綜合電子設(shè)計(jì)_2013011040

1、北京信息科技大學(xué)綜合電子設(shè)計(jì)（論文）1綜合電子設(shè)計(jì)綜合電子設(shè)計(jì)（論文論文）題目：駐極體話筒放大電路學(xué)生姓名：李嘉歡學(xué)號(hào)：2013011040班級(jí)：電信 1303指導(dǎo)教師：蘇進(jìn) 日期：2015 年 12 月 6 日北京信息科技大學(xué)綜合電子設(shè)計(jì)（論文）2駐極體話筒放大電路摘要語(yǔ)音放大器的作用是不失真地放大輸入的音頻信號(hào)。由于人發(fā)出的聲音頻率在 340Hz3400Hz 之間，聲波在傳播中會(huì)產(chǎn)生反射、折射和干涉等現(xiàn)象，到達(dá)話筒的信號(hào)比人從聲帶中發(fā)出來(lái)的聲音要小，同時(shí)話筒是一種換能器，它將聲能轉(zhuǎn)化為電能，話筒的輸出信號(hào)一般很小，而輸出阻抗很大，則要求對(duì)話音進(jìn)行放大。由于聲音在空氣中傳播產(chǎn)生諧波失真，諧波

2、失真是指聲音回放中增加了原信號(hào)沒(méi)有的高次諧波成分而導(dǎo)致的失真，則要在話音放大器中設(shè)計(jì)濾波器，提高輸出信號(hào)的高保真性能。此外，話筒的頻率特性、性噪比和靈敏度也直接影響著重現(xiàn)聲音的音質(zhì)。 為了實(shí)現(xiàn)語(yǔ)音信號(hào)的不失真放大，在設(shè)計(jì)電路過(guò)程中，主要分為三個(gè)模塊單元電路構(gòu)成系統(tǒng)，其分別為：電源模塊、前級(jí)放大加帶通濾波模塊、BTL 功率放大模塊。首先，通過(guò)全波整流、濾波、穩(wěn)壓，為后續(xù)模塊提供12V 的直流電壓。語(yǔ)音信號(hào)通過(guò)前級(jí)放大電路進(jìn)行聲音信號(hào)轉(zhuǎn)化為放大的電壓信號(hào)。然后，信號(hào)經(jīng)過(guò)帶通濾波電路得到頻率要求為：300Hz3KHz 的電壓信號(hào)。再通過(guò) BTL 功率放大電路使電信號(hào)化為聲音信號(hào)并放大。運(yùn)放器選擇 L

3、M324，功放選擇 TDA2822。在整個(gè)設(shè)計(jì)的過(guò)程中，還需考慮電路自激振蕩、噪聲消除及其他因素。因此可以通過(guò)理論搭建電路，通過(guò) multisim、protel 等仿真軟件進(jìn)行仿真、調(diào)試，來(lái)滿足各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)的要求。關(guān)鍵字：關(guān)鍵字：麥克風(fēng)、語(yǔ)音放大，濾波，功放，LM324，TDA2822北京信息科技大學(xué)綜合電子設(shè)計(jì)（論文）3目錄一、引言一、引言.51、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?52、知識(shí)點(diǎn)和設(shè)計(jì)內(nèi)容.5二、設(shè)計(jì)思路二、設(shè)計(jì)思路.51、語(yǔ)音放大器的基本構(gòu)成.52、性能指標(biāo)與要求.6三、設(shè)計(jì)方案三、設(shè)計(jì)方案.61、集成直流穩(wěn)壓電源.62、語(yǔ)音信號(hào)前級(jí)放大及有源濾波.83、功率放大.104、系統(tǒng)設(shè)計(jì).10四、元器件實(shí)

4、物及引腳順序四、元器件實(shí)物及引腳順序.12五、仿真分析五、仿真分析.121、電源.122、帶通濾波.13六、實(shí)驗(yàn)步驟六、實(shí)驗(yàn)步驟.141、電路焊接.14北京信息科技大學(xué)綜合電子設(shè)計(jì)（論文）42、直流穩(wěn)壓電源的測(cè)試.143、前置放大器的測(cè)試.144、駐極體話筒的測(cè)試.155、有源帶通濾波器的測(cè)試.166、功率放大器的測(cè)試.167、整體測(cè)試.17七、實(shí)驗(yàn)中的問(wèn)題提出與七、實(shí)驗(yàn)中的問(wèn)題提出與解解決方法決方法.18八、實(shí)驗(yàn)體會(huì)八、實(shí)驗(yàn)體會(huì).18九、參考文獻(xiàn)九、參考文獻(xiàn).19十、附錄十、附錄.201、集成運(yùn)算放大器 LM324 的管腳圖及基本參數(shù).202、元器件符號(hào).203、元件清單.21北京信息科技大

