语音放大器的的设计.doc

语音放大器的的设计 设计人员：语音放大器的的设计一.实验目的：1. 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。2. 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：（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。功率放大器带通滤波器输入电路（麦克风）前置放大器（2）性能指标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（输出开路时） 静态电源电流 100 mA（输出短路时） ( 3 ) 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三电路设计：（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。原理图如下：（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（3）功率放大器（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 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。四仿真数据：第一级电路:前置放大电路1.电路图如图1所示：图12.输入信号为8mA，频率为1KHZ，如图2所示图23.仿真结果如图3-a，图3-b所示:图3-a图3-b由图像上可以得出增益为Au=Uo/Ui=(1.133-2.643)V/(7.898+7.998)mV=-94.99.此时电位器处于50%处，改变电位器则能使增益达到100倍以上，符合实验所要求的条件。第二级电路：带通滤波器1.电路图如图4所示图42.将第一级电路输出连入第二级输入，增益如图5-a，图5-b所示：图5-a图5-b由图像上可以得出增益Au=Uo/Ui=(756.934+735.076)mV/(2.643-1.124)V=0.982,实验中要求增益约等于1,仿真结果也符合要求。3.通频带测量，如图6-a，图6-b所示： 图6-a 图6-b由仿真图像可以看出当增益为-3db左右时，截频分别为301.614Hz和2.922kHz,符合实验所要求的300Hz3kHz。第三级电路：功率放大器1.电路较如图7所示：图72.将三级电路连接起来，用毫伏表测量输出电压的有效值，如图8所示。图8由仿真结果可以得出输出功率为P=U2/R=3.1712/8=1.257W，满足实验要求的大于1W。五元件清单：电阻：1k-3 2.7k-2 3.9k-47.5k-2 9.1k-2 10k-218k-2 100k-5极性电容：10uF-3 47uF-2 220uF-3电容：10nF-6 20nF-2 100nF-2电位器：100k-2 10k-2二极管：1N4007GP-3芯片NE5532P-1LM324AJ-1LM1875T-1六调试过程中的故障及解决：这个过程非常重要，我们在模电箱上模拟了实验效果，其中遇到了许多问题。最大的问题是理论与实际的差距。比如说在模电箱上仿真时所需阻值等与设计差距较大：在一些由比值确定的电阻值理论上选择是任意的，实际中大小影响很大，如反馈增益中的Ra/Rb对于这些问题我们通过反复的与实际对照，逐步更换参数（主要是电阻值）来进行调节其次是理论设计中没有考虑到的因素的影响，诸如：随机噪声的影响，特别是在输入端小信号条件下；级间耦合电容以及一些旁路电容经常产生振荡，使波形模糊；由于运放两端输入电阻不对称，会在输出时产生直流分量这些问题都具有一定的复杂性，基本上没有彻底解决的办法，我们采取了补偿的办法，如尽量减少不明电容的应用，运放的直流分量由于影响不大，因此我们采用了用高通滤波器前端电容过滤的办法。七测试结果：八心得体会： （1）电路的设计完成之后，由于电路一共分三个部分，所以要对每一个部分分别焊接，焊出一部分就要检查错误，这样既方便检查，同时又能避免最后结果出问题。（2）设计好电路图之后要先用软件进行仿真，对电路作必要的修改。同时再放真的过程中要适当的调换部分没有把握的元件，这样在出了问题是可以有备用方案。（3）由于仿真结果与实际结果可能会有偏差，所以。仿真之后也不可以着急开始焊接工作，要先用模电箱进行模拟并调试，在实际情况下对电路进行改进。直到试验箱显示结果正确才可开始焊接，确保准确率。（4）购买元件前要列好清单，特别是要注意某些特殊元件，比如极性电容的选择，注意好耐压值等指标。买的时候要脸皮厚点跟店主砍价，可以经常去中发等电子城了解行情。常用的电阻、电容等由于起卖数量较大，可以多组集体购买避免浪费。（5）在焊接前，要对板子有个整体的把握。要多注意布线的思考，及焊接的一次成功率，避免短路、虚焊等，以避免不必要的麻烦。（6）焊接过程中，要始终按照统一的思路焊接。要尽量让一个人焊接至少一级电路，不要中间换人，这样可以很大程度上地避免焊接时的失误。也可以用废的电阻脚来代替短导线，这样使得布线十分清晰，电路板整体看起来也比较美观。（7）电路实验的设计与我们平时在模电课上学习的电路还是有所出入，不是仿真出来的电路到最后都能够出效果的。而且在电路设计中尽量以简单简便为原则，这样才能更好的出效果。（8）在一块电路的焊接完成之后，调试工作尤为重要，不管焊接人员多么认真，肯定不会避免出错的。所以，花在差错上的时间会更长。（10）