優(yōu)秀畢業(yè)設計精品]語音放大電路的設計

1、1緒論31.1課題背景及目的31.2國內外研究狀況32設計原理53前置放大電路63. 1基本差分放大器63. 1. 1基本原理電路及特點63. 1.2 1作原理73. 2長尾式差動放大電路83. 3差動放大器的主要指標113.4具有調零電路的差動放大器113. 5恒流源差動放大電路124濾波電路類型及分析134. 1低通濾波器134. 2高通濾波器184. 3其它濾波器205功率放大電路255.1功率放大電路的特點255. 2功率放大電路的工作狀態(tài)分類275. 3電路的組成295. 3. 1甲乙類雙電源互補對稱電路305. 3. 2甲乙類單電源互補對稱電路305. 33復合管功率放大電路315

2、.4集成功率放大電路335.4. 1 lm324運放集成電路345. 4. 2 tda2003集成功率放大器346整體電路原理圖367安裝調試與性能測試377. 1運放的調試377.2功放的調試377. 3系統調節(jié)38結論39參考文獻40附錄41附錄a語音放大電路的元件清單42附錄b集成運算放大器lm324的管腳圖及基本參數421緒論1.1課題背景及目的在日常生活和工作中，經常會遇到這樣一些問題：如在檢修各種機器設備時, 常常需要能依據故障設備的異常聲響來尋找故障，這種異常聲響的頻譜覆蓋而往 往很廣，需要高亮度的聲咅以傳達消息，例如校園廣播，大型會議等，而僅僅憑 人們自己的喉嚨是無法實現的，因

3、而要用到信號放大器。聲音信號頻率低，在放 大的過程屮極易受到外界的干擾，又如：在打電話吋，有吋往往因聲音太大或干 擾太大而難以聽清對方講的話，于是需要一種既能放大語音信號乂能降低外來噪 聲的儀器諸如以上原因，具有類似功能的實用電路實際上就是一個能識別不 同頻率范圍的小信號放大系統。所以本課題要求采用集成運算放大器完成語咅放 大電路。有利于培養(yǎng)我的技開發(fā)能力和創(chuàng)新精神，并有一定的實用意義。1.2國內外研究狀況我國基礎工業(yè)薄弱，特別是核心部件芯片的研究，而功放芯片的研究，與國 外相比有一定的差距，在各大高校及廠家大部分實驗用的還是以集成運算放大器 lm324和功率放大器tda2003等芯片。隨著科

4、技的發(fā)展與進步，從模擬及混合信 號芯片，尤其是放大器類產品發(fā)展趨勢來看，高集成度、兼顧速度與精度、低功 耗、較寬的溫度范圍，以及軟件口j控等性能，將是未來各個模擬器件供應商的新 產品呈現的新特點。對于某些中、低端電子產品的成木壓力，使得木土的屮小規(guī) 模ic供應商獲得了良好的發(fā)展機會，打破歐美供應商一統天下的局面，這也將 是包括放大器在內的模擬類產品的一大特點。放大器產品的發(fā)展主耍特點如門（1）新工藝、新技術的發(fā)展；（2）放大器類 產品在電子系統中的作用越來越重要，不可替代，高精度的放大調條理屯路很難 集成在處理芯片屮；（3） “定制化”需求是放大器的種類不斷增加的主要推動力 之一。工藝方面，b

5、icom3是ti針對高速度模擬產品而開創(chuàng)的工藝，其高電壓 版本bicom3hv為36v bipolar sige工藝，兼顧速度的同時也可實現高電壓的應 用；iipa07工藝主要應用于高精度模擬類產品，應用這一工藝的器件具有高精度, 小封裝，高snr等特點，相似的hpa07hv可兼容36v應用；除了以上具有代表性 的工藝外，ti還有l(wèi)bc工藝，主要特點是高電壓大功率；a035 i藝主要應用是 高密度器件。高精度運算放大器一般是指失調電壓低于lmv的運放。ti近期推 出了一款高精度的運0pa211,是以bicom3hv為主要工藝開發(fā)的產品。在高速放 大器方面，ti能夠應用新的工藝提供針對不同應用的

6、各類產品，除了可以提供 各類電壓反饋型和電流反饋型高速放大器類產品以外，還可以提供高速的jfet 輸入高速放大器類產品，其屮包括多種可供選擇型號，如0pa656, 0pa657及 tiis4631等，他們都貝有不同的帶寬和壓擺率，不同的穩(wěn)定增益范圍，包括獨立 增益穩(wěn)定等主要町供選擇的指標，可廣泛應用于測試與計量等寬帶寬高輸入阻抗 的應用場合。在高速視頻放大器方面，ti推出了一系列具有靈活可編程及高集 成度的放大器類產品，例如針對視頻應用的ths73xx系列產品，針對不同的視頻 標準要求，其集成了低通濾波器，部分產品具冇內部固定增益放大，濾波器帶寬 數字可編程選擇，以及輸入耦合方式選擇等性能。凌

