信號段。功率放大電路主要作用的向負載提供足夠大的功率，要求輸出功率盡可能高，即給負載rl（揚聲器）提供一定的輸出功率，而效率盡可能高。完成設(shè)計電路的仿真以及結(jié)果分析。完成課程設(shè)計說明書。 2.2、設(shè)計要求（1）前置放大電路因為在通常情況下有用的輸入信號很小，又要使放大器本身的共模抑制特性較好，精度較高，所以要求輸入信號：uid 10mv, 輸入阻抗： ri 100k，共模抑制比：kcmr 60db （2）濾波電路有源帶通濾波電路的帶通

4、范圍為300hz 3000hz （3）功率放大電路 負載阻抗（即揚聲器的阻抗）rl=4 輸出功率pom 5w電源電壓：v = +5v3、語音放大電路設(shè)計方案3.1、設(shè)計思路因為語音放大電路要求不僅能放大聲音而且還要大大降低噪聲的干擾，所以由前置放大電路、濾波電路、功率放大電路三部分組成?？梢园讶糠址謩e設(shè)計完成，仿真成功后連接在一起，整體電路仿真符合要求，則整體設(shè)計完成。電路的原理框圖如下：信號輸入前置放大器有源帯通濾波器功率放大器輸出圖1放大電路工作原理圖3.2、工作原理及硬件框圖3.2.1、前置放大器：用兩個同相放大電路的簡單串聯(lián)組合進行設(shè)計。如圖2，它也稱為同相串聯(lián)差分放大電路。差分輸入

5、信號從兩個放大器的同相端輸入，可以有效的消除兩輸入端的共模分量，獲得很高的共模抑制比和極高的輸入電組，這種電路常用作高輸入電阻的儀用放大電路。 圖2 前置放大電路差模電壓增益aud為 aud=1+（r12/r11）要使aud=101，確定各電阻值。選定則r13選為50k的可調(diào)電阻。圖3 lm324的符號以及引腳功能3.2.2、有源帶通濾波器（bpf）有源濾波電路是用有源器件與rc網(wǎng)絡(luò)組成的濾波電路。這里需要有源帶通濾波電路?？梢詤⒖级A有源低濾波器（lpf）和二階有源高通濾波器（hpf）電路來設(shè)計。有源濾波器同無源濾波器比較，初理效果好，主要可以同時濾除多次及高次諧波，不會引起諧振。（1）二階

6、有源低通濾波器lpf 它是利用集成運算放大器與rc低通電路一起，可以組成有源濾波器，以提高帶通電壓放大倍數(shù)和帶負載能力，為了使濾波特性更接近理想情況，就采用二階低通濾波器來代替一階有源低通濾波器，如圖4所示： c3 圖4 二階有源低通濾波器示意圖為抑制尖峰脈沖，在反饋回路可增加電容，的電容一般為。其傳遞函數(shù)的關(guān)系式為： 式中、分別表示如下： 通帶增益： 固有角頻率： 品質(zhì)因素： 設(shè)計方法：設(shè)，則 （1）得 由式（1）得知，、可分別由、值和運放增益的變化來單獨調(diào)整，相互影響不大，因此該設(shè)計法對要求特性保持一定而在較寬范圍內(nèi)變化的情況比較適用，但必須使用精度和穩(wěn)定度均較高的元件。值按照近似特性可有

7、如下分類： 為巴特沃思特性 為貝塞爾特性 為切比雪夫特性（2）二階有源高通濾波器（hpf）高通濾波電路的阻帶和通帶正好與低通濾波電路的相反, 其電路構(gòu)成也幾乎具有完全的對偶性。二者的參數(shù)表達式與特性也有對偶性，二階hpf的傳遞函數(shù)為： 式中： rb圖5 二階有源高通濾波電路示意圖設(shè)計方法hpf中、參數(shù)的設(shè)計方法也與lpf相似。設(shè)，根據(jù)所要求的、，可得：（3）二階有源帯通濾波電路當(dāng)二階低通濾波電路的通帶截止頻率高于二階高通濾波電路的通帶截止頻率時，將兩種電路串聯(lián)，即獲得二階帶通濾波電路。它是為了允許某一段頻帶內(nèi)的信號通過，而將此頻帶以外的信號阻斷，為了干擾以便接收某一頻帶范圍內(nèi)的有效信號，而消除

8、高頻段及低頻段的干擾和噪聲。設(shè)計具有巴特沃思特性的二階bpf。取r1=r2=r=8.2, =852hz, q=0.71（巴沃特思特性）=(3q-1)/q=1.58由得， ra為47，則rb為27。c1=c2=1/(2*r)=68nf對于有源高通濾波器，由于與低通完全的對偶，所以，r1,r2,c1,c2參相同。由此可得出二階有源帯通濾波電路，如圖6：圖6 二階有源帶通濾波電路3.2.3、功率放大電路：功率放大電路的電路形式很多，有雙電源供電的ocl互補對稱功放電路，單電源供電的otl功放電路，btl橋式推挽功放電路和變壓器耦合功放電路等。tda200x系列，包括tda2003、tda2002為單

