語音放大電路的設(shè)計(jì)及仿真 武漢理工

1、目 錄略1.設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)的目的及其任務(wù)要求1.1 設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)?zāi)康?. 熟悉設(shè)計(jì)電路的基本方法及其電路的制作、安裝、調(diào)試2. 學(xué)會運(yùn)用理論知識分析電路，了解LM324TDA2003的基本方法1.2 設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)要求設(shè)計(jì)并制作一個由集成電路組成的具有話筒放大電路、混合前置放大器，對其輸出信號進(jìn)行擴(kuò)音的語音放大電路，能夠?qū)斎氲穆曇粜盘栠M(jìn)行清晰的放大。2.設(shè)計(jì)原理及其方案本實(shí)驗(yàn)是要求制作一個由集成電路組成的具有語音信號放大作用的語音放大電路，其基本原理圖如下圖2.1 語音放大電路原理圖由圖可知，話筒輸入信號可通過兩級放大電路進(jìn)行放大，再通過功率放大電路放大后輸入。另一方面，線路信號也可以通過混合前置放大器放大

2、輸出。根據(jù)要求，輸出功率 P=2W，電阻R=4，由功率公式可得U=2.8V，對TDA2003輸入100mv電壓時，可達(dá)到設(shè)計(jì)要求。另外，由于話筒輸入信號為5mv，放大后要求達(dá)到100mv，放大倍數(shù)需在20倍以上，使用兩級放大，各級為5倍左右。兩級均采用集成運(yùn)算放大器，話筒放大倍數(shù)設(shè)為A1，混合運(yùn)放的放大倍數(shù)設(shè)為A2，即放大倍數(shù)A=A1*A2。本設(shè)計(jì)中A1=8.5，A2=3，A=A1*A2=25.520，再通過電位器來調(diào)節(jié)，使其達(dá)到設(shè)計(jì)的要求，電位器為10K，其放大電路的示意圖如下話 筒 輸 入，將聲音信號轉(zhuǎn)化成電信號揚(yáng)聲器將電信號轉(zhuǎn)化成聲音信號輸出經(jīng)過功率放大器放大，頻率為20HZ20KHZ經(jīng)

3、過混合放大器放大3倍 U4120mv5mv的話筒輸入信號Ui=5mv經(jīng)過放大器放大8.5倍Ui40mv圖2.2 話筒輸入信號放大示意圖對于線路信號，同樣可以用這種方法，只不過不用話筒放大器直接將信號送入到混合前置放大器中進(jìn)行放大。由于線路信號的大小為100mv,在功率放大器的放大范圍內(nèi)，因此混合前置放大器對它的放大倍數(shù)約為1倍，如下圖所示：從線路輸入100mv的信號經(jīng)過混合放大器放大1倍，約為100mv揚(yáng)聲器將電信號轉(zhuǎn)化成聲音信號輸出經(jīng)過功率放大器放大28倍頻率約為20HZ20KHZ圖2.3 線路輸入信號放大示意圖3單元電路的設(shè)計(jì)3.1話筒放大電路的設(shè)計(jì)由于輸入功率放大器的輸入電壓要求在100

4、mv左右，因此放大倍數(shù)A20，設(shè)計(jì)中話筒放大電路采用同相比例運(yùn)算放大器，為了使輸入的話筒信號最大可能的不失真，采用兩極電阻平衡輸入電壓，如下圖所示：圖3.1.1 話筒放大電路設(shè)計(jì)圖如圖所示，R1=R2=4.7K，R3=R4=10K，C1=10FU1A為LM324中的一個運(yùn)算放大器。令R5=10K，R6=75K，則A1=1+R6/R5=8.5 3.2 混合前置放大電路和線路信號輸入電路的設(shè)計(jì)本設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)中的混合前置放大電路有放大話筒輸入信號與線路輸入信號的兩個作用。因此它的輸入信號有兩個均可以放大，由于線路輸入信號為100mv，為功率運(yùn)算放大器的輸入信號范圍，故電路可采用反向比例運(yùn)算放大器，即|A

5、3|=1倍，電路如下： 圖3.2.1 混合前置放大電路和線路信號輸入電路圖中Rt=R8=10K,A2為LM324中的另一個運(yùn)放，為了穩(wěn)定電路，提高其抗干擾能力，電路設(shè)計(jì)過程中采用兩個10K的電阻形成比較器。由A=A1A2得A2=A/A1=20/8.5=2.4倍，圖中的R9=10K，R10=30K，則|A2|=R10/R9=32.4，則設(shè)計(jì)合理。由圖A3=R10/R11,取R11=30K，則|A3|=1倍。選Rp=10K，可調(diào)節(jié)電位器來改變輸入信號大小。C3=100F，C4=10F，它們在電路中起到了以線路輸入信號選頻的作用，避免無用信號及干擾信號。3.3 功率放大電路的設(shè)計(jì) 由混合前置放大電路