5、學(xué)綜合電子設(shè)計(jì)（論文）5一、引言綜合電子設(shè)計(jì)培養(yǎng)學(xué)生應(yīng)用所學(xué)基礎(chǔ)理論知識(shí)，通過(guò)查閱資料，將理論應(yīng)用于實(shí)踐的能力，要求學(xué)生能進(jìn)行電子電路功能模塊和小型電子系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，強(qiáng)化學(xué)生計(jì)算機(jī)設(shè)計(jì)和計(jì)算機(jī)仿真的能力，培養(yǎng)學(xué)生綜合應(yīng)用、勇于實(shí)踐的創(chuàng)新能力。本課程設(shè)計(jì)采用推薦設(shè)計(jì)內(nèi)容與學(xué)生自選內(nèi)容相結(jié)合的方法，同時(shí)每一個(gè)推薦設(shè)計(jì)內(nèi)容又有很大的靈活性，允許學(xué)生有不同的實(shí)現(xiàn)方法，這將有利于培養(yǎng)學(xué)生的獨(dú)立分析解決問(wèn)題能力，對(duì)創(chuàng)新能力的培養(yǎng)也很有幫助。1、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、?shí)驗(yàn)?zāi)康?1） 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。（2） 掌握分立或集成運(yùn)放放大器的工作原理及其應(yīng)用

6、。（3） 通過(guò)實(shí)驗(yàn)總結(jié)回顧所學(xué)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。（4） 了解語(yǔ)言識(shí)別知識(shí)。2、知識(shí)點(diǎn)和設(shè)計(jì)內(nèi)容、知識(shí)點(diǎn)和設(shè)計(jì)內(nèi)容本實(shí)驗(yàn)的知識(shí)點(diǎn)為分立元件放大器或集成運(yùn)放、有源濾波器、功率放大器；涉及電子電路各個(gè)模塊之間的聯(lián)合調(diào)試技術(shù)。二、設(shè)計(jì)思路1、語(yǔ)音放大器的基本構(gòu)成、語(yǔ)音放大器的基本構(gòu)成北京信息科技大學(xué)綜合電子設(shè)計(jì)（論文）62、性能指標(biāo)與要求、性能指標(biāo)與要求基本部分：設(shè)計(jì)完成一個(gè)基本的語(yǔ)音放大器其性能指標(biāo)為：1、 前置放大器： 輸入信號(hào)： Uid 10 mV 輸入阻抗： Ri 100 k。2、 有源帶通濾波器：頻率范圍： 300 Hz 3 kHz

7、增益： Au = 13、 功率放大器：最大不失真輸出功率： Pomax1W 負(fù)載阻抗： RL= 8（4） 電源電壓： + 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提高部分：選作 1 個(gè)或多個(gè)功能，也可以自行設(shè)計(jì)1、提高音頻放大器音質(zhì)、輸出功率或增加功能（如遙控、音量、音調(diào)等） ；2、實(shí)現(xiàn)基于模擬射頻通信的無(wú)線語(yǔ)音放大器，具體方案自行設(shè)計(jì)；3、實(shí)現(xiàn)基于無(wú)線數(shù)字通信的無(wú)線語(yǔ)音放大器，具體方案自行設(shè)計(jì)。三、設(shè)計(jì)方案1、集成直流穩(wěn)壓電源、集成直流穩(wěn)壓電源電源系統(tǒng)為全局提供電源，全局總共有+ 5 V， + 12V， - 12V 電源

8、，所以選擇可調(diào)的雙電源系統(tǒng)。北京信息科技大學(xué)綜合電子設(shè)計(jì)（論文）7穩(wěn)定的直流電源供電，小功率穩(wěn)壓電源一般是由電源變壓器、整流、濾波和穩(wěn)壓等四部分電路組成。其基本電路框圖及經(jīng)各電路變換后，輸出的波形如圖所示。a) 電源變壓器電源變壓器的作用是將電網(wǎng) 220V 的交流電壓變換成整流濾波電路所需的低電壓。b) 整流電路整流電路一般采用具有單向?qū)щ娦缘亩O管組成，經(jīng)常采用單相半波、單相全波和單相橋式整流電路。圖所示的整流電路為應(yīng)用廣泛的橋式整流電路。電路中采用了四個(gè)二極管，組成單相橋式整流電路。整流過(guò)程中，四個(gè)二極管輪流導(dǎo)通，無(wú)論正半周或負(fù)半周，流過(guò)負(fù)載的電流方向是一致的，形成全波整流，將變壓器輸出的