7、力爾特公司專注于提供具有 高精確度、低噪聲和高速度性能的放犬器產品。這些器件主要分為3類：傳統 的高性能放大器產品（包括運算放大器、儀表放大器和可編程增益放大器）；高 速adc駅動器；專用精確高壓側電流檢測放大器。盡管運算放大器己經出現兒 十年了，使用也相對簡單，但是很多令人振奮的新進展仍在不斷出現，從而產生 了多種富有吸引力的新產品。這些新產品很多將以改進基木功能的形式出現，如 提高運算放人器的速度、精確度、噪聲和功率性能等，但是更多將以提高集成度 的形式出現。凌力爾特公司的ltc6420-20雙路差分adc驅動器和ltc6102hv 零漂移高壓側電流檢測放大器就是好例子。ltc6420-2

8、0是一種雙路高速全差分adc驅動器，具冇很好的匹配性能規(guī) 格。這使其在i-q解調和多通道通信應用中尤其有用。在這些應用中，驅動高 速adc的傳統方法是使用高壓、大電流消耗的rf放大器。既然這些rf放大 器是單端組件，那么就需要附加電路將信號轉換成最高性能adc所需的差分信 號。ltc6420-20與這種傳統方法相比有兒個優(yōu)點。首先，它的功率極低，在很 多情況下，可以與adc共享同一個低壓電源。其次，它使用較少的組件，占用 電路板空間較少。除了將兩個通道集成到一個小型3mmx4mm封裝中， ltc6420-20還含冇増益設置電阻和可選輸出濾波。通過在芯片上納入靈敏的反 饋網絡，設計師無需花費大量

9、吋間考慮雜散電容可能引起的不穩(wěn)定性，該電容與 pcb上增益設置電阻的布線有關。在loomilz時具有0. ldb增益匹配和0. 1° 相位匹配，這種通道至通道匹配消除了需要匹配兩個獨立通道的難題。視特定設計口標的不同，工程師們面臨著很多難題，其屮常常包括同吋要求 提高性能、降低功耗和讓產品快速上市。就每個應用甚至每個設計而言，設計師 而臨的挑戰(zhàn)都不同。例如，就基于傳感器的應用而言，設計師常常需耍放大和緩 沖傳感器產生的信號。既然很多傳感器都有高阻抗，設計師就必須選擇偏置電流 非常低的放犬器，如ltc6087除了低偏置電流，放大器還應該具有低輸入失調 電壓和噪聲，以最大限度擴大動態(tài)范圍

10、，提高靈敏度。傳感器應用常常是由電池 供電，因此還必須注意電源電壓和電流要求。凌力爾特公司可為工程師提供多種 幫助，如應用工程師支持、完全規(guī)定的數據表、免費ltspice建模軟件和器件 模型、詳細的應用和設計要點、電路結集等。sigc半導體最近推出的se2587l 功率放大器，是基于sige半導體經驗證的高性能架構，在+19dbm （802. llg模 式）和+24dbm （802. lib模式）發(fā)射功率級下，能夠提供高線性度。這種高線性 度可在更大的覆蓋距離內提供更高數據率的傳輸能力，使系統能夠支持新興的無 線多媒體應用，例如視頻分配、視頻流及高速數據。se2587l采用3x3 qfn it

11、裝, 是sigc半導體最小的分立式功率放大器。該器件的引腳順序與sigc半導體廣 獲采用的se2527l、se2528l及se2581l兼容，電路板布局所需的改變能夠減 至最少，使得制造商能夠輕易移植到用于下一代設計的新器件屮?？梢怨?jié)省大約 20%的外部材料清單成本。如今，世界各地的環(huán)保意識h漸高漲，冇助于節(jié)能的產品漸受市場歡迎。照 目而的發(fā)展趨勢看，無論是哪一個國家/地區(qū)、哪一個市場/板塊，高能效產品都 會人受客戶歡迎。美國國家半導體的power wise解決方案適用于能源效率要求 極高的系統設計，性能/功率比高。例如，型號為lmv851的運算放大器內置射頻 抑制電路，因此抗電磁干擾的能力高

12、，以8mhz的單位增益帶寬操作時，只耗用 041ma的電流。因此隨著科技的進步放大器的高集成度、兼顧速度與精度、低 功耗、較寬的溫度范圍、軟件可控等性能及智能化，將是未來的發(fā)展方向。2設計原理本設計是要求制作一個由集成電路組成的具有語音信號放大作用的語音放大電路，它首先通過小信號輸入，前置放大器，經過有源帶通濾波器z后再經過功率放人器后經喇叭輸出，其原理框圖如圖2.1所示。圖2. 1語音放大電路基本原理圖3前置放大電路集成運算放大器是一種性能優(yōu)良的多級直接耦合放大器，它乂是一種通用性 很強的多功能部件。差分放大電路也稱為差動放大電路，簡稱差放，它是集成運 算放大器中非常重耍的單元電路。差放電路

13、貝有抑制干擾等優(yōu)良性能，通常用于 集成放人電路的輸入級。3.1基本差分放大器3. 1. 1基本原理電路及特點差分放大電路的基本形式如圖3. 1所示：圖3.1差分放人電路的基本形式有差分放大電路的基本形式我們可以得岀：1. 電路特點：對稱性。2. 差模信號：把一對大小相等，極性相反的信號叫做弟模信號。電路中所加的有用信號就是差模信號。3. 共模信號：把一對大小相等，極性相同的信號叫做共模信號。電路中的干 擾信號、零點漂移等都可視為共模信號。圖3.2差分電路的兩種輸入信號由圖3. 2可知：共模信號： uic = uic2 = uic差模信號：%嚴-人嚴刃泅3. 1.21作原理（由電路分析）結論：對

