電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)與工程實(shí)踐-語音放大器

1、語音放大器摘要：所做設(shè)計(jì)為語音放大器。通常語音信號(hào)非常微弱，需要經(jīng)過放大、濾波、功率放大后帶動(dòng)揚(yáng)聲器發(fā)聲。電路由LM324組成的前置放大電路，OP27EP組成的帶通濾波電路電路和TDA2030組成的功率放大電路三部分構(gòu)成。本身具有電源電壓范圍寬，靜態(tài)功耗小，可單電源使用，價(jià)格低廉等優(yōu)點(diǎn)。而TDA2030一款輸出功率大，靜態(tài)電流小，負(fù)載能力強(qiáng)，電路簡潔，制作方便，性能可靠的高保真功放，并具有內(nèi)部保護(hù)電路。電路功能是將音頻信號(hào)進(jìn)行放大，便于攜帶，適用性強(qiáng)。關(guān)鍵字：語音放大 LM324 OP27EP TDA2030 1、 總體設(shè)計(jì)A） 前置放大電路 前置放大電路采用集成運(yùn)放LM324構(gòu)成兩級放大電路

2、。為增強(qiáng)對輸入信號(hào)的保持性，故兩級放大電路均采用同相放大電路組態(tài)。放大電路的增益可以通過改變反相端的輸入電阻與反饋電阻的筆直來調(diào)節(jié)，即。放大器輸入漂移和噪聲等因素對于總的精度至關(guān)重要，放大器本身的共模抑制特性也同等重要。因此前置放大電路應(yīng)該是一個(gè)高輸入阻抗、高共模抑制比、低漂移的小信號(hào)放大電路。B）帶通濾波器有源帶通濾波器是用有源器件與RC網(wǎng)絡(luò)組成的濾波電路。有源濾波電路的種類有低通、高通、帶通和帶阻濾波器，濾除噪音信號(hào)，使正常的語音信號(hào)通過。濾波要求是300Hz3000Hz且頻率衰減至少60db/十倍頻的帶通濾波器 所以濾波器設(shè)計(jì)至少三階的高通和低通串聯(lián)形成帶通濾波器 根據(jù)設(shè)計(jì)要求參數(shù) 用F

3、ilter Lab軟件 設(shè)計(jì)出四階的高通和四階的低通濾波器。兩部分電路串聯(lián)形成所需要的帶通濾波器。C）功率放大電路功率放大的主要作用是向負(fù)載提供所需的功率，在信號(hào)不失真的前提下，要求輸出功率盡可能大，轉(zhuǎn)換效率盡可能高。我們在設(shè)計(jì)時(shí)采用了TDA2030作為功率放大芯片。TDA2030是目前音質(zhì)較好、價(jià)格較低、外圍元件較少、應(yīng)用較方便的一款性價(jià)比較高的集成功放。它的電氣性能穩(wěn)定、可靠、能適用長時(shí)間連續(xù)工作，集成塊內(nèi)部具有過載保護(hù)和熱切斷保護(hù)電路，不會(huì)損壞器件。在單電源使用時(shí)，散熱片可直接固定在金屬板上與地線相通，無需絕緣，使用十分方便。2、電路設(shè)計(jì)（1）前置放大電路模塊電路設(shè)計(jì)前置放大電路以集成芯

4、片LM324為核心，由2個(gè)同向放大電路組成，如圖所示。該電路具有輸入阻抗高，電壓增益容易調(diào)節(jié)，輸出不包含共模信號(hào)等優(yōu)點(diǎn)。本電路主要起放大電壓幅度的作用。由于在第二級使用電位器作為反饋電阻，因此整個(gè)前置放大電路的增益可調(diào)。圖1 前置放大電路原理圖 附1 前置放大電路仿真（2） 帶通濾波電路模塊電路設(shè)計(jì)濾波要求是300Hz3000Hz且頻率衰減至少60db/十倍頻的帶通濾波器，所以濾波器設(shè)計(jì)至少三階的高通和低通串聯(lián)形成帶通濾波器。根據(jù)設(shè)計(jì)要求參數(shù)用Filter Lab軟件設(shè)計(jì)出如圖以O(shè)P27EP為核心的四階的高通和四階的低通濾波器，兩部分電路串聯(lián)形成所需要的帶通濾波器。圖2 帶通濾波電路原理圖附2

