综合电子设计语音放大器

1、北京信息科技大学 综合电子设计 驻极体话筒放大电路小论文1小论文小论文题 目 语音放大器的设计 姓 名 学 号 学 院 通信学院 专 业 电子信息工程 日 期 2014.11.02 北京信息科技大学 综合电子设计 驻极体话筒放大电路小论文2目录摘要摘要.3ABSTRACT.4一、引言一、引言.51、实验目的.52、知识点和设计内容.5二、设计思路二、设计思路.51、语音放大器的基本构成.52、性能指标与要求.6三、设计方案三、设计方案.61、集成直流稳压电源.62、语音信号前级放大及有源滤波.83、功率放大.104、系统设计.10四、元器件实物及引脚顺序四、元器件实物及引脚顺序.12五、仿真分

2、析五、仿真分析.121、电源.122、带通滤波.13六、实验步骤六、实验步骤.14北京信息科技大学 综合电子设计 驻极体话筒放大电路小论文31、电路焊接.142、直流稳压电源的测试.143、前置放大器的测试.144、有源带通滤波器的测试.155、功率放大器的测试.156、整体测试.16七、实验中的问题提出与解决方法七、实验中的问题提出与解决方法.17八、实验体会八、实验体会.18九、参考文献九、参考文献.19十、附录十、附录.191、集成运算放大器 LM324 的管脚图及基本参数.192、元器件符号.193、元件清单.20摘要语音放大器的作用是不失真地放大输入的音频信号。由于人发出的声音频率在

3、 340Hz3400Hz 之间，声波在传播中会产生反射、折射和干涉等现象，到达话筒的信号比人从声带中发出来的声音要小，同时话筒是一种换能器，它将声能转化为电能，话筒的输出信号一般很小，而输出阻抗很大，则要求对话音进行放大。由于声音在空气中传播产生谐波失真，谐波失真是指声音回放中增加了原信号没有的高次谐波成分而导致的失真，则要在话音放大器中设计滤波器，提高输出信号的高保真性能。此外，话筒的频率特性、性噪比和灵敏度也直接影响着重现声音的音质。 北京信息科技大学 综合电子设计 驻极体话筒放大电路小论文4为了实现语音信号的不失真放大，在设计电路过程中，主要分为三个模块单元电路构成系统，其分别为：电源模

4、块、前级放大加带通滤波模块、BTL 功率放大模块。首先，通过全波整流、滤波、稳压，为后续模块提供12V 的直流电压。语音信号通过前级放大电路进行声音信号转化为放大的电压信号。然后，信号经过带通滤波电路得到频率要求为：300Hz3KHz 的电压信号。再通过 BTL 功率放大电路使电信号化为声音信号并放大。运放器选择 LM324，功放选择 TDA2822。在整个设计的过程中，还需考虑电路自激振荡、噪声消除及其他因素。因此可以通过理论搭建电路，通过 multisim、protel 等仿真软件进行仿真、调试，来满足各项技术指标的要求。关键字：麦克风、语音放大，滤波，功放，LM324，TDA2822Ab

5、stractThe role of audio amplifier is not distortion to enlarge the input audio signal. Due to the voice of the people between 340 hz 3400 hz frequency, sound waves in the transmission will produce the phenomenon such as reflection, refraction and the intervention, to reach the microphone signal than

6、 people from the voice of the vocal cords were found out, microphone is a kind of transducer at the same time, it will sound energy into electricity, the output of the microphone signal generally small, while the output impedance is very big, insist on to the voice of amplification. Harmonic distort

7、ion because of sound in air, harmonic distortion refers to increase in sound playback of the original signal without distortion caused by higher harmonic components, it is the voice amplifier in filter design, improve the high fidelity of the output signal performance. In addition, the frequency cha

8、racteristics of the microphone sensitivity, sex ratio and also directly affects the reproduced sound quality.In order to realize the distortion amplification of the voice signal, in the process 北京信息科技大学 综合电子设计 驻极体话筒放大电路小论文5of circuit design, the circuit is mainly divided into three modules: the powe

