1、國家電工電子實(shí)驗教學(xué)中心電子系統(tǒng)課程設(shè)計設(shè)計報告設(shè)計題目：語音放大器設(shè)計學(xué) 院： 電子信息工程學(xué)院專 業(yè)：通信工程學(xué)生姓名：索光霽學(xué)號：13274063任課教師：任希2015年6月20日國家電工電子實(shí)驗教學(xué)中心模電研學(xué)報告設(shè)計報告目錄1. 設(shè)計目的及要求 .11.1設(shè)計目的 .11.2設(shè)計要求 .11.3性能指標(biāo) .22. 原理框圖及總電路圖 .23.設(shè)計思想及基本原理分析 .33.1設(shè)計思想 .33.2基本原理 .44.單元電路分析、元件介紹和元件參數(shù)計算 .44.1前置放大電路 .44.2帶通濾波器設(shè)計 .54.3功率放大電路設(shè)計 .65.主要器件介紹 .76.電路仿真 .107.焊接實(shí)驗

2、電路板和調(diào)試 .128.故障分析 .139.實(shí)驗感悟 .1310. 參考文獻(xiàn) .14國家電工電子實(shí)驗教學(xué)中心模電研學(xué)報告設(shè)計報告國家電工電子實(shí)驗教學(xué)中心模電研學(xué)報告設(shè)計報告設(shè)計目的及要求1.1設(shè)計目的. 通過實(shí)驗培養(yǎng)學(xué)生的市場素質(zhì)， 工藝素質(zhì)，自主學(xué)習(xí)的能力，分析問題解決問題的能力以及團(tuán)隊精神。 . 通過實(shí)驗總結(jié)回顧所學(xué)的模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)理論和基礎(chǔ)實(shí)驗，掌握低頻小信號放大電路和功放電路的設(shè)計方法。1.2設(shè)計要求1）選取單元電路及元件根據(jù)設(shè)計要求和已知條件，確定前置放大電路、有源帶通濾波電路、功率放大電路的方案，計算和選取單元電路的原件參數(shù)。2）前置放大電路的組裝與調(diào)試測量前置放大電路的差模電壓

3、增益AU、共模電壓增益AUc、共模抑制比 KCMR、帶寬 BW、輸入電壓 Ri 等各項技術(shù)指標(biāo)，并與設(shè)計要求值進(jìn)行比較。3）有源帶通濾波器電路的組裝與調(diào)試測量有緣帶通濾波器電路的差模電壓增益AUd、帶通 BW，并與設(shè)計要求進(jìn)行比較。4）功率放大電路的組裝與調(diào)試測量功率放大電路的最大不失真輸出功率Po,max、電源供給功率PDC、輸出效率、直流輸出電壓、靜態(tài)電源電流等技術(shù)指標(biāo)。第1頁共4頁國家電工電子實(shí)驗教學(xué)中心模電研學(xué)報告設(shè)計報告5）整體電路的聯(lián)調(diào)與試聽1.3性能指標(biāo) 前置放大器：輸入信號：Uid 10 mV輸入阻抗： Ri 100 k 有源帶通濾波器：頻率范圍：300 Hz 3 kHz增益：

4、 Au = 1 。 功率放大器：最大不失真輸出功率：Pomax1W負(fù)載阻抗： RL= 8 （ 4）電源電壓： + 5 V ，+ 12V，- 12V 輸出功率連續(xù)可調(diào)直流輸出電壓 50 mV靜態(tài)電源電流 100 mA原理框圖及總電路圖. 語音放大電路由“輸入電路”、“前置放大器”、“有源帶通濾波器”、“功率放大器”、“揚(yáng)聲器”幾部分構(gòu)成：. 實(shí)驗總電路：第2頁共5頁國家電工電子實(shí)驗教學(xué)中心模電研學(xué)報告設(shè)計報告3設(shè)計思想及基本原理分析3.1設(shè)計思想輸入端采用麥克風(fēng)形式， 聲音通過麥克風(fēng)輸入前置放大電路，進(jìn)行一次放大后輸入二階有源帶通濾波電路，對通頻帶300Hz-3000Hz）以外的信號進(jìn)行濾波，以

