語(yǔ)音放大電路設(shè)計(jì)

1、電子電工教學(xué)基地實(shí)驗(yàn)課程： 模擬電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)名稱： 語(yǔ)音放大電路的設(shè)計(jì)一，-:I班 級(jí)：實(shí)驗(yàn)人員：指導(dǎo)教師： 日 期：語(yǔ)音放大電路的設(shè)計(jì)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康模?1) 掌握分離或者集成運(yùn)算放大器的工作原理及其應(yīng)用；(2) 掌握低頻小信號(hào)放大器電路和功放電路的設(shè)計(jì)方法；(3 )通過(guò)實(shí)驗(yàn)培養(yǎng)學(xué)生的市場(chǎng)素質(zhì)、工藝素質(zhì)、自主學(xué)習(xí)的能力、分析問(wèn)題解決問(wèn)題的能力以及團(tuán)隊(duì)精神；(4)通過(guò)實(shí)驗(yàn)總結(jié)回顧所學(xué)的模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)理論和基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)，掌握低頻小信號(hào)放大電路和功 放電路的設(shè)計(jì)方法。二. 設(shè)計(jì)任務(wù)與要求在實(shí)際生活的很多問(wèn)題中，我們都需要這樣一種儀器，它既能放大語(yǔ)音信號(hào)，又能降低外來(lái)噪聲，實(shí)現(xiàn)這種儀器的電路實(shí)際上是一

2、個(gè)能識(shí)別不同頻率范圍的小信號(hào)放大系統(tǒng)。語(yǔ)音放大電路由“前置放大器”、“有源帶通濾波器”、“功率放大器”、“揚(yáng)聲器”幾部分構(gòu)成如圖所示，并且可以采用前幾個(gè)實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)結(jié)果，或作適當(dāng)?shù)膮?shù)調(diào)整來(lái)實(shí)現(xiàn)本實(shí)驗(yàn)的要求。輸入電路 (麥克風(fēng))刖置 放人器帶通 濾波器功率 放大器揚(yáng)11語(yǔ)音放大電路原理框圖性能指標(biāo)各基本單元電路的設(shè)計(jì)條件分別為：1.前置放大器：輸入信號(hào)：Uid < 10 mV輸入阻抗：Ri > 100 k0。2. 有源帶通濾波器：頻率范圍：300 Hz3 kHz增益：Au = 13. 功率放大器：最大不失真輸出功率：Poma涪1W負(fù)載阻抗：RL= 8 Q ( 4 Q )電源電壓：+

3、5 V，+ 12V，- 12V4.輸出功率連續(xù)可調(diào) 直流輸出電壓 < 50 mV 靜態(tài)電源電流 < 100 mA實(shí)驗(yàn)要求(1)選取單元電路及元件根據(jù)設(shè)計(jì)要求和已知條件，確定前置放大電路、有源帶通濾波電路、功率放大電路的方案,計(jì)算和選取單元電路的元件參數(shù)。(2)前置放大電路的組裝與調(diào)試測(cè)量前置放大電路的差模電壓增益 Aud、共模電壓增益Auc、共模抑制比Ksmr帶寬BW、輸入電 阻R等各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)，并與設(shè)計(jì)要求值行比較。(3) 有源帶通濾波電路的組裝與調(diào)試測(cè)量有源帶通濾波電路的差模電壓增益Aud、帶通BW，并與設(shè)計(jì)要求進(jìn)行比較。(4) 功率放大電路的組裝與調(diào)試測(cè)量功率放大電路的最大不

4、失真輸出功率Rmax、電源供給功率PDC輸出效率耳、直流輸出電壓、靜態(tài)電源電流等技術(shù)指標(biāo)。(5) 整體電路的聯(lián)調(diào)與試聽(tīng)(6)應(yīng)用Multisim軟件對(duì)電路進(jìn)行仿真分析三、設(shè)計(jì)思路基原理分析1麥克風(fēng)使用駐極體的麥克風(fēng)，為有源麥克風(fēng)，偏置電壓為+5V,使用3.9K歐姆的電阻和220uF的電容，電路圖如下：接i£i接法22、前置放大電路前置放大電路可采用兩級(jí)負(fù)反饋放大器、差分放大電路，也可以用集成運(yùn)放構(gòu)成的測(cè)量用小信號(hào)放大電路等。放大器輸入漂移和噪聲等因素對(duì)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(wèn)題。因此前置放大電路應(yīng)該是一個(gè)高輸入阻抗、高共模抑制比、低漂移的小信號(hào)放大

