綜合電子設(shè)計(jì)語(yǔ)音放大器

1、北京信息科技大學(xué) 綜合電子設(shè)計(jì) 駐極體話筒放大電路小論文1小論文小論文題 目 語(yǔ)音放大器的設(shè)計(jì) 姓 名 學(xué) 號(hào) 學(xué) 院 通信學(xué)院 專 業(yè) 電子信息工程 日 期 2014.11.02 北京信息科技大學(xué) 綜合電子設(shè)計(jì) 駐極體話筒放大電路小論文2目錄摘要摘要.3ABSTRACT.4一、引言一、引言.51、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?52、知識(shí)點(diǎn)和設(shè)計(jì)內(nèi)容.5二、設(shè)計(jì)思路二、設(shè)計(jì)思路.51、語(yǔ)音放大器的基本構(gòu)成.52、性能指標(biāo)與要求.6三、設(shè)計(jì)方案三、設(shè)計(jì)方案.61、集成直流穩(wěn)壓電源.62、語(yǔ)音信號(hào)前級(jí)放大及有源濾波.83、功率放大.104、系統(tǒng)設(shè)計(jì).10四、元器件實(shí)物及引腳順序四、元器件實(shí)物及引腳順序.12五、仿真分

2、析五、仿真分析.121、電源.122、帶通濾波.13六、實(shí)驗(yàn)步驟六、實(shí)驗(yàn)步驟.14北京信息科技大學(xué) 綜合電子設(shè)計(jì) 駐極體話筒放大電路小論文31、電路焊接.142、直流穩(wěn)壓電源的測(cè)試.143、前置放大器的測(cè)試.144、有源帶通濾波器的測(cè)試.155、功率放大器的測(cè)試.156、整體測(cè)試.16七、實(shí)驗(yàn)中的問題提出與解決方法七、實(shí)驗(yàn)中的問題提出與解決方法.17八、實(shí)驗(yàn)體會(huì)八、實(shí)驗(yàn)體會(huì).18九、參考文獻(xiàn)九、參考文獻(xiàn).19十、附錄十、附錄.191、集成運(yùn)算放大器 LM324 的管腳圖及基本參數(shù).192、元器件符號(hào).193、元件清單.20摘要語(yǔ)音放大器的作用是不失真地放大輸入的音頻信號(hào)。由于人發(fā)出的聲音頻率在

3、 340Hz3400Hz 之間，聲波在傳播中會(huì)產(chǎn)生反射、折射和干涉等現(xiàn)象，到達(dá)話筒的信號(hào)比人從聲帶中發(fā)出來(lái)的聲音要小，同時(shí)話筒是一種換能器，它將聲能轉(zhuǎn)化為電能，話筒的輸出信號(hào)一般很小，而輸出阻抗很大，則要求對(duì)話音進(jìn)行放大。由于聲音在空氣中傳播產(chǎn)生諧波失真，諧波失真是指聲音回放中增加了原信號(hào)沒有的高次諧波成分而導(dǎo)致的失真，則要在話音放大器中設(shè)計(jì)濾波器，提高輸出信號(hào)的高保真性能。此外，話筒的頻率特性、性噪比和靈敏度也直接影響著重現(xiàn)聲音的音質(zhì)。 北京信息科技大學(xué) 綜合電子設(shè)計(jì) 駐極體話筒放大電路小論文4為了實(shí)現(xiàn)語(yǔ)音信號(hào)的不失真放大，在設(shè)計(jì)電路過程中，主要分為三個(gè)模塊單元電路構(gòu)成系統(tǒng)，其分別為：電源模