9、r supply module, the former amplification and band pass filter module and BTL power amplifier module. With the full wave rectification, filtration, voltage stabilization, the power module supplies +12V DC voltage for subsequent modules. The pre amplification circuit turns input voice signal into amp

10、lified voltage signal. Then, the signal go through band-pass filter circuit to reach the frequency requirements:300Hz -3KHz-voltage signal. And then through the BTL power amplifier circuit to turn the electrical signal into amplified sound signal. LM324 is selected as an operational amplifier, TDA28

11、22 is selected as a power amplifier. Self oscillating of the circuit, noise elimination and other factors should also take into consideration in the design process. Thus we can build the circuit through the theory, use simulation software such as Multisim, PROTEL and etc. for simulation and debuggin

12、g, to meet the requirements of the various technical indicators.Key words : Microphone、Voice amplification、Filtering、Amplifier、LM324，TDA2822 一、引言综合电子设计培养学生应用所学基础理论知识，通过查阅资料，将理论应用于实践的能力，要求学生能进行电子电路功能模块和小型电子系统的设计，强化学生计算机设计和计算机仿真的能力，培养学生综合应用、勇于实践的创新能力。本课程设计采用推荐设计内容与学生自选内容相结合的方法，同时每一个推荐设计内容又有很大的灵活性，允许学生

13、有不同的实现方法，这将有利于培养学生的独立分析解决问题能力，对创新能力的培养也很有帮助。1、实验目的、实验目的 1） 通过实验培养学生的市场素质、工艺素质、自主学习的能力、分析问题解决问题的能力以及团队精神。北京信息科技大学 综合电子设计 驻极体话筒放大电路小论文6（2） 掌握分立或集成运放放大器的工作原理及其应用。（3） 通过实验总结回顾所学模拟电子技术基础理论和基础实验，掌握低频小信号放大电路和功放电路的设计方法。（4） 了解语言识别知识。2、知识点和设计内容、知识点和设计内容本实验的知识点为分立元件放大器或集成运放、有源滤波器、功率放大器；涉及电子电路各个模块之间的联合调试技术。二、设计

14、思路1、语音放大器的基本构成、语音放大器的基本构成2、性能指标与要求、性能指标与要求基本部分：设计完成一个基本的语音放大器其性能指标为：1、 前置放大器： 输入信号： Uid 10 mV 输入阻抗： Ri 100 k。2、 有源带通滤波器：频率范围： 300 Hz 3 kHz 增益： Au = 13、 功率放大器：最大不失真输出功率： Pomax1W 负载阻抗： RL= 8（4） 电源电压： + 5 V， + 12V， - 12V4、 输出功率连续可调： 直流输出电压 50 mV 静态电源电流 100 mA提高部分：选作 1 个或多个功能，也可以自行设计1、提高音频放大器音质、输出功率或增加功

15、能（如遥控、音量、音调等） ；北京信息科技大学 综合电子设计 驻极体话筒放大电路小论文72、实现基于模拟射频通信的无线语音放大器，具体方案自行设计；3、实现基于无线数字通信的无线语音放大器，具体方案自行设计。三、设计方案1、集成直流稳压电源、集成直流稳压电源电源系统为全局提供电源，全局总共有+ 5 V， + 12V， - 12V 电源，所以选择可调的双电源系统。稳定的直流电源供电，小功率稳压电源一般是由电源变压器、整流、滤波和稳压等四部分电路组成。其基本电路框图及经各电路变换后，输出的波形如图所示。a) 电源变压器电源变压器的作用是将电网 220V 的交流电压变换成整流滤波电路所需的低电压。b

16、) 整流电路北京信息科技大学 综合电子设计 驻极体话筒放大电路小论文8整流电路一般采用具有单向导电性的二极管组成，经常采用单相半波、单相全波和单相桥式整流电路。图所示的整流电路为应用广泛的桥式整流电路。电路中采用了四个二极管，组成单相桥式整流电路。整流过程中，四个二极管轮流导通，无论正半周或负半周，流过负载的电流方向是一致的，形成全波整流，将变压器输出的交流电压变成了脉动的直流电压。c) 滤波电路在整流电路的输出端并联电容即可形成滤波电路。加入电容滤波电路后，由于电容是储能元件，利用其冲放电特性，使输出波形平滑，减少脉动成分，以达到滤波的目的。为了使滤波效果更好，可选用大容量的电容为滤波电容。

