语音放大电路

目录目录 1 课程设计目 的 2 2 课程设计内容和要 求 2 2 1 设计内 容 2 2 2 设计要 求 2 3 设计方案 3 3 1 设计思 路 3 3 2 工作原理及硬件框 图 3 3 3 硬件电路原理图 8 3 4 PCB 版图设 计 8 4 课程设计总结 9 5 参考文献 10 1 1 1 设计目的 设计目的 掌握电子电路的一般设计方法和设计流程 学习使用 PROTEL 软件绘制电路原理图及印刷板图 掌握应用 EWB 对所设计的电路进行仿真 通过仿真结果验证设计的正确性 2 2 设计内容和要求 包括原始数据 技术参数 条件 设计要求等 设计内容和要求 包括原始数据 技术参数 条件 设计要求等 2 12 1 设计内容 设计内容 在电子电路中 输入信号常常受各种因素的影响而含有一些不必要的成份 即干扰 或者输入信号是不同频率信号混合在一起的信号 对前者应设法将 不必要的成份衰减到足够小 而后者应设法将需要的信号提取出来 而且随着 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 300 3000HZ 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 2 22 2 设计要求 设计要求 查阅语音识别的相关资料 掌握低频小信号放大电路和功放电路的设计方 法 设计一个由集成运算放大器组成的语音放大电路 电路要求 1 前置放大器 输入信号 Uid 10k 2 有源带通滤波器 带通频率范围 300 3000Hz 2 3 功率放大器 最大不失真输出功率 Pom 5w 负载阻抗 RL 4 根据设计要求和已知条件进行下面的分析 并计算和选取单电路的元件数 分析 1 若要求输入电阻 Ri 大于 10k 取 R1 R2 51k R3 2 4k R4 20k 则前置放大器的增益 Av 为 Av 1 R4 R3 1 20 2 4 9 3 2 对于二阶有源低通滤波器有 取 R1 R2 R 8 2k f 949Hz Q 0 71 Auf 3Q 1 Q 1 58 C1 C2 1 2 pi f R 0 001uF 对于有源高通滤波器 由于与低通完全的对偶 所以 R1 R2 C1 C2 参相同 3 Cx 29 Rx 0 033UF 3 3 语音放大电路设计方案 语音放大电路设计方案 3 13 1 设计思路 设计思路 语音放大电路一般由前置放大器 带通滤波器 功率放大器等组成 该电 路图原理框图如下图 3 信号输入前置放大器 带通滤波器功率放大器 图 1 语音放大原理框图 3 23 2 工作原理及硬件框图 工作原理及硬件框图 3 2 1 前置放大器 前置放大器 前置放大器亦为小信号放大器 在典型情况下 从拾音器获得的有用信号 的最大幅值仅有几毫伏 而共模噪音可能达几伏 因此前置放大器应该是一个 高输入阻抗 高共模抑制比 低漂移的小信号放大器 可采用宽频带 低漂移 满运放 TLC4502 组成增益可调的同相宽带放大器 如图 2 4 图 2 前置放大器 前置放大器的增益 Av 为 Av 1 R4 R3 附图 TLC4502 片内通道原理图 3 2 2 有源带通滤波器有源带通滤波器 有源滤波电路是用有源器件与 RC 网络组成的滤波电路 它有很多种 在实 际应用中还需要将一定频率段的信号通过 我们要设计的语音放大电路是需要 有源带通滤波器 因此我们可以参考二阶有源低滤波器 LPF 或二阶有源高 通滤波器 HPF 电路来设计 1 二阶有源 LPF 的其本原理 它是利用集成运算放大器与 RC 低通电路一起 可以组成有源滤波器 以提 5 高带通电压放大倍数和带负载能力 而我们为了使滤波特性更接近理想情况 就采用二阶低通滤波器 塞伦 凯型低通滤波电路 来代替一阶有源低通滤波 器 该电路的优点 电路性能稳定 增益容易调节 工作原理 输入电压 Ui经过两级 RC 低通电路以后 再接到集成运算放大 的相同输入端 因此在高频段对数幅频特性以 40dB 十倍频速度下降 与一阶 低通滤波的 20dB 十倍频的下降速度提高了一倍 即斜率的绝对值大一倍 因 而与理特性更为接近殊性 将第一个电容 C 接到输出端相当于在二阶有源滤波电路中引入一个反馈 其目的是为了使输出电压在高频段迅速下降 但在接近于带通截止频率 f0的范 围内又不致下降太多 从而有利于改善滤波特性 电路的 Q 值为 Q 1 3 Aup 可见选取合适的 Q 值 能改善频率在 f0 附近的幅频特性 使之更接近理想特性 一般 提高滤波电路的阶数可以提高衰减斜率 使幅频特性逼近理想特性 当然这 样电路的费用要提高 为了抑制尖峰脉冲 