4、塊、前級(jí)放大加帶通濾波模塊、BTL 功率放大模塊。首先，通過全波整流、濾波、穩(wěn)壓，為后續(xù)模塊提供12V 的直流電壓。語(yǔ)音信號(hào)通過前級(jí)放大電路進(jìn)行聲音信號(hào)轉(zhuǎn)化為放大的電壓信號(hào)。然后，信號(hào)經(jīng)過帶通濾波電路得到頻率要求為：300Hz3KHz 的電壓信號(hào)。再通過 BTL 功率放大電路使電信號(hào)化為聲音信號(hào)并放大。運(yùn)放器選擇 LM324，功放選擇 TDA2822。在整個(gè)設(shè)計(jì)的過程中，還需考慮電路自激振蕩、噪聲消除及其他因素。因此可以通過理論搭建電路，通過 multisim、protel 等仿真軟件進(jìn)行仿真、調(diào)試，來(lái)滿足各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)的要求。關(guān)鍵字：麥克風(fēng)、語(yǔ)音放大，濾波，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 北京信息科技大學(xué) 綜合電子設(shè)計(jì) 駐極體話筒放大電路小論文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、引言綜合電子設(shè)計(jì)培養(yǎng)學(xué)生應(yīng)用所學(xué)基礎(chǔ)理論知識(shí)，通過查閱資料，將理論應(yīng)用于實(shí)踐的能力，要求學(xué)生能進(jìn)行電子電路功能模塊和小型電子系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，強(qiáng)化學(xué)生計(jì)算機(jī)設(shè)計(jì)和計(jì)算機(jī)仿真的能力，培養(yǎng)學(xué)生綜合應(yīng)用、勇于實(shí)踐的創(chuàng)新能力。本課程設(shè)計(jì)采用推薦設(shè)計(jì)內(nèi)容與學(xué)生自選內(nèi)容相結(jié)合的方法，同時(shí)每一個(gè)推薦設(shè)計(jì)內(nèi)容又有很大的靈活性，允許學(xué)生

13、有不同的實(shí)現(xiàn)方法，這將有利于培養(yǎng)學(xué)生的獨(dú)立分析解決問題能力，對(duì)創(chuàng)新能力的培養(yǎng)也很有幫助。1、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、?shí)驗(yàn)?zāi)康?1） 通過實(shí)驗(yàn)培養(yǎng)學(xué)生的市場(chǎng)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(duì)精神。北京信息科技大學(xué) 綜合電子設(shè)計(jì) 駐極體話筒放大電路小論文6（2） 掌握分立或集成運(yùn)放放大器的工作原理及其應(yīng)用。（3） 通過實(shí)驗(yàn)總結(jié)回顧所學(xué)模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)理論和基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)，掌握低頻小信號(hào)放大電路和功放電路的設(shè)計(jì)方法。（4） 了解語(yǔ)言識(shí)別知識(shí)。2、知識(shí)點(diǎn)和設(shè)計(jì)內(nèi)容、知識(shí)點(diǎn)和設(shè)計(jì)內(nèi)容本實(shí)驗(yàn)的知識(shí)點(diǎn)為分立元件放大器或集成運(yùn)放、有源濾波器、功率放大器；涉及電子電路各個(gè)模塊之間的聯(lián)合調(diào)試技術(shù)。二、設(shè)計(jì)

14、思路1、語(yǔ)音放大器的基本構(gòu)成、語(yǔ)音放大器的基本構(gòu)成2、性能指標(biāo)與要求、性能指標(biāo)與要求基本部分：設(shè)計(jì)完成一個(gè)基本的語(yǔ)音放大器其性能指標(biāo)為：1、 前置放大器： 輸入信號(hào)： Uid 10 mV 輸入阻抗： Ri 100 k。2、 有源帶通濾波器：頻率范圍： 300 Hz 3 kHz 增益： Au = 13、 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， - 12V4、 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提高部分：選作 1 個(gè)或多個(gè)功能，也可以自行設(shè)計(jì)1、提高音頻放大器音質(zhì)、輸出功率或增加功

15、能（如遙控、音量、音調(diào)等） ；北京信息科技大學(xué) 綜合電子設(shè)計(jì) 駐極體話筒放大電路小論文72、實(shí)現(xiàn)基于模擬射頻通信的無(wú)線語(yǔ)音放大器，具體方案自行設(shè)計(jì)；3、實(shí)現(xiàn)基于無(wú)線數(shù)字通信的無(wú)線語(yǔ)音放大器，具體方案自行設(shè)計(jì)。三、設(shè)計(jì)方案1、集成直流穩(wěn)壓電源、集成直流穩(wěn)壓電源電源系統(tǒng)為全局提供電源，全局總共有+ 5 V， + 12V， - 12V 電源，所以選擇可調(diào)的雙電源系統(tǒng)。穩(wěn)定的直流電源供電，小功率穩(wěn)壓電源一般是由電源變壓器、整流、濾波和穩(wěn)壓等四部分電路組成。其基本電路框圖及經(jīng)各電路變換后，輸出的波形如圖所示。a) 電源變壓器電源變壓器的作用是將電網(wǎng) 220V 的交流電壓變換成整流濾波電路所需的低電壓。b