14、差模信號較大的放大作用；對共模信號有較強的抑u =u.心制作用。由圖3.2矢口： uo =u（t° °2u. = uo-uo2=01、共模電壓放大倍數仏嚴0 2差模電壓放大倍數ud仇二& =4“單uo=uoi-uo2=auy.-auui2= u.-aui,ui2=au.-ui2)其中:rfl=rc/+ °7叭r, +族 +h單uuj2t%o+圖3. 3對差模信號的放大作用3.2長尾式差動放大電路在單端輸出的情況下：對稱性得不到利用。因此增加共模反饋電阻re,通 過負反饋來抑制零點漂移，為了滿足靜態(tài)的要求，增加負電源vee,因而得到如f電路:圖3.4長尾式弟

15、動放大電路1、靜態(tài)計算:由于電路對稱，只計算一邊即可:靜態(tài)時，輸入短路，由于流過電阻re的電流為7e1和7e2 z和，且電路對 稱,7e1=7e2 ,故由負電源和基極回路有：心=rm = r$ % 一 ube = 21 e、re + /心u削赳t矗虻r時良為集電極對地的電位。2、差模電壓放大倍數：對差模信號：uidi=-uid2=iui（l因此在兩管中產生的信號電流方向止好和反，在re上產生的電流方向相反,即在re上總的信號電流為零，即沒有壓降,因此可由如下電路進行分析:（1）對雙端輸入，雙端輸出:rl'為rc和rl/2的并聯即:差分放人器的電壓放人倍數與單管共射放人器的電壓放人倍數一

16、樣o（2）對雙端輸入，單端輸出:u 叭-2%詁亀單可見：單端輸出的情況2電壓放大倍數約為雙短輸出的一半?？倆,并分 放大器對差模信號（即有用信號）有較大的放大作用。3、共模電壓放犬倍數:對共模信號：u. =u =(/icic1ic因此在兩管屮產生的共模信號電流方向正好相同，在re上產生的共模信號電流方向相同，即在re產生的壓降為：(ie1+ik2) re=2hire因此可由如下電路進行分析：(a)共模信號交流通路形式之一(方)共模信號交流通路形式之二圖3. 6共模信號交流通路% =仏=%(1)對雙端輸入,雙端輸岀：uoi = uoiuoc = uox-uoi=0a.=0即：雙端輸出的情況下，僅

17、靠電路的對稱性即可完全抑制零點漂移。(2)對雙端輸入，單端輸必幾二0&rs +rbe + (1 + 0)2 re2rekp：在單端輸出的情況下，靠共模反饋電阻re抑制零點漂移。3.3差動放大器的主要指標1、差模電壓放大倍數加d 4,=2、共模電壓放大倍數加c =u.3、共模抑制比cmrr4、差模輸入電阻rid5、差模輸出電阻edcmrr =ca/? = 201g -ld）uh r t - ,d% i.1 id6、共模輸入電阻廠ic ric =he3.4具有調零電路的差動放大器為了克服兩個差分對管及電路參數不對稱造成的輸出直流電壓不為零的現 象，可增加靜態(tài)調零電路，有如下兩種形式。圖3.

18、 7具有調零電路的差動電路對射極上增加調零電阻rw后，前面的公式將修改為1、 差模放大倍數mud 4, =j廠h1+0）才r2、差模輸入電阻rid心=2尺+么+（1 + 0）于1r3、共模輸入電阻ric久=才億+尺+（1 + 0）于+（1 + 0）心厶厶3.5恒流源差動放大電路1、問題的提出：為了進一步提高共模抑制比，就必須增大re,而增大re,就必須要增加電 源的值，所以必須設法使zre上有較高的交流電阻，而又有不太高的直流電阻。 三極管止好有這樣一種性質，三極管工作在放大區(qū)時，其集電極電壓在很大范圍 內變化時，而集電極電流變化很小，即交流電阻很人。而直流電阻（工作點處的 集電極電壓與集電極

19、電流的比值）又不太大。三極管的集電極電壓在很大范圍內 變化時，而集電極電流兒乎不變的性質稱為它的恒流作用。將三極管的ce代替 re作為共模反饋電阻，即可得到帶有恒流源的差分放人器。2、圖3.8具有恒流源的差分放大器電路3、ce間的電阻計算：將v3組成的恒流源電路等效為如圖3. 9所示，即可推岀ce z間的交流電阻的表達式:u°圖3.9恒流源等效電路巾i。匕=匕-0仏九+（人+仏）心以以+ &/） +（打+仏）/?廠0 / -空/®rbe+r3+r/r2 °o=(1+九+$/（么+盡/用）設 >9=80, zre=100kq, zbe=lkq, m=a

20、2=6kq, a3=5k q,貝ij e345mq。 用如此人的電阻作為用，可人人提高其對共模信號的抑制能力。而此時，恒流 源所呈現的直流電阻并不高，即所要求的電源電壓不高。此電路的靜態(tài)計算可以 從v3管入手，由負電源到它的基極回路計算出5即得兩差分管的集電極電流為: ici=i 滬 1/2 ie34濾波電路類型及分析4.1低通濾波器1、一階低通濾波器電路圖4.1所示是一階低通濾波器電路，其傳遞函數為:i+電如24($ 丿 i rjs(s)jla oop -4jaa觀通檢滾爲幅給響膠十倒一階低通齒滾為電略十1階低通濾波器電路斗而對于rc電路,其拉氏變換為(s) =u?(s)=1u 二 s)1

