模拟电子技术课程实验报告语音放大器的设计

1、模拟电子技术课程实验报告语音放大器的设计语音放大器的设计一、 实验目的（1） 掌握分立或集成运算放大器的工作原理及其应用。（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。（4） 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。（5） 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（一） 设计任务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。带通滤波器功率放大器前置放大器输入电路(麦克

2、风)扬声器语音放大电路原理框图2）性能指标：a) 前置放大器： 输入信号：uid 10 mv 输入阻抗：ri 100 kw。b) 有源带通滤波器：频率范围：300 hz 3 khz 增益：au = 1c) 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，- 12vd) 输出功率连续可调 直流输出电压 50 mv 静态电源电流 100 ma（二） 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原件参数。2） 前置放大电路的组装与调试测量前置放

3、大电路的差模电压增益au、共模电压增益auc、共模抑制比kcmr、带宽bw、输入电压ri等各项技术指标，并与设计要求值进行比较。3） 有源带通滤波器电路的组装与调试测量有缘带通滤波器电路的差模电压增益aud、带通bw，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multisim软件对电路进行仿真分析三、 总电路框图及总原理图（一） 实验总体电路图麦克前置放大电路rc有缘滤波器功率放大电路喇叭（二） 各部分电路1） 前置放大电路前置放大

4、电路由2个同向放大电路组成，如上图所示。该电路具有输入阻抗高，电压增益容易调节，输出不包含共模信号等优点。本电路主要起放大电压幅度的作用。2） 带通滤波电路宽带通滤波器，在满足lpf的通带截止频率高于hpf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butterworth通带响应。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，因此多用于测量信号噪声比的音频带通滤波器。3） 功率放大电路功率放大电路主要起放大电流的作用。其中tda2030为集成功放器件，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。四、 设计思路依照原理框图，输入端可采用麦克风和音

5、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（300hz3000hz）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。五、 单元电路设计与参数计算（一） 前置放大电路前置放大电路采用集成运放lm324构成两级放大电路。为增强对输入信号的保持性，故两级放大电路均采用同相放大电路组态。放大电路的增益可以通过改变反相端的输入电阻与反馈电阻的笔直来调节，即。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同等重要。因此前置放大电路应该是一个高输

6、入阻抗、高共模抑制比、低漂移的小信号放大电路。输入信号：，输入阻抗：。实验中，实际设计放大倍数1000倍，可通过电位器调节。通过计算得元件参数如下：r1=110k，r2=100k，r3=1m，r4=100，r5=10k（滑变），r6=100（二） rc二阶有源带通滤波电路在滤波电路设计时采用lm324设计了具有butterworth特性的二阶有源带通滤波器。在满足lpf的通带截止频率高于hlp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。本实验设计带宽2.7khz（300

7、hz3000hz），理论上能够抑制低于300hz和高于3000hz的信号。实际与前级放大电路使用同一个lm324的其余两个运放。通过计算得元件参数如下：r7=8.2k（滑变），r8=8.2k（滑变），r9=20k，r11=3.5k（滑变），r12=3.5k（滑变），r13=20k，c1=100nf，c2=100nf，c3=10nf，c4=10nf，（三） 功率放大电路功率放大的主要作用是向负载提供所需的功率，在信号不失真的前提下，要求输出功率尽可能大，转换效率尽可能高。我们在设计时采用了tda2030作为功率放大芯片。tda2030是目前音质较好、价格较低、外围元件较少、应用较方便的一款性价比

8、较高的集成功放。它的电气性能稳定、可靠、能适用长时间连续工作，集成块内部具有过载保护和热切断保护电路，不会   损坏器件。在单电源使用时，散热片可直接固定在金属板上与地线相通，无需绝缘，使用十分方便。（1） tda2030主要参数：参数名称符号单位参数最小典型最大测试条件电源电压vccv+、- 6+- 18静态电流iccma4060vcc=+-18,rl=4欧输出功率pow1214rl=4,thd=0.5%w89rl=8,thd=0.5%频响bwhz10140kpo=12w,rl=4,输入阻抗rim0.55开环，f=1khz谐波失真thd%0.20.5po=0.1-12w,

9、rl=4（2） 电路特点：a) 外接元件非常少。b) 输出功率大，po=18w(rl=4)。c) 采用超小型封装（to-220）,可提高组装密度。 d) 开机冲击极小。e) 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。f) 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%。无疑，用它来做电脑有源音箱的功率放大部分或小型功放再合适不过了。（3） 引脚情况：1脚是正相输入端2脚是反向输入端3脚是负电源输入端

