語(yǔ)音放大電路

1、目錄1、課程設(shè)計(jì)目的2 2、課程設(shè)計(jì)內(nèi)容和要求22.1、設(shè)計(jì)內(nèi)容2 2.2、設(shè)計(jì)要求23、 設(shè)計(jì)方案33.1、設(shè)計(jì)思路33.2、工作原理及硬件框圖33.3、硬件電路原理圖83.4、PCB版圖設(shè)計(jì)84、課程設(shè)計(jì)總結(jié)95、參考文獻(xiàn)101、設(shè)計(jì)目的： 掌握電子電路的一般設(shè)計(jì)方法和設(shè)計(jì)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)用EWB對(duì)所設(shè)計(jì)的電路進(jìn)行仿真，通過(guò)仿真結(jié)果驗(yàn)證設(shè)計(jì)的正確性。2、設(shè)計(jì)內(nèi)容和要求（包括原始數(shù)據(jù)、技術(shù)參數(shù)、條件、設(shè)計(jì)要求等）：2.1、設(shè)計(jì)內(nèi)容在電子電路中，輸入信號(hào)常常受各種因素的影響而含有一些不必要的成份（即干擾），或者輸入信號(hào)是不同頻率信號(hào)混

2、合在一起的信號(hào)，對(duì)前者應(yīng)設(shè)法將不必要的成份衰減到足夠小，而后者應(yīng)設(shè)法將需要的信號(hào)提取出來(lái)。而且隨著社會(huì)的發(fā)展，在我們的日常生活中也經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)一系列的問(wèn)題：如在檢修各種機(jī)器設(shè)備的時(shí)候，我們要根據(jù)故障設(shè)備的異常聲來(lái)尋找故障，這種異常的聲響的頻譜覆蓋面往往很廣；同時(shí)另外的一種情況我們?cè)诖螂娫?huà)的時(shí)候，有時(shí)往往因聲音或干擾太大而難以聽(tīng)清對(duì)方的聲音，這時(shí)我們就需要一種既能放大語(yǔ)音信號(hào)又能降低外來(lái)噪聲的儀器。而且語(yǔ)音放大電路目前的運(yùn)用很廣泛：適用于很多的家用電器上面的運(yùn)用。例如：便攜式收音機(jī)、對(duì)講機(jī)等很多方面的運(yùn)用。為了達(dá)到這樣的一個(gè)目的，我們就要考慮到設(shè)計(jì)一個(gè)能識(shí)別3003000HZ頻率范圍內(nèi)的小信號(hào)放大

3、系統(tǒng)，我們可以用設(shè)計(jì)一個(gè)集成運(yùn)算放大器組成的語(yǔ)音放大電路。2.2、設(shè)計(jì)要求查閱語(yǔ)音識(shí)別的相關(guān)資料，掌握低頻小信號(hào)放大電路和功放電路的設(shè)計(jì)方法，設(shè)計(jì)一個(gè)由集成運(yùn)算放大器組成的語(yǔ)音放大電路。電路要求：（1） 前置放大器 輸入信號(hào)：Uid <=10mv,輸入阻抗：Ri>=10k.（2） 有源帶通濾波器 帶通頻率范圍：3003000Hz（3） 功率放大器 最大不失真輸出功率:Pom>=5w負(fù)載阻抗:RL=4.根據(jù)設(shè)計(jì)要求和已知條件進(jìn)行下面的分析，并計(jì)算和選取單電路的元件數(shù)：分析：（1）若要求輸入電阻Ri大于10k，取R1=R2=51k,R3=2.4k,R4=20k,則前置放大器的增益

4、Av為 Av=1+R4/R3=1+20/2.4=9.3（2）對(duì)于二階有源低通濾波器有：取R1=R2=R=8.2k,f。=949Hz,Q=0.71Auf=(3Q-1)/Q=1.58C1=C2=1/(2*pi*f。*R)=0.001uF對(duì)于有源高通濾波器，由于與低通完全的對(duì)偶，所以，R1,R2,C1,C2參相同。（3）Cx=29 Rx=0.033UF3、語(yǔ)音放大電路設(shè)計(jì)方案3.1、設(shè)計(jì)思路 語(yǔ)音放大電路一般由前置放大器、帶通濾波器、功率放大器等組成，該電路圖原理框圖如下圖：信號(hào)輸入前置放大器帶通濾波器功率放大器圖1 語(yǔ)音放大原理框圖3.2、工作原理及硬件框圖3.2.1、前置放大器： 前置放大器亦為