16、) 整流電路北京信息科技大學(xué) 綜合電子設(shè)計(jì) 駐極體話筒放大電路小論文8整流電路一般采用具有單向?qū)щ娦缘亩O管組成，經(jīng)常采用單相半波、單相全波和單相橋式整流電路。圖所示的整流電路為應(yīng)用廣泛的橋式整流電路。電路中采用了四個(gè)二極管，組成單相橋式整流電路。整流過程中，四個(gè)二極管輪流導(dǎo)通，無(wú)論正半周或負(fù)半周，流過負(fù)載的電流方向是一致的，形成全波整流，將變壓器輸出的交流電壓變成了脈動(dòng)的直流電壓。c) 濾波電路在整流電路的輸出端并聯(lián)電容即可形成濾波電路。加入電容濾波電路后，由于電容是儲(chǔ)能元件，利用其沖放電特性，使輸出波形平滑，減少脈動(dòng)成分，以達(dá)到濾波的目的。為了使濾波效果更好，可選用大容量的電容為濾波電容。

17、因?yàn)殡娙莸姆烹姇r(shí)間常數(shù)越大，放電過程越慢，脈動(dòng)成分越少，同時(shí)使得電壓更高。d) 穩(wěn)壓電路經(jīng)過濾波后輸出的直流電壓仍然存在較大紋波，而且交流電網(wǎng)電壓容許有 10%的起伏，隨著電網(wǎng)電壓的起伏，輸出電壓也會(huì)隨之變動(dòng)。此外，經(jīng)過濾波后輸出的直流電壓也與負(fù)載的大小有關(guān)，當(dāng)負(fù)載加重時(shí)，由于輸出電流能力有限，使得輸出的直流電壓下降。因此，當(dāng)需要穩(wěn)定的直流電源時(shí)，在整流、濾波電路后通常需要配有穩(wěn)壓電路。本實(shí)驗(yàn)選用 LM317 與 LM337 作為穩(wěn)壓可調(diào)電路。北京信息科技大學(xué) 綜合電子設(shè)計(jì) 駐極體話筒放大電路小論文9整流二極管 IN4007。濾波電容選取兩只 4700uF/50V 的電解電容作為濾波電容。 2

18、、語(yǔ)音信號(hào)前級(jí)放大及有源濾波、語(yǔ)音信號(hào)前級(jí)放大及有源濾波前置放大電路也為測(cè)量用小信號(hào)放大電路。在測(cè)量用的放大電路中，一般用傳感器送來(lái)的直流或低頻信號(hào)，經(jīng)放大后多用單端方式傳輸，在典型情況下，有用信號(hào)的最大幅度可能僅有若干豪伏，而共模噪聲可能高到幾伏，故放大器輸入飄移和噪聲等因素對(duì)于總的精度至關(guān)重要，放大器本身的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(gè)高輸入阻抗，高共模抑制比，低漂移的小信號(hào)放大電路。有緣濾波電路的種類很多，如按通道的性能劃分，又分為低通（ LPF） 、高通（ HPF） 、帶通（ BPF） 、帶阻（ BEF）濾波器。在本次的設(shè)計(jì)過程中采用寬帶帶通濾波器。高通濾波

19、器： fH=300Hz =1/(2pi*R*C)C16=C17=C=10nF，算得 R18=53K低通濾波器： fL=3KHz =1/(2pi*R*C)，算得 R15=5.3 K北京信息科技大學(xué) 綜合電子設(shè)計(jì) 駐極體話筒放大電路小論文10另外，由于語(yǔ)音通過話筒輸入信號(hào)為 10mv，放大后要求達(dá)到 100mv，放大倍數(shù)需在 10 倍以上，由電路設(shè)計(jì)要求得知，帶通濾波增益為 1，所以，其總的電壓增益取決于前置放大增益，所以前置放大電路采用同相放大電路，還可以增大輸入阻抗，提高信噪比。3、功率放大、功率放大北京信息科技大學(xué) 綜合電子設(shè)計(jì) 駐極體話筒放大電路小論文11功率放大的主要作用是向負(fù)荷提供功率

