《模擬電子技術(shù)》課程實驗報告---語音放大器的設(shè)計

1、<p>　　《模擬電子技術(shù)》課程實驗報告</p><p><b>　　語音放大器的設(shè)計</b></p><p><b>　　語音放大器的設(shè)計</b></p><p><b>　　實驗?zāi)康?lt;/b></p><p>　　掌握分立或集成運算放大器的工作原理及其應(yīng)用。<

2、/p><p>　　掌握低頻小信號放大電路和功放電路的設(shè)計方法。</p><p><b>　　了解語音識別知識。</b></p><p>　　通過實驗培養(yǎng)學(xué)生的市場素質(zhì)，工藝素質(zhì)，自主學(xué)習(xí)的能力，分析問題解決問題的能力以及團隊精神。</p><p>　　通過實驗總結(jié)回顧所學(xué)的模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)理論和基礎(chǔ)實驗，掌握低頻小信號放大電

3、路和功放電路的設(shè)計方法。</p><p><b>　　設(shè)計任務(wù)與要求</b></p><p><b>　　設(shè)計任務(wù)</b></p><p><b>　　1）已知條件：</b></p><p>　　語音放大電路由“輸入電路”、“前置放大器”、“有源帶通濾波器”、“功率放大器”、“

4、揚聲器”幾部分構(gòu)成。</p><p><b>　　2）性能指標(biāo)：</b></p><p>　　前置放大器： 輸入信號：Uid ≤ 10 mV</p><p>　　輸入阻抗：Ri ≥ 100 k。</p><p>　　有源帶通濾波器：頻率范圍：300 Hz ～ 3 kHz</p><p><

5、b>　　增益：Au = 1</b></p><p>　　功率放大器：最大不失真輸出功率：Pomax≥1W</p><p>　　負(fù)載阻抗：RL= 8 （ 4 ）</p><p>　　電源電壓：+ 5 V，+ 12V，- 12V</p><p><b>　　輸出功率連續(xù)可調(diào)</b></p>

6、<p>　　直流輸出電壓 ≤ 50 mV</p><p>　　靜態(tài)電源電流 ≤ 100 mA</p><p><b>　　要求</b></p><p><b>　　選取單元電路及元件</b></p><p>　　根據(jù)設(shè)計要求和已知條件，確定前置放大電路、有源帶通濾波電路、功率放大電路的

7、方案，計算和選取單元電路的原件參數(shù)。</p><p>　　前置放大電路的組裝與調(diào)試</p><p>　　測量前置放大電路的差模電壓增益AU、共模電壓增益AUc、共模抑制比KCMR、帶寬BW、輸入電壓Ri等各項技術(shù)指標(biāo)，并與設(shè)計要求值進行比較。</p><p>　　有源帶通濾波器電路的組裝與調(diào)試</p><p>　　測量有緣帶通濾波器電路的差模

8、電壓增益AUd、帶通BW，并與設(shè)計要求進行比較。</p><p>　　功率放大電路的組裝與調(diào)試</p><p>　　測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PDC、輸出效率η、直流輸出電壓、靜態(tài)電源電流等技術(shù)指標(biāo)。</p><p>　　整體電路的聯(lián)調(diào)與試聽</p><p>　　應(yīng)用Multisim軟件對電路進行仿真分析&

9、lt;/p><p>　　總電路框圖及總原理圖</p><p><b>　　實驗總體電路圖</b></p><p>　　麥克→前置放大電路→RC有緣濾波器→功率放大電路→喇叭</p><p><b>　　各部分電路</b></p><p><b>　　前置放大電路<

10、/b></p><p>　　前置放大電路由2個同向放大電路組成，如上圖所示。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等優(yōu)點。本電路主要起放大電壓幅度的作用。</p><p><b>　　帶通濾波電路</b></p><p>　　寬帶通濾波器，在滿足LPF的通帶截止頻率高于HPF的條件下，把相同元件壓控電壓源濾波器的LPF

11、和HPF串聯(lián)起來可以實現(xiàn)Butterworth通帶響應(yīng)。用該方法構(gòu)成的帶通濾波器的通帶較寬，通帶截止頻率易于調(diào)整，因此多用于測量信號噪聲比的音頻帶通濾波器。</p><p><b>　　功率放大電路</b></p><p>　　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。并具有內(nèi)部保護電路。</p&g

