语音放大电路模电课程设计.docx
《语音放大电路模电课程设计.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《语音放大电路模电课程设计.docx（21页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。
模拟电子技术基础
课程设计（论文）
语音放大电路
院（系）名称
专业班级
学号
学生姓名
指导教师
起止时间：
2016.7.4—2016.7.15
本科生课程设计（论文）
摘要
在电子电路中，输入信号常常受各种因素的影响而含有一些不必要的干扰，或者输入信号是不同频率信号混合在一起的信号，对前者应设法将不必要的成份衰减到足够小，而后者应设法将需要的信号提取出来。
而且随着社会的发展，在我们的日常生活中也经常会出现一系列的问题：
如在检修各种机器设备的时候，我们要根据故障设备的异常声来寻找故障，这种异常的声响的频谱覆盖面往往很广，这时我们需要一种语音放大电路来解决以上问题。
本次设计一种语音放大电路，是基于集成功率放大器TDA2030基础上实现的具有语音放大功能的语音放大电路。
主要实现将有用信号放大，抑制干扰信号的功能，实际上就是一个能识别不同频率的小信号放大系统。
它由前置放大电路、有源带通滤波器和功率放大器组成。
能放大由人发出的300Hz-3kHz频率段的音频信号。
由于声波在传播中会产生反射、折射和干涉等现象，所以到达话筒的信号比人从声带中发出来的声音要小。
由于声音在空气中传播产生谐波失真，谐波失真是指声音回放中增加了原信号没有的高次谐波成分而导致的失真，则要在语音放大器中设计滤波器，提高输出信号的高保真性能。
本系统采用Multisim仿真软件进行仿真测试。
在保证功能的前提下控制器件成本。
采用单面印制电路板对整体电路进行合理的布线，并进行焊接与调试。
各输出信号均达到设计要求且稳定工作。
关键词：
前置放大；带通滤波；功率放大器
目录
第1章绪论 1
1.1语音放大电路的发展概况 1
1.2本文研究内容 1
第2章语音放大电路总体设计方案 2
2.1语音放大电路设计方案论证 2
2.2总体设计方案框图及分析 3
第3章语音放大电路设计 4
3.1语音放大电路设计 4
3.1.1前置放大电路设计 4
3.1.2有源带通滤波电路设计 4
3.1.3功率放大电路设计 5
3.2元器件型号选择 6
3.3参数计算 6
3.4语音放大电路总体电路图 7
第4章语音放大电路仿真与调试 8
4.1Multisim仿真与调试 8
4.2仿真结果分析 11
第5章语音放大电路实物制作 12
5.1语音放大电路焊接 12
5.2语音放大电路作品 13
第6章作品测试与数据分析 14
第7章总结 15
参考文献 16
附录I 17
附录II 18
II
第1章绪论
1.1语音放大电路的发展概况
进入21世纪以后，各种便携式的电子设备成为了电子设备的一种重要的发展趋势。
从作为通信工具的手机，到作为娱乐设备的MP3播放器，已经成为差不多人人具备的便携式电子设备。
陆续将要普及的还有便携式电视机，便携式DVD等等。
所有这些便携式的电子设备的一个共同点，就是都有音频输出，也就是都需要有一个音频放大器；。
都希望能够有较长的使用寿命。
它的最大特点就是它能够在保持最低的失真情况下得到最高的效率。
高效率的音频放大器不只是在便携式的设备中需要，在大功率的电子设备中也需要。
因为，功率越大，效率也就越重要。
而随着人们的居住条件的改善，高保真音响设备逐渐开始兴起。
在这些设备中，往往需要几十瓦甚至几百瓦的音频功率。
这时，低失真、高效率的语音放大器就成为其中的关键部件。
1.2本文研究内容
本文研究内容为设计一款既能放大语音信号又能降低外来噪声的仪器。
能识别不同频率范围的小信号放大系统。
