模电实验报告语音放大器综述.docx

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模电实验报告语音放大器综述

北京交通大学

电工电子教学基地

实验报告

实验课程：

模拟电路技术实验

实验名称：

语音放大器

班级：

自动化0802

学号:

08212032

姓名:

程仕湘

小组组员:

刘加奇吴昊

实验日期：

2010年6月

一、实验目的：

（一）通过实验培养学生的市场素质、工艺素质、自主学习的能力、分析问题解决问题的能力以及团队精神

（二）通过实验总结回顾所学的模拟电子技术基础理论和基础实验，掌握低频小信号放大电路和功放电路的设计方法

二、设计任务与要求

（一）原理框图

语音放大电路由“麦克”、“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。

如下图所示，并且可以采用前几个实验的设计方案，作适当的参数调整来实现本实验的要求。

1.前置放大电路

前置放大电路可以采用差分放大电路经改进来实现，也可采用集成运放构成的同相比例运算放大电路。

典型情况下，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。

放大器输入漂移和噪声等因素对于总的精度至关重要，放大器本身的共模抑制特性也是同等重要的问题。

因此前置放大器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。

2.有源滤波电路

有源滤波电路是用有源器件与RC网络组成的滤波电路。

有源滤波电路的种类有低通，高通，带通，带阻滤波器，本实验着重讨论带通滤波器，滤除各种噪声信号，而使正常的语音信号通过。

3.功率放大电路

功率放大电路的主要作用是向负载提供功率，使信号能够驱动负载（喇叭）。

要求输出功率尽可能大，转换功率尽可能高，非线性失真尽可能小。

（二）性能指标：

各基本单元电路的设计条件分别为：

1.前置放大器

输入信号：

Uid5mv

输入阻抗：

Ri>100k。

2.有源带通滤波器

带通频率范围：

300Hz～3kHz

增益：

Au≥1

3.功率放大器

最大不失真输出功率：

Pom1W

负载阻抗：

RL=8

电源电压：

+5V，+12V，-12V

4.输出功率连续可调

直流输出电压：

50mV（输出开路时）

静态电源电流：

100mA（输出短路时）

三、实验原理与参考电路

（一）前置放大电路

前置放大电路可以采用教材中差分放大电路经改进来实现，也可以采用集成运放构成测量用小信号放大电路。

方案一：

集成运放构成前置放大电路时，为提高输入电阻和共模抑制性能，减小输出噪声，必须采用同相放大电路结构，为尽量保证不失真放大，宜采用两级运放电路。

这两级运放放的芯片可以采用单片双运放LM324。

。

图二LM324组成的前置放大电路

Au1=1+R2/R3=1+10≈10Au2=1+R6/R5=1+10≈10

Au=Au1*Au2≈10～1000

我们经测试：

当输入信号Uid=5mv时，输出信号Uod=554.6mv

Au=110,满足条件。

我们在输入端串联一个电阻R=100k,测得Us=5mv,Ui=3.500mv

根据公式Ri=Ui/（Us-Ui）*R=233k

满足要求输入阻抗大于100k

方案二：

集成运放构成前置放大电路时，为提高输入电阻和共模抑制性能，减小输出噪声，必须采用同相放大电路结构，为尽量保证不失真放大，宜采用两级运放电路。

这两级运放的芯片可以采用单片双运放NE5532。

图三单片双运放NE5532放大电路

电路简易说明：

该电路具有输入阻抗高，电压增益容易调节。

图中的R2用于调节电路增益，该级增益为80。

R9、R10用于调节输入阻抗，起平衡作用。

R2、R8起调节增益的作用。

调试中为得到理想的放大倍数，将R6短路，R8实际用一个100k左右的定值电阻代替即可，R3用50k的定值电阻代替。

在输出端加100k的电位器，使输出声音大小可调。

方案三：

测量放大器（差动放大器）

图四差动放大器

Rid=2R

A21=Uo2-Uo1/Ui=1+2R2/R1

A3=R4/R3

Auo=A21*A3

三种方案的电路实现都很简单，失真不大，也可满足实验要求。

其输入阻抗可用万用表测出。

但后两者温度漂移较大。

本次实验我们选用方案一。

（二）有源带通滤波电路

由于声音频率在300~3000Hz之间，所以本实验需要二阶带通有源滤波器。

图五滤波器参考电路

电路简易说明：

此电路是宽带通滤波器,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串接起来以实现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,因此用做此处的音频带通滤波器。

数据确定：

（这次选用在滤波器实验中的另一方案）

本实验所用滤波器为一高通滤波器与一低通滤波器级联所得，根据设计指标得高通滤波器的fL=300Hz,低通滤波器的fH=3kHz,Au=1,由滤波器截频公式f0=1/2ΠRC