5、電路。方案設(shè)計(jì)：一個(gè)同向放大器和一個(gè)差動(dòng)放大器構(gòu)成的測(cè)量放大電路方案把方案二的二級(jí)同向放大器換成了一個(gè)同向放大電路，電路簡(jiǎn)單，測(cè)試更方便，且有一個(gè)可調(diào)電位器，可以調(diào)節(jié)前置放大的倍數(shù)，集成運(yùn)放構(gòu)成的測(cè)量用小信號(hào)放大電路。參數(shù)設(shè)計(jì)：電路差模輸入電阻 Rid=2R差模電壓增益：Au=(1+Ro/R20)*R5/R3為了提高信噪比，前置放大電路增益可適當(dāng)取大，令 Ro=20g，R20為 22k, R3=10kC, R4=9.1k, R5=100lfl,放大 倍數(shù)為51至150.將R5設(shè)為滑動(dòng)變阻器使放大倍數(shù)實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)可 調(diào)。3、有源濾波器原理：有源濾波電路是由有源器件與RC網(wǎng)絡(luò)組成的濾波電路。有源帶通濾

6、波器能通過(guò)規(guī)定范圍的頻率，這個(gè)頻率范圍就是電路的帶寬 BVy濾波器的最大輸出電壓峰值出現(xiàn)在中心頻率fo的頻率點(diǎn)上。帶通濾波器的帶寬越窄，選擇性越好，也就是電路的品質(zhì)Q越高。電路的Q值可用公式求出：Q= fo/BW?？梢?jiàn)，高Q值濾波器有窄的帶寬，大的電壓輸出值；反之，低的Q值濾波器有較寬的帶寬，勢(shì)必輸出電壓較小。思路：要實(shí)現(xiàn)這么一個(gè)功能，我們可以將一個(gè)二階有源低通濾波器（LPF）與一個(gè)二階有源高通濾波器（HPF串聯(lián)起來(lái)，有二階有源低通濾波器來(lái)對(duì)高頻信號(hào)進(jìn)行抑制，有二階有源高通濾波器對(duì) 低頻信號(hào)進(jìn)行抑制，最終達(dá)到對(duì)信號(hào)進(jìn)行一定頻率范圍的抑制作用。按照上述的電路方案，將一個(gè)二階有源 HPF與一個(gè)二階

7、有源LPF串聯(lián)起來(lái)，就是實(shí)驗(yàn)所需要的實(shí) 驗(yàn)電路。再經(jīng)過(guò)仿真軟件的仿真可以基本確定所設(shè)計(jì)的電路。方案設(shè)計(jì):XSC11pR83.3k| ?10FC2VCC-12VVCCR5軸? / -VDDVDD12V功放電路是具有Butterworth特性的典型的二階有源濾波器。在滿足LPF的通帶截止頻率高于HPF 的通帶截止頻率的條件下，把相同元件的壓控電壓源濾波器的LPF和HPF串聯(lián)起來(lái)，可以實(shí)現(xiàn)Butterworth通帶響應(yīng)。用該方法構(gòu)成的濾波器的通帶較寬，通帶截止頻率易于調(diào)整，多用作測(cè)量 信號(hào)噪聲比的音頻帶通濾波器，電路圖如下圖所示，能抑制低于300Hz和高于3000Hz的信號(hào)。設(shè)計(jì)的參數(shù)按書(shū)中的方法一

8、計(jì)算，數(shù)值如圖所示。4、功率放大器功率放大的主要作用是向負(fù)載提供功率，要求輸出功率盡可能大，轉(zhuǎn)換功率盡可能高，非線形失真盡可能小。方案設(shè)計(jì)：五端集成功放TDA2030VCCXFG1R2100k| ?2FC247uF0U1C3220uFC7100nFVCC6TDA2030VSSDi 1N4007D21N4007XSC1C6_ 100nF0220 uFC5100uF比較：本設(shè)計(jì)可以采用五端集成功放 TDA2030也可以用LM386的典型應(yīng)用電路，但前者芯片 性能不是很好，所以 實(shí)驗(yàn)選用五端集成功放TDA2030其為單片集成功放器件，性能優(yōu)良，功能 齊全，并附加有各種保護(hù)、消噪聲電路，外接元件大大減