21、+ src將上式帶入式,加（s1 +伙c,可以看到，式中分母為s圖4. 1 一階低通濾波器電路的一次幕，所以稱為一階低通有源濾波電路。以jq取代s,且令/p=e,得岀電壓放大倍數為11+j/fp令f0,可得通帶放大倍數人upi+眷當心時，肉卜燼，故盂為通帶截止頻率。當/>>禺時曲線按-20db/ 十倍頻下降。2、簡單二階電路一階電路的過渡帶較寬，幅頻特性的最大衰減斜率僅為-20db/ i*倍頻。增加 rc環(huán)節(jié)，可加大衰減斜率。如圖4. 2所示，為簡單二階低通濾波電路。它是由 兩節(jié)rc濾波電路和同相比例放人電路組成。其通帶放人倍數與一階電路相同， 傳遞函數為：亍工 ccz圖4.2二階

22、低通濾波電路“au?ll=_l_當 g二g二c 吋，a(s 丿 1 +src4($ 丿一將上述表達式帶入式，整理可得:(s)= 1 +& 丿l + 3$rc + ($/?c),2用丿。取代s,凡令/廠烽，整理得到4 碼一尺1-當增益下降到中頻增益的0.707倍時，可求出高頻截頻，即心°37辦簡單二階低通濾波器可使衰減斜率達到-40db/十倍頻。3、壓控電壓源二階低通濾波電路將簡單二階低通濾波器電路中g的接地端改接到集成運放的輸出端，便可得 到壓控電壓源二階低通濾波電路，如圖4. 3所示。電路屮既引入了負反饋，乂引 入了正反饋。由于正反饋使電壓放大倍數在一定程度上受輸出電壓控制

23、，且輸出 電壓近似為恒壓源，所以稱為壓控電壓源二階低通濾波屯路。當信號頻率趨于零 時，由于g的電抗趨于無窮大，因而止反饋很弱，使電路不能產生口激振蕩；當 信號頻率趨于無窮大時，c的電抗趨于零，所以g(s)趨于零。因此只要止反饋 引入得當，就既可能在十吒時使電壓放人倍數數值增大，乂不會因正反饋過強 而產生自激振蕩。圖4.3壓控電壓源二階低通濾波器前已指岀，同相比例放大電路的電壓增益就是低通濾波器的通帶電壓增益,設節(jié)點a電流方程為:6($)-(s)"a(h-/w) j a(s)-p(s)r 一 丄r節(jié)點p電流方程為ua(s)-up(s) up(s)r 1將以上兩個節(jié)點方程聯立求解，可得到

24、傳遞函數l +（3-aup）src +（mc）2在上式中，只有當幾小于3時，即分母中s的一次項系數大于零，電路才 能穩(wěn)定丁.作，而不產生鬥激振蕩。尸je,則上式為久u 二 “。二人upu ui 1 + （3人 up）jrc + （jq/?c）22幾=1-則有上式為二階低通濾波電路傳遞函數的典型表達式，其中為特征頻率，而q則稱為等效品質因數，是住益時電壓放大倍數的數值與通帶放大倍數之比。令住心求出電壓放大倍數的數值當0取不同的值時，馬/0將隨z改變,圖4. 4二階低通濾波電路的幅頻響應不同0值下的幅頻響應由圖4. 4所示，當滬0. 707時幅頻響應較平坦，而當 00. 707 時，將出現峰值，當

25、滬0. 707 且 /7/o=l, 20/g|a(j(q丿/a()| = 3db .當 f/f-q 時，201g|/l(j</4| = -40dbo這表明，二階濾波電路比一階低通濾波電路的濾波 效果好得多。當進一步增加濾波電路階數，由圖可看出，其幅頻響應更接近理想 特性。4.2咼通濾波器只要將上述討論過的低通濾波器電路中的r、c元件位置對調，則得到高通 濾波器電路。對于一階高通濾波器采用與前而低通濾波器相同的分析方法，可得 到/p = 2c人u =得到幅頻特性如圖4. 5所示。(b)幅堀響殛,<適澳遽遽患賤;殛頻響應心圖4. 5 階高通濾波電路及幅頻響應由于二階高通濾波電路與二階低

26、通濾波電路存在對偶關系，他們的傳遞函數和幅頻響應也存在對偶關系。圖4.6為二階壓控電壓源高通濾波電路，在理想情況下，高通濾波電路的 通帶電壓增益可認為是時，輸出電壓與輸入電壓z比。對二階壓控電壓源高通濾波電路來說，當時，電容c可視為短路，通帶電壓增益等于同 相比例放大電路的電壓增益，圖4.6二階高通濾波電路考慮到高通濾波電路在電路結構、傳遞函數和幅頻響應與低通濾波電路的對偶關系，町得到高通電路的傳遞函數表達式為a( s)=1 +(3-仙丿令仏_ 2nrc ,3-心式中的4up、辦和0分別表示二階高通濾波器的通帶電壓放大倍數、特征頻率和等效詁質因數。幅頻響應曲線如圖4. 7可知，二階高通濾波電路

