语音放大电路设计.doc

电 子 电 工 教 学 基 地实验报告实验课程： 模 拟 电 子 技 术 实 验 实验名称： 语 音 放 大 电 路 的 设 计 班 级： 实验人员: 指导教师： 日 期： 语音放大电路的设计一、实验目的：（1）掌握分离或者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器电路和功放电路的设计方法；（3）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；（4）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。二设计任务与要求在实际生活的很多问题中，我们都需要这样一种仪器，它既能放大语音信号，又能降低外来噪声，实现这种仪器的电路实际上是一个能识别不同频率范围的小信号放大系统。语音放大电路由“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。如图所示，并且可以采用前几个实验的设计结果，或作适当的参数调整来实现本实验的要求。性能指标各基本单元电路的设计条件分别为：1. 前置放大器： 输入信号：Uid 10 mV 输入阻抗：Ri 100 kW。2. 有源带通滤波器：频率范围：300 Hz 3 kHz 增益：Au = 13. 功率放大器：最大不失真输出功率：Pomax1W 负载阻抗：RL= 8 W（ 4 W ） 电源电压：+ 5 V，+ 12V，- 12V4. 输出功率连续可调 直流输出电压 50 mV 静态电源电流 100 mA 实验要求(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、输入电阻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Multisim软件对电路进行仿真分析三、设计思路基原理分析1、麦克风使用驻极体的麦克风，为有源麦克风，偏置电压为+5V，使用3.9K欧姆的电阻和220uF的电容，电路图如下：2、 前置放大电路 前置放大电路可采用两级负反馈放大器、差分放大电路，也可以用集成运放构成的测量用小信号放大电路等。放大器输入漂移和噪声等因素对于总的精度至关重要，放大器本身的共模抑制特性也是同等重要的问题。因此前置放大电路应该是一个高输入阻抗、高共模抑制比、低漂移的小信号放大电路。方案设计：一个同向放大器和一个差动放大器构成的测量放大电路方案把方案二的二级同向放大器换成了一个同向放大电路，电路简单，测试更方便，且有一个可调电位器，可以调节前置放大的倍数，集成运放构成的测量用小信号放大电路。参数设计: 电路差模输入电阻 Rid=2R 差模电压增益：Au=(1+Ro/R20)*R5/R3为了提高信噪比，前置放大电路增益可适当取大，令Ro=200W，R20为22k，R3=10 kW, R4=9.1k，R5=100kW,放大倍数为51至150.将R5设为滑动变阻器使放大倍数实现动态可调。3、有源滤波器原理：有源滤波电路是由有源器件与RC网络组成的滤波电路。有源带通滤波器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：Qfo/BW。可见，高Q值滤波器有窄的带宽，大的电压输出值；反之，低的Q值滤波器有较宽的带宽，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，有二阶有源低通滤波器来对高频信号进行抑制，有二阶有源高通滤波器对低频信号进行抑制，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所设计的电路。方案设计：功放电路是具有Butterworth特性的典型的二阶有源滤波器。在满足LPF的通带截止频率高于HPF的通带截止频率的条件下，把相同元件的压控电压源滤波器的LPF和HPF串联起来，可以实现Butterworth通带响应。用该方法构成的滤波器的通带较宽，通带截止频率易于调整，多用作测量信号噪声比的音频带通滤波器，电路图如下图所示，能抑制低于300Hz和高于3000Hz的信号。设计的参数按书中的方法一计算，数值如图所示。4、功率放大器功率放大的主要作用是向负载提供功率，要求输出功率尽可能大，转换功率尽可能高，非线形失真尽可能小。方案设计：五端集成功放TDA2030比较：本设计可以采用五端集成功放TDA2030，也可以用LM386的典型应用电路，但前者芯片性能不是很好，所以 实验选用五端集成功放TDA2030，其为单片集成功放器件，性能优良，功能齐全，并附加有各种保护、消噪声电路，外接元件大大减小，仅有五个引出端，易于安装。集成运放都工作在甲乙类状态，静态电流大都在10mA50mA以内，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，参数如图所示。5、喇叭使用的是8欧姆，2瓦特的喇叭。四、仿真结果分析：1、前置放大电路：仿真结果如下：分析：输入Vpp=1伏1千赫兹的正弦波，输出电压峰峰值为117.15伏,增益为117.15。符合实验要求和原理分析，且还具有很大的调节空间。2、有源滤波器仿真结果如下：分析：（1）增益：输入f=1kHz，Vpp=1V 的正弦波，输出为Vpp=989.6mV的正弦波，放大倍数为0.99，与理论分析基本相符合。（2） 通频带: 当f=3kHz 时，输出为Vp=695mV。 当f=300Hz时，输出为Vp=682mV。 基本满足实验对通频带的要求。3、功率放大器仿真结果如下：分析: 增益：输入f=1kHz，Vpp=10mv 的正弦波，输出为Vpp=192mV的正弦波，放大倍数为19.2，与理论分析基本相符合，且放大倍数可根据R2调节。总的电路图：五、测试结果1.第一级为前级放大电路。输入10毫伏1千赫兹的正旋波，输出电压峰峰值为1.172伏，放大了117.2倍。2.第二级为滤波器。增益：输入f=1kHz，Vpp=1V 的正弦波，输出为Vpp=989.6mV的正弦波，放大倍数约为1，与理论分析基本相符合。通频带:当f=3kHz 时，输出为Vpp=695mV。当f=300Hz时，输出为Vpp=682mV ，基本满足实验对通频带的要求。3.第三级为功率放大器。增益：输入f=1kHz，Vpp=10mV 的正弦波，输出为Vpp=190mV的正弦波，放大倍数为19，与理论分析基本相符合,数值与试验要求相符合。 六、元件清单：元件元件参数元件个数电阻1kOhm_210kOhm_3100kOhm_222kOhm_19.1kOhm_13.3kOhm_16.8kOhm_13.9kOhm_2电容100nF520nF110nF110uF247uF1220uF2滑线变阻器100kOhm_1NE55322LM3241TM20301喇叭1散热片1D1N40072板子 1七、遇到的问题1、我们对芯片的了解程度不够，每接一个芯片都得查好多资料。2.一些阻值的电阻无法在市场上买到，最终我们决定采用变阻器调出相应阻值，同时使用变阻器也方便了焊接后的调试，以及一些采用多个电阻的串联组成。3.焊接时不能焊太久，以免烫坏元器件；也不能停留的太短，造成虚焊。4. 在布线时，选择在正面布线。而我们没有注意的是布的线没有好