9、小，僅有五個(gè)引出端，易于安裝。集成 運(yùn)放都工作在甲乙類狀態(tài)，靜態(tài)電流大都在 10mA50mA以內(nèi)，因此靜態(tài)功耗很小，但動(dòng)態(tài)功 耗很大，且隨輸出的變化而變化，參數(shù)如圖所示。5、喇叭使用的是8歐姆，2瓦特的喇叭。四、仿真結(jié)果分析：1、前置放大電路：仿真結(jié)果如下:F侮 Function Generat.ViaveformsFnequemzykHzDjty Cycte50Amplitude1VpOffsetVSgna； OptonsCommonrr3沁 RS強(qiáng)/Fl Tim* 分析:輸入Vpp=1伏1千赫茲的正弦波，輸出電壓峰峰值為117.15伏,增益為117.15。符合實(shí)驗(yàn)要求和原理分析，且還具有很

10、大的調(diào)節(jié)空間。2、有源濾波器精心整理仿真結(jié)果如下:03CllllO3COpe-XSC1 AC Ainatysis濾波器AC AnalysisL qlOOm 二"10m|! il 帥lie101cFreqiKDcy (Hz)分析:(1)增益：輸入f=1kHz, Vpp=1V的正弦波，輸出為 Vpp=989.6mV勺正弦波,放大倍數(shù)為0.99，與理論分析基本相符合。(2) 通頻帶：當(dāng)f=3kHz時(shí)，輸出為 Vp=695mV當(dāng) f=300Hz 時(shí)，輸出為 Vp=682mV基本滿足實(shí)驗(yàn)對(duì)通頻帶的要求。3、功率放大器仿真結(jié)果如下:分析： 增益：輸入f=1kHz , Vpp=10mv的正弦波，輸

11、出為 Vpp=192mV勺正弦波, 放大倍數(shù)為19.2，與理論分析基本相符合，且放大倍數(shù)可根據(jù)R2調(diào)節(jié)。二” I總的電路圖：五、測(cè)試結(jié)果1. 第一級(jí)為前級(jí)放大電路。輸入10毫伏1千赫茲的正旋波，輸出電壓峰峰值為1.172 伏，放大了 117.2 倍。2. 第二級(jí)為濾波器。增益：輸入f=1kHz，Vpp=1V的正弦波，輸出為Vpp=989.6mV 的正弦波，放大倍數(shù)約為1，與理論分析基本相符合。通頻帶：當(dāng)f=3kHz時(shí)， 輸出為Vpp=695mV當(dāng)f=300Hz時(shí)，輸出為 Vpp=682mV,基本滿足實(shí)驗(yàn)對(duì)通頻帶的要求。3.第三級(jí)為功率放大器。增益：輸入 f=1kHz，Vpp=10mV的正弦波，

12、輸出為 Vpp=190mV勺正弦波，放大倍數(shù)為19,與理論分析基本相符合,數(shù) 值與試驗(yàn)要求相符合。六、元件清單:元件元件參數(shù)元件個(gè)數(shù)電阻1kOhm210kOhm3100kOhm222kOhm9.1kOhm13.3kOhm16.8kOhm-3.9kOhm2電容100 nF520nF10nF110uF247uF220uF12滑線變阻器100kOhm1NE55322LM3241TM20301喇叭散熱片1D1N40072板子1七、遇到的問(wèn)題1、我們對(duì)芯片的了解程度不夠，每接一個(gè)芯片都得查好多資料。2. 一些阻值的電阻無(wú)法在市場(chǎng)上買到，最終我們決定采用變阻器調(diào)出相應(yīng)阻值，同時(shí)使用變阻 器也方便了焊接后的調(diào)試，以及一些采用多個(gè)電阻的串聯(lián)組成。3. 焊接時(shí)不能焊太久，以免燙壞元器件；也不能停留的太短，造成虛焊。4. 在布線時(shí)，選擇在