语音放大器.docx
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语音放大器
电子电工教学基地
实
验
报
告
实验课程：
模拟电子技术实验
实验名称：
语音放大器
语音放大器
设计目的及要求
实验目的
1.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。
2.通过实验总结回顾所学的模拟电子技术基础理论的基础实验，掌握低频小信号放大电路和功放电路的设计方法。
设计任务与要求
（1）已知条件：
语音放大电路由“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。
（2）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：
a）输入信号Uid≤10mV；
b）输入阻抗Ri≥100k；
2）有源带通滤波器：
a）带通频率范围为300Hz~3KHz；
b）增益：
Au=1；
3）功率放大器：
a）最大不失真输出功率为Pomax≥1W；
b）负载电阻RL=8Ω；
c）电源电压+12V，-12V；
4）输出功率连续可调：
a）直流输出电压≤50mV（输出开路时）；
b）静态电源直流≤100mA（输出短路时）。
（3）设计要求：
1）选取单元电路及元件
根据设计要求和已知条件，确定前置放大器、有源带通滤波器电路、功率放大电路的方案，计算和选取单元电路的元件参数。
2）前置放大器电路的组装与调试
测量前置放大电路的差模电压增益
、共模电压增益
、共模抑制比
、带宽
、输入电阻
等各项技术指标，并与设计要求值进行比较。
3）有源带通滤波电路的组装与调试
测量有源带通滤波电路的差模电压增益
、带宽
、并与设计要求值进行比较。
4）功率放大器的组装与调试
测量功率放大器的最大不失真输出功率
、电源供给功率
、输出效率
、直流输出电压、静态电源电流等技术指标。
5）整体电路的联调与试听。
6）用EWB软件对电路进行仿真分析。
总电路框图及总原理图
语音放大电路由“前置放大电路”、“有源带通滤波器”、“功率放大器”、“扬声器”几部分构成。
语音放大电路原理框图
总原理图
设计思想及基本原理分析
输入端采用麦克风和音频线路输入两种形式，声音通过麦克风（或音频线路）输入前置放大电路，进行一次放大后输入二阶有源带通滤波电路，对通频带（300Hz-3000Hz）以外的信号进行滤波，以消除杂音，最后将经过放大和滤波的信号输入功率放大电路，进行功率放大后将声音通过扬声器输出。
1、前置放大电路
前置放大电路可采用两级负反馈放大器、差分放大电路，也可以用集成运放构成的测量用小信号放大电路等。
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。
比较：
两极负反馈放大器电路比较复杂，而且对共模噪声也会放大，从而使电路噪音太大影响放大效果。
具有恒流源偏置的差分放大器也适用于设计，但相对于测量放大器而言，仍显复杂，因此本设计采用集成运放构成的测量用小信号放大电路。
测量放大电路由两个同相放大器和一个差动放大器组成，具有输入阻抗高、电压增益容易调节、输出不包含共模信号等优点。
电路图如下：
参数设计：
电路差模输入电阻Rid=2R
差模电压增益：
Au=（1+Ro/R20）*R5/R3
为了提高信噪比，前置放大电路增益可适当取大，
令Ro=200，R20为20k，R3=10k，R4=9.1k，R5=100k，放大倍数为51至150.将R5设为滑动变阻器使放大倍数实现动态可调。
2、有源滤波器
有源滤波电路是由有源器件与RC网络组成的滤波电路。
本实验采用具有Butterworth特性的典型的二阶有源滤波器。
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，把相同元件的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。
用该方法构成的滤波器的通带较宽，通带截止频率易于调整，多用作测量信号噪声比的音频带通滤波器，电路图如下图所示，能抑制低于300Hz和高于3000Hz的信号。
设计原理：
本电路采用的宽带带通滤波器，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串联起来可以实现带通滤波器的功能，而且带通滤波器的低频截止频率fL由HPF的截止频率决定，高频截止频率fH有LPF的截止频率决定。
电路图如下：
性能指标：
与LPF有关的量
；
；
；
与HPF有关的量
；
；
电路参数：
（1）增益：
Au=1
（2）带通频率范围：
300Hz～3kHz
3、功率放大器
功率放大器用来放大电流，使信号能够驱动负载（喇叭）。
要求输出功率尽可能大，效率尽可能高，非线性失真尽可能小。
在这个实验中，我们用五端集成功放TDA2003作为单片集成功放器件。
它性能优良，功能齐全，并附加有各种保护、消噪声电路，外接元件大大减少，易于安装。
集成功放工作在甲乙类状态，静态电流在10mA～50mA以内，因此静态功耗很低，但动态功耗很大，且随输出的变化而变化。
P=U²/R、Ic=Pc/Uc
电路如图
通过计算得：
C1=1.0uFC2=22uFC3=33pFC4=100nFR1=20kΩR2=1kΩR3=20kΩ