10、4脚是功率输出端5脚是正电源输入端。（4） 注意事项：a) tda2030具有负载泄放电压反冲保护电路，如果电源电压峰值电压40v的话，那么在5脚与电源之间必须插入lc滤波器，以保证5脚上的脉冲串维持在规定的幅度内。b) 热保护：限热保护有以下优点，能够容易承受输出的过载（甚至是长时间的），或者环境温度超过时均起保护作用。c) 与普通电路相比较，散热片可以有更小的安全系数。万一结温超过时，也不会对器件有所损害，如果发生这种情况，po=（当然还有ptot）和io就被减少。d) 印刷电路板设计时必须较好的考虑地线与输出的去耦，因为这些线路有大的电流通过。e) 装配时散热片与之间不需要绝缘，引线长度

11、应尽可能短，焊接温度不得超过260，12秒。f) 虽然tda2030所需的元件很少，但所选的元件必须是品质有保障的元件。（5） 元件参数的确定：a) 同轴双联电位器用作左右声道的同步调节，可选47k，这里我们用的是高质量电位器只有10k的，也符合要求。b) 高频退偶电容一般去100nf。c) 耦合电容一般选用110f25v，这里用22uf也符合要求。d) 消振移相电路由该集成块的数据手册可知，电容选用100nf。e) 关于散热片的大小：由此功放的转换效率，可得功放块的热功率为4.5w，故查tda2030数据手册，得散热片的规格应不小于40mm×30mm×15mm六、 安装与

12、调试安装电路板，由于本电路采用功放集成电路，且只有5个引脚，看准后，可直接焊在电路板上。按照布局图把元件逐一焊接在电路板上，对于电解电容等有极性的器件要用仪器判断好后再焊接。每一级元件全部焊接完成后，再仔细检查几遍，确保器件连接正确后，方可通电测试。最好是焊完一级测试一级，这样如果出现问题比较容易查出来并改正。在分级测试完成后，我们便把各级连接起来测试，但是并没有得到想要的结果。如果用信号源代替话筒，喇叭可输出放大后的声音，并且声音随信号源的频率变化而变化。但是，一接上话筒，就什么声音都没有，所以我们一致认为话筒不符合要求，于是在更换之后，得到了想要的结果。（1） 前置放大器的电压增益：测试条

13、件：输入100mv，1khz的正弦交流信号（2） 带通滤波器的通带宽度：测试条件：先输入2.0v，1khz的正弦交流信号，再调节信号频率，找到上下截止频率（3） 功率放大器最大不失真输出功率的测量测试条件：输入1khz的正弦信号（4） 功率放大器直流输出电压和静态电流的测量测试条件：输入对地短路，测量直流输出电压。将万用表调至电流档，量程为100ma，并将表笔串接在12v电源与集成功放的电源端，测量静态电流。七、性能测试及分析（1） 前置放大器：（输入信号为100mv，1khz的正弦交流信号）增益：（2） 带通滤波器：增益：（输入信号为2.0v，1khz的正弦交流信号） （输入信号为2.0v，

14、300hz的正弦交流信号） （输入信号为2.0v，3khz的正弦交流信号）通频带：bw=fh-fl=3000hz-300hz=2.7khz（3） 功率放大器最大不失真输出功率的测量1.35w1w（4） 功率放大器直流输出电压和静态电流的测量测得功率放大器静态工作电流为：6.8ma该语音放大器可将声音很好地放大并播放出来，各项指标均达到了设计要求。八、仿真报告前置放大电路tda2030功率放大电路二阶有源滤波电路（1）前置放大电路仿真滑动变阻为10k*75%=7.5k 输入信号10mv 由示波器示数可知放大倍数au=730理论值：au=a1*a2 =750； a1=10 a2=75（2）二阶有源

15、滤波电路仿真输入vp-p=1v频率1.7khzau=0.86输入vp-p=1v频率300hzau=0.7000.707输入vp-p=1v频率3khzau=0.6910.7（3）功率放大电路仿真功率放大电路放大倍数：au=10.9611九、心得体会终于到最后的一个模电实验语音放大器的设计了。有了前一个设计实验的基础，我们小组这次处理起来要有条理的多。由于语音放大器比较复杂，我们在设计出电路后，并没有着急去做。首先我们整理出了清单，在把所有元件都买回来之后，又设计了很久布线，既要电路摆放合理，一级、二级、三级分明，又要争取导线不交叉。一一摆上元件后，我们开始着手焊第一级电路。很快第一级电路就焊完了

