综合电子设计报告.docx
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综合电子设计报告
综合电子设计报告
题目：
驻极体音频放大器
实验环境：
开放实验室（213）
院系：
光电信息与通信工程学院
专业：
姓名/学号：
指导老师：
苏进刘刚
完成日期：
课题背景
通过制做一个完整的电子系统设计作品，培养工程实践能力。
要在相关课程知识的拓宽、提高和综合应用的基础，强化培养理论联系实际能力、系统设计能力、实际动手能力。
要想完成一个电子制作作品，一定要多看、多做、多思考。
培养能力的关键是要亲自动手做，也只有这样，才能将知识转化为力。
本门课程设计就是要通过较高的难度和严格的管理形式，强化培养学生的动手能力。
电子设计需要经验的积累，只有不断地动手做，才能掌握才能提高。
建立了独立承担工程技术工作的自信心。
解决了学生走上工作岗位以后面对需要完成的工程技术工作，敢不敢做、会不会做、能不能做好的问题。
方案设计
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设计思路
语音放大电路由“输入电路”、“前置放大器”、“有源带通滤波器”、“功率放大器”、“扬声器”几部分构成。
如图1，声音信号由传感器（麦克风）转换成电信号，经前置放大器将其电信号放大，因为声音产生的频率范围在300Hz到3000Hz之间，所以还要经过一个带通滤波器，将杂音滤除。
但是对于扬声器来说，它的功率还不能满足，因而经过一个功率放大器，再将最终的信号传给扬声器，得到一个放大的声音信号。
图1语音放大电路原理框图
各部分电路的方案设计
2.1.1电源的方案设计
在生活中常用的家用电源都是220v的交流电，而在这个实验中，我们在所选芯片上只需供电几伏到十几伏。
在电子电路及设备中，一般都需要稳定的直流电源供电，它将频率为50Hz，有效值为220V的单相交流电压转换为幅值稳定，输出电流为几十安以下的直流电压。
图2直流电源原理图
交流电进入系统之后先对其进行整流，再滤波，得到一个脉动的直流电压，最后进行稳压，得到所需的直流电压。
2.1.2前置放大电路的方案设计
前置放大器用来放大传感器输出的微弱电压、电流或电荷信号。
放大信号时，还要考虑到放大器的增益、零点漂移等问题，而在放大器中，自动调零放大器性能优于放大器，输出电压较稳定。
所以首选自动凋零的放大器。
2.1.3带通滤波电路的方案设计
在实际电路中没有带通的滤波器，所以我们要设计一个低通滤波器，在设计一个高通滤波器，两者结合组成一个带通滤波器，以达到滤除其他杂音的效果。
图3带通滤波器的初步设计
低通滤波器要求指标fH>3000Hz，高通滤波器要求指标fL<300Hz，带通滤波器通频带BW=fH–fL。
2.1.4功率放大电路的方案设计
放大电路的末级输出一定的功率，用以驱动负载，要求同时输出较大的电压和电流。
功率放大器指标：
最大不失真输出功率：
Pomax≥1W，负载阻抗：
RL=8（4），电源电压：
+5V，+12V，-12V。
因为集成功率放大器比较稳定，所以采用集成放大器！
电路设计
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电压源设计
在这个电路里，我们先用二极管进行整流，然后再经过滤波器电容进行滤波器得到一个直流脉动电压，再分别用LM317和LM337进行稳压，得到一个需求稳压后的电压+12V和-12V，供给后续电路使用。
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3.1
3.1.1整流电路
图5电压源整流电路图
（1）作用：
将交流电压变换为单向脉动的直流电压，整流的原理是利用了二极管的单向导电性来实现的。
（2）单向桥式整流电路的技术指标
输出电压的平均值U0=0.9U2
U0:
整流桥的输出电压；U2：
变压器次级端的输出电压
整流二极管的选择
图6二极管全桥电路图
电流要求：
每只二极管的平均电流只有负载电阻上电流平均值的一半，即
I=0.45U2/RL
电压要求：
二极管承受的最大反向电压URmax=2^1/2U2
桥式整流电路的特点：
优点:
输出电压高，波文电压下小，管子所承受的最大反向电压较低，变压器得到充分利用，效率高（电压器在正负半周内都有电流供给负载）。
缺点：
二极管使用的较多。
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3.1.1
3.1.2滤波电路