9、交流電壓變成了脈動(dòng)的直流電壓。c) 濾波電路在整流電路的輸出端并聯(lián)電容即可形成濾波電路。加入電容濾波電路后，由于電容是儲(chǔ)能元件，利用其沖放電特性，使輸出波形平滑，減少脈動(dòng)成分，以達(dá)到濾波的目的。為了使濾波效果更好，可選用大容量的電容為濾波電容。因?yàn)殡娙莸姆烹姇r(shí)間常數(shù)越大，放電過(guò)程越慢，脈動(dòng)成分越少，同時(shí)使得電壓更高。d) 穩(wěn)壓電路經(jīng)過(guò)濾波后輸出的直流電壓仍然存在較大紋波，而且交流電網(wǎng)電壓容許有 10%的起伏，隨著電網(wǎng)電壓的起伏，輸出電壓也會(huì)隨之變動(dòng)。此外，經(jīng)過(guò)濾波后輸出的直流電壓也與負(fù)載的大小有關(guān)，當(dāng)負(fù)載加重時(shí)，由于輸出電流能力有限，使得輸出的直流電壓下降。因此，當(dāng)需要穩(wěn)定的直流電源時(shí)，在整流

10、、濾波電路后通常需要配有穩(wěn)壓電路。本實(shí)驗(yàn)選用 LM317 與 LM337 作為穩(wěn)壓北京信息科技大學(xué)綜合電子設(shè)計(jì)（論文）8可調(diào)電路。整流二極管 IN4007。濾波電容選取兩只 4700uF/50V 的電解電容作為濾波電容。 2、語(yǔ)音信號(hào)前級(jí)放大及有源濾波、語(yǔ)音信號(hào)前級(jí)放大及有源濾波前置放大電路也為測(cè)量用小信號(hào)放大電路。在測(cè)量用的放大電路中，一般用傳感器送來(lái)的直流或低頻信號(hào)，經(jīng)放大后多用單端方式傳輸，在典型情況下，有用信號(hào)的最大幅度可能僅有若干豪伏，而共模噪聲可能高到幾伏，故放大器輸入飄移和噪聲等因素對(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

11、阻抗，高共模抑制比，低漂移的小信號(hào)放大電路。有緣濾波電路的種類很多，如按通道的性能劃分，又分為低通（ LPF） 、高通（ HPF） 、帶通（ BPF） 、帶阻（ BEF）濾波器。在本次的設(shè)計(jì)過(guò)程中采用寬帶帶通濾波器。高通濾波器： fH=300Hz =1/(2pi*R*C)北京信息科技大學(xué)綜合電子設(shè)計(jì)（論文）9C16=C17=C=10nF，算得 R18=53K低通濾波器： fL=3KHz =1/(2pi*R*C)，算得 R15=5.3 K另外，由于語(yǔ)音通過(guò)話筒輸入信號(hào)為 10mv，放大后要求達(dá)到 100mv，放大倍數(shù)需在 10 倍以上，由電路設(shè)計(jì)要求得知，帶通濾波增益為 1，所以，其總的電壓增益

12、取決于前置放大增益，所以前置放大電路采用同相放大電路，還可以增大輸入阻抗，提高信噪比。北京信息科技大學(xué)綜合電子設(shè)計(jì)（論文）103、功率放大、功率放大功率放大的主要作用是向負(fù)荷提供功率，要求輸出功率盡可能大，轉(zhuǎn)換效率盡可能高，非線性失真盡可能小。功率放大器的形式很多,有 OCL 互補(bǔ)對(duì)稱功率放大電路， OTL 功率放大電路， BTL 橋式推挽功率放大電路和變壓器耦合功率放大電路等。本實(shí)驗(yàn)中，選擇寬電壓范圍的 TDA2822 芯片推挽式功率放大電路。根據(jù)要求，輸出功率 P=1W，電阻 R=8，由功率公式可得 U=2.8V，對(duì) TDA2822 供電 8V，理想條件下可達(dá)到設(shè)計(jì)要求，因此本實(shí)驗(yàn)采用 1