5、消除雜音，最后將經(jīng)過放大和濾波的信號輸入功率放大電路， 進(jìn)行功率放大后將聲音通過揚(yáng)聲器輸出。3.2基本原理 前置放大電路前置放大電路可采用兩級負(fù)反饋放大器、 差分放大電路， 也可以用集成運(yùn)放構(gòu)成的測量用小信號放大電路等。在測量用的放大電路中，一般傳感器送來的直流或低頻信號， 經(jīng)放大后多用單端方式傳輸。一般來說，信號的最大幅度可能僅有幾毫伏， 共模噪聲可能高達(dá)幾伏。放大器輸入漂移和噪聲等因素對于總的精度至關(guān)重要， 放大器本身的第3頁共6頁國家電工電子實(shí)驗教學(xué)中心模電研學(xué)報告設(shè)計報告共模抑制特性也是同等重要的問題。 因此前置放大電路應(yīng)該是一個高輸入阻抗、高共模抑制比、 低漂移的小信號放大電路。在設(shè)

6、計前置小信號放大電路時，可參考運(yùn)算放大器應(yīng)用的相關(guān)； 有源濾波電路有源濾波電路是用有源器件與 RC網(wǎng)絡(luò)組成的濾波電路。有源濾波電路的種類有低通 （LPF）、高通（HPF）、帶通（BPF）、帶阻（BEF）濾波器，本實(shí)驗著重討論典型的二階有源濾波器。 功率放大電路功率放大的主要作用是向負(fù)載提供功率，要求輸出功率盡可能大，轉(zhuǎn)換功率盡可能高，非線性失真盡可能小。單元電路分析、元件介紹和元件參數(shù)計算4.1 前置放大電路方案一：方案二：方案一是一級放大，其增益過小，且不夠穩(wěn)定，帶動不起后級電路。因此，在前置放大器的選擇上，我們采用方案二的兩級放大。運(yùn)算放大器使用LM324。通過第二級放大電路中的電位器來調(diào)

7、節(jié)放大的倍數(shù)。這個電路非常簡單，而且原理清晰。通過仿真可知，輸出很完整，基本上沒有噪聲。在第一級放大電路中，AU1=1+R3/R1=1+1010。在第二級放大電路中，AU2=1+（ R10+R5）/R6 1 100。所以總的放大倍數(shù)為：AU=AU1.AU2100第4頁共7頁國家電工電子實(shí)驗教學(xué)中心模電研學(xué)報告設(shè)計報告200。前級放大部分最終設(shè)計電路如下：4.2 帶通濾波器設(shè)計方案一：方案二：第5頁共8頁國家電工電子實(shí)驗教學(xué)中心模電研學(xué)報告設(shè)計報告方案二高通與低通是分開做的， 在滿足 LPF的通帶截止頻率高于HPF的通帶截止頻率的條件下，把相同元件壓控電壓源濾波器的LPF和 HPF串聯(lián)起來可以實(shí)

8、現(xiàn)帶通濾波器的功能， 而且?guī)V波器的低頻截止頻率 fL 由 HPF的截止頻率決定，高頻截止頻率 fH 有 LPF的截止頻率決定。與方案一相比較，方案二的通帶較寬，通帶截止頻率易于調(diào)整。因此，我們采用的帶通濾波器是方案二，電路圖如下圖所示，能抑制低于 300Hz 和高于 3000Hz的信號。帶通濾波器最終設(shè)計電路如下：高通部分：令 =C=0.1F，=2,由已知條件： fH=1/(2 C)=3000Hz，得 7.5K， 3.74k 。低通部分：令 =2=0.022F，=0.01 F 同理可得 =R, 由已知條件： fH=1/(2 R)=300Hz，得=R3.74 k 。4.3 功率放大電路設(shè)計第

9、6頁共9頁國家電工電子實(shí)驗教學(xué)中心模電研學(xué)報告設(shè)計報告方案一：采用TDA2030作為功率放大器方案二：采用LM386作為功率放大器TDA2030是許多電腦有源音箱所采用的Hi-Fi功放集成塊，它接法簡單，價格實(shí)惠，額定功率為14W，電源電壓為 6 18V。輸出電流大，諧波失真和交越失真?。?4V/4 歐姆， THD=0.5%），具有優(yōu)良的短路和過熱保護(hù)電路。 采用 LM386作為功率放大器雖然外圍電路相對簡單并且穩(wěn)定性較好，但是仿真軟件Multisim中沒有找到LM386，基于 TDA2030的優(yōu)點(diǎn)而且又便于仿真，我們最終決定采用方案一。功率放大部分最終設(shè)計電路如下：主要器件介紹柱極體傳聲器傳

