课程设计：简易语音程控放大器设计

1、沈阳航空航天大学课 程 设 计(说明书)简易语音程控放大器设计班级 / 学号 课 程 设 计 任 务 书课 程 名 称 电子线路课程设计 院（系） 电子信息工程学院 专业 电子信息工程 班级 学号 姓名 课程设计题目 简易语音程控放大器设计 课程设计时间: 2012 年 12 月 31 日至 2013 年 01 月 13 日 课程设计的内容及要求：一、设计说明由麦克风传感器，设计如下一个语音放大器：麦克风输出电信号后进行放大滤波处理，使其能够滤除干扰噪声；在进行功率放大之前，通过两个按钮，能够对音量进行增大或减小设置；声音音量所在的档位用数码管进行显示。二、技术指标1. 滤波器频带：20Hz1

2、0kHz；2. 声音音量分8个档位进行控制。三、设计要求1. 设计语音放大滤波电路；2. 设计音量控制电路，并能够对音量的档位进行显示；3. 画出电路原理图（元器件标准化，电路图规范化）。四、实验要求1. 根据技术指标制定实验方案；2. 完成仿真实验，在条件允许的情况下进行实物硬件电路的实验；3. 进行实验数据处理和分析。五、推荐参考资料1. 李万臣，谢红编著. 模拟电子技术基础实验与课程设计.哈尔滨：哈尔滨工程大学出版社，2001六、按照要求撰写课程设计报告指导教师 年 月 日负责教师 年 月 日学生签字 年 月 日成绩评定表评语、建议或需要说明的问题：指导教师签字： 日期：成 绩一、概述功

3、率放大器在家电、数码产品中的应用越来越广泛，与我们日常生活有着密切关系。随着生活水平的提高，人们越来越注重视觉，音质的享受。在大多数情况下，增强系统性能，如更好的声音效果，是促使消费者购买产品的一个重要因素。低频功率放大器作为音响等电子设备的后级放大电路，它的主要作用是将前级的音频信号进行功率放大以推动负载工作，获得良好的声音效果。同时低频功率放大器又是音响等电声设备消耗电源能量的主要部分。功率放大器随着科技的进步是不断发展的，从最初的电子管功率放大器到现在的集成功率放大器，功率放大器经历了几个不同的发展阶段：电子管功放、晶体管功放、集成功放。本实用低频功率放大器设计最主要的两部分为前置放大级

4、和功率放大级。前置放大级主要任务是完成小信号电压放大任务，同时要求低噪声、低温漂。功率放大级主要任务是在允许的失真限度内,尽可能高效率地向负载提供足够大的功率，要求是输出功率要大、效率要高。通过详尽的资料查询和严密的方案论证后，我们选择通过集成运放NE5532、LM340的配套使用来使本电路系统设计实用并且达到高增益、高保真、高效率、低噪声、宽频带、快响应的指标。二、方案论证 由麦克风传感器，设计如下一个语音放大器：麦克风输出电信号后进行放大滤波处理，使其能够滤除干扰噪声；在进行功率放大之前，通过两个按钮，能够对音量进行增大或减小设置；声音音量所在的档位用数码管进行显示。具体方案：原理框图如图

5、1所示信号源前置放大带通滤波音量调节功率放大调节按钮图1 语音程控放大电路的原理框图三、电路设计1.前置放大电路一般情况下，有麦克风采集的有用信号幅度比较小，而共模噪声相对较大，故放大器的输入漂移和噪声等因素对整体电路的精度至关重要。因此，前置放大电路应该是一个高输入电阻、高共模抑制比、低漂移的小信号放大器。在本电路从用LM324运放集成电路。输出波形如图2所示图2 输出电压波形原理图如图3所示图3 前置放大原理图（1）前置放大电路理论计算如下：输出电压 电压放大倍数 （2）元件选择设计电压放大倍数为11，选取, 。平衡运放中的电阻，则取。2.有源带通滤波电路在本电路中，我们用压控电压源二阶高

6、通滤波器和压控电压源二阶低通滤波器串联组成带通滤波器。前者的截止频率为，后者的截止频率为，则通频带为。其框图如图4所示。高通滤波器低通滤波器 图4 带通滤波器框图当输入频率为100Hz时，输出波形如图5所示。图5 带通滤波器输出波形其原理图如图6所示图6 带通滤波器原理图（1）高通滤波器相关参数计算令,。则通带放大倍数截止频率品质因数（2）低通滤波器的相关参数计算令, 。则通带放大倍数截止频率 品质因数3.音量调节电路我们用74LS192同步十进制可逆计数器来实现加计数和减计数，再用两个按钮开关控制计数信号的输入；74LS192输出端连四端口显示器，因内部结构带有译码的功能，故可省去用译码器去

