高频声音识别电路.docx

高频声音识别电路.docx

《高频声音识别电路.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《高频声音识别电路.docx（12页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。

高频声音识别电路

高频声音识别电路

实验人：

。

*************

*************

一、要求

要求检测10KHz~50KHz的声音信号，该信号交流幅值为0.01mV，信号灯的点亮驱动为直流信号，幅值需要超过1mV（要求使用三极管，不能使用运放）电路只需要实现微弱交流信号的输入到直流信号的输出即可。

二、实验部分

1、实验分析：

首先检测信号为0.01mV微弱信号，需要将其进行放大输出；其次输入为交流信号而输出为直流信号，需要分别经过整流电路，滤波电路，稳压电路将其转化为稳定的直流电压。

实验暂不要求稳压，因此可以将电路粗分为三级：

放大电路、整流电路、滤波电路。

2、第一级放大电路：

这里采用差模差分放大电路

（1）对差模输入信号的放大作用

当差模信号Vin1-Vin2输入（共模信号V=0）时，差放两输入端信号大小相等、极性相反,因此差动对管电流增量的大小相等、极性相反，导致两输出端对地的电压增量，即差模输出电压vo1、vo2大小相等、极性相反，此时双端输出电压vo=vo1－vo2=2vo1,可见，差放能有效地放大差模输入信号。

要注意的是：

差放公共射极的动态电阻Rem对差模信号不起（负反馈）作用。

（2）对共模输入信号的抑制作用

当共模信号v输入（差模信号v=0）时，差放两输入端信号大小相等、极性相同，即Vin1=Vin2=v,因此差动对管电流增量的大小相等、极性相同，导致两输出端对地的电压增量，即差模输出电压vo1、vo2大小相等、极性相同，此时双端输出电压vo=vo1－vo2=0,可见，差放对共模输入信号具有很强的抑制能力。

此外，在电路对称的条件下，差放具有很强的抑制零点漂移及抑制噪声与干扰的能力。

（3）镜像电流源：

为了使差分放大电路始终保持稳定，我在下面加入了镜像电流源

原理图：

基本电流源如上图，两只晶体管T1、T2完全相同；β1=β2；Ic1=Ic2；因为两管具有相同的基极射级电压，所以Ie1=Ie2,Ic1=Ic2,又因为当β较大时Ib几乎可以忽略不计，所以Ic2大约等于Vcc/R；所以当Vcc一定，R一定时，T2管集电极的电流Ic2也一定，所以我们可以把Ic2看作Ic1的镜像，从而保证电流的稳定。

所以，此处将镜像电流源加在差模放大器的下方，保证Q1，Q2管的稳定工作在放大区域，保证电路正常运行；

同时，为了给电流源提供能量，再在镜像电流源的下方接一个直流电压源来提供能量，使得镜像电流源可以正常工作，从而提供稳定电流。

改进图如下

然后将镜像电流源与差模放大器连接起来，得到下图：

当我们输入交流高频小信号时，其输出如下：

VO2端波形如下：

幅值约为2.4645v-2.4635v=1mv。

其中含有2.4640V的直流量，由于最后要求得到1mv的直流电源，此放大电路已经达到了要求，于是可以外加整流滤波电路，来隔断交流通过直流。

同时因为此输出含有直流分量，所以需要先去除直流分量，再进行整流滤波。

所以在输出处加上电容来隔断直流；所用电路图如下：

加上一个C8，为100nf的电容来隔断直流，通过交流；此后就可以外加整流滤波电路了；

3.整流滤波电路

此处采用桥式整流的方法：

整流过程中，四个二极管两两轮流导通，正半周时的电流由D1—RL—D3回到了U2的副端，而负半周时，电流由D2—RL—D4回到U2的正端；由此可见，无论是正半周还是负半周的情况下，流过RL的电流的方向是一直的，所以他的电压UL=0.9U2，而他的电流IL=0.9（U2/RL）;从而达到整流的作用；

最终结果如下：

整流之后则需要滤波电路：

电容器是一个储存电能的仓库。

在电路中，当有电压加到电容器两端的时候，便对电容器充电，把电能储存在电容器中；当外加电压失去（或降低）之后，电容器将把储存的电能再放出来。

充电的时候，电容器两端的电压逐渐升高，直到接近充电电压；放电的时候，电容器两端的电压逐渐降低，直到完全消失。

电容器的容量越大，负载电阻值越大，充电和放电所需要的时间越长。

这种电容带两端电压不能突变的特性，正好可以用来承担滤波的任务。

图中是最简单的电容滤波电路，电容器与负载电阻并联，接在整流器后面，下面以图所示半波整施情况说明电容滤波的工作过程。

在二极管导通期间，e2向负载电阻Rfz提供电流的同时，向电容器C充电，一直充到最大值。

e2达到最大值以后逐渐下降；而电容器两端电压不能突然变化，仍然保持较高电压。

这时，D受反向电压，不能导通，于是Uc便通过负载电阻Rfz放电。

由于C和Rfz较大，放电速度很慢，在e2下降期间里，电容器C上的电压降得不多。

当e2下一个周期来到并升高到大于Uc时，又再次对电容器充电。

如此重复，电容器C两端（即负载电阻Rfz：

两端）便保持了一个较平稳的电压，在波形图上呈现出比较平滑的波形。

下图中分别示出半波整流和全波整流时电容滤波前后的输出波形。

显然，电容量越大，滤波效果越好，

输出波形

于是得到了最终的滤波整流电路

4.初次完整电路：

将差分放大电路与滤波整流电路连接起来得到如下电路：

最终波形如下：

并未达到1mv的要求；

检查原因，pispice中的二极管并非理想二极管，会消耗一部分能量，所以输出波形比预期要小，说明放大倍数不足，所以我选择再加一级放大电路：

共射放大电路；

5.共射放大电路

其放大倍数约为70倍。

将其加入到差模放大与整流滤波电路中间得到如下图电路

6.最终电路

（1）比较各级输出波形

第一级：

第二级：

第三级：

可以看到最后得到了约为4mV直流电流

进行AD扫描：

可以看出通频带宽约为1KHz~100KHz，达到电路要求；

输入电压：

要求检测10KHz~50KHz的声音信号，该信号交流幅值为0.01mV，信号灯的点亮驱动为直流信号，幅值需要超过1mV（要求使用三极管，不能使用运放）电路只需要实现微弱交流信号的输入到直流信号的输出，现已全部达到要求。

三．实验心得：

1、做电路的时候，最好分块来做，了解每一块的功能作用，以及要求，而分级电路测试时输入要以上一级为标准来调试电路，以防多级电路连接后产生错误；

2、仿真电路与实际电路有区别，实际中元器件并不为理想情况；因此仿真结果会有不同；

3、再一次加深了对差模放大电路和共射放大电路的理解，知道了整流滤波电路的使用方法；了解到可以用镜像电流源来让差模放大器保持稳定，而在电路对称的条件下，差放具有很强的抑制零点漂移及抑制噪声与干扰的能力。

4、经过一个学期的学习重新复习了模电里面的很多知识，如共射放大电路，差分放大电路，功率放大电路，镜像电流源等。

学会了利用pispice进行电路的设计与仿真，知道了通频带宽的意义和仿真方法，了解到如何对比输入输出波形来确定电路是否符合要求，我觉得我最大的收获就是模块化的思想；再复杂的电路其本质上也是由一个个小电路来实现的，而我们要做的就是学会如何用基本电路或基本模块去构成我们想要的电路；同时要注意将两张图的电路复制到一起时，元器件的名字可能会有重复，注意修改。