10、聲器是一種將聲信號轉(zhuǎn)變?yōu)橄鄳?yīng)的電信號的電聲換能器。駐極體傳第7頁共10頁國家電工電子實(shí)驗教學(xué)中心模電研學(xué)報告設(shè)計報告聲器是一種用駐極體材料制造的新型傳聲器。它具有結(jié)構(gòu)簡單、 靈敏度高等優(yōu)點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于語言拾音、聲信號檢測等方面。駐極體傳聲器內(nèi)部主要包括聲電轉(zhuǎn)換和阻抗變換兩部分。聲電轉(zhuǎn)換部分包括振膜、極板、空隙三部分。聲電轉(zhuǎn)換的關(guān)鍵元件是振動膜，它是一片極薄的塑料膜片， 在其中一面蒸發(fā)上一層純金薄膜，然后再經(jīng)過高壓電場駐極后，兩面分別駐有異性電荷，膜片的蒸金面向外，與金屬外殼相連通。膜片的另一面與金屬極板之間用薄的絕緣襯圈隔離開，這樣，蒸金膜與金屬極板之間就形成一個電容。當(dāng)聲音傳入時，振膜隨聲

11、波的運(yùn)動發(fā)生振動， 此時振膜與固定電極間的電容量也隨聲音而發(fā)生變化。從而產(chǎn)生了隨聲波變化而變化的交變電壓信號，如此就完成了聲音轉(zhuǎn)換為電信號的過程。電壓變化的大小， 反映了外界聲壓的強(qiáng)弱，這種電壓變化頻率反映了外界聲音的頻率。駐極體傳聲器振膜與極板之間的電容量比較小，一般為幾十pF。因而這個電信號輸出阻抗很高，而且很弱。因此，不能將駐極體傳聲器的輸出直接與音頻放大器相接。而場效應(yīng)晶體管具有輸入阻抗極高、噪聲系數(shù)低的特點(diǎn)，因此，一般是在傳聲器內(nèi)部接入一只輸入阻抗極高的結(jié)型場效應(yīng)晶體三極管用來放大駐極體電容產(chǎn)生的電壓信號，同時以比較低的阻抗在源極 S 或者漏極 G輸出信號，實(shí)現(xiàn)阻抗變換。LM3241

12、）LM324 系列器件為價格便宜的帶有真差動輸入的四運(yùn)算放大器。與單電源應(yīng)用場合的標(biāo)準(zhǔn)運(yùn)算放大器相比，它們有一些顯著優(yōu)點(diǎn)。 該四放大器可以工作在低到3.0 伏或者高到 32 伏的電源下，靜態(tài)電流第8頁共11頁國家電工電子實(shí)驗教學(xué)中心模電研學(xué)報告設(shè)計報告為 MC1741的靜態(tài)電流的五分之一。共模輸入范圍包括負(fù)電源，因而消除了在許多應(yīng)用場合中采用外部偏置元件的必要性。 每一組運(yùn)算放大器可用圖 1 所示的符號來表示， 它有 5 個引出腳，其中“+”、“- ” 為兩個信號輸入端，“ V+”、“V-”為正、負(fù)電源端，“ Vo”為輸出端。兩個信號輸入端中， Vi- （- ）為反相輸入端，表示運(yùn)放輸出端Vo

13、 的信號與該輸入端的位相反；Vi+（+）為同相輸入端，表示運(yùn)放輸出端 Vo 的信號與該輸入端的相位相同。LM324的引腳排列見圖2。LM324的特點(diǎn)：短路保護(hù)輸出真差動輸入級可單電源工作： 3V-32V低偏置電流：最大 100nA每封裝含四個運(yùn)算放大器。具有內(nèi)部補(bǔ)償?shù)墓δ?。共模范圍擴(kuò)展到負(fù)電源行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的引腳排列輸入端具有靜電保護(hù)功能TDA2030ATDA2030A是德律風(fēng)根生產(chǎn)的音頻功放電路，采用V 型 5 腳單列直插式塑料封裝結(jié)構(gòu)。如圖 1 所示，按引腳的形狀引可分為H型和 V 型。該集成電路廣泛應(yīng)用于汽車立體聲收錄音機(jī)、 中功率音響設(shè)備，具有體積小、輸出功率大、失真小等特點(diǎn)。并具有內(nèi)部第9