12、t;<p><b>　　設(shè)計思路</b></p><p>　　依照原理框圖，輸入端可采用麥克風(fēng)和音頻線路輸入兩種形式，聲音通過麥克風(fēng)（或音頻線路）輸入前置放大電路，進行一次放大后輸入二階有源帶通濾波電路，對通頻帶（300Hz~3000Hz）以外的信號進行濾波，以消除雜音，最后將經(jīng)過放大和濾波的信號輸入功率放大電路，進行功率放大后將聲音通過揚聲器輸出。</p>&l

13、t;p>　　單元電路設(shè)計與參數(shù)計算</p><p><b>　　前置放大電路</b></p><p>　　前置放大電路采用集成運放LM324構(gòu)成兩級放大電路。為增強對輸入信號的保持性，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

14、也同等重要。因此前置放大電路應(yīng)該是一個高輸入阻抗、高共模抑制比、低漂移的小信號放大電路。輸入信號：，輸入阻抗：。實驗中，實際設(shè)計放大倍數(shù)1000倍，可通過電位器調(diào)節(jié)。</p><p>　　通過計算得元件參數(shù)如下：R1=110kΩ，R2=100kΩ，R3=1MΩ，</p><p>　　R4=100Ω，R5=10kΩ（滑變），R6=100Ω</p><p>　　RC二階

15、有源帶通濾波電路</p><p>　　在濾波電路設(shè)計時采用LM324設(shè)計了具有Butterworth特性的二階有源帶通濾波器。在滿足LPF的通帶截止頻率高于HLP的通帶截止頻率的條件下，把相同元件壓控電壓源濾波器的LPF和HPF串聯(lián)起來，可以實現(xiàn)Butterworth通帶響應(yīng)。用該方法構(gòu)成的濾波器的通帶較寬，通帶截止頻率易于調(diào)整。本實驗設(shè)計帶寬2.7kHz（300Hz~3000Hz），理論上能夠抑制低于300Hz

16、和高于3000Hz的信號。實際與前級放大電路使用同一個LM324的其余兩個運放。</p><p>　　通過計算得元件參數(shù)如下：R7=8.2kΩ（滑變），R8=8.2kΩ（滑變），R9=20kΩ，</p><p>　　R11=3.5kΩ（滑變），R12=3.5kΩ（滑變），R13=20kΩ，</p><p>　　C1=100nF，C2=100nF，C3=10nF，C4

17、=10nF，</p><p><b>　　功率放大電路</b></p><p>　　功率放大的主要作用是向負(fù)載提供所需的功率，在信號不失真的前提下，要求輸出功率盡可能大，轉(zhuǎn)換效率盡可能高。我們在設(shè)計時采用了TDA2030作為功率放大芯片。</p><p>　　TDA2030是目前音質(zhì)較好、價格較低、外圍元件較少、應(yīng)用較方便的一款性價比較高的集成

18、功放。它的電氣性能穩(wěn)定、可靠、能適用長時間連續(xù)工作，集成塊內(nèi)部具有過載保護和熱切斷保護電路，不會   損壞器件。在單電源使用時，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。</p><p>　　TDA2030主要參數(shù)：</p><p><b>　　電路特點：</b></p><p><b>　　外

19、接元件非常少。</b></p><p>　　輸出功率大，Po=18W(RL=4Ω)。</p><p>　　采用超小型封裝（TO-220）,可提高組裝密度。 </p><p><b>　　開機沖擊極小。</b></p><p>　　內(nèi)含各種保護電路，因此工作安全可靠。主要保護電路有：短路保護、熱保護、地線偶然開

20、路、電源極性反接（Vsmax=12V）以及負(fù)載泄放電壓反沖等。</p><p>　　TDA2030A能在最低±6V最高±22V的電壓下工作在±19V、8Ω阻抗時能夠輸出16W的有效功率，THD≤0.1%。無疑，用它來做電腦有源音箱的功率放大部分或小型功放再合適不過了。</p><p><b>　　引腳情況：</b></p>

21、<p>　　1腳是正相輸入端　　2腳是反向輸入端　　3腳是負(fù)電源輸入端　　4腳是功率輸出端　　5腳是正電源輸入端。</p><p><b>　　注意事項：</b></p><p>　　TDA2030具有負(fù)載泄放電壓反沖保護電路，如果電源電壓峰值電壓40V的話，那么在5腳與電源之間必須插入LC濾波器，以保證5腳上的脈沖串維持在規(guī)定的幅度內(nèi)。</p

