綜合電子設(shè)計_駐極體話筒放大電路

1、綜合電子設(shè)計 駐極體話筒放大電路 駐極體語音放大器設(shè)計論文姓名 學(xué)號 班級 日期 2014.11.29-2014.12.3 目錄一、前言：3二、設(shè)計目的4三、知識點和設(shè)計內(nèi)容4四、設(shè)計思路41、語音放大器的基本構(gòu)成42、 性能指標(biāo)53、 設(shè)計要求5五、設(shè)計原理61、集成直流穩(wěn)壓電源62、前置放大電路73、有源帶通濾波器84、 功率放大器95、 系統(tǒng)設(shè)計9六、元器件實物及引腳順序10七、設(shè)計步驟111、 電路焊接112、 直流穩(wěn)壓電源的調(diào)試113、 前置放大器的調(diào)試124、有源帶通濾波器的調(diào)試125、 功率放大器的調(diào)試146、系統(tǒng)聯(lián)調(diào)147、試聽15八、實驗中的問題提出與解決方法15九、 實驗體

2、會15十、市場前景分析16十一、參考文獻161 童詩白 華成英 模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)（第四版）. 高等教育出版社162 高晶敏 柴海麗 數(shù)字邏輯與數(shù)字電路. 科學(xué)出版社163 路勇. 電子電路實驗及仿真. 北京交通大學(xué)出版社164 高吉祥. 電子技術(shù)基礎(chǔ)實驗與課程設(shè)計. 電子工業(yè)出版社165 彭介華. 電子技術(shù)課程設(shè)計指導(dǎo). 高等教育出版社166 畢滿清. 電子技術(shù)實驗與課程設(shè)計. 機械工業(yè)出版社167 芯片資料查詢網(wǎng)站：16十二、附錄161、 集成運算放大器LM324的管腳圖及基本參數(shù)162、元器件符號183.元件清單18語音放大器設(shè)計摘要：為了實現(xiàn)語音信號的不失真放大，在設(shè)計電路過程中，主要分

3、為三個模塊單元電路構(gòu)成系統(tǒng)，其分別為：電源模塊、前級放大加帶通濾波模塊、BTL功率放大模塊。首先，通過全波整流、濾波、穩(wěn)壓，為后續(xù)模塊提供±12V的直流電壓。語音信號通過前級放大電路進行聲音信號轉(zhuǎn)化為放大的電壓信號。然后，信號經(jīng)過帶通濾波電路得到頻率要求為：300Hz3KHz的電壓信號。再通過BTL功率放大電路使電信號化為聲音信號并放大。運放器選擇LM324，功放選擇TDA2822。在整個設(shè)計的過程中，還需考慮電路自激振蕩、噪聲消除及其他因素。因此可以通過理論搭建電路，通過multisim、protel等仿真軟件進行仿真、調(diào)試，來滿足各項技術(shù)指標(biāo)的要求。關(guān)鍵字： 語音放大，濾波，功放

4、，LM324，TDA2822一、前言：功能介紹：本作品是由集成運算放大器組成的語音發(fā)大電路。接在收音機的耳機接口，從語音放大器的揚聲器便可播出美妙的音樂聲，音質(zhì)清楚，無雜音、音量大，電路運行穩(wěn)定。若制作一個由功率放大器、聽筒放大器、線路放大器、話筒放大器、發(fā)送/接收衰減器、電平監(jiān)測器、噪聲檢測電路(背景噪聲監(jiān)測器)來構(gòu)成的語音開關(guān)。  當(dāng)對講通話設(shè)備的揚聲器和話筒的距離較近時，因揚聲器發(fā)出的聲音會被話筒再次吸收(聲學(xué)耦合)，故會發(fā)生蜂鳴、回聲等現(xiàn)象。為解決此問題，可根據(jù)輸入信號的強弱判斷應(yīng)優(yōu)先接收哪種聲音，并放大發(fā)送音聲的音量、降低接收聲音的音量，來抑制聲學(xué)耦合，防止蜂鳴出現(xiàn)。同時還

