语音放大电路的设计报告

语音放大电路的设计语音放大电路的设计 设计报告设计报告 语音放大电路的设计语音放大电路的设计 1 实验目的实验目的 1 掌握分立或集成运放的工作原理及应用 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 2 设计任务与要求设计任务与要求 1 1 已知条件 已知条件 语音放大电路由 前置放大器 有源带通滤波器 功率放大器 喇叭 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 前置放大器 将前级输出的微小的电信号在电压幅度上进行放大 带通滤波器 滤除各种噪声信号 而使正常的语音信号通过 功率放大器 放大电流 使信号能够驱动负载 喇叭 2 性能指标 性能指标 1 前置放大器 1 输入信号 Uid 10m 2 输入阻抗 Ri 100K 3 共模抑制比 KCMR 60dB 2 有源带通滤波器 带通频率范围 z 3 功率放大器 最大不失真输出功率 o max 5W 负载阻抗 L 电源电压 4 输出功率连续可调 直流输出电压 mV 输出开路时 静态电源电流 mA 输出短路时 3 要求要求 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 置放大电路的组装与调试 测量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 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 EWB 软件对电路进行仿真分析 3 原理与参考电路原理与参考电路 1 前置放大电路前置放大电路 前置放大电路可以采用前面设计的差分放大电路经改进来实现 也可以采用集成运 麦克前置放 大器 带通滤 波器 功率放 大器 喇叭 放构成测量用小信号放大电路 前者的设计方法已有详细介绍 在此不再赘述 下面介 绍测量用放大电路的设计 在测量用的放大电路中 一般传感器送来的直流或低频信号 经放大后多用单端方 式传输 典型情况下 信号的最大幅度可能仅有若干毫伏 共模噪声可能高达几伏 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 在设计前置小信号放大电路时 可参考运算放大器应用的相关 参考电路如图所示 增益 1 2 1 R R Au 我们选择了 NE5532P 芯片作为放大器 其基本参数如下 NE5532 特点 小信号带宽 10MHZ 输出驱动能力 600 10V 有效值 输入噪声电压 5nV Hz 典型值 直流 电压增益 50000 交流电压增益 2200 10KHZ 功率带宽 140KHZ 转换速率 9V s 大的电源电压范围 3V 20V 单位增益补偿 我们选择的是 8 脚的 NE5532P 2 有源滤波电路有源滤波电路 有源滤波电路是用有源器件与 RC 网络组成的滤波电路 有源滤波电路的种类有低通 LPF 高通 HPF 带通 BPF 带阻 BEF 滤波器 本实验着重讨论典型的二阶有源滤波器 由于声音频率在 300 3000Hz 之间 所以本实验需要二阶带通有源滤波器 基本原理 通带滤波器 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 f0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 0 f Q BW 可见 高 Q 值滤波器有窄的带宽 大的输出电压 反之低 Q 值滤波器有较宽的带宽 势 必输出电压较小 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队地频信号机行抑制 最终达到对信号进行一定频率范围的 抑制作用 有源滤波电路是由有源器件与 RC 网络组成的滤波电路 本实验采用具有 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 设计原理 设计原理 本电路采用的宽带带通滤波器 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 把相同元件压控电压源滤波器的 LPF 和 HPF 串联起来可以实现带 通滤波器的功能 而且带通滤波器的低频截止频率 fL 由 HPF 的截止频率决定 高频截止频 率 fH 有 LPF 的截止频率决定 性能指标 性能指标 与 LPF 有关的量 12 1 2 n f R C C 1 2 n Q C R 2 1 2 n C QR 与 HPF 有关的量 12 1 2 n f C R R 2 2 n Q R C 1 1 2 n R QC 采用如图所示滤波器 能抑制低于 300Hz 和高于 3000Hz 的信号 符合我们的要求 所 用的两个放大器仍为 8 脚的 NE5532P 3 功率放大电路功率放大电路 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 非线性失真尽可能小 我们选用如图所示的电路 其中的功放我们选择了 TDA2003 TDA2003TDA2003 主要参数主要参数 TDA2003 电流输出能力强 谐波失真和交越失真小 各引脚都有交 直流短路保护 使 用安全 负载上电压可冲至 40V 可见 TDA2003 较好的性能 因此我们选择 TDA2003 其 管脚图如下 4 4 元件清单元件清单 1 前置放大电路前置放大电路 运放 NE5532P 电容 一个 1uF 2 个 10uF 电阻 一个 1k 一个 100k 一个 2k 2 有源滤波电路有源滤波电路 运放 2 个 NE5532P 电容 2 个 68nF 2 个 6 8nF 电阻 4 个 8 2k 2 个 27k 3 功率放大电路功率放大电路 运放 NE5532P 电容 两个 100nF 一个 100uF 33uF 470uF 1mF 10uF 电阻 一个 39 一个 2 2 一个 220 一个 2 2 5 整体电路的仿真整体电路的仿真 由于电路测试时要用信号源进行测试 所以我们仿真时输入选择 125mV 1kHz 的信号源 1 前置放大电路的仿真 前置放大电路的仿真 如下图所示 输出信号 768 4 384 2 2 01 VU pp 2 有源滤波电路的仿真 有源滤波电路的仿真 如下图所示 输出信号 936 3 968 1 2 02 VU pp 3 功率放大电路的仿真 功率放大电路的仿真 如下图所示 输出信号 338 10169 5 2 03 VU pp 6 电路测试电路测试 要求测量的数据 要求测量的数据 1 前置放大器的电压放大倍数 2 带通滤波器的通频带 中心频率和通带增益 3 功率放大器的最大输出功率 以负载电阻为 