单元电路分析，元件介绍和元件参数
1、前置放大电路
NE5532介绍
NE5532是高性能低噪声运放，它具有较好的噪声性能，优良的输出驱动能力及相当高的小信号与电源带宽。
（1）小信号带宽：
10MHz；
（2）输出驱动能力：
600Ω，10V；
（3）输入噪声电压：
5nV/√HZ（典型值）；
（4）DC电压增益：
50000；
（5）AC电压增益：
10KHz时2200；
（6）电源带宽：
140KHz；
（7）转换速率：
9V/μS；
（8）大电源电压范围：
±3～±20V
管脚图如下
麦克的接入
麦克有一端接到外壳，把这端接地，另一端接到第一级的输入。
2、有源滤波器
LM324介绍
LM324为四运放集成电路，采用14脚双列直插塑料封装。
，内部有四个运算放大器，有相位补偿电路。
电路功耗很小，lm324工作电压范围宽，可用正电源3～30V，或正负双电源±1．5V～±15V工作。
它的输入电压可低到地电位，而输出电压范围为O～Vcc。
它的内部包含四组形式完全相同的运算放大器，除电源共用外，四组运放相互单独。
每一组运算放大器可用如图所示的符号来表示，它有5个引出脚。
由于LM324四运放电路具有电源电压范围宽，静态功耗小，可单电源使用，价格低廉等特点，因此他被非常广泛的应用在各种电路中。
LM324引脚排列见图
3、功率放大器
TDA2030介绍
TDA2030采用V型5脚单列直插式塑料封装结构。
该集成电路广泛应用于汽车立体声收录音机、中功率音响设备，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。
电路特点：
[1].外接元件非常少。
[2].输出功率大，Po=18W（RL=4Ω）。
[3].采用超小型封装（TO-220）,可提高组装密度。
[4].开机冲击极小。
[5].内含各种保护电路，因此工作安全可靠。
主要保护电路有：
短路保护、热保护、地线偶然开路、电源极性反接（Vsmax=12V）以及负载泄放电压反冲等。
[6].TDA2030A能在最低±6V最高±22V的电压下工作在±19V、8Ω阻抗时能够输出16W的有效功率，THD≤0.1%。
管脚图如下
扬声器的接入
扬声器负极接地，正极接到输出端。
扬声器采用8Ω，2W。
测试结果分析，测试过程中所遇故障分析
可以输出放大了的音频信号，而且较清晰，放大倍数良好
电路测试：
有源带通滤波器的测试：
静态调试：
调零和消除自激振荡
动态调试：
调节输入信号的频率，使输出电压达到不失真的最大值。
记录此时的电压值和频率。
不断改变输入信号的频率，（变大和变小），当电压的幅度为最大值的0.707倍时，分别记录此时的频率，即为上限截止频率和下限截止频率。
由此可计算出通频带。
测得通频带为下限截频：
303Hz
通频带上限截频：
2.985KHz
功率放大电路的调试：
静态测试：
将输入端对地短路，观察输出是否有振荡，得到结果：
功率放大电路静态没有产生自激振荡；
静态输出电压U=48.982mV<50mV；
静态电源电流I=45.327mA<100mA；
从而可得功率放大电路的静态符合要求。
动态测试：
输入信号频率为1kHz，Vpp=1V
输出电压的有效值为：
Uo=3.577V
动态测试也满足要求
所遇故障及分析
１．在布线时，我们采用的是带面三孔单面电路板，在背面布线，由于我们没有充分考虑线路的美观，线路排版的比太美观，虽然不影响检查测试，但这给调试、改正电路留下了潜在的麻烦。
解决方案：
今后应该注意有效利用板上通路，合理布局，保持板面简洁。
２．我们焊完板子初次调试时出现了波形，但后来一直出现同一个问题：
第一二级电路有正确输出波形，无论怎样调节滑阻、输入信号、前级电路，第三级无输出。
解决方案：
我们先全面检查了第三级电路，排除了电路布局、焊接短路的问题；
最后我们找到问题是第三级输入端的电容烧坏了，之所以一直没发现，因为我们一直认为电容烧坏都是“烧爆”的现象，而我们这个烧坏的电容从外观上没有任何异常，经过了解我们有知道了检测各种器件好坏的方法，此次经历让我们有独特的收获。
3.接入喇叭时，应该保证喇叭有较长的导线保证它放在较远的位置不影响电路信号；
解决方案：
接入麦克风时，要保证麦克风的导线接触正常，必须减少与喇叭连接导线的裸露部分，较少噪声影响。
设计过程的体会与创新点，建议
元件清单
名称
标称值
个数
电阻
2.2（2w）
1
10k
5
1k
3
22k
1
100k
1
3.3k
1
3.9k
2
100
1
20k
2
滑动变阻器
100K
1
10K
1
电容（F）
22n
1
10n
1
10u
2
1u
1
100u
2
100n
2
30p
1
22u
1
芯片
TDA2030
1
NE5532
1
LM324
1
喇叭
2W8欧
1
集成座
3
散热片
1
导线（m）
若干
麦克
1
电路板
１
焊锡丝
若干
附仿真报告
1、前置放大电路
2、有源带通滤波器
3、功率放大器
最终仿真效果：
参考文献
1.《电子技术基础实验、综合设计实验与课程设计》侯建军高等教育出版社
2.《模拟电子技术》刘颖清华、北京交通大学出版社
3.《基础电路分析》清华、北京交通大学出版社
4.《电路基础实验》清华、北京交通大学出版社
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