13、2V 電源對(duì) TDA2822 供電。4、系統(tǒng)設(shè)計(jì)、系統(tǒng)設(shè)計(jì)語(yǔ)音放大電路圖：（用 5mV 的電源模擬語(yǔ)音信號(hào)作為輸入）北京信息科技大學(xué)綜合電子設(shè)計(jì)（論文）11北京信息科技大學(xué)綜合電子設(shè)計(jì)（論文）12四、元器件實(shí)物及引腳順序五、仿真分析1、電源、電源北京信息科技大學(xué)綜合電子設(shè)計(jì)（論文）13分析：電源的整流和濾波達(dá)到預(yù)期的目的，LM337 負(fù)電源調(diào)節(jié)時(shí)線性度不如 LM317，因此設(shè)計(jì)中如果有富裕的器件，可更改為與 LM313 對(duì)稱的結(jié)構(gòu)。2、帶通濾波、帶通濾波北京信息科技大學(xué)綜合電子設(shè)計(jì)（論文）14分析：通頻帶能達(dá)到設(shè)計(jì)指標(biāo)，但是由于采用的一階高通低通電路，阻帶衰減不明顯，通帶仍然有衰減。六、實(shí)驗(yàn)步

14、驟1、電路焊接、電路焊接先進(jìn)行直流穩(wěn)壓電路的焊接與調(diào)試，待直流穩(wěn)壓電路調(diào)試穩(wěn)定后， 進(jìn)行語(yǔ)音放大器的焊接，焊接從左到右，前一部分以 LM324 為中心，后一部分以TDA2822 為中心。通電前認(rèn)真檢查，確定無(wú)誤后，才可調(diào)試與測(cè)試。2、直流穩(wěn)壓電源的測(cè)試、直流穩(wěn)壓電源的測(cè)試測(cè)試電源時(shí)將斷點(diǎn) E 和 F 斷開(kāi)，用黑表筆接地，紅表筆在 LM317 的 2 腳，調(diào)節(jié) R21 測(cè)量正電壓輸出范圍，將萬(wàn)用表黑表筆接地，紅表筆在 LM337 的 3腳，調(diào)節(jié) R20 測(cè)量負(fù)電壓輸出范圍。在測(cè)量完成后，將電壓調(diào)節(jié)到正負(fù) 12V 在接通 E 和 F測(cè)試結(jié)果：正電壓輸出范圍：1.25V 17.50V 負(fù)電壓輸出范圍

15、: -16.70V1.25V3、前置放大器的測(cè)試、前置放大器的測(cè)試北京信息科技大學(xué)綜合電子設(shè)計(jì)（論文）15接通電源，斷開(kāi)斷點(diǎn) A 和 B，將信號(hào)源接在 R8 斷點(diǎn)端引角，將示波器接在 LM324 的 1 腳，調(diào)節(jié)信號(hào)源觀察波形。測(cè)試 10 組數(shù)據(jù)Ui=10mV Uo=92mVUi=20mV Uo=196mVUi=30mV Uo=316mVUi=40mV Uo=440mVUi=50mV Uo=548mVUi=60mV Uo=650mVUi=70mV Uo=753mVUi=80mV Uo=864mVUi=90mV Uo=966mVUi=100mV Uo=1090mVAu = 1090/100=10

16、.910.9 倍增益， 符合預(yù)期要求4、 駐極體話筒的測(cè)試駐極體話筒的測(cè)試接通電源，斷開(kāi)斷點(diǎn) A，將示波器探頭接到駐極體正極，觀察波形。北京信息科技大學(xué)綜合電子設(shè)計(jì)（論文）16說(shuō)明駐極體話筒正常工作5、有源帶通濾波器的測(cè)試、有源帶通濾波器的測(cè)試(1) 斷開(kāi)話筒與放大器的連接(2) 點(diǎn)測(cè)法測(cè)量帶通濾波最后一級(jí)輸出電壓 實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)：頻率（Hz）1002002273004005007008009001000200030004000輸出電壓峰峰值（mv）156256277320352376392392392392364320277最大輸出電壓峰峰值：392mv，拐點(diǎn)電壓 3920.707=277mV，2

17、77mv 分別對(duì)應(yīng)227Hz 與 4000Hz。fL=227Hz ， fH=4000HzBW=4000-227=3773Hz6、功率放大器的測(cè)試、功率放大器的測(cè)試(1) 輸入端對(duì)地短路，觀察輸出端有無(wú)振蕩，如有振蕩，采取措施以消除振蕩。(2) 測(cè)量最大輸出功率北京信息科技大學(xué)綜合電子設(shè)計(jì)（論文）17輸入 f=1KHz 的正弦輸入信號(hào)，并逐漸加大輸入電壓的幅值直至輸出電壓 Uo 的波形出現(xiàn)臨界削波時(shí)，測(cè)量此時(shí) RL 兩端輸出電壓的最大值或有效值。Up-p=8.8v， RL=8， 半峰值：2.2 格*2v=4.4v，半峰電壓有效值：U=4.4v*0.707=3.11v功率有效值：Po=U2/RL=