5、小信號(hào)放大器。在典型情況下，從拾音器獲得的有用信號(hào)的最大幅值僅有幾毫伏，而共模噪音可能達(dá)幾伏。因此前置放大器應(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)放大器。可采用寬頻帶、低漂移、滿(mǎn)運(yùn)放TLC4502組成增益可調(diào)的同相寬帶放大器，如圖2：圖2 前置放大器 前置放大器的增益Av為 Av=1+R4/R3附圖：TLC4502片內(nèi)通道原理圖3.2.2、有源帶通濾波器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。它有很多種，在實(shí)際應(yīng)用中還需要將一定頻率段的信號(hào)通過(guò)，我們要設(shè)計(jì)的語(yǔ)音放大電路是需要有源帶通濾波器。因此我們可以參考二階有源低濾波器（LPF）或二階有源高通濾波器（HPF）電路來(lái)設(shè)計(jì)

6、。（1）二階有源：LPF的其本原理 .它是利用集成運(yùn)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(fù)載能力，而我們?yōu)榱耸篂V波特性更接近理想情況，就采用二階低通濾波器（塞倫 凱型低通濾波電路）來(lái)代替一階有源低通濾波器。該電路的優(yōu)點(diǎn)：電路性能穩(wěn)定，增益容易調(diào)節(jié)。工作原理：輸入電壓Ui經(jīng)過(guò)兩級(jí)RC低通電路以后，再接到集成運(yùn)算放大的相同輸入端，因此在高頻段對(duì)數(shù)幅頻特性以40dB/十倍頻速度下降，與一階低通濾波的20dB/十倍頻的下降速度提高了一倍，即斜率的絕對(duì)值大一倍，因而與理特性更為接近殊性。將第一個(gè)電容C接到輸出端相當(dāng)于在二階有源濾波電路中引入一個(gè)反饋，其目的是為了使輸

7、出電壓在高頻段迅速下降，但在接近于帶通截止頻率f0的范圍內(nèi)又不致下降太多，從而有利于改善濾波特性。電路的Q值為Q=1/(3-Aup),可見(jiàn)選取合適的Q值,能改善頻率在f0附近的幅頻特性,使之更接近理想特性。(一般,提高濾波電路的階數(shù)可以提高衰減斜率,使幅頻特性逼近理想特性,當(dāng)然這樣電路的費(fèi)用要提高。)為了抑制尖峰脈沖，在反饋回路中可以增加電容C3，C3的容量一般為22PF51PF。該慮波器每節(jié)RC電路衰減6dB/倍頻程，每級(jí)慮波器衰減12dB/倍頻程。（2）二階有源HPF高通濾波電路的信號(hào)和阻斷的信號(hào)正好與低通濾波電路相反, 其電路構(gòu)成也幾乎具有完全的對(duì)偶性，把LPF中的R1、R2和C1、C2

8、位置互換就構(gòu)成二階HPF。二者的參數(shù)表達(dá)式與特性也有對(duì)偶性。（3）二階有源帶通濾波電路的基本原理從高、低通濾波電路的幅頻特性和帶通濾波電路和幅頻特性可以看出，當(dāng)?shù)屯V波電路的通帶截止頻率高于高通濾波電路的通帶截止頻率時(shí)，將兩種電路串聯(lián)，即獲得帶通濾波電路。它是為了允許某一段頻帶內(nèi)的信號(hào)通過(guò)，而將此頻帶以外的信號(hào)阻斷，為了干擾以便接收某一頻帶范圍內(nèi)的有效信號(hào)，而消除高頻段及低頻段的干擾和噪聲。在滿(mǎn)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壓控電壓源濾波器的LPH和HPF串接起來(lái)就可以實(shí)現(xiàn)Butteworth通帶響應(yīng)，如圖3所示，用該方法構(gòu)成的帶通濾波器的通帶較寬，通帶截止頻

9、率易于調(diào)整，因此多用做測(cè)量信號(hào)噪聲比（S/N）的音頻通帶濾波器，如電話(huà)通令系統(tǒng)中，采用圖3所示濾波器，能抑制低于300HZ和高于3000HZ的信號(hào)，整個(gè)通帶增益為8dB，運(yùn)算放大器為L(zhǎng)M741或LM324。有源帶通濾波器的設(shè)計(jì)條件為：帶通頻率范圍：300HZ 3000HZ 語(yǔ)音信號(hào)經(jīng)前置放大器放大后，必須有帶通濾波器濾除帶外雜波。選定濾波器帶通頻率范圍3003000HZ，帶通濾波器的中心頻率f。與品質(zhì)因素Q分別為： f=949HZ Q=f/BW=f。/(fH-fL)=0.71 顯然Q，該帶通濾波器為寬帶帶通濾波器。寬帶帶通濾波器由相同元件的有源高通濾波器（HPF）和有源低通濾波器(LPF)串聯(lián)