6、輸入的信號可供給功率運(yùn)算放大器頻率范圍為50HZ20KHZ的語音。為了提高語音的音質(zhì)，應(yīng)該減少輸出阻抗，即可在揚(yáng)聲器的兩端并聯(lián)一個1電阻和一個0.1f的電容串聯(lián)電路。另外，在直流電壓電路中，可并上兩個電路，形成去耦電路，以減少引入運(yùn)放而產(chǎn)生的干擾功率放大電路是一種以輸出較大功率為目的的放大電路。他一般直接驅(qū)動負(fù)載，帶負(fù)載能力強(qiáng)。從能量控制的觀點(diǎn)來看，功率放大電路實(shí)質(zhì)上是能量轉(zhuǎn)換電路。主要任務(wù)是使負(fù)載得到不失真（或失真較小）的輸出功率。在大信號下工作。綜合以上條件考慮，最優(yōu)化的電路圖如下：圖3.3.1 功率放大電路4總電路圖圖4.1 總電路圖為了避免各級運(yùn)算器之間的相互干擾，且過濾掉放大過程中的

7、紋波，各級之間用10f的電容進(jìn)行連接。5電路仿真5.1 話筒放大電路的仿真圖5.1.1 話筒放大電路仿真圖圖5.1.2 話筒放大電路仿真輸入信號圖5.1.3 話筒放大電路仿真示波器波形5.2 混合前置電路和線路信號輸入電路的仿真圖5.2.1 混合前置電路和線路信號輸入電路仿真圖圖5.2.2 混合前置電路和線路信號輸入電路仿真輸入信號圖5.2.3 混合前置電路和線路信號輸入電路仿真示波器波形5.3 功率放大電路的仿真圖5.3.1 功率放大電路仿真圖圖5.3.2 功率放大電路仿真輸入信號圖5.3.3 功率放大電路仿真示波器波形5.4 總電路的仿真圖5.4.1 總電路仿真圖圖5.4.2 總電路仿真輸

8、入信號圖5.4.3 總電路仿真示波器波形6.安裝調(diào)試與性能測試6.1 運(yùn)放的調(diào)試安裝由左到右，前一部分以LM324為中心，后部分以TDA2003為中心。通電前認(rèn)真檢查，確定無誤后，才可調(diào)試與測試。靜態(tài)調(diào)試：調(diào)零和消除自激振蕩。動態(tài)調(diào)試：（1） 在兩輸入端加差模輸入電壓，測量輸出電壓,觀測與記錄輸出電壓與輸入電壓的波形，算出差模放大倍數(shù)。（2） 在兩輸出端加共模輸入電壓，測量輸入電壓，算出共模放大倍數(shù)。（3） 算出共模抑制比（4） 用逐點(diǎn)法測量幅頻特性，并作出幅頻特性曲線，求出上、下限截止頻率。（5） 測量差模輸入電阻。6.2 功放的調(diào)試靜態(tài)調(diào)試：集成輸入對地短路，觀察輸出有無振蕩，如有振蕩，采

9、取消振措施以消除振蕩。功率參數(shù)測試（1）測量最大輸出功率輸入 f=1kHz的正弦輸入信號，并逐漸加大輸入電壓幅值直至輸出電壓的波形出現(xiàn)臨界削波時，測量此時RL兩端輸出電壓的最大值或有效值，則（2）測量電源供給的平均功率近似認(rèn)為電源供給整個電路的功率即為，所以在測試的同時，只要在供電回路串入一只直流電流表測出直流電源提供的平均電流，即可求出。此平均電流也就是靜態(tài)電源電流。（3）計(jì)算效率 （4）計(jì)算電壓增益 6.3 系統(tǒng)調(diào)節(jié)經(jīng)過以上對各級放大電路的局部調(diào)試之后，可以逐步擴(kuò)大到整個系統(tǒng)的聯(lián)調(diào)。（1）令輸入信號=0，測量輸出的直流輸出電壓。（2）輸入=1kHz的正弦信號，改變幅值，用示波器觀察輸出電壓

