語音放大電路設(shè)計(jì)報(bào)告

1、附件 1：學(xué)號(hào)：0121112370724課程設(shè)計(jì)題目語音放大電路的設(shè)計(jì)學(xué)院專業(yè)通信工程班級(jí)通信 GJ1101姓名董沛指導(dǎo)教師許建霞2013年1月6日1語音放大電路的設(shè)計(jì)緒論1.1 課題背景及目的在日常生活和工作中，經(jīng)常會(huì)遇到這樣一些問題：如在檢修各種機(jī)器設(shè)備時(shí)，常常需要能依據(jù)故障設(shè)備的異常聲響來尋找故障， 這種異常聲響的頻譜覆蓋面往往很廣，需要高亮度的聲音以傳達(dá)消息，例如校園廣播，大型會(huì)議等，而僅僅憑人們自己的喉嚨是無法實(shí)現(xiàn)的， 因而要用到信號(hào)放大器。 聲音信號(hào)頻率低， 在放大的過程中極易受到外界的干擾，又如 ：在打電話時(shí)，有時(shí)往往因聲音太大或干擾太大而難以聽清對(duì)方講的話， 于是需要一種既能

2、放大語音信號(hào)又能降低外來噪聲的儀器 諸如以上原因，具有類似功能的實(shí)用電路實(shí)際上就是一個(gè)能識(shí)別不同頻率范圍的小信號(hào)放大系統(tǒng)。 所以本課題要求采用集成運(yùn)算放大器完成語音放大電路。有利于培養(yǎng)我的技開發(fā)能力和創(chuàng)新精神，并有一定的實(shí)用意義。實(shí)驗(yàn)?zāi)康耐ㄟ^實(shí)驗(yàn)培養(yǎng)市場(chǎng)素質(zhì)， 工藝素質(zhì)， 自主學(xué)習(xí)能力， 分析問題解決問題的能力及團(tuán)隊(duì)精神；通過實(shí)驗(yàn)總結(jié)回顧所學(xué)的模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)理論和基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)，掌握低頻小信號(hào)放大電路和功放電路的設(shè)計(jì)方法。設(shè)計(jì)原理3.1已知條件輸 入前 置 放有 源 濾功 率 放揚(yáng) 聲信 號(hào)大 器波 器大 器器語音放大器是一個(gè)典型的多級(jí)放大器，其框圖如上圖所示，前置級(jí)主要完成對(duì)小信號(hào)的放大，一般要

3、求輸入阻抗高，輸出阻抗低，頻帶要求要寬，噪聲要小。有源濾波器主要實(shí)現(xiàn)對(duì)輸入信號(hào)高低音的調(diào)整。功率放大級(jí)主要決定了輸出2功率的大小， 非線性失真系數(shù)等指標(biāo) , 要求效率高， 失真盡可能小， 輸出功率高。因?yàn)?Po max =5w,所以此時(shí)的輸出電壓 VoPo max RL =4.5V，要使輸入為 10mV的信號(hào)放大為 4.5V 的輸出，所需要的總放大倍數(shù)為AvV 0450Vi3.2 性能指標(biāo)1）前置放大器輸入信號(hào) Uid 10m;輸入阻抗 Ri=100K；共模抑制比 KCMR60dB。2）有源帶通濾波器帶通頻率范圍z。3）功率放大器最大不失真輸出功率 omax5W;負(fù)載阻抗 L；電源電壓，4）輸

4、出功率連續(xù)可調(diào)直流輸出電壓 mV(輸出開路時(shí) ) ；靜態(tài)電源電流 mA(輸出短路時(shí) ) 。3.3要求選取單元電路及元件根據(jù)設(shè)計(jì)要求和已知條件， 確定前置放大電路、 有源帶通濾波電路、 功率放大電路的方案，計(jì)算和選取單元電路的元件參數(shù)。置放大電路的組裝與調(diào)試測(cè)量置放大電路的差模電壓增益AUd、共模電壓增益 AUc、共模抑制比 KCMR、帶寬 BW?1、輸入電壓 Ri? 等各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)，并與設(shè)計(jì)要求值行比較。源帶通濾波電路的組裝與調(diào)試測(cè)3量有源帶通濾波電路的差模電壓增益AUd、帶通 BW1，并與設(shè)計(jì)要求進(jìn)行比較。功率放大電路的組裝與調(diào)試測(cè)量功率放大電路的最大不失真輸出功率Po,max、電源供給功率

