语音放大电路的设计及仿真 武汉理工

1、目 录略1.设计实验的目的及其任务要求1.1 设计实验目的1. 熟悉设计电路的基本方法及其电路的制作、安装、调试2. 学会运用理论知识分析电路，了解LM324TDA2003的基本方法1.2 设计实验要求设计并制作一个由集成电路组成的具有话筒放大电路、混合前置放大器，对其输出信号进行扩音的语音放大电路，能够对输入的声音信号进行清晰的放大。2.设计原理及其方案本实验是要求制作一个由集成电路组成的具有语音信号放大作用的语音放大电路，其基本原理图如下图2.1 语音放大电路原理图由图可知，话筒输入信号可通过两级放大电路进行放大，再通过功率放大电路放大后输入。另一方面，线路信号也可以通过混合前置放大器放大

2、输出。根据要求，输出功率 P=2W，电阻R=4，由功率公式可得U=2.8V，对TDA2003输入100mv电压时，可达到设计要求。另外，由于话筒输入信号为5mv，放大后要求达到100mv，放大倍数需在20倍以上，使用两级放大，各级为5倍左右。两级均采用集成运算放大器，话筒放大倍数设为A1，混合运放的放大倍数设为A2，即放大倍数A=A1*A2。本设计中A1=8.5，A2=3，A=A1*A2=25.520，再通过电位器来调节，使其达到设计的要求，电位器为10K，其放大电路的示意图如下话 筒 输 入，将声音信号转化成电信号扬声器将电信号转化成声音信号输出经过功率放大器放大，频率为20HZ20KHZ经

3、过混合放大器放大3倍 U4120mv5mv的话筒输入信号Ui=5mv经过放大器放大8.5倍Ui40mv图2.2 话筒输入信号放大示意图对于线路信号，同样可以用这种方法，只不过不用话筒放大器直接将信号送入到混合前置放大器中进行放大。由于线路信号的大小为100mv,在功率放大器的放大范围内，因此混合前置放大器对它的放大倍数约为1倍，如下图所示：从线路输入100mv的信号经过混合放大器放大1倍，约为100mv扬声器将电信号转化成声音信号输出经过功率放大器放大28倍频率约为20HZ20KHZ图2.3 线路输入信号放大示意图3单元电路的设计3.1话筒放大电路的设计由于输入功率放大器的输入电压要求在100

4、mv左右，因此放大倍数A20，设计中话筒放大电路采用同相比例运算放大器，为了使输入的话筒信号最大可能的不失真，采用两极电阻平衡输入电压，如下图所示：图3.1.1 话筒放大电路设计图如图所示，R1=R2=4.7K，R3=R4=10K，C1=10FU1A为LM324中的一个运算放大器。令R5=10K，R6=75K，则A1=1+R6/R5=8.5 3.2 混合前置放大电路和线路信号输入电路的设计本设计实验中的混合前置放大电路有放大话筒输入信号与线路输入信号的两个作用。因此它的输入信号有两个均可以放大，由于线路输入信号为100mv，为功率运算放大器的输入信号范围，故电路可采用反向比例运算放大器，即|A

5、3|=1倍，电路如下： 图3.2.1 混合前置放大电路和线路信号输入电路图中Rt=R8=10K,A2为LM324中的另一个运放，为了稳定电路，提高其抗干扰能力，电路设计过程中采用两个10K的电阻形成比较器。由A=A1A2得A2=A/A1=20/8.5=2.4倍，图中的R9=10K，R10=30K，则|A2|=R10/R9=32.4，则设计合理。由图A3=R10/R11,取R11=30K，则|A3|=1倍。选Rp=10K，可调节电位器来改变输入信号大小。C3=100F，C4=10F，它们在电路中起到了以线路输入信号选频的作用，避免无用信号及干扰信号。3.3 功率放大电路的设计 由混合前置放大电路

6、输入的信号可供给功率运算放大器频率范围为50HZ20KHZ的语音。为了提高语音的音质，应该减少输出阻抗，即可在扬声器的两端并联一个1电阻和一个0.1f的电容串联电路。另外，在直流电压电路中，可并上两个电路，形成去耦电路，以减少引入运放而产生的干扰功率放大电路是一种以输出较大功率为目的的放大电路。他一般直接驱动负载，带负载能力强。从能量控制的观点来看，功率放大电路实质上是能量转换电路。主要任务是使负载得到不失真（或失真较小）的输出功率。在大信号下工作。综合以上条件考虑，最优化的电路图如下：图3.3.1 功率放大电路4总电路图图4.1 总电路图为了避免各级运算器之间的相互干扰，且过滤掉放大过程中的

7、纹波，各级之间用10f的电容进行连接。5电路仿真5.1 话筒放大电路的仿真图5.1.1 话筒放大电路仿真图图5.1.2 话筒放大电路仿真输入信号图5.1.3 话筒放大电路仿真示波器波形5.2 混合前置电路和线路信号输入电路的仿真图5.2.1 混合前置电路和线路信号输入电路仿真图图5.2.2 混合前置电路和线路信号输入电路仿真输入信号图5.2.3 混合前置电路和线路信号输入电路仿真示波器波形5.3 功率放大电路的仿真图5.3.1 功率放大电路仿真图图5.3.2 功率放大电路仿真输入信号图5.3.3 功率放大电路仿真示波器波形5.4 总电路的仿真图5.4.1 总电路仿真图图5.4.2 总电路仿真输