7、驱动显示器。74LS192输出二进制数，通过CD4066模拟开关对下级功放的输入电阻进行选择，从而达到音量控制的目的。其原理框图如图7所示 。显示器控制按钮可逆计数器模拟开关图7 音量调节电路框图其原理图如图8所示图8 音量调节原理图4.功率放大电路功率放大电路是一种以输出较大功率为目的的放大电路。它一般直接驱动负载，带负载能力强。本电路中用的NE5532是高性能低噪声双运放，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。主要任务是使负载得到不失真（或失真较小）的输出功率。其输出波形如图9所示。图9 功放输出波形其原理图如图10所示图10 NE5532构成的功放原理图本环

8、节中，在我们一步步的讨论研究中，发现NE5532常用作前置放大，一般作为末级放大。因此，我们又查了一部分资料，通过深入研究，我们选定由TDA2030的单电源接法电路作为我们的功率放大。其电路原理图如图11所示图11 TDA2030构成的功放原理图各部分元件作用：为输入耦合电容，、构成分压网络，为反馈电阻。、为保护二极管，防止输出电压峰值损坏TDA2030。四、性能的测试1.前置放大电路的测试 分别输入三种不同幅度的波，用万用表测输出电压，图表1所示。表1 前置放大电路测试数据表输入输出放大倍数14.14mV155.54mV11282.84mV3.11V111.27V13.998V11通过以上三

9、组数据的比较，前置放大电路基本稳定，且能实现放大功能。放大倍数为11，与理论计算基本吻合。2.带通滤波电路的测试当输入频率为100Hz时，输出波形如图12所示。图12 频率为100Hz时输出波形当输入频率为5Hz时，输出波形如图13所示。图13 频率为5Hz时输出波形当输入频率为15KHz时，输出波形如图14所示。图14 频率为15KHz时输出波形通过以上三个波形图的比较我们可以看出，带通滤波器很好的滤除了频率在通频带以外的波，这正符合滤波的要求。3.音量调节电路的性能测试 通过对按钮，电路可实现可加可减的功能。4.功率放大电路的性能测试输入不同幅度的正弦波，用万用表测负载两端的电压，数据如表

10、2所示。表2 功率放大电路测试数据表输入输出放大倍数14.137V138.101V9.7728.284V276.31V9.77通过以上两组数据的比较，可以看出功率放大电路实现了对输入信号的放大，且系统基本稳定。通过用示波器观察波形可以看出，输入信号没有发生失真，性能较好。5.整机电路的性能测试我们给电路输入幅度为2V，频率为100Hz的正弦波，然后在输出端用示波器观察波形，如图15所示。图15 整体电路测试波形五、结论本课程设计完成的语音放大器，由前置放大、带通滤波、音量调节、及功率放大四部分构成。实现了对麦克风输出电信号的放大，频率在20Hz10kHz之外的信号进行滤波处理，滤除干扰噪声的处

11、理，而且在进行功率放大之前，用两个按钮，对音量实现了增大或减小的设置，通过显示器对其显示。六、性价比 性价比：全称是性能价格比，是一个性能与价格之间的比例关系。它是建立在你对产品性能要求的基础上，也就是说，先满足性能要求，再谈价格是否合适。本次课程设计设计的电路，通过对其性能、参数的检测可以看出，它已经基本达标，有一定的适用范围，其性价比较好。七、课设体会及合理化建议此次课程设计令我受益匪浅，但遇到的困难也不少。在电路设计上，让我深刻体会到自身在专业知识方面的缺乏，一些专业术语还是第一次接触，这时互联网就很好的发挥了作用，搜一搜，很快就可以得到答案。由于对电路设计缺乏经验，此次设计需要大量借鉴

12、相关专业知识的书籍，并且询问同学老师，请求指导。不明白的问题，经过和老师的、同学的讨论，总会或多或少地得到解决问题的线索。同学间的讨论，老师的用心指导，是我得以顺利完成本次简易语音程控放大器的设计课题的前提。在这个过程中，我体会到了从耕耘到收获的快乐，从遇到困难到解决困难，从提出问题到解决问题，从茫然到明了，这些过程都让我收获甚多，学到了一些未曾涉及到的知识。首先，这次课程设计功率放大系统，使我在硬件电路设计方面有了许多了解。这也是我大学前半阶段所学知识的全面检验，也是一次理论与实践相结合的机会。其次，我做为初学者，在很多方面的知识都很贫乏，设计过程中必然存在着很多缺陷和问题。在此次课程设计中，我找到了自己的不足和知识的松散之处,这使得我能够在将来的学习中可以更加有目的学习，严格要求自己，提高综合能力。 参考文献1 阎石主编. 数字电子技术基础. M北京：高等教育出版社，2006年2 童诗白，华成英编.模拟电子技术基础.M北京：高等教育出版社，2006年3 李万臣，谢红编著.模拟电子技术基础实验与课程设计.哈尔滨：哈尔滨工程大