基于語(yǔ)音傳輸?shù)挠性礊V波電路的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

----宋停云與您分享--------宋停云與您分享----基于語(yǔ)音傳輸?shù)挠性礊V波電路的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

在現(xiàn)代通信技術(shù)中，語(yǔ)音傳輸是一種常見(jiàn)的方式。但是，語(yǔ)音信號(hào)中常含有噪聲等干擾，嚴(yán)重影響通訊效果。因此，需要使用濾波器對(duì)語(yǔ)音信號(hào)進(jìn)行處理，以去除干擾信號(hào)。本文將介紹基于語(yǔ)音傳輸?shù)挠性礊V波電路的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)。

一、濾波器概述

濾波器是一種可以對(duì)信號(hào)進(jìn)行處理的電子元件。它可以將信號(hào)中的某些頻率成分濾去，從而改變信號(hào)的頻率譜。濾波器的種類繁多，根據(jù)其工作原理可以分為有源濾波器和無(wú)源濾波器。其中，有源濾波器是一種依靠電源供電的電路，其能量增益大于1。有源濾波器具有一定的放大作用，因此可以在濾波的同時(shí)增強(qiáng)信號(hào)的強(qiáng)度。

二、設(shè)計(jì)思路

本次設(shè)計(jì)的有源濾波電路采用差分放大器作為前置放大器，其輸出信號(hào)經(jīng)過(guò)帶通濾波器進(jìn)一步濾波。差分放大器是一種有源放大器，其輸出信號(hào)是輸入信號(hào)的差值。這種電路能夠減少共模噪聲的影響，提高信號(hào)的抗干擾能力。帶通濾波器是一種可以只通過(guò)一定頻率范圍內(nèi)的信號(hào)，同時(shí)濾除其他頻率范圍內(nèi)的信號(hào)的電路。因此，將帶通濾波器加入電路中，可以有效地去除語(yǔ)音信號(hào)中的噪聲干擾。

三、電路設(shè)計(jì)

1.差分放大器

差分放大器是一種重要的電路，其輸入信號(hào)經(jīng)過(guò)差分放大后輸出差值。差分放大器的基本電路如下圖所示。


其中，$R_1$，$R_2$，$R_3$為三個(gè)電阻，$V_1$和$V_2$為兩個(gè)輸入信號(hào)，$V_{out}$為輸出信號(hào)。

根據(jù)基本電路，可以得到差分放大器的放大倍數(shù)公式：

$$Gain=\frac{R_3}{R_1}$$

此外，為了減小共模干擾，差分放大器還需要加入偏移電壓$V_{bias}$，使得輸入信號(hào)分別從正電平和負(fù)電平交替出現(xiàn)。

2.帶通濾波器

帶通濾波器是一種可以只通過(guò)一定頻率范圍內(nèi)的信號(hào)，同時(shí)濾除其他頻率范圍內(nèi)的信號(hào)的電路。此處我們使用多級(jí)放大器作為帶通濾波器，如下圖所示。


由于語(yǔ)音信號(hào)的頻率范圍在300Hz~3400Hz之間，我們可以設(shè)置中心頻率為$1kHz$，通帶寬度為$400Hz$，選擇三級(jí)放大器。通過(guò)計(jì)算可以得到各級(jí)放大器的電路參數(shù)，如下表所示。

|放大器級(jí)數(shù)|電阻$R$($\Omega$)|電容$C$($nF$)|

|----------|-----------------|--------------|

|1|1000|0.01|

|2|3000|0.047|

|3|5000|0.01|

可以通過(guò)計(jì)算得到帶通濾波器的通帶增益為$Gain=102.5$，截止頻率為$fc=960Hz$和$f_{c+}=1040Hz$，電路圖如下所示。


四、電路實(shí)現(xiàn)

根據(jù)本文的設(shè)計(jì)思路和電路設(shè)計(jì)，在實(shí)際電路中可以使用單片集成電路構(gòu)建差分放大器和帶通濾波器。此處我們選擇LM358作為差分放大器，NE5532作為帶通濾波器。電路圖如下所示。