27、和低通濾波電路的幅頻特性 具有對偶關系。如以亡樂為對稱軸，二階高通濾波電路的20覽|川仏丿/仏|,當 f遲時，隨f升高而增大，而二階低通濾波電路的20覽卜（0丿/如p|當介遲時， 則是隨著廠升高而減小。二階高通濾波電路在f«蠱吋，其幅頻響應以40db/十 倍頻程的斜率上升。圖4. 7二階高通濾波電路的幅頻響應4.3其它濾波器1. 帶通濾波器如圖4. 8所示，將低通濾波器和高通濾波器串聯，并使低通濾波器的通帶截 止頻率兀2大于高通濾波器的通帶截止頻率爲，則頻率在為和益2之間的信號能 夠通過，其余頻率的信號不能通過，因此構成帶通濾波器。圖4. 8由低通濾波器和高通濾波器串聯組成的帶通濾波

28、器二階壓控電壓源帶通濾波電路如圖4. 9所示。圖中只c組成低通網絡，c、 憶組成高通網絡，兩者串聯組成帶通濾波器。設兄二斤，仏二2r,則由kcl列出方程,導出帶通濾波器電路的傳遞函數為av(src""1 + (3-伽)src + (src)2為同和比例放大電路的電壓增益，同樣要求ar<3,電路才能穩(wěn)定的工作。suj 3帶入上式，4 二 a"、并令 up_3-auf辦=2tirc則得到3 - 心 fo f)1 + jq/a =上式中"2nrc既是特征頻率，也是帶通濾波電路的屮心頻率。上式表明，當 f石時，上述電路具有最大電壓增益，且a(jco) =

29、a=avf/(3-avf),這就是帶通濾波電路的通帶電壓增益。圖4. 9帶通濾波器根據截止頻率的定義，下限頻率和上限頻率是使增益下降-3db的頻率點,即卜仃血丿| =卜片|/血，上限頻率和下限頻率之差稱為通帶寬度。令上式分母虛部 的絕對值為1,即解方程，取正根，求出截止頻率為可得到通帶寬度為s = fp2-fp =%幅頻響應如圖4. 10所示，可知q值越高，通帶越窄。b =(3-auf 丿辦=2-將式帶入上式，得到i尺丿，可得到如下結論，改變屯阻心斤的阻值，可以改變通帶寬度，且中心頻率不受影響，但是為了避免碼 時發(fā)生口激振蕩，一般取r2r。圖4. 10二階帶通濾波電路的幅頻響應示意圖2. 帶阻

30、濾波器若將低通濾波器和高通濾波器的輸出電壓經求和運算電路后輸出，且低通濾 波器的通帶截止頻率小于高通濾波器的通帶截止頻率，則構成帶附濾波器，如圖 4. 11所示。該電路可阻止 恥心2范圍內的信號通過，使其余頻率的信號均能通 過。帶阻濾波器又稱陷波器，在干擾信號的頻率確定的情況下，可通過帶阻濾波 器阻止h通過。實用的帶阻濾波器用由rc組成的雙t網絡和一個集成運放實現, 如圖4. 3. 4所示。圖4. 11帶阻濾波器其中召、&、g組成的t型網絡為低通濾波電路，c、g、丘組成的t型網絡 為高通濾波電路；念接集成運放的輸出端引入正反饋，以提高通帶截止處的電壓 放大倍數，減小阻帶寬度，提高選擇性

31、。通常選取c二g二c, g二2c, r*r,兄二矽2。 當信號頻率趨于零或無窮大時，集成運放的同相輸入端電位仏二弘 故通帶放人 倍數就是比例運算電路的比例系數，即由節(jié)點方程求出傳遞函數為:auo皿）1 + 2(2 一叫wo丿1co( =，其中° 2nrc令滬j2nf帶入上式，則有ajouo j/ 21_+ j2（2-auo）yjo jj 0f =_l_ =1+魚式屮 0 2tirc , uo r , 2（2 - a® 丿。如果九。二 i,則 <0.5,增加 ao, 0將隨之升高。當缶趨近2時，0趨向無窮大。因此，缶愈接近2,幾愈 大，可使帶阻濾波電路的選頻特性愈好，即

32、阻斷的頻率范圍愈窄。根據截1上頻率 的沱義，下限頻率和上限頻率是增益下降-3db的頻率點，通帶截止頻率為/pi+ 1=（2-丸0）+1-（2-碼0）fo帶阻濾波器的阻帶寬度為® = /p2 - /pi = 2（ 2 - au0 ）f（）= %帶阻濾波器的幅頻特性如圖4. 12所示，0值越大，阻帶寬度越窄，選擇特 性越好。通過改變局、用的值可以改變。的大小。為了防止局=2時產生口激振 蕩，一般取用5。圖4. 12帶阻濾波屯路的幅頻響應綜上綜合考慮用一個低通濾波器和一個高通濾波器串聯起來組成一帶通濾 波器，用該方法構成的帶通濾波器通帶較寬，截止頻率易于調整，多用作測量信 號噪聲比的音頻帶

33、通濾波器。如圖4.13所示的帶通濾波器，頻率范圍 300hz-3000hz,整個通帶增益為8 db,非常適合語音放大。圖4. 13寬帶bpf5功率放大電路通常，一個電子系統的最末一級都是驅動一定的負載，有吋該負載還要將電 能轉換成其它能量形式。一般來說，電子系統提供的功率越大，能驅動的負載就 越大，或者轉換成其它能量就越大。在電了電路中把能夠向負載提供足夠大的信 號功率的放大電路稱為功率放大電路。5.1功率放大電路的特點功率放大電路與前面所述的小信號放大電路相比較，其工作原理沒有根本變 化，只是功率放大電路不是單純考慮電壓放大或電流放大，而是考慮在電源電壓 確定的情況廠 輸岀盡可能大的功率。此