10、構(gòu)成。鑒于Butterworth濾波器帶內(nèi)平坦的響應(yīng)特性，可選用二階Butterworth帶通濾波器。電路圖如圖： 圖3二階Butterworth帶通濾波器電路圖中的參數(shù)可根據(jù)下式確定：Q=1/(3-Auf)=1/(2-Rb/Ra)f=1/(2×PI×R×c)Auf=1+Rb/Ra附圖 741模擬集成電路原理圖3.2.3、功率放大電路：功率放大電路主要是向負(fù)載提供功率。要求輸出功率盡可能高，非線性失真盡可能小。功率放大電路的形式很多，有雙供電的OCL互補(bǔ)對(duì)稱(chēng)功率放大電路，單電源的OTL功率放大電路和變壓器偶合功率放大電路等。這些電路各有特點(diǎn)，下面用常用的集成功率放

11、大電路。TDA2003為單片集成功率放大器件。其性能優(yōu)良，功能齊全，并附加保護(hù)、消噪聲電路，外接電路簡(jiǎn)單。圖是TDA2003組成的功率放大電路，其中補(bǔ)償元件Rx、Cx可按下式選用： Rx=20×R2 (1) Cx=1/(2×pi×R1×f。) (2) 式中：f是帶寬-3dB，通常取Rx=29,Cx=0.033uF.圖4 組成的功率放大電路 在使用集成功率放大器時(shí)，應(yīng)注意以下幾點(diǎn)：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，以放自激，調(diào)試時(shí)，并用示波器監(jiān)視波形。3 為防止功率放大電路對(duì)前級(jí)的影響，功放級(jí)的電源要單獨(dú)連接，接線不要交叉并盡可能短

12、。3.3、硬件電路原理圖圖5電路原理圖3.4、PCB版圖設(shè)計(jì)圖6PCB 板圖4、課程設(shè)計(jì)總結(jié)語(yǔ)音傳輸系統(tǒng)在當(dāng)今社會(huì)起著非常重要的信息傳輸媒介作用。本設(shè)計(jì)是對(duì)不同頻率的聲音信號(hào)進(jìn)行檢測(cè)、，最后要得到一個(gè)不帶干擾的放大信號(hào)。該電路可以在很多語(yǔ)音傳輸電路中得到廣泛應(yīng)用。另外用該方法設(shè)計(jì)電路簡(jiǎn)單，成本低，性能穩(wěn)定，該電路設(shè)計(jì)要求在300-3000HZ段的信號(hào)進(jìn)行放大、檢測(cè)，從實(shí)驗(yàn)結(jié)果來(lái)看性能非常穩(wěn)定。由此可見(jiàn)，該電路在實(shí)際應(yīng)用中具有較強(qiáng)的生命力，且在其它頻率段也可相應(yīng)設(shè)計(jì)，具有較大的研究?jī)r(jià)值。通過(guò)這次設(shè)計(jì)我學(xué)會(huì)了使用PRTEROL軟件，對(duì)各種仿真軟件有了一定的了解和掌握。同時(shí)我發(fā)現(xiàn)自己還存在很多的不足，知識(shí)還是相當(dāng)?shù)娜狈Α４舜卧O(shè)計(jì)讓我對(duì)設(shè)計(jì)工作有了全新的認(rèn)識(shí)設(shè)計(jì)者必須有廣泛的基礎(chǔ)知識(shí)，縝密的思路以及認(rèn)真地工作態(tài)度和堅(jiān)定的毅力。通過(guò)設(shè)計(jì)，發(fā)現(xiàn)自己的不足，找到了自己努力方向，改進(jìn)方向。同時(shí)更讓我認(rèn)識(shí)到理論和實(shí)踐必須相結(jié)合，通過(guò)理論指導(dǎo)實(shí)踐，在實(shí)踐中理解理論。這次課程設(shè)計(jì)也讓我學(xué)會(huì)了很多，這其中包括專(zhuān)業(yè)方面的學(xué)習(xí)和自身能力方面的培養(yǎng)。讓我感受到查找資料、詢(xún)問(wèn)導(dǎo)師，都是非常有必要的，當(dāng)然最