5、 濾波電路仿真（3）功率放大電路模塊電路設(shè)計(jì)功率放大電路主要起放大電流的作用。其中TDA2030為集成功放器件，具有體積小、輸出功率大、失真小等特點(diǎn)。并具有內(nèi)部保護(hù)電路。電路圖如圖所示。圖3 功率放大器電路原理圖附3 功率放大電路仿真結(jié)果3、測試及結(jié)果（1） 測試方案及平臺(tái)整體電路焊接完成之后，分別從每一級的輸入端用信號(hào)發(fā)生器輸入適當(dāng)幅度與頻率的正弦信號(hào)，然后從該級的輸出端用示波器觀察波形，一方面看輸出是否有失真，一方面對增益與截頻進(jìn)行調(diào)節(jié)。分級調(diào)試完成并確定每一級都運(yùn)行正常之后，將三級連接起來，在前級用信號(hào)發(fā)生器接入50mVpp，3KHZ左右的正弦信號(hào)，功放輸出端接示波器進(jìn)行統(tǒng)調(diào)，這時(shí)觀察波

6、形是否正確，改變頻率看截頻是否合適。統(tǒng)調(diào)完成后，就可以將揚(yáng)聲器接入輸出端，輸入端同樣適用信號(hào)發(fā)生器，這時(shí)揚(yáng)聲器輸出聲音的音調(diào)應(yīng)當(dāng)隨著信號(hào)發(fā)生器輸入信號(hào)的頻率而改變，如果將mp3的音樂接入輸入端，揚(yáng)聲器應(yīng)當(dāng)就可以播放出沒有失真，沒有雜音的音樂。若上一步?jīng)]有問題，那么可以基本確定音頻放大電路沒有問題，這時(shí)可以調(diào)節(jié)麥克風(fēng)電路。給麥克風(fēng)供5V左右的電壓，其輸出端接示波器，調(diào)節(jié)電位器以調(diào)節(jié)麥克風(fēng)的工作點(diǎn)，如果工作點(diǎn)合適，對麥克風(fēng)說話可以看到示波器有相應(yīng)的波形，且波形應(yīng)當(dāng)清晰易辨，幅度大約在幾十到幾百毫伏。麥克風(fēng)電路調(diào)節(jié)好后，將其接入放大電路輸入端，如果不出意外就能聽到清晰的語音信號(hào)了。否則，則將揚(yáng)聲器換

7、成示波器，觀察波形，檢查電路繼續(xù)調(diào)試。（2） 電路測試及結(jié)果對前置放大電路進(jìn)行測試，加+12v，-12v電壓，輸入50mVpp，3KHZ正弦電壓，輸出波形峰峰值為800mV左右，可計(jì)算出前置放大電路電壓放大倍數(shù)為16倍。對功率放大電路進(jìn)行測試，測得可將電壓放大6倍。4、 心得及體會(huì)制作過程中通過查閱相關(guān)資料，使我們認(rèn)識(shí)了一些常用的集成運(yùn)放芯片，功率放大芯片等，熟悉了它們的使用與參數(shù)；對運(yùn)放及運(yùn)放電路的了解也更加深入，從之前的理論學(xué)習(xí)過渡到實(shí)際應(yīng)用中來；掌握了電路調(diào)試的方法與技巧，對各種儀器的使用更加熟練。在實(shí)驗(yàn)過程中可能會(huì)引起波形的失真，其中原因有：削波失真原因是輸入信號(hào)沒有隔直，造成的信號(hào)中

8、點(diǎn)不對稱，放大后單邊削波；還有可能是放大器放大不對稱，也是單邊削波;若兩頭都削波，則放大器增益太大；還有可能是阻抗不匹配造成的。要避免上述問題的產(chǎn)生就應(yīng)找其相對應(yīng)的辦法解決。語音放大器實(shí)驗(yàn)電路繁多復(fù)雜，實(shí)驗(yàn)綜合考察了實(shí)驗(yàn)課上所學(xué)到的各種電子電路的連線、調(diào)試和設(shè)計(jì)，每一個(gè)環(huán)節(jié)都需要認(rèn)真仔細(xì)地完成。在進(jìn)行實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)中，我也遇到了很多的困難。首先，在實(shí)驗(yàn)電路的設(shè)計(jì)上，我們花費(fèi)了大量的時(shí)間搜集資料，仿真和修改，這一過程使我對所學(xué)的電路知識(shí)進(jìn)一步加強(qiáng)和鞏固，通過咨詢老師和同學(xué)之間的相互交流，使我對很多知識(shí)點(diǎn)又重新掌握和學(xué)會(huì)運(yùn)用，學(xué)會(huì)處理連接電路的問題，以及在進(jìn)行仿真時(shí)如何調(diào)試可使得波形正確清晰易觀察，這次制作給我上了最有意義的一課.注意：1、濾波器電路用Filter Lab軟件進(jìn)行設(shè)計(jì)，然后用Multisim進(jìn)行仿真