在反馈回路中可以增加电容 C3 C3 的容量一般为 22PF 51PF 该虑波器每节 RC 电路衰减 6dB 倍频程 每级虑波器衰减 12dB 倍频程 2 二阶有源 HPF 高通滤波电路的信号和阻断的信号正好与低通滤波电路相反 其电路构成 也几乎具有完全的对偶性 把 LPF 中的 R1 R2 和 C1 C2 位置互换就构成二 阶 HPF 二者的参数表达式与特性也有对偶性 3 二阶有源带通滤波电路的基本原理 从高 低通滤波电路的幅频特性和带通滤波电路和幅频特性可以看出 当 低通滤波电路的通带截止频率高于高通滤波电路的通带截止频率时 将两种电 路串联 即获得带通滤波电路 它是为了允许某一段频带内的信号通过 而将 此频带以外的信号阻断 为了干扰以便接收某一频带范围内的有效信号 而消 除高频段及低频段的干扰和噪声 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 LPH 和 HPF 串接起来就可 以实现 Butteworth 通带响应 如图 3 所示 用该方法构成的带通滤波器的通带 较宽 通带截止频率易于调整 因此多用做测量信号噪声比 S N 的音频通带 6 滤波器 如电话通令系统中 采用图 3 所示滤波器 能抑制低于 300HZ 和高于 3000HZ 的信号 整个通带增益为 8dB 运算放大器为 LM741 或 LM324 有源带通滤波器的设计条件为 带通频率范围 300HZ 3000HZ 语音信号经前置放大器放大后 必须有带通滤波器滤除带外杂波 选定滤 波器带通频率范围 300 3000HZ 带通滤波器的中心频率 f 与品质因素 Q 分别 为 f 949HZ Q f BW f fH fL 0 71 显然 Q 该带通滤波器为宽带带通滤波器 宽带带通滤波器 由相同元件的有源高通滤波器 HPF 和有源低通滤波器 LPF 串联构成 鉴于 Butterworth 滤波器带内平坦的响应特性 可选用二阶 Butterworth 带通滤波器 电路图如图 图 3 二阶 Butterworth 带通滤波器 电路图中的参数可根据下式确定 Q 1 3 Auf 1 2 Rb Ra f 1 2 PI R c Auf 1 Rb Ra 7 附图 741 模拟集成电路原理图 3 2 3 功率放大电路 功率放大电路 功率放大电路主要是向负载提供功率 要求输出功率尽可能高 非线性失 真尽可能小 功率放大电路的形式很多 有双供电的 OCL 互补对称功率放大电路 单电 源的 OTL 功率放大电路和变压器偶合功率放大电路等 这些电路各有特点 下 面用常用的集成功率放大电路 TDA2003 为单片集成功率放大器件 其性能优良 功能齐全 并附加保护 消噪声电路 外接电路简单 图 是 TDA2003 组成的功率放大电路 其中补偿 元件 Rx Cx 可按下式选用 Rx 20 R2 1 Cx 1 2 pi R1 f 2 式中 f 是带宽 3dB 通常取 Rx 29 Cx 0 033uF 8 图 4 组成的功率放大电路 在使用集成功率放大器时 应注意以下几点 1 均应安装适当的散热器 2 必须在电源引脚旁加去偶电容 以放自激 调试时 并用示波器监视波形 3 为防止功率放大电路对前级的影响 功放级的电源要单独连接 接线不要交 叉并尽可能短 3 33 3 硬件电路原理图 硬件电路原理图 图图 5 电路原理图电路原理图 9 3 43 4 PCBPCB 版图设计版图设计 图图 6PCB 板图板图 4 4 课程设计总结 课程设计总结 语音传输系统在当今社会起着非常重要的信息传输媒介作用 本设计是对 不同频率的声音信号进行检测 最后要得到一个不带干扰的放大信号 该电路 可以在很多语音传输电路中得到广泛应用 另外用该方法设计电路简单 成本 低 性能稳定 该电路设计要求在 300 3000HZ 段的信号进行放大 检测 从 实验结果来看性能非常稳定 由此可见 该电路在实际应用中具有较强的生命 力 且在其它频率段也可相应设计 具有较大的研究价值 通过这次设计我学 会了使用 PRTEROL 软件 对各种仿真软件有了一定的了解和掌握 同时我发 现自己还存在很多的不足 知识还是相当的缺乏 此次设计让我对设计工作有 了全新的认识 设计者必须有广泛的基础知识 缜密的思路以及认真地工作 态度和坚定的毅力 通过设计 发现自己的不足 找到了自己努力方向 改进 方向 同时更让我认识到理论和实践必须相结合 通过理论指导实践 在实践 中理解理论 这次课程设计也让我学会了很多 这其中包括专业方面的学习和自身能力 10 方面的培养 让我感受到查找资料 询问导师 都是非常有必要的 当然最要 感谢的还是