34、時，功率放大電路中的器件都是工作大 信號的狀態(tài)下，因此分析方法與小信號放人電路就有所區(qū)別。功率放大電路的主 要特點是：1. 要求輸出功率盡可能人獲得輸出功率是功率放大電路的主要目的。為了獲得最大的功率，要求電路 的輸出電壓和輸出電流要有盡可能人的幅度。2. 轉換效率要高功率放大電路實質上并菲是將電功率直接提高，而是通過輸入信號（小功率） 去控制電源提供的直流功率將其轉換成交流功率（人功率），即輸出的交流功率 是rti電源提供的直流功率轉換而來的。通常功率放人屯路輸出功率人，直流屯源 消耗的直流功率也就越多。因此，考慮在電源電壓確定的情況下，輸出功率盡可 能大時，應該提高直流功率轉換成交流功率的

35、效率，以減少直流電源的損耗。3. 器件工作在接近極限狀態(tài)功率放大電路為了獲得最大的功率，要求電路的輸出電壓和輸出電流要有盡 可能大的幅度，為了達到此口的通常述需要輸入信號為大信號。此時，完成功率 放大的晶體管往往工作在接近極限狀態(tài)。因此，器件的安全性顯得十分重要，否 則器件會因為過熱、電壓或電流過人而損壞。由功率放大電路的特點可知，其主要技術指標有兩個：輸出功率幾功率放大電路提供給負載的信號功率稱為輸出功率。在輸出波形基木不失真 的條件下，輸岀功率用輸岀電壓的有效值仏和輸出電流的有效值厶乘積表示，p°=u°i°=蟄圣即：丁2 yj2式中爲為輸出電壓的峰值，厶。為輸

36、出電流的峰值。效率n 功率放人電路的輸岀功率允與電源所提供的直流功率人之 比稱為功放的效率，直流功率等于電源輸出電流的平均值與電源電壓的乘積。即5.2功率放大電路的工作狀態(tài)分類由上述功率放大電路的主耍技術指標可知功率放大電路屮的功率關系為pv=po+pt式中a為功率放人電路的損耗功率，由此可以看岀減小功放屯路的損耗功率 就可以提高輸岀功率和效率。功率放大電路的工作狀態(tài)不同，其輸出功率和效率 也不同。功率放大電路根據其中晶體管導通的狀態(tài)分為如下工作狀態(tài)：1. 甲類工作狀態(tài)當輸入信號為正弦波時，若功率晶體管在信號的整個周期內均導通(即導通 角二360°),則稱為甲類工作狀態(tài)，或稱為甲類功

37、率放人器，如圖5.1 (a)所 /卜o2. 乙類工作狀態(tài)當輸入信號為止弦波時，若功率晶體管僅在信號的止半個周期或負半個周期 內導通(即導通角二180°),則稱為乙類工作狀態(tài)，或稱為乙類功率放大器， 如圖5. 1 (b)所示。3. 甲乙類工作狀態(tài)當輸入信號為正弦波時，若功率晶體管在大于半個周期且小于一個周期內導 通(即180收360°),則稱為甲乙類工作狀態(tài)，或稱為甲乙類功率放大器，如 圖5. 1 (c)所示。4. 丙類工作狀態(tài)當輸入信號為正弦波時，若功率晶休管的導通時間小于半個周期(即 180°),則稱為丙類工作狀態(tài)，或稱為丙類功率放人器，如圖5. 1 (d)所示

38、。圖5.1功率放人電路的工作狀態(tài)可以證明，隨著晶體管的導通角的減小，功率放大電路的轉換效率就越 來越高。同時由圖5.1可以直觀的看到甲類功率放大器的靜態(tài)功耗（即3二0時 功率放大電路的損耗）比甲乙類、乙類和丙類功放都高，所以屮類功放的輸出功 率和效率都較甲乙類、乙類和丙類功放低。但由圖也可以看出其失真很小，乙類 功率放人器和丙類功率放人器的效率雖然提高了，但是失真卻加人了。低頻功率 放大電路通常采用乙類和甲乙類功率放大器，而高頻功率放大電路多釆用丙類功 率放大器，丙類功率放大器不屬于木設計介紹的內容。5.3電路的組成甲類功率放人電路用在此詢所學的共射極放人電路和共集電極放人電路就 可以實現，但

39、因其效率低很少使用。乙類雙電源互補對稱功率放大電路（乂稱為 ocl output capacitor less電路）的原理電路如圖5. 2 （a）所示，它是由一 個npn管和一個pnp管分別組成兩個射極輸出器，這是因為信號的電壓可以用多 級電壓放大電路進行放大，而圖5. 2 （a） 的晶體管vti和vt?主要完成信號電 流的放大，從而達到獲得更大功率的h的，理想的條件下這兩個電路的參數應該 完全相同。同時這兩個射極輸出器組成一個推挽式電路。由于該電路沒有基極偏 置電壓，即處于乙類工作狀態(tài)，所以采用雙電源供電方式。乙類雙電源互補對稱功率放大電路a圖5. 2乙類雙電源互補對稱功率放大電路靜態(tài)時，妒