8 进行测量和计算 在测量电路的数据指标时 可使用信号源作为电路的输入来测试 输入信号 50mV 1kHz 测得 Uip p 125 0mV 第一级输出 Uo1 p p 4 750V 与仿真结果基本相符 第二级输出 Uo2 p p 3 750V 与仿真结果基本相符 第三级输出 Uo3 p p 10 69V 与仿真结果基本相符 故 1 前置放大器的电压放大倍数 Au1 Uo1 p p Ui p p 38 2 带通滤波器的通频带为 378Hz 2 58kHz 第二级通带增益 Au2 Uo2 p p Uo1 p p 0 789 第二级放大倍数 Au2 Uo2 p p Uo1 p p 0 789 3 功率放大器的最大输出功率 以负载电阻为 8 进行测量和计算 Po max Uo3 max 2RL 1 79W 语音放大电路的设计语音放大电路的设计 设计报告设计报告 语音放大电路的设计语音放大电路的设计 1 实验目的实验目的 1 掌握分立或集成运放的工作原理及应用 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 2 设计任务与要求设计任务与要求 1 1 已知条件 已知条件 语音放大电路由 前置放大器 有源带通滤波器 功率放大器 喇叭 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 前置放大器 将前级输出的微小的电信号在电压幅度上进行放大 带通滤波器 滤除各种噪声信号 而使正常的语音信号通过 功率放大器 放大电流 使信号能够驱动负载 喇叭 2 性能指标 性能指标 1 前置放大器 1 输入信号 Uid 10m 2 输入阻抗 Ri 100K 3 共模抑制比 KCMR 60dB 2 有源带通滤波器 带通频率范围 z 3 功率放大器 最大不失真输出功率 o max 5W 负载阻抗 L 电源电压 4 输出功率连续可调 直流输出电压 mV 输出开路时 静态电源电流 mA 输出短路时 3 要求要求 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 置放大电路的组装与调试 测量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 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 EWB 软件对电路进行仿真分析 3 原理与参考电路原理与参考电路 1 前置放大电路前置放大电路 前置放大电路可以采用前面设计的差分放大电路经改进来实现 也可以采用集成运 麦克前置放 大器 带通滤 波器 功率放 大器 喇叭 放构成测量用小信号放大电路 前者的设计方法已有详细介绍 在此不再赘述 下面介 绍测量用放大电路的设计 在测量用的放大电路中 一般传感器送来的直流或低频信号 经放大后多用单端方 式传输 典型情况下 信号的最大幅度可能仅有若干毫伏 共模噪声可能高达几伏 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 在设计前置小信号放大电路时 可参考运算放大器应用的相关 参考电路如图所示 增益 1 2 1 R R Au 我们选择了 NE5532P 芯片作为放大器 其基本参数如下 NE5532 特点 小信号带宽 10MHZ 输出驱动能力 600 10V 有效值 输入噪声电压 5nV Hz 典型值 直流 电压增益 50000 交流电压增益 2200 10KHZ 功率带宽 140KHZ 转换速率 9V s 大的电源电压范围 3V 20V 单位增益补偿 我们选择的是 8 脚的 NE5532P 2 有源滤波电路有源滤波电路 有源滤波电路是用有源器件与 RC 网络组成的滤波电路 有源滤波电路的种类有低通 LPF 高通 HPF 带通 BPF 带阻 BEF 滤波器 本实验着重讨论典型的二阶有源滤波器 由于声音频率在 300 3000Hz 之间 所以本实验需要二阶带通有源滤波器 基本原理 通带滤波器 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 f0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 0 f Q BW 可见 高 Q 值滤波器有窄的带宽 大的输出电压 反之低 Q 值滤波器有较宽的带宽 势 必输出电压较小 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队地频信号机行抑制 最终达到对信号进行一定频率范围的 抑制作用 有源滤波电路是由有源器件与 RC 网络组成的滤波电路 本实验采用具有 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 设计原理 设计原理 本电路采用的宽带带通滤波器 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 把相同元件压控电压源滤波器的 LPF 和 HPF 串联起来可以实现带 通滤波器的功能 而且带通滤波器的低频截止频率 fL 由 HPF 的截止频率决定 高频截止频 率 fH 有 LPF 的截止频率决定 性能指标 性能指标 与 LPF 有关的量 12 1 2 n f R C C 1 2 n Q C R 2 1 2 n C QR 与 HPF 有关的量 12 1 2 n f C R R 2 2 n Q R C 1 1 2 n R QC 采用如图所示滤波器 能抑制低于 300Hz 和高于 3000Hz 的信号 符合我们的要求 所 用的两个放大器仍为 8 脚的 NE5532P 3 功率放大电路功率放大电路 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 非线性失真尽可能小 我们选用如图所示的电路 其中的功放我们选择了 TDA2003 TDA2003TDA2003 主要参数主要参数 TDA2003 电流输出能力强 谐波失真和交越失真小 各引脚都有交 直流短路保护 使 用安全 负载上电压可冲至 40V 可见 TDA2003 较好的性能 因此我们选择 TDA2003 其 管脚图如下 4 4 元件清单元件清单 1 前置放大电路前置放大电路 运放 NE5532P 电容 一个 1uF 2 个 10uF 电阻 一个 1k 一个 100k 一个 2k 2 有源滤波电路有源滤波电路 运放 2 个 NE5532P 电容 2 个 68nF 2 个 6 8nF 电阻 4 个 8 2k 2 个 27k 3 功率放大电路功率放大电路 运放 NE5532P 电容 两个 100nF 一个 100uF 33uF 470uF 1mF 10uF