17、因为电容的放电时间常数越大，放电过程越慢，脉动成分越少，同时使得电压更高。d) 稳压电路经过滤波后输出的直流电压仍然存在较大纹波，而且交流电网电压容许有 10%的起伏，随着电网电压的起伏，输出电压也会随之变动。此外，经过滤波后输出的直流电压也与负载的大小有关，当负载加重时，由于输出电流能力有限，使得输出的直流电压下降。因此，当需要稳定的直流电源时，在整流、滤波电路后通常需要配有稳压电路。本实验选用 LM317 与 LM337 作为稳压可调电路。北京信息科技大学 综合电子设计 驻极体话筒放大电路小论文9整流二极管 IN4007。滤波电容选取两只 4700uF/50V 的电解电容作为滤波电容。 2

18、、语音信号前级放大及有源滤波、语音信号前级放大及有源滤波前置放大电路也为测量用小信号放大电路。在测量用的放大电路中，一般用传感器送来的直流或低频信号，经放大后多用单端方式传输，在典型情况下，有用信号的最大幅度可能仅有若干豪伏，而共模噪声可能高到几伏，故放大器输入飘移和噪声等因素对于总的精度至关重要，放大器本身的共模抑制特性也是同等重要的问题。因此前置放大电路应该是一个高输入阻抗，高共模抑制比，低漂移的小信号放大电路。有缘滤波电路的种类很多，如按通道的性能划分，又分为低通（ LPF） 、高通（ HPF） 、带通（ BPF） 、带阻（ BEF）滤波器。在本次的设计过程中采用宽带带通滤波器。高通滤波

19、器： fH=300Hz =1/(2pi*R*C)C16=C17=C=10nF，算得 R18=53K低通滤波器： fL=3KHz =1/(2pi*R*C)，算得 R15=5.3 K北京信息科技大学 综合电子设计 驻极体话筒放大电路小论文10另外，由于语音通过话筒输入信号为 10mv，放大后要求达到 100mv，放大倍数需在 10 倍以上，由电路设计要求得知，带通滤波增益为 1，所以，其总的电压增益取决于前置放大增益，所以前置放大电路采用同相放大电路，还可以增大输入阻抗，提高信噪比。3、功率放大、功率放大北京信息科技大学 综合电子设计 驻极体话筒放大电路小论文11功率放大的主要作用是向负荷提供功率

20、，要求输出功率尽可能大，转换效率尽可能高，非线性失真尽可能小。功率放大器的形式很多,有 OCL 互补对称功率放大电路， OTL 功率放大电路， BTL 桥式推挽功率放大电路和变压器耦合功率放大电路等。本实验中，选择宽电压范围的 TDA2822 芯片推挽式功率放大电路。根据要求，输出功率 P=1W，电阻 R=8，由功率公式可得 U=2.8V，对 TDA2822 供电 8V，理想条件下可达到设计要求，因此本实验采用 12V 电源对 TDA2822 供电。4、系统设计、系统设计语音放大电路图：（用 5mV 的电源模拟语音信号作为输入）北京信息科技大学 综合电子设计 驻极体话筒放大电路小论文12北京信

21、息科技大学 综合电子设计 驻极体话筒放大电路小论文13四、元器件实物及引脚顺序五、仿真分析1、电源、电源北京信息科技大学 综合电子设计 驻极体话筒放大电路小论文14分析：电源的整流和滤波达到预期的目的，LM337 负电源调节时线性度不如 LM317，因此设计中如果有富裕的器件，可更改为与 LM313 对称的结构。2、带通滤波、带通滤波北京信息科技大学 综合电子设计 驻极体话筒放大电路小论文15分析：通频带能达到设计指标，但是由于采用的一阶高通低通电路，阻带衰减不明显，通带仍然有衰减。六、实验步骤1、电路焊接、电路焊接先进行直流稳压电路的焊接与调试，待直流稳压电路调试稳定后， 进行语音放大器的焊