8、入信号图5.4.3 总电路仿真示波器波形6.安装调试与性能测试6.1 运放的调试安装由左到右，前一部分以LM324为中心，后部分以TDA2003为中心。通电前认真检查，确定无误后，才可调试与测试。静态调试：调零和消除自激振荡。动态调试：（1） 在两输入端加差模输入电压，测量输出电压,观测与记录输出电压与输入电压的波形，算出差模放大倍数。（2） 在两输出端加共模输入电压，测量输入电压，算出共模放大倍数。（3） 算出共模抑制比（4） 用逐点法测量幅频特性，并作出幅频特性曲线，求出上、下限截止频率。（5） 测量差模输入电阻。6.2 功放的调试静态调试：集成输入对地短路，观察输出有无振荡，如有振荡，采

9、取消振措施以消除振荡。功率参数测试（1）测量最大输出功率输入 f=1kHz的正弦输入信号，并逐渐加大输入电压幅值直至输出电压的波形出现临界削波时，测量此时RL两端输出电压的最大值或有效值，则（2）测量电源供给的平均功率近似认为电源供给整个电路的功率即为，所以在测试的同时，只要在供电回路串入一只直流电流表测出直流电源提供的平均电流，即可求出。此平均电流也就是静态电源电流。（3）计算效率 （4）计算电压增益 6.3 系统调节经过以上对各级放大电路的局部调试之后，可以逐步扩大到整个系统的联调。（1）令输入信号=0，测量输出的直流输出电压。（2）输入=1kHz的正弦信号，改变幅值，用示波器观察输出电压

10、波形的变化情况，记录输出电压最大不失真幅度所对应的输入电压的变化范围。（3）输入为一定值的正弦信号，改变输入信号的频率，观察的幅值变化情况，记录下降到0.707之内的频率变化范围。（4）计算总的电压放大倍数。7器件清单7.1 集成运算放大器LM324的管脚图及基本参数 管脚号功能管脚号功能1输出8输出2反向输入端9反向输入端3同向输入端10同向输入端4接电源正极11接电源负极5同向输入端12同向输入端6反向输入端13反向输入端7输出14输出参数名VccIccVidVicRidRoAvoKCM(dB)参数值10362.830121000200861067090图6.1.1 LM324的管脚图及其

11、参数值7.2 集成功率放大器TDA2003的管脚图及其参数 TDA2003是TDA2002的改进型，其输出功率更大，电路特点及内设的各保护电路与TDA2002相同。它适用于收音机及其它设备中作音频放大表1 集成功率放大器TDA2003的基本参数参数名称符号参数值单位备注峰值电源电压Vcc40V直流电源电压Vcc28V工作电源电压Vcc18V50ms输出峰值电流（重复）Io3.5A输出峰值电流（非重复）Io4.5A功率Po20W工作环境温度Topz3075CTa=9C贮存温度. 结晶Tstg，T40150C引脚功能定义：TDA2003为5脚单引直插式，其引脚功能如下：1同向输入 2反向输入 3地

12、 4输出 5输Vcc图6.2.1 集成功率放大器TDA2003的引脚图7.3 语音放大电路的元件清单 表2 语音放大电路的元件清单位置编号名称型号规格数量备注R1.R2电阻4.7K2个25CR3.R4.R5.R7.R8.R9电阻10K6个25CR10.R11电阻30K2个25CR6.电阻75K1个25CR12电阻2201个25CR13电阻2.21个25CR14电阻11个25CRp1.Rp2电位器10K2个调节音量C1.C3.C4.C5.C11.C12.C13电容107个25C. 电极正负C8.C10电容0.12个25CC9电容1001个25C.注意电极C2电容11个25C.注意电极A1.A4集

13、成运算放大器LM3242个25CA功率放大器TDA20031个25CO话筒1个25CY扬声器3W. 41个25C8. 心得体会通过这次课程设计，让我深刻地体会到了在电子设计过程中应该十分细心，而且应该有全局观。我在设计时因为没有考虑到后面的电路，只看眼前，不顾后面。结果搞的后面布线布得一团糟。俗话说：“磨刀不误砍材工。”这句话应该是我以后在做设计时应该牢记的。首先，应该对电路的布局有一个整体的考虑，做到元件的布置合理，避免出现短路，断路等情况，而且应尽量使元件均匀地分布在整个电路板上，注意对称。其次，在焊接过程要谨慎，避免出现接点之间的粘连和虚焊等情况。最后，要认真检查电路，在确认准确无误后接通电源进行调试。在调试过程中，会遇到许多麻烦。我发现电位器的调节作用有问题，原来是接线接反了。还有，应该接在同一个点的线没有接在一起，但是这样还是不行，经过仔细检查后发现，问题是两排接地线没有连在一起。但是，结果还是没有想象中的那么完美。在进行实物焊接前，应该对元器件进行检查，在确认无损坏的情况下再进行焊接。语音放大器的最大缺点是噪音太大，可以多增加几级滤波电路来滤除纹波，还可以通过改进元器件的性能还减少噪音。相信通过这些改进，可以在一定程度上提高语音放大电路的性能。9. 参考文献 1童诗白主编。 模拟电子技术基础。 北京：高等教育出版社，1988 2