作用：
滤波电路的作用是滤除整流电压中的纹波
（1）电容滤波电路：
电容滤波电路是最简单的滤波器，它是在整流电路的负载上并联一个电容C。
电容为带有正，负极性的大容量电容器,如电解电容。
（2）滤波原理：
电容滤波是通过电容的充电，放电来滤掉交流分量。
（3）U0的大小与元件的选择：
滤波电容的输出电压在0.9U2—2^1/2U2内，输出的平均电压为U0=1.2U2,为了获得比较平直的输出电压，一般要求RLC>=（3-5）1/T。
（4）电容式滤波电路的特点：
结构简单，输出电压较高，脉动较小，但电路的带载能力不强。
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3.1.1
3.1.2
3.1.3稳压电源
（1）稳压电路的作用：
使输出的直流电压基本不受电网电压波动和负载电阻的电话的影响，从而获得较高的稳定性。
（2）稳压芯片LM317:
LM317是可调节3端正电压稳压器，在输出电压范围1.2伏到37伏时能够提供超过1.5安的电流。
图9LM317实物模图
（3）LM317性能参数：
1.可调整输出电压低到1.2V。
2.保证1.5A输出电流。
3.输出短路保护。
4.过流、过热保护。
5.标准三端晶体管封装。
6.电压范围LM117/LM3171.25V至37V连续可调DM8838电子-技术资料-电子元件-电路图-技术应用网站-基本知识-原理-维修-作用-参数-电子元器件符号
LM337性能参数：
1.可调整输出电压低到-1.2V。
2.保证1.5A输出电流。
3.输出短路保护。
4.过流、过热保护。
5.标准三端晶体管封装。
6.电压范围-1.25V至-37V连续可调DM8838电子-技术资料-电子元件-电路图-技术应用网站-基本知识-原理-维修-作用-参数-电子元器件符号
前级放大电路带通滤波器
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3.1
3.2
3.2.1作用：
放大电路的本质是能量的控制和转换，是在输入信号的作用下，通过放大电路将直流电源的能量转换为负载所获得的能量。
使负载从电源获得的能量大于信号源的能量。
3.2.2主要技术指标：
1.放大倍数衡量的是放大电路的放大能力的重要指标
A=UO/UI
2.输入电阻表征的是放大电路从信号源索取的能量
RI=UI/II
3．通频带用于衡量对不同频率信号的放大能力
Fbw=fH-fL
图11前级放大电路
带通滤波器
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3.3.1作用：
选择频频率在在通频带内的信号
3.3.2带同滤波器的组成：
低通滤波器与高通滤波器串联
3.3.3主要指标：
通频带Fbw=fH-fL
带通放大倍数：
A=1+Rf/Ri
3.3.4芯片LM324：
LM324系列器件为价格便宜的带有真差动输入的四运算放大器。
与单电源应用场合的标准运算放大器相比，它们有一些显著优点。
该四放大器可以工作在低到3.0伏或者高到32伏的电源下，静态电流为MC1741的静态电流的五分之一。
共模输入范围包括负电源，因而消除了在许多应用场合中采用外部偏置元件的必要性。
3.3.5芯片LM324的性能指标
1.运放类型:
低功率
2.放大器数目:
4
3.带宽:
1.2MHz
4.封装类型:
SOIC
5.电源电压最大:
32V
6.电源电压最小:
3V
7.输入偏移电压最大:
7mV
8.额定电源电压,+:
15V
图13带通滤波器电路
功率放大电路设计
3.1.1功率放大电路的作用：
放大电路的末级输出一定的功率，用以驱动负载。
3.1.2功率放大的要求：
要求同时输出较大的电压和电流
3.1.3主要技术指标：
最大输出功率和转换率
3.1.4对晶体管的要求：
要求晶体管工作在尽限应用状态
3.1.5芯片TDA2822:
音频功率放大器
3.1.6TDA2822的技术指标
（1）输出功率:
1.7W
（2）可用增益调整:
39dB
（3）电源电压（最大值）:
15V
（4）电源电流:
12mA
（5）最大功率耗散:
4000mW
（6）封装/箱体:
PDIP-8
图14功率放大电路设计
原理分析
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电压源
电容滤波滤波原理：
以单向桥式整流电容滤波为例进行分析，其电路如图所示。
集成直流稳压电源，稳定的直流电源供电，小功率稳压电源一般是由电源变压器、整流、滤波和稳压等四部分组成。