14、頁共12頁國家電工電子實(shí)驗教學(xué)中心模電研學(xué)報告設(shè)計報告保護(hù)電路。TDA2030A的電路特點(diǎn)： 1. 外接元件非常少。2.輸出功率大，Po=18W(RL=4) 。3.采用超小型封裝（TO-220） , 可提高組裝密度。 4.開機(jī)沖擊極小。 5.內(nèi)含各種保護(hù)電路，因此工作安全可靠。主要保護(hù)電路有：短路保護(hù)、熱保護(hù)、地線偶然開路、電源極性反接（Vsmax=12V）以及負(fù)載泄放電壓反沖等。 6.TDA2030A 能在最低 6V 最高 22V 的電壓下工作在19V、8阻抗時能夠輸出16W的有效功率， THD 0.1%。無疑，用它來做電腦有源音箱的功率放大部分或小型功放再合適不過了。引腳情況： 1. 腳是

15、正向輸入端； 2. 腳是反向輸入端； 3. 腳是負(fù)電源輸入端； 4. 腳是功率輸出端；5. 腳是正電源輸入端。電路仿真第一級前置放大電路：第10頁共13頁國家電工電子實(shí)驗教學(xué)中心模電研學(xué)報告設(shè)計報告帶通濾波器第11頁共14頁國家電工電子實(shí)驗教學(xué)中心模電研學(xué)報告設(shè)計報告帶通濾波器的波特圖如下：功率放大電路焊接實(shí)驗電路板和調(diào)試第12頁共15頁國家電工電子實(shí)驗教學(xué)中心模電研學(xué)報告設(shè)計報告按照實(shí)驗電路圖在PCB板上焊接好電路元件， 并合理布線。在焊接過程中，要注意不要虛焊。然后從第一級到第三級開始調(diào)試，測量第一級的增益、第二級的通頻帶。若結(jié)果不合適，首先檢查焊點(diǎn)是否虛焊，然后檢查電路圖是否連錯。每一級

16、都無誤后，接通整個電路，并加入聲音信號，進(jìn)一步調(diào)試，直到輸出噪聲較小、失真較小的聲音信號。故障分析： 在調(diào)試第一級時，發(fā)現(xiàn)輸出波形為矩形波。經(jīng)過分析確定是由于前置放大電路電位器值過大使得放大倍數(shù)過大引起的截止失真。將電位器阻值調(diào)小后問題得到解決。 調(diào)試第三級時，發(fā)現(xiàn)接上揚(yáng)聲器后波形出現(xiàn)單端被削平的情形。經(jīng)確定為功放電路和前置放大電路部分放大倍數(shù)太大引起失真。 調(diào)節(jié)上述電路的滑動變阻器，問題得到解決。 對麥克講話時揚(yáng)聲器不出聲。經(jīng)分析是因為電位器阻值太大或太小，使得麥克上分壓未達(dá)到或超過工作電壓約 0.6v ，調(diào)節(jié)電位器亦解決問題。 揚(yáng)聲器有噪音。這個情況是在第二次調(diào)試電路時出現(xiàn)的。剛焊接玩時效

17、果非常好，我們播放了男聲、女生、交響樂，發(fā)現(xiàn)失真很小，聲音很飽滿，但是過了幾個小時再次測試電路時發(fā)現(xiàn)揚(yáng)聲器出現(xiàn)自激，有噪聲，播放音樂時失真也變大，雖然我們不斷調(diào)試并采取一些措施，但問題始終沒有很好解決。實(shí)驗感悟本次設(shè)計、焊接語音放大器我收獲很大。 首先我根據(jù)老師的提示和在第13頁共16頁國家電工電子實(shí)驗教學(xué)中心模電研學(xué)報告設(shè)計報告圖書館借的電工設(shè)計書設(shè)計電路圖，同時用 Multisim 軟件進(jìn)行仿真以驗證電路圖的正確與否。 我們通過仿真軟件反復(fù)對電路中的各種元件和參數(shù)進(jìn)行調(diào)整和改進(jìn)， 直到最終基本符合了實(shí)驗要求， 在這個過程中我們不僅僅熟悉了 Multisim 軟件的使用，而且更加深了我們對電路工作原理的理解， 為接下來我們購買原件和焊接電路打下了一個很好的基礎(chǔ)。接下來我們就按照我們設(shè)計的電路圖去中發(fā)購買元件，開始焊接電路板了，在這個過程中我們不僅熟悉了我們的焊接技術(shù)，而且對于在電路板