语音放大电路设计报告

1、附件 1：学号：0121112370724课程设计题目语音放大电路的设计学院专业通信工程班级通信 GJ1101姓名董沛指导教师许建霞2013年1月6日1语音放大电路的设计绪论1.1 课题背景及目的在日常生活和工作中，经常会遇到这样一些问题：如在检修各种机器设备时，常常需要能依据故障设备的异常声响来寻找故障， 这种异常声响的频谱覆盖面往往很广，需要高亮度的声音以传达消息，例如校园广播，大型会议等，而仅仅凭人们自己的喉咙是无法实现的， 因而要用到信号放大器。 声音信号频率低， 在放大的过程中极易受到外界的干扰，又如 ：在打电话时，有时往往因声音太大或干扰太大而难以听清对方讲的话， 于是需要一种既能

2、放大语音信号又能降低外来噪声的仪器 诸如以上原因，具有类似功能的实用电路实际上就是一个能识别不同频率范围的小信号放大系统。 所以本课题要求采用集成运算放大器完成语音放大电路。有利于培养我的技开发能力和创新精神，并有一定的实用意义。实验目的通过实验培养市场素质， 工艺素质， 自主学习能力， 分析问题解决问题的能力及团队精神；通过实验总结回顾所学的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。设计原理3.1已知条件输 入前 置 放有 源 滤功 率 放扬 声信 号大 器波 器大 器器语音放大器是一个典型的多级放大器，其框图如上图所示，前置级主要完成对小信号的放大，一般要

3、求输入阻抗高，输出阻抗低，频带要求要宽，噪声要小。有源滤波器主要实现对输入信号高低音的调整。功率放大级主要决定了输出2功率的大小， 非线性失真系数等指标 , 要求效率高， 失真尽可能小， 输出功率高。因为 Po max =5w,所以此时的输出电压 VoPo max RL =4.5V，要使输入为 10mV的信号放大为 4.5V 的输出，所需要的总放大倍数为AvV 0450Vi3.2 性能指标1）前置放大器输入信号 Uid 10m;输入阻抗 Ri=100K；共模抑制比 KCMR60dB。2）有源带通滤波器带通频率范围z。3）功率放大器最大不失真输出功率 omax5W;负载阻抗 L；电源电压，4）输

4、出功率连续可调直流输出电压 mV(输出开路时 ) ；静态电源电流 mA(输出短路时 ) 。3.3要求选取单元电路及元件根据设计要求和已知条件， 确定前置放大电路、 有源带通滤波电路、 功率放大电路的方案，计算和选取单元电路的元件参数。置放大电路的组装与调试测量置放大电路的差模电压增益AUd、共模电压增益 AUc、共模抑制比 KCMR、带宽 BW?1、输入电压 Ri? 等各项技术指标，并与设计要求值行比较。源带通滤波电路的组装与调试测3量有源带通滤波电路的差模电压增益AUd、带通 BW1，并与设计要求进行比较。功率放大电路的组装与调试测量功率放大电路的最大不失真输出功率Po,max、电源供给功率

5、 P?DC、输出效率、直流输出电压、静态电源电流等技术指标。整体电路的联调与试听应用 Multisim 软件对电路进行仿真分析3.4 原理与参考电路3.4.1 前置放大电路由于信号源提供的信号非常微弱，故一般在音调放大级前加一级前置放大级在测量用的放大电路中，一般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。 典型情况下， 信号的最大幅度可能仅有若干毫伏， 共模噪声可能高达几伏。放大器输入漂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。 在设计前置小信号放大电路时，可参考运

6、算放大器应用的相关设计 ；VCC15VXSC1C14U1AAB3C34U1BXFG115C51uF271uFR1611LM324ADR41uF100kohm20kohm11LM324ADR2R5100kohm100kohmC4C230pF30pFR6VDDR35kohm-15V10kohmR750%10kOhmKey = aGT4不同方案比较：缺陷与不足：由于电路过于简单，不能对电路的整体增益进行合理的调节，而且反馈电路中没有电容， 不能控制由于电路温度升高而引起的温度飘逸，误差较大；而且在电路中无串联电容使得电压稳定性不好，而且进入滤波电路的直流分量过大，引起噪声过大3.4.2有源滤波电路有

7、源滤波电路是用有源器件与RC网络组成的滤波电路。有源滤波电路的种类有低通（LPF）、高通（ HPF）、带通（ BPF）、带阻（ BEF）滤波器，本实验着重讨论典型的二阶有源滤波器。R2VCC -15V1kohmR7R8VCC -15VR1160kohm1kohm160kohm11U1BXSC111U1A6GC2C127T15ABR5R634LM324AD10kOhm50% 10kOhm 50%0.1uF0.1uF4LM324ADC3XFG1Key = aC4Key = a0.01uFR40.01uFVDDVDD5.1kohm15VR315V5.1kohm不同方案比较：5缺陷不足：电路基本符合要

8、求，但是反馈电路中没有电容，不能控制温度漂移， R5与 R6应该换成滑动变阻器，便于调节电路中的电流3.4.3功率放大电路功率放大的主要作用是向负载提供功率，要求输出功率尽可能大，转换功率尽可能高。非线性失真尽可能小。VCC12VXSC1C15U1G1T4AB1uF2XFG13TDA2030R1R220kohm1kohmR4R5R310ohm8ohmC220kOhm 50%20uFKey = aC330pFC40.1uFVDD-12V不同方案比较：6比较：该电路基本符合要求，但是 Multisim10 中没有 TD2003这个元件，不便于进行仿真， 故我们利用 TDA2030重新设计了一个电路