40、0,由于g和vt?均沒有基極偏置電壓，所以截止，輸出電壓為 零，功耗也基本為零。由圖5. 2（a）可以看出，當有信號輸入時，即uho,設輸 入信號為正弦信號，同時忽略晶體管b-e間的開啟電壓（死區(qū)電壓）。在輸入信 號正半周3>0）時，vi；導通，vt2截止，正電源供電使幾流過負載；在輸入信 號負半周（冰0）時，vti截止，vt2導通，負電源供電使花流過負載。有信號時,vti和vl輪流導通，在負載上得到一個完整的信號波形，如圖5.2(b)所示。因 為兩個管子互補對方半個周期，ii工作性能對稱，所以稱為互補對稱電路。5. 3.1甲乙類雙電源互補對稱電路圖5. 3甲乙類雙電源互補對稱電路甲乙類

41、雙電源互補對稱電路如圖5.3所示，圖中vts為而置放大級，vti和 vt2組成互補對稱電路。靜態(tài)時，口和d?上產牛的壓降可以為口和vt2提供-個 合適的偏置電壓。因為口、d2的導通電壓略大于vt】、vt2的死區(qū)電壓，所以可以 使vti、vt2處于微導通狀態(tài)。由于電路對稱,靜態(tài)時7c1=2c2,所以-?o= 2ci_-?c2=0> 妒0。有信號時，vt|和vt2輪流導通完成功率放人。該屯路的缺點是，偏置屯壓 不容易調整。5.3.2甲乙類單電源互補對稱電路甲乙類單電源互補對稱電路如圖5.4所示，圖屮vt：；為前置放大級，vti和 vt2組成互補對稱電路。輸川端連接一個容量較人的電容c,起輔助

42、電源的作用。 電阻r,和r、向vt3提供合適的靜態(tài)工作點,u和d2使vt.和vt2工作在甲乙類狀態(tài)。 靜態(tài)時,vti和vr處于微導通狀態(tài)，由于電路對稱，所以電容c上的電壓 爐血/2。9 +feed+卩圖5. 4甲乙類單電源互補對稱電路當有信號弘時，通過vts的放大，在信號的負半周，vti導通，vt2截止，信 號被放大輸小i,同時電容c充電；信號的止半周，已充電的電容q起電源的作用, 保證vt?導通，vl截止，信號被放大輸岀，同時c通過負載用放電。只要選擇放 電時間常數用c足夠大(比信號的最長周期大得多)，電容c上的電壓就可以基 木穩(wěn)定在 v2,起到一個電源的作用，從而替代雙電源，這種電路采用了

43、耦合電容，而沒有采用耦合變壓器，所以通常稱為 otl (output transformer less)電路。單電源互補對稱電路參數的計算仍然可以 使用雙電源互補對稱電路參數的計算方法，但是耍注意的是原來公式中的如要 用坨/2代替。5. 3. 3復合管功率放大電路根據功率的概念可以知道提高電壓"和電流i均可以提高功率。在 功率放大電路中提高電壓的方法，一般都是采用多級電壓放大電路，即在功率 放人電路前設計多級前置電壓放人電路。而電流，的放人多采用復合管結構，兩 只品體管構成的復合管如圖5. 5所示。(a)<b)(c)(d)圖5. 5兩只品體管構成的復合管以圖5.5 (a)為例，

44、設va、vt2的電流放大系數分別為血和02,則e2 =(1+02 ”b2 =(1 + 02)0爲當時，復合管的電流放大系數約為01 02用上述方法同樣可以推導出圖(b)、(c)、(d)所示復合管的電流放大 系數"伏仇?？梢姀秃瞎芙Y構使晶體管的電流放大系數大大提高，從而提高 了輸出電流。圖5. 6是利用復合管構成的互補功率放大電路，vti是前置放大電路，用于 信號電壓放大o vt3> vt4和vt5、vt6構成復合管互補電路,&、兄和vt2是給vt3、 vtj和vt, vr提供偏置電壓，使其工作在甲乙類工作狀態(tài)。/為電流源為用、尼 和vt2提供偏置電流，同時作為有源負載可

45、以提高放人倍數。他笊和vt2提供的 偏置電壓大小為圖5. 7準互補功率放大電路%e2=(1 +辭 be2其中念2是vt2的靜態(tài)時導通電壓，硅管約為06'07v。在輸出功率較大的功放中，大功率管vt“和vt&由于管子的類型不同很難做 到完全對稱，就是在集成電路中，由于pnp型管與npn型管的制造工藝不同也很 難做到完全對稱。故在實際電路屮，通常用準互補功率放大電路，如圖5. 7所示。 其中將圖5.7中的g由pnp管換成了 npn管。這樣，使輸出的兩只功放管均為 npn型管，其特性及木對稱。5.4集成功率放大電路隨著集成電路制作技術的不斷提高，制作成本的不斷下降，元器件制造商也 為

46、廣大使用者提供了許多類型的集成功率放大器，這些集成功率放大器具有使用 簡單、靈活，成本低，調試方便等優(yōu)點。5.4.1 lm324運放集成電路lm324采用14腳雙列直插塑料封裝。它內部含四組形式完全相同的運算 放人器如圖5. 8 （臼）所示，除電源共用外，四組運放相互獨立。每一組運算放 大器可用圖5. 8 （方）所示的符號來表示，它有5個引出腳，其中“厶”、“ uj 為兩個信號輸入端，w、“尸 為正、負電源端，“ uj為輸出端。兩個信 號輸入端屮，4為反相輸入端，表示運放輸岀端仏的信號與該輸入端的相位相反; 侏為同相輸入端，表示運放輸出端仏的信號與該輸入端的相位相同。由于電源管 腳是眾所周知的