使用集成运放的放大功能将其放大成比较大的电压信号，以作为后一级的输入信号电压，保证后级电路的正常工作。
前置放大级输出的放大了的电压信号作为功率放大级的输入信号，经此级电路之后得到的输出应具有较高的功率，能驱动本实验中的负载——4Ω／5W的喇叭，将从输入级输入的声音信号不失真地进行放大。
技术要求：
1、采用全部或部分分立元件设计一种语音放大电路。
2、额定输出功率。
3、负载阻抗。
4、频率响应300Hz-3KHz。
5、利用Multisim（或EWB）进行电路仿真与调试。
18
第2章语音放大电路总体设计方案
2.1语音放大电路设计方案论证
（1）前置放大器
方案1：
同相放大器：
采用两个同相放大电路的简单串联组合进行设计。
差分输入信号从两个放大器的同相端输入，可以有效的消除两输入端的共模分量，获得很高的共模抑制比和极高的输入电阻。
方案2：
利用迟滞比较器单元和充放电时间常数不等的积分器构成的反馈网络实现锯齿波的产生，通过调节积分器充放电时间常数的差值来调节锯齿波和方波的频率，通过对迟滞比较器反馈电阻的调节来调节迟滞比较器的门限电压的调节进而调节锯齿波的电压幅值，通过电阻分压网络来调节方波电压幅值。
比较两种设计方案，与方案1相比，方案2用运算放大器组成迟滞比较器就能满足锯齿波电路在1kHz以下的频率区间工作的性能要求。
其结构更加简单、可靠性更高、制作成本低廉、调试更加方便。
所以选择方案2。
（2）有源带通滤波电路
方案1：
单运放有源滤波电路：
这种滤波器的作用是只允许在某一个通频带范围内的信号通过，而比通频带下限频率低和比上限频率高的信号均加以衰减或抑制。
典型的带通滤波器可以从二阶低通滤波器中将其中一级改成高通而成。
方案2：
宽带带通滤波器：
在满足LPF的通带截止频率高于HPF的通带截止频率的条件下，把相同元件压控电压源滤波器的LPF和HPF串接起来可以实现通带响应。
比较两种设计方案，与方案1相比，方案2构成的带通滤波器的通带较宽，通带截止频率易于调整，因此多用做测量信号噪声比的音频带通滤波器。
我要设计的语音放大电路是需要有源带通滤波器。
因此可以参考二阶有源低通滤波器（LPF）或二阶有源高通滤波器（HPF）电路来设计。
因此选择方案2。
（3）功率放大器电路
方案1：
芯片LM301组成功率放大器电路，LM301的外形和引脚的排列如图2.1所示。
引脚2为反相输入端，3为同相输入端；引脚5为输出端；引脚6和4分别为电源和地；引脚1和8为电压增益设定端；使用时在引脚7和地之间接旁路电容，通常取10μF。
图2.1芯片LM301组成功率放大器电路
方案2：
利用芯片TDA2030电路进行功率放大，由前级输入的信号通过电容进入第三级功放中起到了一定的滤直流的作用。
安装的电位器可以调节增益，两个二极管起到保护芯片的作用，电阻和电容可以防止自激。
比较两种设计方案，方案1LM301当R开路时增益最小，R短路时增益最大。
在调节时，LM301很容易烧坏。
方案2可以做到保护电路的作用，故采取方案2。
2.2总体设计方案框图及分析
如图2.2所示，语音放大电路由前置放大电路，有源带通滤波电路和功率放大电路三部分组成。
由输出的语音信号作为电路的输入信号，由前置放大电路将语音信号进行放大，再由滤波电路滤除小于30Hz大于3KHz的语音信号，最后由功率放大电路进行功率放大。
功率放大
带通滤波
前置放大
语音信号
图2.2总体设计方框图
第3章语音放大电路设计
3.1语音放大电路设计
3.1.1前置放大电路设计
如图3.1所示，前置放大电路由2个同向放大电路组成。
该电路具有输入阻抗高，电压增益容易调节，输出不包含共模信号，提高输入电阻和共模抑制比性能，减小输出噪声等优点，本电路主要起放大电压幅度的作用。
为尽量保证不失真放大，采用两级运放电路。
图3.1前置放大电路原理图
