高频声音识别电路

高频声音识别电路 实验人 一 要求 要求检测 10KHz 50KHz 的声音信号 该信号交流幅值为 0 01mV 信号灯的点亮驱动为直流信号 幅值需要超过 1mV 要求使用三极管 不能使用运放 电路只需要实现微弱 交流信号的输入到直流信号的输出即可 二 实验部分 1 实验分析 首先检测信号为 0 01mV 微弱信号 需要将其进行放 大输出 其次输入为交流信号而输出为直流信号 需要 分别经过整流电路 滤波电路 稳压电路将其转化为稳 定的直流电压 实验暂不要求稳压 因此可以将电路粗 分为三级 放大电路 整流电路 滤波电路 2 第一级放大电路 这里采用差模差分放大电路 1 对差模输入信号的放大作用 当差模信号Vin1 Vin2输入 共模信号V 0 时 差放两输入端信 号大小相等 极性相反 因此差动对管电流增量的大小相等 极性相 反 导致两输出端对地的电压增量 即差模输出电压vo1 vo2 大 小相等 极性相反 此时双端输出电压vo vo1 vo2 2vo1 可见 差放能有效地放大差模输入信号 要注意的是 差放公共射极的动态电阻R Rem 对差模信号不起 负 反馈 作用 2 对共模输入信号的抑制作用 当共模信号v输入 差模信号v 0 时 差放两输入端信号大小相 等 极性相同 即Vin1 Vin2 v 因此差动对管电流增量的大小相等 极性相同 导致两输出端对地的电压增量 即差模输出电压 vo1 vo2 大小相等 极性相同 此时双端输出电压vo vo1 vo2 0 可见 差放对共模输入信号具有很强的抑制能力 此外 在电路对称的条件下 差放具有很强的抑制零点漂移及 抑制噪声与干扰的能力 3 镜像电流源 为了使差分放大电路始终保持稳定 我在下面加入了镜像电流 源 原理图 基本电流源如上图 两只晶体管 T1 T2 完全相同 1 2 Ic1 Ic2 因为两管具有相同的基极射级电压 所以 Ie1 Ie2 Ic1 Ic2 又因为当 较大时 Ib 几乎可以忽略不计 所以 Ic2 大约等于 Vcc R 所以当 Vcc 一定 R 一定时 T2 管集电极的电 流 Ic2 也一定 所以我们可以把 Ic2 看作 Ic1 的镜像 从而保证电 流的稳定 所以 此处将镜像电流源加在差模放大器的下方 保证 Q1 Q2 管的稳定工作在放大区域 保证电路正常运行 同时 为了给电流源提供能量 再在镜像电流源的下方接一个 直流电压源来提供能量 使得镜像电流源可以正常工作 从而提供 稳定电流 改进图如下 然后将镜像电流源与差模放大器连接起来 得到下图 当我们输入交流高频小信号时 其输出如下 VO2 端波形如下 幅值约为 2 4645v 2 4635v 1mv 其中含有 2 4640V 的直流量 由于最后要求得到 1mv 的直流电源 此放大电路已经达到了要求 于是可以外加整流滤波电路 来隔断交流通过直流 同时因为此输 出含有直流分量 所以需要先去除直流分量 再进行整流滤波 所 以在输出处加上电容来隔断直流 所用电路图如下 加上一个 C8 为 100nf 的电容来隔断直流 通过交流 此后就 可以外加整流滤波电路了 3 整流滤波电路 此处采用桥式整流的方法 整流过程中 四个二极管两两轮流导通 正半周时的电流由 D1 RL D3 回到了 U2 的副端 而负半周时 电流由 D2 RL D4 回 到 U2 的正端 由此可见 无论是正半周还是负半周的情况下 流过 RL 的电流的方向是一直的 所以他的电压 UL 0 9U2 而他的电流 IL 0 9 U2 RL 从而达到整流的作用 最终结果如下 整流之后则需要滤波电路 电容器是一个储存电能的仓库 在电路中 当有电压加到电容 器两端的时候 便对电容器充电 把电能储存在电容器中 当外加 电压失去 或降低 之后 电容器将把储存的电能再放出来 充电 的时候 电容器两端的电压逐渐升高 直到接近充电电压 放电的 时候 电容器两端的电压逐渐降低 直到完全消失 电容器的容量 越 大 负载电阻值越大 充电和放电所需要的时间越长 这种电 容带两端电压不能突变的特性 正好可以用来承担滤波的任务 图中是最简单的电容滤波电路 电容器与负载电阻并联 接在整流 器后面 下面以图所示半波整施情况说明电容滤波的工作过程 在 二极管导通期间 e2 向负载电阻 Rfz 提供电流的同时 向电容器 C 充电 一直充到最大值 e2 达到最大值以后逐渐下降 而电容器两 端电压不能突然变化 仍然保持较高电压 这时 D 受反向电压 不能导通 于是 Uc 便通过负载电阻 Rfz 放电 由于 C 和 Rfz 较大 放电速度很慢 在 e2 下降期间里 电容器 C 上的电压降得不多 当 e2 下一个周期来到并升高到大于 Uc 时 又再次对电容器充电 如 此重复 电容器 C 两端 即负载电阻 Rfz 两端 便保持了一个较 平稳的电压 在波形图上呈 现出比较平滑的波形 下图中分别示出 半波整流和全波整流时电容滤波前后的输出波形 显然 电容量越 大 滤波效果越好 输出波形 于是得到了最终的滤波整流电路 4 初次完整电路 将差分放大电路与滤波整流电路连接起来得到如下电路 最终波形如下 并未达到 1mv 的要求 检查原因 pispice 中的二极管并非理想二极管 会消耗一部 分能量 所以输出波形比预期要小 说明放大倍数不足 所以我选 择再加一级放大电路 共射放大电路 5 共射放大电路 其放大倍数约为 70 倍 将其加入到差模放大与整流滤波电路中间得到如下图电路 6 最终电路 1 比较各级输出波形 第一级 第二级 第三级 可以看到最后得到了约为 4mV 直流电流 进行 AD 扫描 可以看出通频带宽约为 1KHz 100KHz 达到电路要求 输入电压 要求检测 10KHz 50KHz 的声音信号 该信号交流幅值为 0 01mV 信号灯的点亮驱动为直流信号 幅值需要超过 1mV 要求 使用三极管 不能使用运放 电路只需要实现微弱交流信号的输入 到直流信号的输出 现已全部达到要求 三 实验心得 1 做电路的时候 最好分块来做 了解每一块的功能作用 以及要 求 而分级电路测试时输入要以上一级为标准来调试电路 以防多 级电路连接后产生错误 2 仿真电路与实际电路有区别 实际中元器件并不为理想情况 因 此仿真结果会有不同 3 再一次加深了对差模放大电路和共射放大电路的理解 知道 了整流滤波电路的使用方法 了解到可以用镜像电流源来让差模放 大器保持稳定 而在电路对称的条件下 差放具有很强的抑制零点 漂移及抑制噪声与干扰的能力 4 经过一个学期的学习重新复习了模电里面的很多知识 如共 射放大电路 差分放大电路 功率放大电路 镜像电流源等 学会 了利用 pispice 进行电路的设计与仿真 知道了通频带宽的意