9、片集成功放器件。其性能優(yōu)良，功能齊全，并附加有各種保護，消噪聲電路，外接元件大大減小，僅有五個引出端，易于安裝，因此也稱為五端集成功放。圖7是tda2003的典型應(yīng)用電路：圖中tda2003集成功率放大器有兩個相同的功率放大器，可以很方便的組成btl電路。兩個tda2003的方向輸入端相連，所以有：取c5=c9=c=100nf，則c11=c10=100nf由 求得取r15=620 圖7 功率放大電路在使用集成功率放大器時，應(yīng)注意以下幾點：1.均應(yīng)安裝適當(dāng)?shù)纳崞鳌?.必須在電源引腳旁加去偶電容，以防自激。3.為防止功率放大電路對前級的影響，功放級的電源要單獨連接。3.3、硬件電路原理圖用mul

10、tisim軟件繪制整體原理圖，并進行仿真，下面即為整體電路連接圖和各部分電路以及整體電路的仿真結(jié)果。圖8 整體電路連接圖圖9為前置放大電路的仿真輸入、輸出波形，示波器a端與圖8中13號線相連接，示波器b端與函數(shù)發(fā)生器的接地線相連接。輸入電壓為10mv,頻率為1000hz。 如圖9所示（輸入為10mv/div，輸出為1v/div）。.圖9前置電路的仿真圖10為帶通濾波電路的仿真輸入、輸出波形，示波器a端與圖8中12號線相連接，示波器b端與帶通濾波電路的輸出即8號線相連接。輸入電壓為10mvv頻率為4000hz。 如圖10所示（輸入為1mv/div，輸出為1v/div）。從圖10中可以看出，當(dāng)信號

11、頻率為4000hz時，輸出電壓幾乎為0v，起到濾波的作用。圖10濾波電路的仿真圖11為整體電路的仿真輸入、輸出波形，示波器a端與圖8中13號線相連接，示波器b端與圖8中負載（4）的左端相連接。輸入電壓為10mv, 頻率為1000hz。 如圖9所示（輸入為10mv/div，輸出為5v/div）。圖12顯示的為整體電路的最終輸出電流值。由圖11以及圖12可以計算出該電路在輸入電壓為10mv頻率為1000hz時的輸出功率大于5w，完全可以帶動阻抗為4的揚聲器，故設(shè)計的該電路完全可以用于語音放大。圖11 最終電壓結(jié)果仿真圖12最終電流仿真結(jié)果3.4、pcb版圖設(shè)計 繪制出整體電路，如圖13，然后進行p

12、cb板的設(shè)計。pcb板圖如圖14所示。圖13 電路原理圖15圖14 pcb版圖設(shè)計元器件清單：電阻：1k/0.25w×2100 k/0.25 w×18.2k/0.25w×440k/0.25w×147k/0.25w×227k/0.25 w×2620/0.25 w×1電容： 0.1f×568nf×410nf×11nf×1集成塊：lm741×2 lm324×1 tda2003×2(另加散熱片)揚聲器：4×1174、課程設(shè)計總結(jié)語音傳輸系統(tǒng)在當(dāng)今社會起著

13、非常重要的信息傳輸媒介作用。本設(shè)計是對不同頻率的聲音信號進行檢測，最后要得到一個不帶干擾的放大信號。該電路可以在很多語音傳輸電路中得到廣泛應(yīng)用。例如：便攜式收音機、對講機等很多方面的運用。另外用該方法設(shè)計電路簡單，成本低，性能穩(wěn)定，該電路設(shè)計要求在300-3000hz段的信號進行放大、檢測，從實驗結(jié)果來看性能穩(wěn)定。由此可見，該電路在實際應(yīng)用中具有較強的生命力，且在其它頻率段也可進行相應(yīng)設(shè)計，具有較大的研究價值。這次課程設(shè)計也讓我學(xué)會了很多，這其中包括專業(yè)方面的學(xué)習(xí)和自身能力方面的培養(yǎng)。也讓我遇到許多以前不曾遇到的問題，深刻感受到查找資料、詢問導(dǎo)師、尋求同學(xué)等幫助都是非常有必要的，當(dāng)然最要感謝的還是我的導(dǎo)師。通過這次課程設(shè)計，我更加熟練的掌握如何應(yīng)用protel99se以及multisim仿真軟件。深刻的了解了許多常用的芯片，對專業(yè)知識掌握的更加透徹，發(fā)現(xiàn)了自己的不足以及優(yōu)勢，認識到理論和實踐是緊密結(jié)合的，理論需要實踐去驗證。了解了本專業(yè)的發(fā)展方向，更有利于自己朝