16、，但是测试的时候，发现输出波形极不稳定，仔细检查了好几遍电路都没有发现问题，主要元件也换了好几个，拖了好几个小时。我们的实验似乎就在这阻滞了。正在我们一筹莫展的时候，另外一个同学来看我们的电路，发现我们地线没有接地就为了这么一个小问题，浪费了很多时间调试好第一级电路以后，第二级电路的完成工作相对顺利的多，很快我们就调试好了合适的带宽。接下来的第三极电路相对来说也比较简单。把一、二、三级电路都接通并连上喇叭后，输入一个50mv的交流信号，能稳定的出声了，而且声音音调随频率的变化而变化。当时我们小组的人都高兴坏了，以为成功就在眼前，只要把麦接上就能完成试验，然而没想到我们离成功还有很大的一步。接上

17、麦以后，无论我们怎么样对着麦说话，是吹是敲，喇叭都一点反应都没有。我们经过研究，认为是最后接的一个电容分了电流，于是把电容给拆了，结果这次还没输入信号喇叭就被烧坏了然后我们觉得喇叭的功率太小（原本是1w的喇叭），于是又去买了一个8w的喇叭接上，然而还是没有反应。再后来我们推测是不是放大倍数太小，就把第一、第三级的放大倍数都调大了（其实这样反而把以前分开调试时已经调好的阻值弄乱了），然后还是不行。再后来有老师认为我们的麦克灵敏度不够，建议我们加一个5v的电压试试，结果我们忘记加前置电路，直接加了一个5v的电压，把麦克也烧了直到最后重新换了一个麦克，又对整个电路进行了休整，我们的喇叭对麦克的信号才

18、有了反应，但是灵敏度还是不够。后来还是直接找老师借了一个麦克，才完成了电路。我们设计出的放大器性能很好，输出倍数足够，杂音也很小，我们的组员都觉得非常欣慰。由于我们小组是我们班第一个完成的，老师还给我们报销了50块钱，真的是意外的惊喜。经过这次试验我收获了很多经验，比如调试电路的方法及电路可能出现的问题等，更锻炼了我的动手能力。眼看着模电实验就要结束了，虽然期间做实验的时候还是满痛苦的，但是这确实是一次难忘的回忆。做完直流稳压源后，我们组就迅速开始做语音放大器这一块，虽然设计出来了电路，但其实最后的效果是什么样刚开始做的时候还是没有底。我们花了一个周末的时间将电路焊完，通过上一块板子我们有了很

19、多的经验，从更合理的方式进行电路的焊接，不仅节省了很多的时间而且板子的质量也远远高于第一块，电路的布线也明显美观了许多。最主要的是板子的问题少了很多，每焊完一级就测试一级，保证每一部分没问题以后在进行下面的工作。问题比原来少了很多，每一次测试的成功都给了我们很大的信心。在全部焊完后板子上没有发现问题，但当开始接麦克和喇叭后就开始了很长时间的纠结，放大倍数的问题，喇叭功率过低等等问题困扰了我们好几天。虽然最后都解决了，但其间耗费的时间和精力都让人觉得很可惜。经常出现的问题就是地线的接触问题，在第一级焊出来拿去测试的时候输出一直有杂波但始终不知道怎么回事刚开始还在一直检查电路是否有问题，但最后解决

20、出来才发现就是因为地线接的不够彻底，当把地线一连接好要的效果就出来的时候真是很无奈。通过每一次的不断调试不断检查我们最后顺利的把板子完成了。通过这么多次的实验和失败深刻体会到，许多事情出的问题都往往发生在细枝末节，一旦出问题就很难发现，所以在一开始就应该万分仔细，踏踏实实做好每一步，即便出问题也能马上找到问题的根源。急急忙忙则会导致问题的更加复杂，最后成为一团乱麻到时候解决起来就万分困难了。通过模电实验收获很多，所以珍惜每一次这样的机会。有了前面设计集成直流稳压电路的经验和基础，我们在进行语音放大器的设计和制作时有了更强的信心。不过，不可否认的是，语音放大器这块板子比电源那块复杂的多，除去话筒和喇叭，整个电路分为三部分，而每一部分的复杂程度都不亚于一块集成稳压电源的板子。所以，为了做到事半功倍，我们采取了焊好一级测一级的方法。在这里要特别感谢胡亦琦同学，她在焊板子这方面立下了汗马功劳。在第一次测试时，我们的前置放大电路的放大倍数是100，但实际放大效果并不明显，喇叭不出声，所以我们将其放大倍数提高到了1