9、， 经测试，基本符合要求3.5单元电路中的线路连接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纹波， 各级之间用 100f 的电容进行连接。核心原件参数特点4.1 LM324运放集成电路LM324 采用 14 脚双列直插塑料封装。 它内部包含四组形式完全相同的运算放大器如图 5.8（a）所示，除电源共用外，四组运放相互独立。每一组运算放大器可用图 5.8（b）所示的符号来表示，它有 5 个引出脚，其中 “Ui+ ”、“Ui- ”为两个信号输入端， “U+”、“U- ”为正、负电源端， “Uo”为输出端。 两个信号输入端中， Ui- 为反相输入端，表示运放输出端 Uo 的信号与该输入端

10、的相位相反 ；Ui+ 为同相输入端，表示运放输出端 Uo 的信号与该输入端的相位相同。由于电源管脚是众所周知的，因此，为了简化，通常可以把电源端省略不画，把五脚符号画成只有两个输入端、一个输出端的三端符号。7141312111098U +U -+U i -LM324Uo+U i +U +1234567U-(a)(b)图 5.8 集成运放符号及LM324 管脚由于 LM324 四运放电路具有电源电压范围宽，静态功耗小，可采用单、双电源方式使用，价格低廉等优点，因此被广泛应用在各种电路中。注：集成运算放大器LM324 的管脚图及基本参数见附录B4.2 TDA2003 集成功率放大器我们在本次设计中

11、依然采用常用的TDA2003 集成功率放大器，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。8参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Topz3075?CTa=9?C贮存温度 . 结晶Tstg，T40150?C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4 输出5 输入 Vcc集成功

12、率放大器TDA2003 的引脚图95 Multisim10.0仿真结果5.1 前置放大电路VCC15VC14U1A34C3U1BXFG115C51uF271uFR1611LM324ADR41uF100kohm20kohm11LM324ADR2R5100kohm100kohmC4C230pF30pFVDDR6R3-15V5kohm10kohmR750%10kOhmKey = aXSC1GTAB105.2 有源滤波电路11R21kohmVCC-15VR7R8VCC-15VR1160kohm1kohm160kohm11U1BU1A116C2C12715R63R54LM324AD0.1uF0.1uF4

13、10kOhm50% 10kOhm 50%LM324ADKey = aC3XFG1Key = aC40.01uFR40.01uFVDD5.1kohm VDDR315V15V5.1kohmXSC1GTAB125.3 功率放大电路VCC12VXSC1C115U1GTA4B1uF2XFG13TDA2030R1R220kohm1kohmR4R5R310ohm8ohmC220kOhm50%20uFKey = aC330pFC40.1uFVDD-12V13调试电路及调试测量6.1 前置放大电路的调试：静态调试：调零和消除自激振荡。动态调试：在两输入端加差模输入电压Uid ，测量输出电压Uod1，观测于记录输

14、出电压与输入电压的波形，算出差模电压增益Aud1。在两输入端加共模输入电压Uic ，测量输出电压Uoc1，算出共模电压增益 Auc1。6.2 有源带通滤波器的调试：静态调试：调零和消除自激振荡动态调试：调节输入信号的频率，使输出电压达到不失真的最大值。记录此时的电压值和频率。 不断改变输入信号的频率， （变大和变小），当电压的幅14度为最大值的 0.707 倍时，分别记录此时的频率， 即为上限截止频率和下限截止频率。由此计算通频带。6.3 功率放大电路的调试：静态调试：将输入端对地短路，观察输出有无振荡，如果有振荡，采取消振措施以消除振荡。测量最大输出功率Pomax：在输出信号不失真的条件下，

15、对功率参数进行测试。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 两端的输出电压的最大值Uomax或有效值 Uo，22则 Pomax=Uomax/（ 2*RL）=Uo /RL。6.4 系统联调：经过以上对各级电路的局部调试后，可扩大到整个系统的联调。令输入信号 Ui=0，（前置级对输入短路），测量输出的直流输出电压。输入 f=1kHz 的正弦信号，改变 Ui 的幅值，用示波器观察输出电压 Uo波形变化的情况，记录输出电压 Uo最大不失真幅度所对应的输入电压 Ui 的变化范围。 输入 Ui 为一定值的正弦信号 （在 Uo 不失

16、真范围内取值），改变输入信号的频率，观察 Uo的幅值变化情况， 记录 Uo下降到 0.707Uo 之内的频率变化范围。 计算总的电压增益Au3=Uo/Ui3 。6.5 电路测量：分别测量所要求的数据：1）前置放大器的电压放大倍数 Au=1002）测量带通滤波器的通频带 BW=300Hz-3000Hz6.6 效果测试系统级联后，分别在输入端输入语音信号和音乐信号，观测效果。6.7 实验中遇到的问题及解决办法1) 问题：前级放大器焊接完成后在示波器中没有信号输出分析：电路中可能有虚焊短接情况解决：用万用表仔细检查电路，逐个焊点进行测试，找出虚焊点并将其焊牢。152) 问题：下限截频过低（ 170H

17、z）分析：高通滤波器中电过大解决：调节滑动变阻器6.8 元件清单：元件规格数量LM3244 片变阻器20K（50%）110K3电阻20K25.1K110K1100K310k11k3160k2电容1u（有极）430p（无极）30.1u （有极）30.01u （无极）222u（有极）1整流二极管1N40072扬声器8欧 3W1板子大板1功放TDA203017设计感想和体会：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，16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

18、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。参考文献陈有卿 . 新颖集成电路制作精选 M. 北京：