5、 P?DC、輸出效率、直流輸出電壓、靜態(tài)電源電流等技術(shù)指標(biāo)。整體電路的聯(lián)調(diào)與試聽?wèi)?yīng)用 Multisim 軟件對(duì)電路進(jìn)行仿真分析3.4 原理與參考電路3.4.1 前置放大電路由于信號(hào)源提供的信號(hào)非常微弱，故一般在音調(diào)放大級(jí)前加一級(jí)前置放大級(jí)在測(cè)量用的放大電路中，一般傳感器送來的直流或低頻信號(hào)，經(jīng)放大后多用單端方式傳輸。 典型情況下， 信號(hào)的最大幅度可能僅有若干毫伏， 共模噪聲可能高達(dá)幾伏。放大器輸入漂移和噪聲等因素對(duì)于總的精度至關(guān)重要， 放大器本身的共模抑制特性也是同等重要的問題。 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。 在設(shè)計(jì)前置小信號(hào)放大電路時(shí)，可參考運(yùn)

6、算放大器應(yīng)用的相關(guān)設(shè)計(jì) ；VCC15VXSC1C14U1AAB3C34U1BXFG115C51uF271uFR1611LM324ADR41uF100kohm20kohm11LM324ADR2R5100kohm100kohmC4C230pF30pFR6VDDR35kohm-15V10kohmR750%10kOhmKey = aGT4不同方案比較：缺陷與不足：由于電路過于簡(jiǎn)單，不能對(duì)電路的整體增益進(jìn)行合理的調(diào)節(jié)，而且反饋電路中沒有電容， 不能控制由于電路溫度升高而引起的溫度飄逸，誤差較大；而且在電路中無串聯(lián)電容使得電壓穩(wěn)定性不好，而且進(jìn)入濾波電路的直流分量過大，引起噪聲過大3.4.2有源濾波電路有

7、源濾波電路是用有源器件與RC網(wǎng)絡(luò)組成的濾波電路。有源濾波電路的種類有低通（LPF）、高通（ HPF）、帶通（ BPF）、帶阻（ BEF）濾波器，本實(shí)驗(yàn)著重討論典型的二階有源濾波器。R2VCC -15V1kohmR7R8VCC -15VR1160kohm1kohm160kohm11U1BXSC111U1A6GC2C127T15ABR5R634LM324AD10kOhm50% 10kOhm 50%0.1uF0.1uF4LM324ADC3XFG1Key = aC4Key = a0.01uFR40.01uFVDDVDD5.1kohm15VR315V5.1kohm不同方案比較：5缺陷不足：電路基本符合要

8、求，但是反饋電路中沒有電容，不能控制溫度漂移， R5與 R6應(yīng)該換成滑動(dòng)變阻器，便于調(diào)節(jié)電路中的電流3.4.3功率放大電路功率放大的主要作用是向負(fù)載提供功率，要求輸出功率盡可能大，轉(zhuǎn)換功率盡可能高。非線性失真盡可能小。VCC12VXSC1C15U1G1T4AB1uF2XFG13TDA2030R1R220kohm1kohmR4R5R310ohm8ohmC220kOhm 50%20uFKey = aC330pFC40.1uFVDD-12V不同方案比較：6比較：該電路基本符合要求，但是 Multisim10 中沒有 TD2003這個(gè)元件，不便于進(jìn)行仿真， 故我們利用 TDA2030重新設(shè)計(jì)了一個(gè)電路

9、， 經(jīng)測(cè)試，基本符合要求3.5單元電路中的線路連接為了避免各級(jí)運(yùn)算器之間的相互干擾，且過濾掉放大過程中的紋波， 各級(jí)之間用 100f 的電容進(jìn)行連接。核心原件參數(shù)特點(diǎn)4.1 LM324運(yùn)放集成電路LM324 采用 14 腳雙列直插塑料封裝。 它內(nèi)部包含四組形式完全相同的運(yùn)算放大器如圖 5.8（a）所示，除電源共用外，四組運(yùn)放相互獨(dú)立。每一組運(yùn)算放大器可用圖 5.8（b）所示的符號(hào)來表示，它有 5 個(gè)引出腳，其中 “Ui+ ”、“Ui- ”為兩個(gè)信號(hào)輸入端， “U+”、“U- ”為正、負(fù)電源端， “Uo”為輸出端。 兩個(gè)信號(hào)輸入端中， Ui- 為反相輸入端，表示運(yùn)放輸出端 Uo 的信號(hào)與該輸入端