4.1.1电源变压器
电源变压器的作用是将电网220V的交流电压变换成整流滤波电路所需的低电压。
4.1.2整流电路
整流电路一般采用具有单向导电性的二极管组成，经常采用单相半波、单相全波和单相桥式整流电路。
图所示的整流电路为应用广泛的桥式整流电路。
电路中采用了四个二极管，组成单相桥式整流电路。
整流过程中，四个二极管轮流导通，无论正半周或负半周，流过负载的电流方向是一致的，形成全波整流，将变压器输出的交流电压变成了脉动的直流电压。
4.1.3滤波电路
在整流电路的输出端并联电容即可形成滤波电路。
加入电容滤波电路后，由于电容是储能元件，利用其冲放电特性，使输出波形平滑，减少脉动成分，以达到滤波的目的。
为了使滤波效果更好，可选用大容量的电容为滤波电容。
因为电容的放电时间常数越大，放电过程越慢，脉动成分越少，同时使得电压更高。
4.1.4稳压电路
经过滤波后输出的直流电压仍然存在较大纹波，而且交流电网电压容许有±10%的起伏，随着电网电压的起伏，输出电压也会随之变动。
此外，经过滤波后输出的直流电压也与负载的大小有关，当负载加重时，由于输出电流能力有限，使得输出的直流电压下降。
因此，当需要稳定的直流电源时，在整流、滤波电路后通常需要配有稳压电路。
在此我们选用7812和7912分别作为+12V和-12V的稳压芯片。
前置放大电路
在测量用的放大电路中，一般传感器送来的直流或低频信号，经放大后多用单端方式传输。
典型情况下，音频信号的最大幅度可能仅有若干毫伏，共模噪声可能高达几伏。
所以放大器输入漂移和噪声等因素对于总的精度致关重要，放大器本身的共模抑制比特性也相当重要。
因此前置放大电路应该是一个高输入阻抗，高共模抑制比、低漂移的小信号放大电路。
我们采用的是同相比例电路的方式作为前置放大电路。
输入信号模拟音频Uid=5mV.10mV满足对指标的设计要求；输入电阻Ri..即满足高输入电阻的要求，跟性能指标中Ri=100K.的设计思路吻合；前置放大电路的电路增益Auf1=1+R11/R1满足对指标的设计要求。
有源带通滤波器
有源滤波电路是用有源器件与RC网络组成的滤波电路。
按通带的性能可分为低通滤波器、高通滤波器、带通滤波器等。
用低通滤波器和高通滤波器串接起来也可以组成带通滤波器。
功率放大
功率放大的主要作用是向负荷提供功率，要求输出功率尽可能大，转换效率尽可能高，非线性失真尽可能小。
功率放大器的形式很多,有OCL互补对称功率放大电路，OTL功率放大电路，BTL桥式推挽功率放大电路和变压器耦合功率放大电路等。
这些电路各有优点，可以根据设计要求和设备条件综合考虑选用。
理论计算
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稳压源的理论计算
正电源LM317输出电压公式：
Vo=1.25（1+R2/R1）
在这个电路图中，R1为R18=240，R2为变位器R21，最大值为10k。
理论计算，这个正电压的输出电压范围为1.25V~37V。
特别注意的是，在用R21的最大值计算的时候，可能会得到四十多伏，但是这个芯片的最大输出电压只有37V。
负电源LM337输出电压公式：
Vo=-1.25（1+R2/R1）
在这个电路图中，R1为R17=120，R2为变位器R20，最大值为2k。
理论计算，这个正电压的输出电压范围为-1.25V~--16.6V。
前级放大电路的计算
电压增益：
A=Rf/Ri
在电路中，Rf为R10=100k，
Ri为R8=10k，
A=100k/10k=10。
带通滤波器的计算
带通放大倍数：
A=1+Rf/Ri
低通放大倍数：
A1=1+10k/10k=2;
高通放大倍数：
A2=1+10k/10k=2;
因此，A=4。
fH=1/（2pi*R*C）=1/（2pi*R12*C15）=1/（2pi*51000*）=312.0685Hz300Hz
fL=1/（2pi*R*C）=1/（2pi*R12*C15）=1/（2pi*5100*）=3120.685Hz3000Hz
因此,理论计算滤波器带通范围:
300~3000Hz。
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调试过程和调试方法
电源测试方法
接通电源，用万用表测试两片LM317的输出电压范围（1.2V-18V）。
分别调节两片滑动变阻器使输出电压分别为-12V和+12V。
注意若电源输出电压范围了正常范围应立即切断电源，在排除电路的故障后在接通电源。
驻极体话筒测试方法
接通电源，断开话筒后的测试点。