高通：

Q=1/2

C1=C2=100nF

R2=R3=5.1K

R1=2R4=30K

经过实际调节数据不变，满足条件

低通：

Q=1/2

C3=C4=10nF

R5=R6=4.7K；

R7=2R8=30K即可

经过实际调节数据不变，满足要求。

输入500mV、1000Hz左右的正弦波信号，在示波器上观察输出，调试使增益约为2.3。

调节频率，观察达到0.707Vp_p的频率值，调节使频率为300Hz和3kHz，在误差允许范围内，达到设计指标。

（三）功率放大电路

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，而且所用外围元件少，结构简单，调试方便。

它的内部电路一般也由前置级，中间级，输出级和偏置电路等组成，与电压放大器不同的是其输出功率大、效率高。

而且集成功放的内部电路中还常设有过流、过压及过热保护电路，以保证其在大功率状态下能够安全可靠地工作。

方案一：

TDA2003

图六TDA2003功放电路

Cx=1/2πR1f0

Rx=20R2

RL=1.6～4Ω

方案二：

LM386

当R开路时增益最小，R短路时增益最大。

因为LM386很容易烧坏，故不采用。

RL=8Ω

图七LM386功放电路

方案三：

TDA2030

我们采用此方案，根据计算和仿真结果可知，增益约为十倍左右。

直流输出电压为30mv,静态电源电流为85mA。

满足条件：

直流输出电压：

50mV（输出开路时）

静态电源电流：

100mA（输出短路时）

四、实验的整体电路图

将本实验中要采用的LM324放大电路、RC有源滤波器、TDA2030按顺序级联即可。

如下所示：

图八整体电路图

五、实验步骤

（一）电路设计步骤

1.确定整体方案

根据设计要求，确定各单元电路的方案，采用集成电路器件设计，根据公式计算电路的元件参数。

2.系统总原理图

各单元电路图和整体电路图（见上）。

（二）安装焊接调试

按照电路原理图焊接电路板，一级一级地焊。

焊接时应注意安全，同时要保证焊接的质量。

最后引出五根导线（分别作为+12V、-12V、地线、喇叭的接口）。

1.前置放大器的组装与调试

1）静态调试：

调零和消除自激振荡。

2）动态调试：

测量电路的带宽、输入电阻等指标。

2.有源滤波器的组装与调试

1）静态调试：

调零和消除自激振荡。

2）动态调试：

测量电路的带宽、电压增益等指标。

3.功率放大电路的组装与调试

静态调试：

不接输入，观察输出有无振荡来进行静态调试。

（三）系统联调

1.前置输入对地短路，测量输出噪声电压。

2.输入频率为1KHz的正弦信号，改变Ui幅值，用示波器观察Uo的波形，记录输出最大不失真幅值及所对应ui的变化范围。

3.测量上限截止频率、下限截止频率和电压放大倍数等指标。

（四）试听

系统的联调与各项指标测试完毕之后，输入mp3音乐信号，用扬声器代替RL，从扬声器中即可传出美妙的音乐声。

接入麦克后，输出语音。

从效果看，应该是音质清楚、无杂音、音量大，电路运行稳定为最佳设计。

六、测量结果

1.各级电路的电压增益；

第一级前置放大器：

输入Ui=100mV输出Uo=10V放大倍数Au=100

第二级带通滤波器：

输入Ui=1.060V输出Uo=1.094V放大倍数Au=1

第三级功率放大器：

输入Ui=212.5mV输出Uo=1.625V放大倍数Au=8

2.带通滤波器的通频带；

295Hz（703.1mV）——3kHz（703.1mV）

BW=2700Hz

3.功率放大器的最大输出功率以及静态电源电流。

最大输出功率：

Po,max=5W左右

直流输出电压：

U=30mV

静态电流:

I=85mA

七、实验中所遇到的问题及解决方案

（一）地线的连接。

这个问题我们认为应该是最容易被同学们忽略然而又至关重要的一点。

我们在焊接好电路之后，进行调试时，电路板的接地和示波器导线的接地应该统一接到实验箱上，这样才能使整个系统有一个统一的参考点，要不然就会出现波形的失真，甚至是正半周期波形的完全丢失。

这个问题很隐蔽，我们在改变了很多方案后最终想到了这个问题，因为我们发现在没有统一接地的情况下，正电源与电路板地的电压差为24V。

而采用了上述方法后，问题得到了很好的解决，我们也顺利调试出了波形。

（二）系统的调试。

在实验中，我们在一定要注意将电路划分为一个一个的模块，焊好一块调试一块，再焊好一块再连起来调试，直到最后。

同时要留出每一级的输入线与输出线，最好做好标记，以免联调时连接错误。

八、注意事项

（一）在使用集成运放和功放时，一定要搞清其管脚，更重要的是正负电源不要接错，否则很容易将其损坏。

（二）应使用大功率负载，否则很容易将负载烧坏。

（三）焊接集成功放时，一定要使用散热片。

（四）传声器应尽量远离扬声器，以免引起啸叫。

（五）各级应分开来焊、分开来测，最后统调。

九、实验心得

进入大学以来，《模拟电路实验》是我们接触到的第一个系统的实验课，通过将近一学期的学习，我们从简到繁，从浅到深，做了一系列的实验。

从最初的单级低频放大器到最后的波形发生器、语音放大器，在逐个实验中我们不断学习实验的基本素质。

所以我们的设计思想是基于平时的实验所学，扎根于课本，再加上我们自己的一些创新和发挥。

我们在用软件进行仿真时，很顺利地就调试出了波形，大家都兴奋，可是在实际的焊接和调试时却遇到了很多意想不到的麻烦。

特别让我们恼火的就是地线的连接问题，正如我在上面写到的，一开始我们没有将电路板的地和实验箱的地连接到一起，导致了电源供电时老是会有一半波形被截断。

我们都还以为是工作点选择不对，于是又查找资料，改进电路，改变各级的输入输出电阻，改变电容值，试图调节工作点，可以说能够想到的办法我们都想了。

但是波形还是没有得到改善。

正当我有点灰心的时候，我发现输出波形的上半周期整个被削掉，于是我就想会不会是正电源没有供上电，用万用表一测，果然发现正电源电压只有1.5V，验证了我的想法，于是我们仔细检查了电路，进行了各种尝试，包括用不同的实验箱供电等等，最后发现是接地出现了问题，最终把这个问题顺利的解决。

第一级和第二级电路的调试比较顺利，在这个过程中只是出现了虚焊一个连接点的问题，重新进行焊接之后，同样顺利地得到了完美的波形。

第三级功率放大器的调试是最复杂的更是最头疼的开始的时候前两级都OK但是接上第三级之后，输出波形就完全没有规律了，我们找问题找了很久，