18、 1.21w 7、整體測(cè)試、整體測(cè)試系統(tǒng)的聯(lián)調(diào)與各項(xiàng)性能指標(biāo)測(cè)試完畢之后，面對(duì)話筒說(shuō)話或者播放音樂(lè)，從揚(yáng)聲器即可傳出說(shuō)話聲或美妙音樂(lè)聲。從視聽(tīng)效果來(lái)看，應(yīng)該是音質(zhì)清楚，無(wú)雜音，音量大，電路運(yùn)行穩(wěn)定為最佳設(shè)計(jì)。北京信息科技大學(xué)綜合電子設(shè)計(jì)（論文）18七、實(shí)驗(yàn)中的問(wèn)題提出與解決方法問(wèn)題 1： 波形信號(hào)不穩(wěn)定。分析：電路中可能有虛焊短接的情況。解決：用萬(wàn)用表仔細(xì)檢查電路，逐個(gè)焊點(diǎn)進(jìn)行測(cè)試，找出虛焊點(diǎn)并將其旱牢。問(wèn)題 2：功率放大管 TDA2822 不能正常工作，接通后變燙迅速，容易燒壞。分析： 可能是電路接錯(cuò)，或是芯片問(wèn)題。解決： 首先測(cè)量靜態(tài)零輸入時(shí)推挽電路的工作電壓是否相同，再檢查電路是否焊接正

19、確，如果得不到解決，最后更換芯片。經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)：在焊接這種封裝的芯片是，一定要控制管腳溫度對(duì)芯片的影響，盡量縮短烙鐵與管腳接觸的時(shí)間。問(wèn)題 3：接好喇叭后能出聲，但轉(zhuǎn)動(dòng)滑動(dòng)變阻器過(guò)一會(huì)就不出聲了。分析：虛焊，電源有問(wèn)題或接地有問(wèn)題。解決：經(jīng)過(guò)檢查電路，發(fā)現(xiàn)滑動(dòng)變阻器管腳出現(xiàn)虛焊，再次測(cè)試時(shí)仍然還有之前的問(wèn)題沒(méi)有解決。北京信息科技大學(xué)綜合電子設(shè)計(jì)（論文）19八、實(shí)驗(yàn)體會(huì)1、這次綜合電子設(shè)計(jì)確實(shí)是一次真正意義上的綜合性課程設(shè)計(jì)。在本次課設(shè)中，我們從設(shè)計(jì)、仿真、選擇原件、焊接、調(diào)試、問(wèn)題解決等各個(gè)方面都獨(dú)立完成，傾注了大量的時(shí)間、精力和心血。在設(shè)計(jì)的過(guò)程中，我們仔細(xì)查閱老師提供的相關(guān)資料和課外資料，最終

20、確定了自己的小組方案。2、這次課程設(shè)計(jì)讓我深刻地體會(huì)設(shè)計(jì)能力的重要性。焊接過(guò)程要先設(shè)計(jì)好走線布局，以重要原件復(fù)雜布局為中心向外展開(kāi)，盡量做到不飛線，穩(wěn)定信號(hào)，應(yīng)該對(duì)電路的布局有一個(gè)整體的考慮，做到元件的布置合理，避免出現(xiàn)短路，斷路等情況，而且應(yīng)盡量使元件均勻地分布在整個(gè)電路板上，注意對(duì)稱。這次實(shí)驗(yàn)中，就因?yàn)槲覀冊(cè)O(shè)計(jì)時(shí)沒(méi)有考慮到后面的電路，只看眼前的元件布局，不顧后面，導(dǎo)致后面布線很亂，很多元件都被堵死，只能通過(guò)拆電路和飛線來(lái)解決問(wèn)題，浪費(fèi)了很多時(shí)間。 3、這次課程設(shè)計(jì)讓我深刻地體會(huì)動(dòng)手能力的重要性。焊接技術(shù)對(duì)我們來(lái)講是一個(gè)考驗(yàn)，盡管之前有過(guò)焊接電路的經(jīng)歷，但再次操作依然出現(xiàn)了各種問(wèn)題，在焊接電路的過(guò)程中，因?yàn)樵O(shè)計(jì)考慮不周全導(dǎo)致板子背面非常亂，這使得后來(lái)的排查過(guò)程也非常的繁瑣麻煩。這提醒我們以后在焊接過(guò)程要謹(jǐn)慎，避免出現(xiàn)接點(diǎn)之間的粘連和虛焊等情況。最后，要認(rèn)真檢查電路, 在確認(rèn)準(zhǔn)確無(wú)誤后接通電源進(jìn)行調(diào)試.，保證安全