基于语音放大器的设计电子线路综合设计毕业论文.doc

电子线路综合设计实验报告课题名称 语音放大器的设计 专业班级 电子1201班 课题组长 李鹏飞 1230340126 课题组成员 蒋良元 1230340122 课题组成员 安秀秀 1230340101 指导教师 陈坚 完成时间 2015.5.30 湖南工学院勤学 务实 圆融 卓越设计项目：语音放大器的设计一、 实验目的 （1） 掌握分立或集成运算放大器的工作原理及其应用。 （2） 掌握低频小信号放大电路和功放电路的设计方法。 （3） 了解语音识别知识。 （4） 通过实验培养学生的市场素质，工艺素质，自主学习的能力，分析问题解决问题的能力以及团队精神。 （5） 通过实验总结回顾所学的模拟电子技术基础理论和基础实验，掌握低频小信号放大电路和功放电路的设计方法。二、 设计任务与要求（一） 设计任务1）已知条件： 语音放大电路由“输入电路”、“前置放大器”、“有源带通滤波器”、“功率放大器”、“扬声器”几部分构成，如图1所示。输入电路前置放大带通滤波功放扬声器图1 语音放大电路框图a）前置放大器：输入信号uid10mv；输入阻抗ri100kw。b）有源带通滤波器：频率范围：300hz3khz；增益：au=1。c）功率放大器：最大不失真输出功率：pomax1w；负载阻抗：rl=8w或者4w。（二） 要求1）选取单元电路及元件根据设计要求和已知条件，确定前置放大电路、有源带通滤波电路、功率放大电路的方案，理论计算和选取单元电路的原件参数。2）应用multisim软件对电路进行仿真分析。3）前置放大电路的组装与调试。测量前置放大电路的差模电压增益au、共模电压增益auc、共模抑制比kcmr、带宽bw、输入电压ri等各项技术指标，并与设计要求值进行比较。4）有源带通滤波器电路的组装与调试。测量有源带通滤波器电路的差模电压增益aud、通带bw，并与设计要求进行比较。 5）功率放大电路的组装与调试。测量功率放大电路的最大不失真输出功率po(max)、电源供给功率pdc、输出效率、直流输出电压、静态电源电流等技术指标。 6）整体电路的联调与试听 。以下内容学生分组各自完成。三、设计思路四、总电路框图及总原理图五、单元电路设计与参数计算六、安装与调试七、硬件性能测试及分析八、仿真分析报告 九、元件清单十、参考文献1陈桂兰.电子线路板设计与制作m.北京：人民邮电出版社,2010.1i摘要 随着社会的发展，在我们的日常生活中也经常会出现一系列的问题：如在检修各种机器设备的时候，我们要根据故障设备的异常声来寻找故障，这种异常的声响的频谱覆盖面往往很广；同时另外的一种情况我们在打电话的时候，有时往往因声音或干扰太大而难以听清对方的声音，这时我们就需要一种既能放大语音信号又能降低外来噪声的仪器。而且语音放大电路目前的运用很广泛：适用于很多的家用电器上面的运用。例如：便携式收音机、对讲机等很多方面的运用。为了达到这样的一个目的，我们就要考虑到设计一个能识别3003000hz频率范围内的小信号放大系统，我们可以用设计一个集成运算放大器组成的语音放大电路。关键字：噪声，语音放大，集成目录1 绪论11.1 课程设计思路及要求11.1.1设计思路11.1.2设计要求11.2 方案分析11.2.1 麦克风11.2.2 前置放大电路21.2.3 带通滤波21.2.4 功率放大22 电路设计32.1 前置放大电路的设计32.2 有源滤波电路的设计32.3 功率放大器的设计42.4 总体设计电路图52.5 参数计算及理论分析53 电路仿真63.1 仿真电路63.1.1前置放大电路的仿真波形63.1.2有源滤波电路的仿真波形63.1.3功率放大电路的仿真波形74 系统测试84.1 电路的测试方案84.2 测试仪器84.3 测试结果84.3.1 前置放大电路84.3.2 有源滤波电路104.3.3 功率放大电路10总结12附录13附录一 元件清单13附录二 ad原理图及pcb图14附录三 实物图15参考文献161 绪论1.1 课程设计思路及要求1.1.1设计思路 语音放大器的原理框图如图1所示。电路有三个部分构成，分别为前置放大电路、带通滤波电路和功率放大电路。