5、可通過噪聲檢測電路檢測并降低其周圍的噪聲，使通話更加清晰。此類作品可用于可視門鈴/對講機，熱水器遙控，會議系統(tǒng)或無線及其等。Abstract:Implementation of speech signal is not distortion amplification, in the process of circuit design, mainly divided into three modules unit circuit system, it is respectively:【 1 】 the power module【 2 】the front-end amplifier with

6、bandpass filter module【 3 】 BTL power amplifier module.Thought process: first, through full-wave rectifier, filter, voltage regulator, for subsequent modules provide + 12 v dc voltage.The second: speech signal through the front-end amplifier voice signal into voltage signal amplification circuit.Thi

7、rd: signal band-pass filter circuit to obtain frequency requirements for: 300 hz - 3 KHZ voltage signal. Travel through the BTL power amplification circuit the electrical signal into sound signal and amplification.Fourth: op-amp selection LM324, choose TDA2822 power amplifier.Fifth: in the process o

8、f the whole design, still need to consider self-excited oscillation circuit, noise elimination and other factors. So can through theoretical structures, circuit, by protel simulation software simulation and debugging, such as to meet the requirements of the technical indexes.Keywords: voice amplifie

9、r, filter, power amplifier, LM324, TDA2822二、設(shè)計目的（1） 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。（2） 掌握分立或集成運放放大器的工作原理及其應(yīng)用。（3） 通過實驗總結(jié)回顧所學(xué)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路和功放電路的設(shè)計方法。（4） 了解語言識別知識。三、知識點和設(shè)計內(nèi)容本實驗的知識點為分立元件放大器或集成運放、有源濾波器、功率放大器；涉及電子電路各個模塊之間的聯(lián)合調(diào)試技術(shù)以及基礎(chǔ)電焊。四、設(shè)計思路1、 信號輸入前置放大器有源帶通濾波器功率放大器喂，大家好1、語音放大器的

10、基本構(gòu)成 根據(jù)要求，輸出功率 P=2W，電阻R=4，由功率公式可得U=2.8V，對TDA2030輸入100mv電壓時，可達到設(shè)計要求。 另外，由于語音通過話筒輸入信號為5mv，放大后要求達到100mv，放大倍數(shù)需在20倍以上，由電路設(shè)計要求得知，該放大器由三級組成，其總的電壓增益AUf=AUf1AUf2AUf3。應(yīng)根據(jù)放大器所需的總增益AU，來合理分配各級電壓增益（AUf1.AUf3）。為了提高信噪比S/N，前置放大器的增益要適當(dāng)取大。為了使輸出波形不致產(chǎn)生飽和失真，輸出信號的幅值應(yīng)小于電源電壓。 2、 性能指標(biāo) （1）集成直流穩(wěn)壓電源 、同時輸出12V的電壓 、輸出紋波電壓小于5mV (2)

11、 前置放大器 、輸入信號：Uid.10mV 、輸入阻抗：Ri=100k. 、設(shè)定增益Auf1=30 (3) 有源帶通濾波器 、帶通頻率范圍：300Hz3kHz 、增益：Au=1 (4) 功率放大器 、最大不失真輸出功率： Pmax>=2W 、負載阻抗：RL=4 、電源電壓：+12V，-12V (5) 輸出功率連續(xù)可調(diào) 、直流輸出電壓：.50mV（輸出開路時） 、靜態(tài)電源電流：.100mA（輸出短路時） 3、 設(shè)計要求 （1）選取單元電路及元件 根據(jù)設(shè)計要求和已知條件，確定集成直流穩(wěn)壓電源、前置放大電路、有源帶通濾波器電路、功率放大電路的方案，計算和選取單元電路的元件參數(shù)。 （2）前置放大

12、電路的組裝與調(diào)試 測量前置放大電路的電壓增益AUd、輸入電阻Ri等各項技術(shù)指標(biāo)，并與設(shè)計要求值進行比較。 （3）有源帶通濾波器的組裝與調(diào)試 測量有源帶通濾波電路的電壓增益AUd、帶寬BW，并與設(shè)計要求值進行比較。 （4）功率放大電路的組裝與調(diào)試 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、輸出功率.、直流輸出電壓、靜態(tài)電源電流等技術(shù)指標(biāo)。 （5） 整體電路的調(diào)試與試聽 （6） 應(yīng)用Multisim軟件對電路進行仿真。 分析一下內(nèi)容： 前置放大器差模電壓增益、共模電壓增益、差模輸入電阻、共模抑制比、有源帶通濾波器的幅頻響應(yīng)。 五、設(shè)計原理1、集成直流穩(wěn)壓電源 穩(wěn)定的直流