20、，要求輸出功率盡可能大，轉(zhuǎn)換效率盡可能高，非線性失真盡可能小。功率放大器的形式很多,有 OCL 互補(bǔ)對(duì)稱功率放大電路， OTL 功率放大電路， BTL 橋式推挽功率放大電路和變壓器耦合功率放大電路等。本實(shí)驗(yàn)中，選擇寬電壓范圍的 TDA2822 芯片推挽式功率放大電路。根據(jù)要求，輸出功率 P=1W，電阻 R=8，由功率公式可得 U=2.8V，對(duì) TDA2822 供電 8V，理想條件下可達(dá)到設(shè)計(jì)要求，因此本實(shí)驗(yàn)采用 12V 電源對(duì) TDA2822 供電。4、系統(tǒng)設(shè)計(jì)、系統(tǒng)設(shè)計(jì)語(yǔ)音放大電路圖：（用 5mV 的電源模擬語(yǔ)音信號(hào)作為輸入）北京信息科技大學(xué) 綜合電子設(shè)計(jì) 駐極體話筒放大電路小論文12北京信

21、息科技大學(xué) 綜合電子設(shè)計(jì) 駐極體話筒放大電路小論文13四、元器件實(shí)物及引腳順序五、仿真分析1、電源、電源北京信息科技大學(xué) 綜合電子設(shè)計(jì) 駐極體話筒放大電路小論文14分析：電源的整流和濾波達(dá)到預(yù)期的目的，LM337 負(fù)電源調(diào)節(jié)時(shí)線性度不如 LM317，因此設(shè)計(jì)中如果有富裕的器件，可更改為與 LM313 對(duì)稱的結(jié)構(gòu)。2、帶通濾波、帶通濾波北京信息科技大學(xué) 綜合電子設(shè)計(jì) 駐極體話筒放大電路小論文15分析：通頻帶能達(dá)到設(shè)計(jì)指標(biāo)，但是由于采用的一階高通低通電路，阻帶衰減不明顯，通帶仍然有衰減。六、實(shí)驗(yàn)步驟1、電路焊接、電路焊接先進(jìn)行直流穩(wěn)壓電路的焊接與調(diào)試，待直流穩(wěn)壓電路調(diào)試穩(wěn)定后， 進(jìn)行語(yǔ)音放大器的焊

22、接，焊接從左到右，前一部分以 LM324 為中心，后一部分以TDA2822 為中心。通電前認(rèn)真檢查，確定無(wú)誤后，才可調(diào)試與測(cè)試。2、直流穩(wěn)壓電源的測(cè)試、直流穩(wěn)壓電源的測(cè)試測(cè)量電壓的調(diào)節(jié)范圍：VCC： 1.2518.300VVEE： -1.27 -17.650V3、前置放大器的測(cè)試、前置放大器的測(cè)試（1） 斷開麥克風(fēng)與前置放大之間的連接（2） 輸入 100mV 正弦信號(hào)（3） 測(cè)量輸出電壓的Ui=30mV北京信息科技大學(xué) 綜合電子設(shè)計(jì) 駐極體話筒放大電路小論文16Uo=324mVAu = 324/30=10.810.8 倍增益， 符合預(yù)期要求4、有源帶通濾波器的測(cè)試、有源帶通濾波器的測(cè)試(1)

23、斷開話筒與放大器的連接(2) 點(diǎn)測(cè)法測(cè)量帶通濾波最后一級(jí)輸出電壓實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)：頻率f/Hz1002003004004505006007001000120015002000250030003500400044004600電壓U/mV47.280.097.210210210210210211811812010810291.286.480.8 76.074.4折線圖為：Ui=1500mV，最大輸出電壓峰峰值： 120mv，拐點(diǎn)電壓 1200.707=84.84mVfL=228Hz fH=3.669kHzBW=3669-228=3441Hz5、功率放大器的測(cè)試、功率放大器的測(cè)試(1) 輸入端對(duì)地短路，觀察