22、><p>　　熱保護：限熱保護有以下優(yōu)點，能夠容易承受輸出的過載（甚至是長時間的），或者環(huán)境溫度超過時均起保護作用。</p><p>　　與普通電路相比較，散熱片可以有更小的安全系數(shù)。萬一結(jié)溫超過時，也不會對器件有所損害，如果發(fā)生這種情況，Po=（當(dāng)然還有Ptot）和Io就被減少。</p><p>　　印刷電路板設(shè)計時必須較好的考慮地線與輸出的去耦，因為這些線路有大的電

23、流通過。</p><p>　　裝配時散熱片與之間不需要絕緣，引線長度應(yīng)盡可能短，焊接溫度不得超過260℃，12秒。</p><p>　　雖然TDA2030所需的元件很少，但所選的元件必須是品質(zhì)有保障的元件。</p><p><b>　　元件參數(shù)的確定：</b></p><p>　　同軸雙聯(lián)電位器用作左右聲道的同步調(diào)節(jié)，可

24、選47K，這里我們用的是高質(zhì)量電位器只有10K的，也符合要求。</p><p>　　高頻退偶電容一般去100nF。</p><p>　　耦合電容一般選用1～10μF∕25V，這里用22uF也符合要求。</p><p>　　消振移相電路由該集成塊的數(shù)據(jù)手冊可知，電容選用100nF。</p><p><b>　　關(guān)于散熱片的大?。?lt

25、;/b></p><p>　　由此功放的轉(zhuǎn)換效率，可得功放塊的熱功率為4.5W，故查TDA2030數(shù)據(jù)手冊，得散熱片的規(guī)格應(yīng)不小于40mm×30mm×15mm</p><p><b>　　安裝與調(diào)試</b></p><p>　　安裝電路板，由于本電路采用功放集成電路，且只有5個引腳，看準(zhǔn)后，可直接焊在電路板上。按照布局

26、圖把元件逐一焊接在電路板上，對于電解電容等有極性的器件要用儀器判斷好后再焊接。每一級元件全部焊接完成后，再仔細(xì)檢查幾遍，確保器件連接正確后，方可通電測試。最好是焊完一級測試一級，這樣如果出現(xiàn)問題比較容易查出來并改正。</p><p>　　在分級測試完成后，我們便把各級連接起來測試，但是并沒有得到想要的結(jié)果。如果用信號源代替話筒，喇叭可輸出放大后的聲音，并且聲音隨信號源的頻率變化而變化。但是，一接上話筒，就什么聲音

27、都沒有，所以我們一致認(rèn)為話筒不符合要求，于是在更換之后，得到了想要的結(jié)果。</p><p>　　前置放大器的電壓增益：</p><p>　　測試條件：輸入100mV，1kHz的正弦交流信號</p><p>　　帶通濾波器的通帶寬度：</p><p>　　測試條件：先輸入2.0V，1kHz的正弦交流信號，再調(diào)節(jié)信號頻率，找到上下截止頻率<

28、/p><p>　　功率放大器最大不失真輸出功率的測量</p><p>　　測試條件：輸入1kHz的正弦信號</p><p>　　功率放大器直流輸出電壓和靜態(tài)電流的測量</p><p>　　測試條件：輸入對地短路，測量直流輸出電壓。將萬用表調(diào)至電流檔，量程為100mA，并將表筆串接在12V電源與集成功放的電源端，測量靜態(tài)電流。</p>

29、<p><b>　　七、性能測試及分析</b></p><p>　　前置放大器：（輸入信號為100mV，1kHz的正弦交流信號）</p><p><b>　　增益：</b></p><p><b>　　帶通濾波器：</b></p><p>　　增益：（輸入信號為2.