13、電源供電，小功率穩(wěn)壓電源一般是由電源變壓器、整流、濾波和穩(wěn)壓等四部分電路組成。其基本電路框圖及經(jīng)各電路變換后，輸出的波形如圖所示。 圖5.1.1 直流穩(wěn)壓電源電路原理框圖和波形變換a) 電源變壓器 電源變壓器的作用是將電網(wǎng)220V的交流電壓變換成整流濾波電路所需的低電壓。 b) 整流電路 整流電路一般采用具有單向?qū)щ娦缘亩O管組成，經(jīng)常采用單相半波、單相全波和單相橋式整流電路。圖所示的整流電路為應(yīng)用廣泛的橋式整流電路。電路中采用了四個二極管，組成單相橋式整流電路。整流過程中，四個二極管輪流導(dǎo)通，無論正半周或負半周，流過負載的電流方向是一致的，形成全波整流，將變壓器輸出的交流電壓變成了脈動的直流

14、電壓。 c) 濾波電路 在整流電路的輸出端并聯(lián)電容即可形成濾波電路。加入電容濾波電路后，由于電容是儲能元件，利用其沖放電特性，使輸出波形平滑，減少脈動成分，以達到濾波的目的。為了使濾波效果更好，可選用大容量的電容為濾波電容。因為電容的放電時間常數(shù)越大，放電過程越慢，脈動成分越少，同時使得電壓更高。 d) 穩(wěn)壓電路 經(jīng)過濾波后輸出的直流電壓仍然存在較大紋波，而且交流電網(wǎng)電壓容許有±10%的起伏，隨著電網(wǎng)電壓的起伏，輸出電壓也會隨之變動。此外，經(jīng)過濾波后輸出的直流電壓也與負載的大小有關(guān)，當(dāng)負載加重時，由于輸出電流能力有限，使得輸出的直流電壓下降。因此，當(dāng)需要穩(wěn)定的直流電源時，在整流、濾波

15、電路后通常需要配有穩(wěn)壓電路。在此我們選用7812和7912分別作為+12V和-12V的穩(wěn)壓芯片。 圖5.1.2 直流穩(wěn)壓電源以及穩(wěn)壓電路整流二極管IN4007。濾波電容選取兩只4700uF/50V的電解電容作為濾波電容。 2、前置放大電路 前置放大電路也為測量用小信號放大電路。在測量用的放大電路中，一般用傳感器送來的直流或低頻信號，經(jīng)放大后多用單端方式傳輸，在典型情況下，有用信號的最大幅度可能僅有若干豪伏，而共模噪聲可能高到幾伏，故放大器輸入飄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是同等重要的問題。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

16、路。在測量用的放大電路中，一般傳感器送來的直流或低頻信號，經(jīng)放大后多用單端方式傳輸。典型情況下，音頻信號的最大幅度可能僅有若干毫伏，共模噪聲可能高達幾伏。所以放大器輸入漂移和噪聲等因素對于總的精度致關(guān)重要，放大器本身的共模抑制比特性也相當(dāng)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。 圖5.2.1 前級放大電路 我們采用的是同相比例電路的方式作為前置放大電路。 輸入信號模擬音頻Uid=5mV .10mV滿足對指標(biāo)的設(shè)計要求； 輸入電阻Ri. 即滿足高輸入電阻的要求，跟性能指標(biāo)中Ri=100K.的設(shè)計思路吻合； 前置放大電路的電路增益Auf1=1+R11/R1