10、波形的變化情況，記錄輸出電壓最大不失真幅度所對應(yīng)的輸入電壓的變化范圍。（3）輸入為一定值的正弦信號，改變輸入信號的頻率，觀察的幅值變化情況，記錄下降到0.707之內(nèi)的頻率變化范圍。（4）計(jì)算總的電壓放大倍數(shù)。7器件清單7.1 集成運(yùn)算放大器LM324的管腳圖及基本參數(shù) 管腳號功能管腳號功能1輸出8輸出2反向輸入端9反向輸入端3同向輸入端10同向輸入端4接電源正極11接電源負(fù)極5同向輸入端12同向輸入端6反向輸入端13反向輸入端7輸出14輸出參數(shù)名VccIccVidVicRidRoAvoKCM(dB)參數(shù)值10362.830121000200861067090圖6.1.1 LM324的管腳圖及其

11、參數(shù)值7.2 集成功率放大器TDA2003的管腳圖及其參數(shù) TDA2003是TDA2002的改進(jìn)型，其輸出功率更大，電路特點(diǎn)及內(nèi)設(shè)的各保護(hù)電路與TDA2002相同。它適用于收音機(jī)及其它設(shè)備中作音頻放大表1 集成功率放大器TDA2003的基本參數(shù)參數(shù)名稱符號參數(shù)值單位備注峰值電源電壓Vcc40V直流電源電壓Vcc28V工作電源電壓Vcc18V50ms輸出峰值電流（重復(fù)）Io3.5A輸出峰值電流（非重復(fù)）Io4.5A功率Po20W工作環(huán)境溫度Topz3075CTa=9C貯存溫度. 結(jié)晶Tstg，T40150C引腳功能定義：TDA2003為5腳單引直插式，其引腳功能如下：1同向輸入 2反向輸入 3地

12、 4輸出 5輸Vcc圖6.2.1 集成功率放大器TDA2003的引腳圖7.3 語音放大電路的元件清單 表2 語音放大電路的元件清單位置編號名稱型號規(guī)格數(shù)量備注R1.R2電阻4.7K2個25CR3.R4.R5.R7.R8.R9電阻10K6個25CR10.R11電阻30K2個25CR6.電阻75K1個25CR12電阻2201個25CR13電阻2.21個25CR14電阻11個25CRp1.Rp2電位器10K2個調(diào)節(jié)音量C1.C3.C4.C5.C11.C12.C13電容107個25C. 電極正負(fù)C8.C10電容0.12個25CC9電容1001個25C.注意電極C2電容11個25C.注意電極A1.A4集

13、成運(yùn)算放大器LM3242個25CA功率放大器TDA20031個25CO話筒1個25CY揚(yáng)聲器3W. 41個25C8. 心得體會通過這次課程設(shè)計(jì)，讓我深刻地體會到了在電子設(shè)計(jì)過程中應(yīng)該十分細(xì)心，而且應(yīng)該有全局觀。我在設(shè)計(jì)時因?yàn)闆]有考慮到后面的電路，只看眼前，不顧后面。結(jié)果搞的后面布線布得一團(tuán)糟。俗話說：“磨刀不誤砍材工?！边@句話應(yīng)該是我以后在做設(shè)計(jì)時應(yīng)該牢記的。首先，應(yīng)該對電路的布局有一個整體的考慮，做到元件的布置合理，避免出現(xiàn)短路，斷路等情況，而且應(yīng)盡量使元件均勻地分布在整個電路板上，注意對稱。其次，在焊接過程要謹(jǐn)慎，避免出現(xiàn)接點(diǎn)之間的粘連和虛焊等情況。最后，要認(rèn)真檢查電路，在確認(rèn)準(zhǔn)確無誤后接通電源進(jìn)行調(diào)試。在調(diào)試過程中，會遇到許多麻煩。我發(fā)現(xiàn)電位器的調(diào)節(jié)作用有問題，原來是接線接反了。還有，應(yīng)該接在同一個點(diǎn)的線沒有接在一起，但是這樣還是不行，經(jīng)過仔細(xì)檢查后發(fā)現(xiàn)，問題是兩排接地線沒有連在一起。但是，結(jié)果還是沒有想象中的那么完美。在進(jìn)行實(shí)物焊接前，應(yīng)該對元器件進(jìn)行檢查，在確認(rèn)無損壞的情況下再進(jìn)行焊接。語音放大器的最大缺點(diǎn)是噪音太大，可以多增加幾級濾波電路來濾除紋波，還可以通過改進(jìn)元器件的性能還減少噪音。相信通過這些改進(jìn)，可以在一定程度上提高語音放大電路的性能。9. 參考文獻(xiàn) 1童詩白主編。 模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)。 北京：高等教育出版社，1988 2