30、0V，1kHz的正弦交流信號）</p><p>　　（輸入信號為2.0V，300Hz的正弦交流信號）</p><p>　　（輸入信號為2.0V，3kHz的正弦交流信號）</p><p>　　通頻帶：BW=fH-fL=3000Hz-300Hz=2.7kHz</p><p>　　功率放大器最大不失真輸出功率的測量</p><p

31、><b>　　1.35W﹥1W</b></p><p>　　功率放大器直流輸出電壓和靜態(tài)電流的測量</p><p>　　測得功率放大器靜態(tài)工作電流為：6.8mA</p><p>　　該語音放大器可將聲音很好地放大并播放出來，各項指標(biāo)均達到了設(shè)計要求。</p><p><b>　　八、仿真報告</b&

32、gt;</p><p>　?。?）前置放大電路仿真</p><p>　　滑動變阻為10kΩ*75%=7.5kΩ 輸入信號10mV 由示波器示數(shù)可知放大倍數(shù)Au=730</p><p>　　理論值：Au=A1*A2 =750； A1=10 A2=75</p><p>　?。?）二階有源濾波電路仿真</p><p>　　

33、輸入Vp-p=1V頻率1.7kHz</p><p><b>　　Au===0.86</b></p><p>　　輸入Vp-p=1V頻率300Hz</p><p>　　Au===0.700≈0.707</p><p>　　輸入Vp-p=1V頻率3kHz</p><p>　　Au===0.691≈0.

34、7</p><p>　?。?）功率放大電路仿真</p><p>　　功率放大電路放大倍數(shù)：Au===10.96≈11</p><p><b>　　九、心得體會</b></p><p>　　終于到最后的一個模電實驗語音放大器的設(shè)計了。</p><p>　　有了前一個設(shè)計實驗的基礎(chǔ)，我們小組這次處理起

35、來要有條理的多。由于語音放大器比較復(fù)雜，我們在設(shè)計出電路后，并沒有著急去做。首先我們整理出了清單，在把所有元件都買回來之后，又設(shè)計了很久布線，既要電路擺放合理，一級、二級、三級分明，又要爭取導(dǎo)線不交叉。</p><p>　　一一擺上元件后，我們開始著手焊第一級電路。很快第一級電路就焊完了，但是測試的時候，發(fā)現(xiàn)輸出波形極不穩(wěn)定，仔細(xì)檢查了好幾遍電路都沒有發(fā)現(xiàn)問題，主要元件也換了好幾個，拖了好幾個小時。我們的實驗似乎

36、就在這阻滯了。正在我們一籌莫展的時候，另外一個同學(xué)來看我們的電路，發(fā)現(xiàn)我們地線沒有接地……就為了這么一個小問題，浪費了很多時間……</p><p>　　調(diào)試好第一級電路以后，第二級電路的完成工作相對順利的多，很快我們就調(diào)試好了合適的帶寬。接下來的第三極電路相對來說也比較簡單。把一、二、三級電路都接通并連上喇叭后，輸入一個50mv的交流信號，能穩(wěn)定的出聲了，而且聲音音調(diào)隨頻率的變化而變化。當(dāng)時我們小組的人都高興壞了

37、，以為成功就在眼前，只要把麥接上就能完成試驗，然而沒想到我們離成功還有很大的一步。</p><p>　　接上麥以后，無論我們怎么樣對著麥說話，是吹是敲，喇叭都一點反應(yīng)都沒有。我們經(jīng)過研究，認(rèn)為是最后接的一個電容分了電流，于是把電容給拆了，結(jié)果這次還沒輸入信號喇叭就被燒壞了……然后我們覺得喇叭的功率太?。ㄔ臼?W的喇叭），于是又去買了一個8W的喇叭接上，然而還是沒有反應(yīng)。再后來我們推測是不是放大倍數(shù)太小，就把第一

38、、第三級的放大倍數(shù)都調(diào)大了（其實這樣反而把以前分開調(diào)試時已經(jīng)調(diào)好的阻值弄亂了），然后還是不行。再后來有老師認(rèn)為我們的麥克靈敏度不夠，建議我們加一個5V的電壓試試，結(jié)果我們忘記加前置電路，直接加了一個5V的電壓，把麥克也燒了……直到最后重新?lián)Q了一個麥克，又對整個電路進行了休整，我們的喇叭對麥克的信號才有了反應(yīng)，但是靈敏度還是不夠。后來還是直接找老師借了一個麥克，才完成了電路。</p><p>　　我們設(shè)計出的放大器

39、性能很好，輸出倍數(shù)足夠，雜音也很小，我們的組員都覺得非常欣慰。由于我們小組是我們班第一個完成的，老師還給我們報銷了50塊錢，真的是意外的驚喜。經(jīng)過這次試驗我收獲了很多經(jīng)驗，比如調(diào)試電路的方法及電路可能出現(xiàn)的問題等，更鍛煉了我的動手能力。眼看著模電實驗就要結(jié)束了，雖然期間做實驗的時候還是滿痛苦的，但是這確實是一次難忘的回憶。</p><p>　　做完直流穩(wěn)壓源后，我們組就迅速開始做語音放大器這一塊，雖然設(shè)計出來了電