17、滿足對指標(biāo)的設(shè)計要求。 3、有源帶通濾波器 有源濾波電路使用有源器件與RC網(wǎng)絡(luò)組成的濾波電路。 有緣濾波電路的種類很多，如按通道的性能劃分，又分為低通（LPF）、高通（HPF）、帶通（BPF）、帶阻（BEF）濾波器。在本次的設(shè)計過程中采用寬帶帶通濾波器。圖5.3.1 帶通濾波電路高通濾波器：fH=300Hz =1/(2pi*R*C)C16=C17=C=10nF，算得R18=53K低通濾波器：fL=3KHz =1/(2pi*R*C)，算得R15=5.3 K為滿足設(shè)計要求，R15和R18分別用100k和10k電位器來進行微調(diào)。4、 功率放大器 功率放大的主要作用是向負荷提供功率，要求輸出功率盡可能

18、大，轉(zhuǎn)換效率盡可能高，非線性失真盡可能小。 功率放大器的形式很多,有OCL互補對稱功率放大電路，OTL功率放大電路，BTL橋式推挽功率放大電路和變壓器耦合功率放大電路等。這些電路各有優(yōu)點，可以根據(jù)設(shè)計要求和設(shè)備條件綜合考慮選用。本次在語音放大器的設(shè)計中我們選用了五端功放TDA2030應(yīng)用的電路。 TDA2030是一款hi-fi級的寬頻功率放大器，很多有源音箱都是以它作基礎(chǔ)的。它在雙電源下的最大輸出功率能到18w，而我們這里只采用但電源供電，理論上能達到9w。圖5.4.1 功率放大電路5、 系統(tǒng)設(shè)計 語音放大電路圖： （用5mV的電源模擬語音信號作為輸入） 圖5.5.1 語音放大電路六、元器件實

19、物及引腳順序七、設(shè)計步驟 1、 電路焊接 先進行直流穩(wěn)壓電路的焊接與調(diào)試，待直流穩(wěn)壓電路調(diào)試穩(wěn)定后，才進行語音放大器的焊接，焊接從左到右，前一部分以LM324為中心，后部分以TDA2030為中心。通電前認真檢查，確定無誤后，才可調(diào)試與測試。 2、 直流穩(wěn)壓電源的調(diào)試 調(diào)零和消除自激振蕩，測量紋波電壓，調(diào)試。測量值：U+=11.8V，U-=-11.8V 紋波電壓：正端6mV，負端1V調(diào)試，改變?yōu)V波電容參數(shù)，減小紋波電壓。3、 前置放大器的調(diào)試 （1）靜態(tài)調(diào)試：調(diào)零和消除自激振蕩。 （2） 動態(tài)調(diào)試： （3）輸出電壓的測量以及輸出波形的觀測；（4）輸入端加差模輸入電壓（輸入正弦信號、幅值與頻率自選

20、），測量輸出電壓，算出共模抑制比KCMR。用逐點法測量幅頻特性，并作出幅頻特性曲線，求出上下限截止頻率。測量差模輸入電阻測量值 Auf1= Uo1 /Ui =10.4與理論值吻合。 4、有源帶通濾波器的調(diào)試 (1) 靜態(tài)調(diào)試：調(diào)零和消除自激振蕩。 (2) 動態(tài)調(diào)試： 、輸出電壓的測量以及輸出波形的觀測； 、測量幅頻特性，作出幅頻特性曲線，求出帶通濾波器電路的帶寬BW； 、在通帶范圍內(nèi)，輸入端加差模輸入電壓（輸入正弦信號、幅值與頻率自選），測量輸出電壓，算出通帶電壓增益Auf2。 實測數(shù)據(jù)：Ui=10mV，最大輸出電壓峰峰值：372mv，拐點電壓372*0.707=270mvfL=350Hz，f

21、H=3.5kHz， BW=3500-350=2700Hz 頻率（kHz）0.160.200.250.300.350.400.500.600.971.101.50輸出電壓峰峰值（mv）112148188228274308340360372372368頻率（kHz）2.502.903.203.704.50輸出電壓峰峰值（mv）3163042882662405、 功率放大器的調(diào)試 (1) 靜態(tài)調(diào)試：輸入端對地短路，觀察輸出端有無振蕩，如有振蕩，采取措施以消除振蕩。 (2) 動態(tài)調(diào)試： 測量最大輸出功率輸入f=1KHz的正弦輸入信號，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，測量此