麦克风有多种类型，用于将声音转换为电信号，较常用的有驻极体话筒。前置放大电路用于对话筒的输入信号进行放大。带通滤波器用于滤除语音信号频带以外的噪声，最后由功率放大电路对语音信号进行功率放大驱动喇叭输出。1.1.2设计要求(1)选取单元电路及元件根据设计要求和已知条件，确定前置放大电路、有源带通滤波电路、功率放大电路的方案，计算和选取单元电路的元件参数。(2)前置放大电路的组装与调试测量前置放大电路的差模电压增益aud、共模电压增益auc、共模抑制比kcmr、带宽bw1、输入电压ri等各项技术指标，并与设计要求值行比较。(3)有源带通滤波电路的组装与调试测量有源带通滤波电路的差模电压增益aud、带通bw1，并与设计要求进行比较。(4)功率放大电路的组装与调试测量功率放大电路的最大不失真输出功率po,max、电源供给功率pdc、输出效率、直流输出电压、静态电源电流等技术指标。(5)整体电路的联调与试听(6)应用软件对电路进行仿真分析1.2 方案分析1.2.1 麦克风话筒与电路的接法有两种：源极输出与漏极输出。方案1：源极输出类似晶体三极管的射极输出。需用三根引出线漏极d接电源正极。源极s与地之间接一电阻rs来提供源极电压。信号由源极经电容c输出。编织线接地起屏蔽作用。源极输出的输出阻抗小于2k，电路比较稳定，动态范围大。但输出信号比漏极输出小。 方案2：漏极输出类似晶体三极管的共发射极放大器。只需两根引出线。漏极d与电源正极间接一漏极电阻rd，信号由漏极d经电容c输出。源极s与编织线一起接地。漏极输出有电压增益。因而话筒灵敏度比源极输出时要高。总结：由于放大信号对灵敏度要求较高，故采用方案2可满足要求。1.2.2 前置放大电路方案1：采用分立元件构成放大电路方案2：采用集成运放构成放大电路 总结：由于分立元件电路构成较集成运放复杂，故采用方案2，便捷有效。1.2.3 带通滤波方案1：带通滤波电路方案2：高通+低通滤波电路总结：由于300 hz3.4 khz相差较大，带通滤波无法实现，故采用方案2。1.2.4 功率放大方案1：采用分立元件构成功率放大电路方案2：采用集成运放构成功率放大电路总结：由于分立元件电路构成较集成运放复杂，故采用方案2，便捷有效。2 电路设计2.1 前置放大电路的设计 为实现高阻抗输入与放大作用，在输入与放大部分第一级可采用同相放大电路以实现高输入阻抗与比较好的增益稳定性；为了实现音量持续大范围的可调（人对声音的分辨率用db度量，为对数形式非线性的），第二级采用反向放大。原理图如图2：图2 前置放大电路原理图2.2 有源滤波电路的设计原理：带通滤波器（bpf）能通过规定范围的频率，这个频率范围就是电路的带宽bw，滤波器的最大输出电压峰值出现在中心频率fo的频率点上。带通滤波器的带宽越窄，选择性越好，也就是电路的品质q越高。电路的q值可用公式求出：q=fo/bw 。可见，搞q值滤波器由窄的带宽，大的输出值；反之低的q值滤波器由较宽的带宽，势必输出电压较小。思路：要实现这么一个功能，我们可以将一个二阶有源低通滤波器（lpf）与一个二阶有源高通滤波器（hpf）串联起来，由二阶有源低通滤波器来对高频信号进行抑制，由二阶有源高通对滤波器对低频信号机行抑制，最终达到对信号进行一定频率范围的抑制作用。按照上述的电路方案，将一个二阶有源hpf与一个二阶有源lpf串联起来，就是实验所需要的实验电路。再经过仿真软件的仿真可以基本确定使所设计的电路如图3：图3 带通滤波电路图2.3 功率放大器的设计（1）设计原理：功率放大器的主要作用是向负载提供功率，要求输出功率尽可能大，效率尽可能高，非线性失真尽可能小。五端集成功放为单片集成器件，其性能优良，功能齐全，并附加有各种保护，消噪声电路，外接元件大大减少，仅有五个引出端，易于安装。集成功放都工作在甲乙类状态，静态电流大都在这个 范围内， 因此静态功耗很小，但动态功耗很大，且随输出的变化而变化。电路如图4：图4 功率放大器的电路图2.4 总体设计电路图原理图如图5：图5 总体设计电路图2.5 参数计算及理论分析 在前置放大电路中，第一级增益理论值为20log(1+r2/r1)20.1db；输入阻抗为390k+5k=395k。