47、，因此，為了簡化，通?？梢园央娫炊耸÷圆划嫞盐迥_符號畫 成只有兩個輸入端、一個輸岀端的三端符號。(b)圖5. 8集成運放符號及l(fā)m324管腳由于lm324四運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，價格低廉等優(yōu)點，因此被廣泛應用在各種電路中。注：集成運算放大器lm324的管腳圖及基本參數見附錄b5. 4. 2 tda2003集成功率放大器我們在本次設計屮依然采用常用的tda2003集成功率放大器，tda2003是 tda2002的改進型，其輸出功率更人，電路特點及內設的各保護電路與tda2002 相同。它適用于收咅機及其它設備中作咅頻放大。表1集成功率放大器tda2

48、003的基本參數參數名稱符號參數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）io3.5a輸出峰值電流（非重復）io4.5a功率po20w工作環(huán)境溫度topz-30"75°cta=9°c貯存溫度.結品tstg,t-40"150°c引腳功能定義：tda2003為5腳單引直插式，其引腳功能如25輸入vcc圖5.9集成功率放大器tda2003的引腳圖功率放大電路是一種以輸出較大功率為r的的放大電路。他一般直接驅動負 載，帶負載能力強。從能量控制的觀點來看，功率放人電路實質上是能量轉換電

49、路。主要任務是使負載得到不失真（或失真較小）的輸出功率。在大信號下工作。 綜合以上條件考慮，最優(yōu)化的電路如圖5. 10所示：圖5. 10功率放人電路6整體電路原理圖綜上所述我們可以得到所需的總體電路原理圖，其電路圖如圖6.1所示。圖6. 1語音放大電路整體電路原理圖由圖可知聲咅信號經話筒輸入轉化為電信號，通過采用兩級電阻平衡電阻輸 入可提高靜態(tài)工作點的穩(wěn)立性，經同相比例運算放人器和反向比例運算放人器組 成的兩級放大電路，后經電位器調節(jié)線路輸入以達到信號選頻的作用，避免無用 信號及干擾信號。再經過由tda2003組成的功率放大電路放大信號再經過rc濾 波電路去除朵波經喇叭輸岀。7安裝調試與性能測

50、試7.1運放的調試安裝由左到右，而一部分以lm324為中心，后部分以tda2003為中心。通電 前認真檢查，確沱無誤后，才可調試與測試。1、靜態(tài)調試：調零和消除自激振蕩。2、動態(tài)調試：（1）在兩輸入端加差模輸入電壓 ,測量輸出電壓“辺，觀測與記錄輸出 電壓與輸入電壓的波形，算出差模放大倍數a汕。（2）在兩輸出端加共模輸入電壓 ,測量輸入電壓uoc,算出共模放大倍 數鶴。（3）算出共模抑制比kcmr（4）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。（5）測量差模輸入電阻。7.2功放的調試1、靜態(tài)調試：集成輸入對地短路，觀察輸出冇無振蕩，如有振蕩，采取消 振措施以消除振蕩。2

51、、功率參數測試(1) 測量最人輸岀功率匕”輸入f=lkhz的正弦輸入信號旳3,并逐漸加人輸入電壓幅值直至輸岀電壓©的波形出現臨界削波時，測量此時rl兩端輸出電壓的最大值匕加或有效值匕,om(2) 測量電源供給的平均功率心近似認為電源供給整個電路的功率即為幾，所以在測試人”的同時，只要在 供電回路串入一只直流電流表測出直流屯源提供的平均電流乙心，即可求出 fy。此平均電流ic(av)也就是靜態(tài)電源電流。(3) 計算效率=化“/人(4) 計算電壓增益編a心7嘰7.3系統調節(jié)經過以上對各級放人電路的局部調試z后，可以逐步擴人到整個系統的聯 調。1、令輸入信號坷二0,測量輸出的直流輸出電壓。

52、2、輸入/二1khz的正弦信號，改變坷幅值，用示波器觀察輸出電壓叫波形 的變化情況，記錄輸出電壓叫最大不失真幅度所對應的輸入電壓旳的變化范圍。3、輸入為一定值的正弦信號，改變輸入信號的頻率，觀察心的幅值變化 情況，記錄他下降到0. 707他之內的頻率變化范圍。4、計算總的電壓放人倍數4嚴叫仏。注：元器件清單見附錄a結論由于輸入功率放人器的輸入電壓要求在loomv左右，因此放大倍數a>20, 設計屮話筒放大電路采用同相比例運算放大器，為了使輸入的話筒信號最大可能 的不失真，采用兩極電阻平衡輸入電壓。其中r1=r2=4. 7kq, r3二r4=10kq, cl=10nfo al為lm324中的一個運算放人器。令r5=10kq , r6=75kq ,則 al二1+r6/r5二8. 5本設計中的混合前置放大電路有放大話筒輸入信號與線路輸入 信號的兩個作用，因此它的輸入信號有兩個均可以放人。圖中r7=r8=10kq,a2