24、輸出端有無(wú)振蕩，如有振蕩，采取措施以消除振蕩。北京信息科技大學(xué) 綜合電子設(shè)計(jì) 駐極體話筒放大電路小論文17(2) 測(cè)量最大輸出功率輸入 f=1KHz 的正弦輸入信號(hào)，并逐漸加大輸入電壓的幅值直至輸出電壓 Uo 的波形出現(xiàn)臨界削波時(shí)，測(cè)量此時(shí) RL 兩端輸出電壓的最大值或有效值。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、整體測(cè)試、整體測(cè)試系統(tǒng)的聯(lián)調(diào)與各項(xiàng)性能指標(biāo)測(cè)試完畢之后，面對(duì)話筒說(shuō)話或者播放音樂，從揚(yáng)聲器即可傳出說(shuō)話聲或美妙音樂聲。從視聽效果來(lái)看，

25、應(yīng)該是音質(zhì)清楚，無(wú)雜音，音量大，電路運(yùn)行穩(wěn)定為最佳設(shè)計(jì)。北京信息科技大學(xué) 綜合電子設(shè)計(jì) 駐極體話筒放大電路小論文18七、實(shí)驗(yàn)中的問題提出與解決方法問題 1： 波形信號(hào)不穩(wěn)定。分析：電路中可能有虛焊短接的情況。解決：用萬(wàn)用表仔細(xì)檢查電路，逐個(gè)焊點(diǎn)進(jìn)行測(cè)試，找出虛焊點(diǎn)并將其旱牢。問題 2：下限截頻過高，通頻帶變寬。分析：可能是電路虛焊，或者元件燒壞了解決：檢查電路后，換了一個(gè)電容，于是得到 3M 多點(diǎn)的上限截止頻率。問題 3：功率放大管 TDA2822 不能正常工作，接通后變燙迅速，容易燒壞。分析： 可能是電路接錯(cuò)，或是芯片問題。解決： 首先測(cè)量靜態(tài)零輸入時(shí)推挽電路的工作電壓是否相同，再檢查電路是

26、否焊接正確，如果得不到解決，最后更換芯片。經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)：在焊接這種封裝的芯片是，一定要控制管腳溫度對(duì)芯片的影響，盡量縮短烙鐵與管腳接觸的時(shí)間。問題 4：接好喇叭后能出聲，但轉(zhuǎn)動(dòng)滑動(dòng)變阻器過一會(huì)就不出聲了。北京信息科技大學(xué) 綜合電子設(shè)計(jì) 駐極體話筒放大電路小論文19分析：虛焊，電源有問題或接地有問題。解決：經(jīng)過檢查電路，發(fā)現(xiàn)滑動(dòng)變阻器管腳出現(xiàn)虛焊，再次測(cè)試時(shí)仍然還有之前的問題沒有解決。問題 5：測(cè)試功率放大時(shí)，波形時(shí)有時(shí)無(wú)。分析：電路出現(xiàn)虛焊或者測(cè)試時(shí)管腳表筆接觸不良。解決：經(jīng)過檢查電路，發(fā)現(xiàn)是操作時(shí)接觸不良，進(jìn)行固定之后問題得到解決。八、實(shí)驗(yàn)體會(huì)1、這次綜合電子設(shè)計(jì)確實(shí)是一次真正意義上的綜合性課程

27、設(shè)計(jì)。在本次課設(shè)中，我們從設(shè)計(jì)、仿真、選擇原件、焊接、調(diào)試、問題解決等各個(gè)方面都獨(dú)立完成，傾注了大量的時(shí)間、精力和心血。在設(shè)計(jì)的過程中，我們仔細(xì)查閱老師提供的相關(guān)資料和課外資料，最終確定了自己的小組方案。2、這次課程設(shè)計(jì)讓我深刻地體會(huì)設(shè)計(jì)能力的重要性。焊接過程要先設(shè)計(jì)好走線布局，以重要原件復(fù)雜布局為中心向外展開，盡量做到不飛線，穩(wěn)定信號(hào)，應(yīng)該對(duì)電路的布局有一個(gè)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(gè)電路板上，注意對(duì)稱。這次實(shí)驗(yàn)中，就因?yàn)槲覀冊(cè)O(shè)計(jì)時(shí)沒有考慮到后面的電路，只看眼前的元件布局，不顧后面，導(dǎo)致后面布線很亂，很多元件都被堵死，只能通過拆電路和飛線來(lái)解決問題，浪