在带通滤波器中第二级放大电路增益理论值为 au=0r6max/r5=020,所以增益理论值为-40db。（1）测量最大输出功率 输入f=1khz的正弦输入信号，并逐渐加大输入电压幅值直至输出电压的波形出现临界削波时，测量此时rl两端输出电压的最大值或有效值，则（2） 测量电源供给的平均功率 近似认为电源供给整个电路的功率即为，所以在测试的同时，只要在供电回路串入一只直流电流表测出直流电源提供的平均电流，即可求出。此平均电流也就是静态电源电流。（3）计算效率 （4）计算电压增益 3 电路仿真3.1 仿真电路3.1.1前置放大电路的仿真波形图6 前置放大电路波形 输入峰值：794.849uv 输出峰值：1.209v增益：152.673.1.2有源滤波电路的仿真波形图7 滤波电路仿真波形 输入峰值：413.976mv 输出峰值：4.556v 增益：1.133.1.3功率放大电路的仿真波形图8 功率放大器的仿真波形 输入峰值：413.976mv 输出峰值：1.181v 增益：2.854 系统测试4.1 电路的测试方案1）输入端：正常工作时，输出至示波器，弹动麦克风，观察有无波形产生。2）前置放大：断开前后电路，正常连接运方，输入正弦波，用示波器观察一级放大波形是否正常，然后第二级，直至正常放大。3）滤波电路：断开前后电路，输入一定频率的正弦波，使用示波器观察输出，调节不同频率，观察是否满足实验要求，并记录通频带长度。4）功率输出：断开前端电路，输入一定幅值的正弦波，调整电位器，使喇叭两端电压至最大不失真，记录数据。4.2 测试仪器表4.1 测试仪器仪 器型 号万用表mastech my61示波器matrix oscilloscope mos-620b信号发生器motech fg-506a恒压源motech lps-3054.3 测试结果4.3.1 前置放大电路 输入电压波形如图9所示图9 输入电压波形 如图可知，输入电压幅值，频率f=999.7hz。 第一级放大的输出电压波形如图10所示图10 一级放大输出波形 由图可知，输出电压幅值为，频率f=1.001khz。其增益。 第二级放大电路的输出波形如图11所示图11 二级放大输出 由图可知，输出电压幅值，频率为f=998khz，其增益为。则。4.3.2 有源滤波电路 频率为300hz时的波形如图12所示，频率为1000hz的波形如图13所示图12 频率为300hz时的波形图13 频率为1000hz的波形 由图12知，其输出电压幅值为，频率为f=299.3hz，由图13知，其输出电压幅值为，频率f=3.003khz。通频带4.3.3 功率放大电路波形如图14所示图14 功率放大波形 由图知，其输出电压。则其最大不失真功率 在频率为1000hz时，其静态电源电流i为0.25a，则其效率 输入电阻。总结 通过这次课程设计，让我深刻地体会到了在电子设计过程中应该十分细心，而且应该有全局观。我在设计时因为没有考虑到后面的电路，只看眼前，不顾后面。结果搞的后面布线布得一团糟。俗话说：“磨刀不误砍材工。”这句话应该是我以后在做设计时应该牢记的。首先，应该对电路的布局有一个整体的考虑，做到元件的布置合理，避免出现短路，断路等情况，而且应尽量使元件均匀地分布在整个电路板上，注意对称。其次，在焊接过程要谨慎，避免出现接点之间的粘连和虚焊等情况。最后，要认真检查电路，在确认准确无误后接通电源进行调试。 在调试过程中，会遇到许多麻烦。我发现电位器的调节作用有问题，原来是接线接反了。还有，应该接在同一个点的线没有接在一起，但是这样还是不行，经过仔细检查后发现，问题是两排接地线没有连在一起。但是，结果还是没有想象中的那么完美。在进行实物焊接前，应该对元器件进行检查，在确认无损坏的情况下再进行焊接。语音放大器的最大缺点是噪音太大，可以多增加几级滤波电路来滤除纹波，还可以通过改进元器件的性能还减少噪音。相信通过这些改进，可以在一定程度上提高语音放大电路的性能。附录附录一 元件清单元器件数量规格电容5个104电容2个103电阻1个1k电阻2个10k电阻3个