高頻聲音識別電路

1、高頻聲音識別電路實驗人：。*一、 要求要求檢測10KHz50KHz的聲音信號，該信號交流幅值為0.01mV，信號燈的點亮驅(qū)動為直流信號，幅值需要超過1mV（要求使用三極管，不能使用運放）電路只需要實現(xiàn)微弱交流信號的輸入到直流信號的輸出即可。二、 實驗部分1、 實驗分析：首先檢測信號為0.01mV微弱信號，需要將其進行放大輸出；其次輸入為交流信號而輸出為直流信號，需要分別經(jīng)過整流電路，濾波電路，穩(wěn)壓電路將其轉(zhuǎn)化為穩(wěn)定的直流電壓。實驗暫不要求穩(wěn)壓，因此可以將電路粗分為三級：放大電路、整流電路、濾波電路。2、 第一級放大電路： 這里采用差模差分放大電路(1)對差模輸入信號的放大作用當(dāng)差模信號Vin1

2、-Vin2輸入(共模信號V=0)時，差放兩輸入端信號大小相等、極性相反,因此差動對管電流增量的大小相等、極性相反，導(dǎo)致兩輸出端對地的電壓增量， 即差模輸出電壓vo1、vo2大小相等、極性相反，此時雙端輸出電壓vo=vo1vo2=2vo1,可見，差放能有效地放大差模輸入信號。要注意的是：差放公共射極的動態(tài)電阻Rem對差模信號不起(負反饋)作用。(2)對共模輸入信號的抑制作用當(dāng)共模信號v輸入(差模信號v=0)時，差放兩輸入端信號大小相等、極性相同，即Vin1=Vin2=v,因此差動對管電流增量的大小相等、極性相同，導(dǎo)致兩輸出端對地的電壓增量， 即差模輸出電壓vo1、vo2大小相等、極性相同，此時雙

3、端輸出電壓vo=vo1vo2=0,可見，差放對共模輸入信號具有很強的抑制能力。此外，在電路對稱的條件下，差放具有很強的抑制零點漂移及抑制噪聲與干擾的能力。（3）鏡像電流源：為了使差分放大電路始終保持穩(wěn)定，我在下面加入了鏡像電流源原理圖：基本電流源如上圖，兩只晶體管T1、T2完全相同；1=2；Ic1=Ic2；因為兩管具有相同的基極射級電壓，所以Ie1=Ie2,Ic1=Ic2,又因為當(dāng)較大時Ib幾乎可以忽略不計，所以Ic2大約等于Vcc/R；所以當(dāng)Vcc一定，R一定時，T2管集電極的電流Ic2也一定，所以我們可以把Ic2看作Ic1的鏡像，從而保證電流的穩(wěn)定。所以，此處將鏡像電流源加在差模放大器的下

4、方，保證Q1，Q2管的穩(wěn)定工作在放大區(qū)域，保證電路正常運行；同時，為了給電流源提供能量，再在鏡像電流源的下方接一個直流電壓源來提供能量，使得鏡像電流源可以正常工作，從而提供穩(wěn)定電流。改進圖如下然后將鏡像電流源與差模放大器連接起來，得到下圖：當(dāng)我們輸入交流高頻小信號時，其輸出如下：VO2端波形如下：幅值約為2.4645v-2.4635v=1mv。其中含有2.4640V的直流量，由于最后要求得到1mv的直流電源，此放大電路已經(jīng)達到了要求，于是可以外加整流濾波電路，來隔斷交流通過直流。同時因為此輸出含有直流分量，所以需要先去除直流分量，再進行整流濾波。所以在輸出處加上電容來隔斷直流；所用電路圖如下：