10、的相位相反 ；Ui+ 為同相輸入端，表示運(yùn)放輸出端 Uo 的信號(hào)與該輸入端的相位相同。由于電源管腳是眾所周知的，因此，為了簡(jiǎn)化，通常可以把電源端省略不畫，把五腳符號(hào)畫成只有兩個(gè)輸入端、一個(gè)輸出端的三端符號(hào)。7141312111098U +U -+U i -LM324Uo+U i +U +1234567U-(a)(b)圖 5.8 集成運(yùn)放符號(hào)及LM324 管腳由于 LM324 四運(yùn)放電路具有電源電壓范圍寬，靜態(tài)功耗小，可采用單、雙電源方式使用，價(jià)格低廉等優(yōu)點(diǎn)，因此被廣泛應(yīng)用在各種電路中。注：集成運(yùn)算放大器LM324 的管腳圖及基本參數(shù)見附錄B4.2 TDA2003 集成功率放大器我們?cè)诒敬卧O(shè)計(jì)中

11、依然采用常用的TDA2003 集成功率放大器，TDA2003是 TDA2002 的改進(jìn)型，其輸出功率更大，電路特點(diǎn)及內(nèi)設(shè)的各保護(hù)電路與TDA2002 相同。它適用于收音機(jī)及其它設(shè)備中作音頻放大。8參數(shù)名稱符號(hào)參數(shù)值單位備注峰值電源電壓Vcc40V直流電源電壓Vcc28V工作電源電壓Vcc18V50ms輸出峰值電流（重復(fù)）Io3.5A輸出峰值電流（非重復(fù)）Io4.5A功率Po20W工作環(huán)境溫度Topz3075?CTa=9?C貯存溫度 . 結(jié)晶Tstg，T40150?C引腳功能定義： TDA2003 為 5 腳單引直插式，其引腳功能如下：1 同向輸入2 反向輸入3 地4 輸出5 輸入 Vcc集成功

12、率放大器TDA2003 的引腳圖95 Multisim10.0仿真結(jié)果5.1 前置放大電路VCC15VC14U1A34C3U1BXFG115C51uF271uFR1611LM324ADR41uF100kohm20kohm11LM324ADR2R5100kohm100kohmC4C230pF30pFVDDR6R3-15V5kohm10kohmR750%10kOhmKey = aXSC1GTAB105.2 有源濾波電路11R21kohmVCC-15VR7R8VCC-15VR1160kohm1kohm160kohm11U1BU1A116C2C12715R63R54LM324AD0.1uF0.1uF4

13、10kOhm50% 10kOhm 50%LM324ADKey = aC3XFG1Key = aC40.01uFR40.01uFVDD5.1kohm VDDR315V15V5.1kohmXSC1GTAB125.3 功率放大電路VCC12VXSC1C115U1GTA4B1uF2XFG13TDA2030R1R220kohm1kohmR4R5R310ohm8ohmC220kOhm50%20uFKey = aC330pFC40.1uFVDD-12V13調(diào)試電路及調(diào)試測(cè)量6.1 前置放大電路的調(diào)試：靜態(tài)調(diào)試：調(diào)零和消除自激振蕩。動(dòng)態(tài)調(diào)試：在兩輸入端加差模輸入電壓Uid ，測(cè)量輸出電壓Uod1，觀測(cè)于記錄輸

14、出電壓與輸入電壓的波形，算出差模電壓增益Aud1。在兩輸入端加共模輸入電壓Uic ，測(cè)量輸出電壓Uoc1，算出共模電壓增益 Auc1。6.2 有源帶通濾波器的調(diào)試：靜態(tài)調(diào)試：調(diào)零和消除自激振蕩動(dòng)態(tài)調(diào)試：調(diào)節(jié)輸入信號(hào)的頻率，使輸出電壓達(dá)到不失真的最大值。記錄此時(shí)的電壓值和頻率。 不斷改變輸入信號(hào)的頻率， （變大和變?。?，當(dāng)電壓的幅14度為最大值的 0.707 倍時(shí)，分別記錄此時(shí)的頻率， 即為上限截止頻率和下限截止頻率。由此計(jì)算通頻帶。6.3 功率放大電路的調(diào)試：靜態(tài)調(diào)試：將輸入端對(duì)地短路，觀察輸出有無振蕩，如果有振蕩，采取消振措施以消除振蕩。測(cè)量最大輸出功率Pomax：在輸出信號(hào)不失真的條件下，