22、接，焊接从左到右，前一部分以 LM324 为中心，后一部分以TDA2822 为中心。通电前认真检查，确定无误后，才可调试与测试。2、直流稳压电源的测试、直流稳压电源的测试测量电压的调节范围：VCC： 1.2518.300VVEE： -1.27 -17.650V3、前置放大器的测试、前置放大器的测试（1） 断开麦克风与前置放大之间的连接（2） 输入 100mV 正弦信号（3） 测量输出电压的Ui=30mV北京信息科技大学 综合电子设计 驻极体话筒放大电路小论文16Uo=324mVAu = 324/30=10.810.8 倍增益， 符合预期要求4、有源带通滤波器的测试、有源带通滤波器的测试(1)

23、断开话筒与放大器的连接(2) 点测法测量带通滤波最后一级输出电压实测数据：频率f/Hz1002003004004505006007001000120015002000250030003500400044004600电压U/mV47.280.097.210210210210210211811812010810291.286.480.8 76.074.4折线图为：Ui=1500mV，最大输出电压峰峰值： 120mv，拐点电压 1200.707=84.84mVfL=228Hz fH=3.669kHzBW=3669-228=3441Hz5、功率放大器的测试、功率放大器的测试(1) 输入端对地短路，观察

24、输出端有无振荡，如有振荡，采取措施以消除振荡。北京信息科技大学 综合电子设计 驻极体话筒放大电路小论文17(2) 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的幅值直至输出电压 Uo 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。Up-p=11.8v， Up=5.9v， RL=8，Po,max= Up2/RL=4.35w；有效值： Uo=5.9* /2=4.172v 功率有效值：Po=Uo2/RL=2.176w6、整体测试、整体测试系统的联调与各项性能指标测试完毕之后，面对话筒说话或者播放音乐，从扬声器即可传出说话声或美妙音乐声。从视听效果来看，

25、应该是音质清楚，无杂音，音量大，电路运行稳定为最佳设计。北京信息科技大学 综合电子设计 驻极体话筒放大电路小论文18七、实验中的问题提出与解决方法问题 1： 波形信号不稳定。分析：电路中可能有虚焊短接的情况。解决：用万用表仔细检查电路，逐个焊点进行测试，找出虚焊点并将其旱牢。问题 2：下限截频过高，通频带变宽。分析：可能是电路虚焊，或者元件烧坏了解决：检查电路后，换了一个电容，于是得到 3M 多点的上限截止频率。问题 3：功率放大管 TDA2822 不能正常工作，接通后变烫迅速，容易烧坏。分析： 可能是电路接错，或是芯片问题。解决： 首先测量静态零输入时推挽电路的工作电压是否相同，再检查电路是

26、否焊接正确，如果得不到解决，最后更换芯片。经验教训：在焊接这种封装的芯片是，一定要控制管脚温度对芯片的影响，尽量缩短烙铁与管脚接触的时间。问题 4：接好喇叭后能出声，但转动滑动变阻器过一会就不出声了。北京信息科技大学 综合电子设计 驻极体话筒放大电路小论文19分析：虚焊，电源有问题或接地有问题。解决：经过检查电路，发现滑动变阻器管脚出现虚焊，再次测试时仍然还有之前的问题没有解决。问题 5：测试功率放大时，波形时有时无。分析：电路出现虚焊或者测试时管脚表笔接触不良。解决：经过检查电路，发现是操作时接触不良，进行固定之后问题得到解决。八、实验体会1、这次综合电子设计确实是一次真正意义上的综合性课程

27、设计。在本次课设中，我们从设计、仿真、选择原件、焊接、调试、问题解决等各个方面都独立完成，倾注了大量的时间、精力和心血。在设计的过程中，我们仔细查阅老师提供的相关资料和课外资料，最终确定了自己的小组方案。2、这次课程设计让我深刻地体会设计能力的重要性。焊接过程要先设计好走线布局，以重要原件复杂布局为中心向外展开，尽量做到不飞线，稳定信号，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。这次实验中，就因为我们设计时没有考虑到后面的电路，只看眼前的元件布局，不顾后面，导致后面布线很乱，很多元件都被堵死，只能通过拆电路和飞线来解决问题，浪