22、時RL兩端輸出電壓的最大值或有效值。Up-p=11.8v，Up=5.9v，RL=8，Po,max= Up2/RL=4.35w；有效值：Uo=5.9* /2=4.17v 功率有效值：Po=Uo2/RL=2.17w6、系統(tǒng)聯(lián)調(diào)經(jīng)過以上對各級放大電路的局部調(diào)試之后，可以逐步擴大到整個系統(tǒng)的聯(lián)調(diào)。聯(lián)調(diào)時：（1）令輸入信號Ui=0（前置級輸入對地短路），測量輸出的直流輸出電壓。（2）輸入f=1kHz的正弦信號，改變ui幅值，用示波器觀察輸出電壓uo波形的變化情況，記錄輸出電壓Uo最大不失真幅度所對應(yīng)的輸入電壓ui的變化范圍。（3）輸入ui為一定值的正弦信號（在Uo不失真范圍內(nèi)取值），改變輸入信號的頻率，

23、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。（4）計算總的電壓放大倍數(shù)。7、試聽系統(tǒng)的聯(lián)調(diào)與各項性能指標(biāo)測試完畢之后，面對話筒說話，從揚聲器即可傳出說話聲或收音機里播出的美妙音樂聲，從視聽效果來看，應(yīng)該是音質(zhì)清楚，無雜音，音量大，電路運行穩(wěn)定為最佳設(shè)計。八、實驗中的問題提出與解決方法 問題1：穩(wěn)壓電源得不出該有的電壓域分析：電路中可能有虛焊短接的情況。解決：用萬用表仔細檢查電路，逐個焊點進行測試，找出虛焊點并將其旱牢。但是再次測試時仍然沒有成功，在學(xué)長的幫助下，發(fā)現(xiàn)是穩(wěn)壓管在測電壓的時候燒壞了，換好穩(wěn)壓管后才能得到合適的電壓，1.25-18.3問題2：上限截止頻率過

24、高，達到9M分析：可能是電路虛焊，或者元件燒壞了在認真分析電路后，換了一個電容，于是就可以得到3M多點的上限截止頻率了。問題3：接好喇叭后能出聲，但沒過一會就不出聲了。分析：虛焊，電源有問題或接地有問題。解決：經(jīng)測試，在接好喇叭后，電源電位出現(xiàn)跑飛，電源帶不動負載的現(xiàn)象，于是開始再次檢查電源，再次測試時仍然還有之前的問題沒有解決。在老師的指導(dǎo)下，檢查了接地的幾路線，將三面的地線用導(dǎo)線重新旱牢。終于再次測試時不但沒有了之前的問題，音質(zhì)還很好，得到了老師的肯定。九、 實驗體會 1、 這次綜合電子設(shè)計實驗是我們第一次真正意義上的從設(shè)計、仿真、選擇原件、焊接、調(diào)試 獨立完成的實驗，用時一周的時間，期間

25、傾注了大量的精力和心血。在設(shè)計的過程中，我們通過查閱相關(guān)資料以及向?qū)W長請教，最終決定在老師給的電路基礎(chǔ)上加以修改，確定最終方案。2、 在這次課程設(shè)計中，通過回顧所學(xué)模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)理論和基礎(chǔ)實驗，我們小組掌握了低頻小信號放大電路和功放電路的一般設(shè)計方法，同時讓我深刻地體會到自己電焊基礎(chǔ)能力的不足，這也許是自己的性格使然，前期焊點焊的不是很近乎人意，出現(xiàn)了虛焊的問題，而且后來的排查過程也非常的麻煩，但我們相信只要足夠細心和耐心，我們還是能把電焊這塊實踐很好地完成的，當(dāng)然事實也證明了我們是對的。3、通過這次綜合電子設(shè)計，我們懂得了凡是應(yīng)該有全局觀。比如我們在設(shè)計時，應(yīng)該在布線上持認真態(tài)度，先在紙上模擬電路板，把元件按照比較美觀的位置合理安置好，因為這樣在之后的焊接我們就能順利很多。4、通過本次課程設(shè)計，我們體會到了團隊合作的重要性，因為一個完整的項目工程是一個人根本無法完成的，而團隊協(xié)作就是我們成功的堅實后盾及保障。因此在這里我