40、路，但其實最后的效果是什么樣剛開始做的時候還是沒有底。我們花了一個周末的時間將電路焊完，通過上一塊板子我們有了很多的經(jīng)驗，從更合理的方式進行電路的焊接，不僅節(jié)省了很多的時間而且板子的質(zhì)量也遠遠高于第一塊，電路的布線也明顯美觀了許多。最主要的是板子的問題少了很多，每焊完一級就測試一級，保證每一部分沒問題以后在進行下面的工作。問題比原來少了很多，每一次測試的成功都給了我們很大的信心。在全部焊完后板子上沒有發(fā)現(xiàn)問題，但當(dāng)開始接麥克和喇叭后就開

41、始了很長時間的糾結(jié)，放大倍數(shù)的問題，喇叭功率過低等等問題困擾了我們好幾天。雖然最后都解決了，但其間耗費的時間和精力都讓人覺得很可惜。經(jīng)常出現(xiàn)的問題就是地線的接觸問題，在第一級焊出來拿去測試的時候輸出一直有雜波但始終不知道怎么回事剛開始還在一直檢查電路是否有問題，但最后解決出來才發(fā)現(xiàn)就是因為地線接的不夠徹底，當(dāng)把地線一連接好要的效果就出來的時候真是很無奈。通過每一次的不斷調(diào)試不斷檢查我們最后順利的把板子完成了。通過這么多次的實驗和失敗深刻

42、體會到，許多事情出的問題都往往發(fā)生在細(xì)枝末節(jié)，一旦</p><p>　　有了前面設(shè)計集成直流穩(wěn)壓電路的經(jīng)驗和基礎(chǔ)，我們在進行語音放大器的設(shè)計和制作時有了更強的信心。不過，不可否認(rèn)的是，語音放大器這塊板子比電源那塊復(fù)雜的多，除去話筒和喇叭，整個電路分為三部分，而每一部分的復(fù)雜程度都不亞于一塊集成穩(wěn)壓電源的板子。所以，為了做到事半功倍，我們采取了焊好一級測一級的方法。在這里要特別感謝胡亦琦同學(xué)，她在焊板子這方面立下了

43、汗馬功勞。在第一次測試時，我們的前置放大電路的放大倍數(shù)是100，但實際放大效果并不明顯，喇叭不出聲，所以我們將其放大倍數(shù)提高到了1000倍。在調(diào)試第二級時，我們反復(fù)檢查電路都沒有問題，但就是得不到預(yù)期的效果，最后把地線接到實驗箱上的地線，波形就出來了，我很好奇這是怎么一回事，但仍沒有弄明白。最后三級連在一起測試時，雖然通過信號源輸入信號能得到很完美的隨頻率變化的聲音，但是通過話筒加語音信號后，喇叭還是不出聲音，所以我們向老師借了一個麥克

44、，得到了預(yù)期的效果，放大效果很好，聲音很清晰。在將要交給老師驗收之前，我們?yōu)榱朔奖憷蠋煓z測電路，特別買了杜邦線，將三大部分拆開后再連接起來，這樣不僅更美觀，測試時也更方便。當(dāng)然，我們在焊和調(diào)試的過程中仍存在許多問題，</p><p><b>　　十、元件清單</b></p><p><b>　　LM324——1個</b></p>&

45、lt;p>　　TDA2030——1個</p><p>　　電阻：100Ω——2個 1kΩ——1個 20kΩ——3個</p><p>　　110kΩ——1個 100kΩ——1個 1MΩ——1個</p><p>　　電位器：10kΩ——6個</p><p>　　電容：10nF——2個

46、100nF——4個 22uF——2個</p><p><b>　　220uF——2個</b></p><p><b>　　喇叭：8W——1個</b></p><p><b>　　麥克風(fēng)——1個</b></p><p><b>　　管腳座——1個</b&

47、gt;</p><p><b>　　導(dǎo)線及杜邦線若干</b></p><p><b>　　十一、參考文獻</b></p><p>　　1. 電子電路實驗及仿真 路勇 北京交通大學(xué)出版社 清華大學(xué)出版社 </p><p>　　2. 電子技術(shù)基礎(chǔ)實驗與課程設(shè)計 高吉祥 電子工