语音放大器.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：语音放大器 语音放大器设计目的及要求 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的基础实验，掌握低频小信号放大电路和功放电路的设计方法。设计任务与要求（1）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”、“扬声器”几部分构成。（2）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：a）输入信号Uid10mV；b) 输入阻抗Ri100kW；2）有源带通滤波器：a) 带通频率范围为300Hz3KHz；b) 增益：Au=1；3）功率放大器：a) 最大不失真输出功率为Pomax1W；b) 负载电阻RL=8；c) 电源电压 +12V，-12V；4）输出功率连续可调：a) 直流输出电压50mV（输出开路时）；b) 静态电源直流100mA（输出短路时）。（3）设计要求： 1）选取单元电路及元件 根据设计要求和已知条件，确定前置放大器、有源带通滤波器电路、功率放大电路的方案，计算和选取单元电路的元件参数。 2）前置放大器电路的组装与调试测量前置放大电路的差模电压增益、共模电压增益、共模抑制比、带宽、输入电阻等各项技术指标，并与设计要求值进行比较。 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、带宽、并与设计要求值进行比较。 4）功率放大器的组装与调试测量功率放大器的最大不失真输出功率、电源供给功率、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）用EWB软件对电路进行仿真分析。总电路框图及总原理图语音放大电路由“前置放大电路”、“有源带通滤波器”、“功率放大器”、“扬声器”几部分构成。扬声器输入信号前置放大器有源滤波器功率放大器语音放大电路原理框图 总原理图设计思想及基本原理分析输入端采用麦克风和音频线路输入两种形式，声音通过麦克风（或音频线路）输入前置放大电路，进行一次放大后输入二阶有源带通滤波电路，对通频带（300Hz-3000Hz）以外的信号进行滤波，以消除杂音，最后将经过放大和滤波的信号输入功率放大电路，进行功率放大后将声音通过扬声器输出。1、 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。 比较：两极负反馈放大器电路比较复杂，而且对共模噪声也会放大，从而使电路噪音太大影响放大效果。具有恒流源偏置的差分放大器也适用于设计，但相对于测量放大器而言，仍显复杂，因此本设计采用集成运放构成的测量用小信号放大电路。 测量放大电路由两个同相放大器和一个差动放大器组成，具有输入阻抗高、电压增益容易调节、输出不包含共模信号等优点。电路图如下：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20k，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。2、有源滤波器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：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。电路图如下：性能指标：与LPF有关的量 ； ； ； 与HPF有关的量 ； ； 电路参数： （1）增益：Au=1（2）带通频率范围：300Hz3kHz3、功率放大器功率放大器用来放大电流，使信号能够驱动负载（喇叭）。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。在这个实验中，我们用五端集成功放TDA2003作为单片集成功放器件。它性能优良，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，易于安装。集成功放工作在甲乙类状态，静态电流在10mA50mA以内，因此静态功耗很低，但动态功耗很大，且随输出的变化而变化。P=U/R、 Ic=Pc/Uc电路如图通过计算得： C1=1.0uF C2=22uF C3=33pF C4=100nF R1=20k R2=1k R3=20k 单元电路分析，元件介绍和元件参数1、前置放大电路NE5532介绍NE5532 是高性能低噪声运放，它具有较好的噪声性能，优良的输出驱动能力及相当高的小信号与电源带宽。（1）小信号带宽：10MHz；（2）输出驱动能力：600，10V；（3）输入噪声电压：5nV/HZ（典型值）；（4）DC 电压增益：50000；（5）AC 电压增益：10KHz 时2200；（6）电源带宽：140KHz；（7）转换速率：9V/S；（8）大电源电压范围：320V管脚图如下 麦克的接入麦克有一端接到外壳，把这端接地，另一端接到第一级的输入。2、 有源滤波器LM324介绍LM324为四运放集成电路，采用14脚双列直插塑料封装。，内部有四个运算放大器，有相位补偿电路。电路功耗很小，lm324工作电压范围宽，可用正电源330V，或正负双电源15V15V工作。它的输入电压可低到地电位，而输出电压范围为OVcc。它的内部包含四组形式完全相同的运算放大器，除电源共用外，四组运放相互单独。每一组运算放大器可用如图所示的符号来表示，它有5个引出脚。由于LM324四运放电路具有电源电压范围宽，静态功耗小，可单电源使用，价格低廉等特点，因此他被非常广泛的应用在各种电路中。LM324引脚排列见图3、功率放大器TDA2030介绍TDA2030采用V型5 脚单列直插式塑料封装结构。该集成电路广泛应用于汽车立体声收录音机、中功率音响设备，具有体积小、输出功率大、失真小等特点。并具有内部保护电路。电路特点：1.外接元件非常少。2.输出功率大，Po=18W(RL=4)。3.采用超小型封装（TO-220）,可提高组装密度。4.开机冲击极小。5.内含各种保护电路，因此工作安全可靠。主要保护电路有：短路保护、热保护、地线偶然开路、电源极性反接（Vsmax=12V）以及负载泄放电压反冲等。 6.TDA2030A能在最低6V最高22V的电压下工作在19V、8阻抗时能够输出16W的有效功率，THD0.1%。管脚图如下扬声器的接入扬声器负极接地，正极接到输出端。扬声器采用8，2W。测试结果分析，测试过程中所遇故障分析可以输出放大了的音频信号，而且较清晰，放大倍数良好电路测试：有源带通滤波器的测试：静态调试：调零和消除自激振荡 动态调试：调节输入信号的频率，使输出电压达到不失真的最大值。记录此时的电压值和频率。不断改变输入信号的频率，（变大和变小），当电压的幅度为最大值的0.707倍时，分别记录此时的频率，即为上限截止频率和下限截止频率。由此可计算出通频带。测得通频带为下限截频：303Hz通频带上限截频：2.985KHz功率放大电路的调试：静态测试：将输入端对地短路，观察输出是否有振荡，得到结果：功率放大电路静态没有产生自激振荡；静态输出电压 U=48.982mV50mV；静态电源电流 I=45.327mA100mA；从而可得功率放大电路的静态符合要求。动态测试：输入信号频率为1kHz，Vpp=1V输出电压的有效值为：Uo=3.577V动态测试也满足要求所遇故障及分析在布线时，我们采用的是带面三孔单面电路板，在背面布线，由于我们没有充分考虑线路的美观，线路排版的比太美观，虽然不影响检查测试，但这给调试、改正电路留下了潜在的麻烦。解决方案：今后应该注意有效利用板上通路，合理布局，保持板面简洁。我们焊完板子初次调试时出现了波形，但后来一直出现同一个问题：第一二级电路有正确输出波形，无论怎样调节滑阻、输入信号、前级电路，第三级无输出。解决方案：我们先全面检查了第三级电路，排除了电路布局、焊接短路的问题；最后我们找到问题是第三级输入端的电容烧坏了，之所以一直没发现，因为我们一直认为电容烧坏都是“烧爆”的现象，而我们这个烧坏的电容从外观上没有任何异常，经过了解我们有知道了检测各种器件好坏的方法，此次经历让我们有独特的收获。3.接入喇叭时，应该保证喇叭有较长的导线保证它放在较远的位置不影响电路信号；解决方案：接入麦克风时，要保证麦克风的导线接触正常，必须减少与喇叭连接导线的裸露部分，较少噪声影响。设计过程的体会与创新点，建议元件清单名称标称值个数电阻2.2（2w）110k51k322k1100k13.3k13.9k2100120k2滑动变阻器100K110K1电容（F）22n110n110u21u1100u2100n230p122u