3.1.2有源带通滤波电路设计
由有源器件和RC网络组成的滤波器称为有源滤波器。
按照滤波器工作频带的不同，可分为低通、高通、带通和带阻四种滤波器。
根据语音信号的特点，语音滤波器应该是一个二阶有源带通滤波器，其频率范围应在300Hz～3kHz之间。
宽带通滤波器，在满足LPF的通带截止频率高于HPF的条件下，把相同元件压控电压源滤波器的LPF和HPF串联起来可以实现Butterworth通带响应。
用该方法构成的带通滤波器的通带较宽，通带截止频率易于调整，因此多用于测量信号噪声比的音频带通滤波器。
如图3.2所示。
图3.2有源滤波电路图
3.1.3功率放大电路设计
如图3.3所示，功率放大电路可以由分立元件组成，也可由线性集成功率放大器组成。
集成功率放大器克服了晶体管分立元件功率放大器的诸多缺点，其性能优良，稳定可靠。
功率放大电路主要起放大电流的作用。
其中TDA2030为集成功放器件，具有体积小、输出功率大、失真小等特点。
并具有内部保护电路。
图3.3功率放大电路图
3.2元器件型号选择
在前置放大电路部分，运算放大器使用LM324。
通过第二级放大电路中的电位器来调节放大的倍数。
这个电路非常简单，而且原理清晰。
通过仿真可知，输出很完整，基本上没有噪声。
在带通滤波部分，使用LM324，当低通滤波器的截止频率大于高通滤波器的截止频率时，将二阶低通滤波器和二阶高通滤波器串联，就可得到通带较宽的二阶带通滤波器。
功率方大部分采用TDA2030集成功率放大器，TDA2030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。
3.3参数计算
前置放大电路使用运算放大器LM324。
通过第二级放大电路中的电位器来调节放大的倍数。
这个电路非常简单，而且原理清晰。
通过仿真可知，输出很完整没有噪声。
在第一级放大电路中：
AU1=1+R3R1=1+10≈10
在第二级放大电路中：
AU2=1+RW1R4≈1~100
所以总的放大倍数为：
AU1=AU1×AU2≈10~1000
带通滤波电路，高通部分：
令C1=C2=0.1μF
2R1R2=2
R1=R22×12Wn=3.7KΩ
R2=2R1=7.4KΩ
AU=1+RbR1=1
RbRa=0
Rb=10Ω
Ra=1KΩ
3.4语音放大电路总体电路图
语音放大器是一个典型的多级放大器，如图3.4所示，前置放大电路主要完成对小信号的放大，一般要求输入阻抗高，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。
图3.4语音放大电路总体电路图
第4章语音放大电路仿真与调试
4.1Multisim仿真与调试
应用Multisim12.0仿真软件对各部分电路进行仿真测试，便于在电路实物制作之前及时发现设计问题，改正设计错误、调试电路。
利用仿真软件对前置放大电路进行仿真。
如图4.1所示，在其输入端加上1kHz，幅度10mV的正弦波，在示波器上可观察到，输出电压为幅度为6V。
由此可知Au=600。
输出波形基本完整。
由于加入了可调元件，该增益将会在后续调试中发生变化。
图4.1前置放大电路仿真结果
利用仿真软件对带通滤波电路进行仿真。
如图4.2所示，在输入端输入5V，1KHz的正弦波。
示波器上得到两条正弦波，一条为输入端输入的电压为5V的正弦波，另一条为输出端所得到电压约为5V的正弦波，所得到UO与Ui近似相等为5V则有AUf约等于1，故满足要求。
图4.2带通滤波电路仿真结果
如图4.3所示对功率放大电路进行电路仿真。
在输入端输入电压为5mv频率为1kHz的正弦波，依次调节电路中的电位器，使波形最大不失真，可得输出两条正弦波形，一条为输入端正弦波，电压为5mv。
另一条为输出端正弦波电压约为100mv，所
升级会员 