利用示波器的探头检测驻极体话筒的输出管脚，观察示波器上的波形。
前级放大的测试方法
接通电源和信号发生器，将信号发生器的输出接入LM324的输入引脚。
将示波器的探头接到LM324的输出管脚，观察交流信号的幅度。
前级放大的LM324的放大倍数为10倍。
图16前级放大输出
带通滤波器的测试方法
带通滤波器是由低通滤波器和高通滤波器串联而成的，因此要分别进行测试。
低通的测试方法，将信号发生器输出接入低通的输入管脚，示波器接低通的输出管脚，调节信号发生器的调节信号频率按钮。
观察示波器是否可以输出频率较低的函数信号，频率高的信号在通过低通时会得到抑制，信号会在示波器上矢真。
高通的测试方法，将信号发生器输出接入高通的输入管脚，示波器接高通的输出管脚，调节信号发生器的调节信号频率按钮。
观察示波器是否可以输出频率分量较高的函数信号，频率低的信号在通过低通时会得到抑制，信号会在示波器上矢真。
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6.2
6.3
6.4
功率放大电路的测试方法
接通电源，示波器的通道1和2分别检测功率放大芯片的输入与输出。
示波器输出函数运算波形，观察示波器的输出波形。
图17功率放大后的输出
若显示结果正常，将信号源信号调到最小，功率放大加上负载电阻，调节信号源，观察示波器，测量最大不矢真功率。
测量时应注意功率放大芯片TDA2822的温度，若温度过高会烧毁芯片，芯片过热时应注意及时断开电源以保护芯片。
数据和分析
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电压源输出
负电源输出电压范围：
-1.29~-17.45V；
正电源输出电压范围：
1.24~18.14V；
跟理论值有出入，可能是跟电位器的最大阻值有关，因为我们测出来的最大值没有理想中的大。
峰峰值：
10.0V
半峰值：
5.0V
有效值：
3.58V
功率：
1.45W
通频带在300Hz到2700Hz之间，较为理想，可能是我们在制作的工艺较为好，没有发现粘连的问题。
出现的问题分析及解决
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在整个电路设计中，因为是第一次制作，所以发现布局有待加强，所以走线的时候线路不太美观，所以会吸取教训，总结经验，争取下次把这些都做好。
1.
结论
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这次设计在工艺上来说，可能布局有待加强，但是最后出来的效果很好，声音信号也很成功，所以这次基本上是一次满意的实验。
2.体会与建议
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这次课设让我得到充分地锻炼，令我收获了很多的知识，同时也让我对电子设计有了深入的了解，并产生浓厚的兴趣。
这次设计所设计的内容贯穿了之前学过的所有有关电子类课程，特别是模电。
这让我们学以致用，充分挖掘了我们的知识内容。
我们可以将所学的知识灵活运用，另外还拓展更多的知识。
在课外，我们要为电路的桥搭选择合适的电子元器件，所以我们要收集许多的元器件资料，比如各种电容、电阻等资料，特别是芯片的资料。
在选择前级放大芯片和滤波器芯片的时候，巧妙的选择了一个芯片将两者都集合在一起。
这是该电路的亮点之一。
在设计各个部分的电路时，我们了解了每个部分电路的组成，并能有对知识的强化。
在完成整个电路后，我对电子设计有了深入的体会。
在设计整个电路时，我们既要选择有较好性能并符合我们要求的元器件，优化电路的设计，同时也节约了资源。
在这个电路中从两大点上充分体现了这个特性。
第一，电路中前级放大电路、带通滤波电路和功率放大电路都采取较为规整的正十二伏或负十二伏，这使电源设计变得更简单，又节约了成本；第二，电路中用了LM324芯片，将前级放大和带通滤波器都整合在一起，大大简化了电路设计，又节省了开支。
虽然第一次做的这个板子不够好看，但是声音信号出来之后挺好的。
同时，在答疑的时候，我也得到了一个设计的另一个原则，就是滤波电容要尽量靠近你想要滤波的元器件，这样才有更好的滤波效果。
这次设计既锻炼了我的动手能力，又发掘了我的设计能力和兴趣。
这些都对我以后产生积极的影响。
希望这种设计能够多增加一些，并且能够有充足的时间让我去发挥创作的空间。
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