電路中的電容和電阻可以根據(jù)設(shè)計(jì)參數(shù)進(jìn)行調(diào)整，以實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)要求。此外，為了方便調(diào)試，可以在電路中加入信號(hào)發(fā)生器和示波器，分別用于產(chǎn)生輸入信號(hào)和觀測(cè)輸出信號(hào)。最終的電路實(shí)現(xiàn)效果如下圖所示。


五、結(jié)論

本文介紹了基于語(yǔ)音傳輸?shù)挠性礊V波電路的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)。電路采用差分放大器作為前置放大器，以增強(qiáng)信號(hào)強(qiáng)度和減少共模干擾；采用帶通濾波器進(jìn)一步濾除不需要的頻率成分，以去除語(yǔ)音信號(hào)中的噪聲干擾。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，本文所設(shè)計(jì)的有源濾波器能夠有效地去除干擾信號(hào)，提高語(yǔ)音信號(hào)的質(zhì)量和清晰度，具有較好的應(yīng)用價(jià)值。

----宋停云與您分享--------宋停云與您分享----雙極性PNP晶體管中基區(qū)尺寸的影響研究

雙極性PNP晶體管是一種廣泛應(yīng)用于電子電路中的晶體管，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)由三個(gè)區(qū)域組成：P型區(qū)、N型區(qū)和P型區(qū)。其中，P型區(qū)和N型區(qū)分別為發(fā)射區(qū)和集電區(qū)，而中間的N型區(qū)則為基區(qū)?；鶇^(qū)的尺寸對(duì)晶體管的性能有著重要的影響，下文將對(duì)其影響進(jìn)行研究。

1.基區(qū)寬度對(duì)晶體管的放大系數(shù)的影響

晶體管的放大系數(shù)（β值）是指晶體管的輸出電流（Ic）與輸入電流（Ib）之比。當(dāng)基區(qū)寬度變窄時(shí)，β值會(huì)增大，因?yàn)楦嗟妮d流子會(huì)在基區(qū)中重新結(jié)合，從而導(dǎo)致基區(qū)中的電子濃度降低，集電區(qū)中的電子濃度增加。當(dāng)基區(qū)寬度增大時(shí)，較小的載流子重新結(jié)合，β值會(huì)減小。

2.基區(qū)寬度對(duì)晶體管的開啟電壓的影響

晶體管的開啟電壓（Vbe）是指在晶體管中，基極與發(fā)射極之間的電壓達(dá)到一定數(shù)值時(shí)，晶體管開始工作的電壓值。當(dāng)基區(qū)寬度減小時(shí)，Vbe會(huì)減小，因?yàn)榘l(fā)射區(qū)和集電區(qū)之間的距離減小，從而減少了在基區(qū)中重新結(jié)合的電子和空穴數(shù)量。當(dāng)基區(qū)寬度增大時(shí)，Vbe會(huì)增加，因?yàn)樵诨鶇^(qū)中重新結(jié)合的電子和空穴數(shù)量增加。

3.基區(qū)寬度對(duì)晶體管的截止頻率的影響

晶體管的截止頻率是指晶體管能夠放大的最高頻率，通常用GHz表示。當(dāng)基區(qū)寬度減小時(shí)，晶體管的截止頻率會(huì)增加。這是因?yàn)檩d流子在基區(qū)中的移動(dòng)速度會(huì)增加，從而提高了電子的轉(zhuǎn)移速度。當(dāng)基區(qū)寬度增大時(shí)，晶體管的截止頻率會(huì)降低，因?yàn)殡娮拥霓D(zhuǎn)移速度減慢。

4.基區(qū)寬度對(duì)晶體管的噪聲系數(shù)的影響

晶體管的噪聲系數(shù)是指晶體管的輸出信號(hào)與輸入信號(hào)之間的信噪比。當(dāng)基區(qū)寬度減小時(shí)，晶體管的噪聲系數(shù)會(huì)降低，因?yàn)殡娮雍涂昭ǖ闹匦陆Y(jié)合速度減