5、加上一個C8，為100nf的電容來隔斷直流，通過交流；此后就可以外加整流濾波電路了；3.整流濾波電路此處采用橋式整流的方法：整流過程中，四個二極管兩兩輪流導(dǎo)通，正半周時的電流由D1RLD3回到了U2的副端，而負半周時，電流由D2RLD4回到U2的正端；由此可見，無論是正半周還是負半周的情況下，流過RL的電流的方向是一直的，所以他的電壓UL=0.9U2，而他的電流IL=0.9（U2/RL）;從而達到整流的作用；最終結(jié)果如下：整流之后則需要濾波電路：電容器是一個儲存電能的倉庫。在電路中，當(dāng)有電壓加到電容器兩端的時候，便對電容器充電，把電能儲存在電容器中；當(dāng)外加電壓失去（或降低）之后，電容器將把儲存

6、的電能再放出來。充電的時候，電容器兩端的電壓逐漸升高，直到接近充電電壓；放電的時候，電容器兩端的電壓逐漸降低，直到完全消失。電容器的容量越 大，負載電阻值越大，充電和放電所需要的時間越長。這種電容帶兩端電壓不能突變的特性，正好可以用來承擔(dān)濾波的任務(wù)。 圖中是最簡單的電容濾波電路，電容器與負載電阻并聯(lián)，接在整流器后面，下面以圖所示半波整施情況說明電容濾波的工作過程。在二極管導(dǎo)通期間，e2向負載電阻Rfz提供電流的同時，向電容器C充電，一直充到最大值。e2達到最大值以后逐漸下降；而電容器兩端電壓不能突然變化，仍然保持較高電壓。這時，D受反向電壓，不能導(dǎo)通，于是Uc便通過負載電阻Rfz放電。由于C和

7、Rfz較大，放電速度很慢，在e2下降期間里，電容器C上的電壓降得不多。當(dāng)e2下一個周期來到并升高到大于Uc時，又再次對電容器充電。如此重復(fù)，電容器C兩端（即負載電阻Rfz：兩端）便保持了一個較平穩(wěn)的電壓，在波形圖上呈 現(xiàn)出比較平滑的波形。下圖中分別示出半波整流和全波整流時電容濾波前后的輸出波形。 顯然，電容量越大，濾波效果越好，輸出波形于是得到了最終的濾波整流電路4.初次完整電路：將差分放大電路與濾波整流電路連接起來得到如下電路：最終波形如下：并未達到1mv的要求；檢查原因，pispice中的二極管并非理想二極管，會消耗一部分能量，所以輸出波形比預(yù)期要小，說明放大倍數(shù)不足，所以我選擇再加一級放

8、大電路：共射放大電路；5.共射放大電路其放大倍數(shù)約為70倍。將其加入到差模放大與整流濾波電路中間得到如下圖電路6.最終電路（1）比較各級輸出波形第一級：第二級：第三級：可以看到最后得到了約為4mV直流電流進行AD掃描：可以看出通頻帶寬約為1KHz100KHz，達到電路要求；輸入電壓：要求檢測10KHz50KHz的聲音信號，該信號交流幅值為0.01mV，信號燈的點亮驅(qū)動為直流信號，幅值需要超過1mV（要求使用三極管，不能使用運放）電路只需要實現(xiàn)微弱交流信號的輸入到直流信號的輸出，現(xiàn)已全部達到要求。三實驗心得：1、做電路的時候，最好分塊來做，了解每一塊的功能作用，以及要求，而分級電路測試時輸入要以上一級為標(biāo)準(zhǔn)來調(diào)試電路，以防多級電路連接后產(chǎn)生錯誤；2、仿真電路與實際電路有區(qū)別，實際中元器件并不為理想情況；因此仿真結(jié)果會有不同；3、再一次加深了對差模放大電路和共射放大電路的理解，知道了整流濾波電路的使用方法；了解到可以用鏡像電流源來讓差模放大器保持穩(wěn)定，而在電路對稱的條件下，差放具有很強的抑制零點漂移及抑制噪聲與干擾的能力。4、經(jīng)過一個學(xué)期的學(xué)習(xí)重新復(fù)習(xí)了模電里面的很多知識，如共射放大電路，差分放大電路，功率放大電路，鏡像電流源等。學(xué)會了利用pispice進行電路的設(shè)計與仿真，知道了通頻帶寬的意義和仿真方