15、對(duì)功率參數(shù)進(jìn)行測(cè)試。輸入 f=1kHz 的正弦輸入信號(hào)，并逐漸加大輸入電壓的幅值直至輸出電壓Uo的波形出現(xiàn)臨界削波時(shí)， 測(cè)量此時(shí) Rl 兩端的輸出電壓的最大值Uomax或有效值 Uo，22則 Pomax=Uomax/（ 2*RL）=Uo /RL。6.4 系統(tǒng)聯(lián)調(diào)：經(jīng)過以上對(duì)各級(jí)電路的局部調(diào)試后，可擴(kuò)大到整個(gè)系統(tǒng)的聯(lián)調(diào)。令輸入信號(hào) Ui=0，（前置級(jí)對(duì)輸入短路），測(cè)量輸出的直流輸出電壓。輸入 f=1kHz 的正弦信號(hào)，改變 Ui 的幅值，用示波器觀察輸出電壓 Uo波形變化的情況，記錄輸出電壓 Uo最大不失真幅度所對(duì)應(yīng)的輸入電壓 Ui 的變化范圍。 輸入 Ui 為一定值的正弦信號(hào) （在 Uo 不失

16、真范圍內(nèi)取值），改變輸入信號(hào)的頻率，觀察 Uo的幅值變化情況， 記錄 Uo下降到 0.707Uo 之內(nèi)的頻率變化范圍。 計(jì)算總的電壓增益Au3=Uo/Ui3 。6.5 電路測(cè)量：分別測(cè)量所要求的數(shù)據(jù)：1）前置放大器的電壓放大倍數(shù) Au=1002）測(cè)量帶通濾波器的通頻帶 BW=300Hz-3000Hz6.6 效果測(cè)試系統(tǒng)級(jí)聯(lián)后，分別在輸入端輸入語音信號(hào)和音樂信號(hào)，觀測(cè)效果。6.7 實(shí)驗(yàn)中遇到的問題及解決辦法1) 問題：前級(jí)放大器焊接完成后在示波器中沒有信號(hào)輸出分析：電路中可能有虛焊短接情況解決：用萬用表仔細(xì)檢查電路，逐個(gè)焊點(diǎn)進(jìn)行測(cè)試，找出虛焊點(diǎn)并將其焊牢。152) 問題：下限截頻過低（ 170H

17、z）分析：高通濾波器中電過大解決：調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器6.8 元件清單：元件規(guī)格數(shù)量LM3244 片變阻器20K（50%）110K3電阻20K25.1K110K1100K310k11k3160k2電容1u（有極）430p（無極）30.1u （有極）30.01u （無極）222u（有極）1整流二極管1N40072揚(yáng)聲器8歐 3W1板子大板1功放TDA203017設(shè)計(jì)感想和體會(huì)：通過這次課程設(shè)計(jì)，讓我深刻地體會(huì)到了在電子設(shè)計(jì)過程中應(yīng)該十分細(xì)心，16而且應(yīng)該有全局觀。我在設(shè)計(jì)時(shí)因?yàn)闆]有考慮到后面的電路，只看眼前，不顧后面。結(jié)果搞的后面布線布得一團(tuán)糟。俗話說：“ 磨刀不誤砍材工。 ” 這句話應(yīng)該是我以后在做

18、設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)該牢記的。首先，應(yīng)該對(duì)電路的布局有一個(gè)整體的考慮，做到元件的布置合理，避免出現(xiàn)短路，斷路等情況，而且應(yīng)盡量使元件均勻地分布在整個(gè)電路板上，注意對(duì)稱。其次，在焊接過程要謹(jǐn)慎，避免出現(xiàn)接點(diǎn)之間的粘連和虛焊等情況。最后，要認(rèn)真檢查電路，在確認(rèn)準(zhǔn)確無誤后接通電源進(jìn)行調(diào)試。在調(diào)試過程中， 會(huì)遇到許多麻煩。 我發(fā)現(xiàn)電位器的調(diào)節(jié)作用有問題， 原來是接線接反了。還有，應(yīng)該接在同一個(gè)點(diǎn)的線沒有接在一起，但是這樣還是不行，經(jīng)過仔細(xì)檢查后發(fā)現(xiàn)， 問題是兩排接地線沒有連在一起。 但是，結(jié)果還是沒有想象中的那么完美。在進(jìn)行實(shí)物焊接前， 應(yīng)該對(duì)元器件進(jìn)行檢查， 在確認(rèn)無損壞的情況下再進(jìn)行焊接。語音放大器的最大缺點(diǎn)是噪音太大， 可以多增加幾級(jí)濾波電路來濾除紋波，還可以通過改進(jìn)元器件的性能還減少噪音。 相信通過這些改進(jìn)， 可以在一定程度上提高語音放大電路的性能。參考文獻(xiàn)陳有卿 . 新穎集成電路制作精選 M. 北京：