模拟电子技术课程设计之扩音器设计

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1、模拟电子技术模拟电子技术实训实训报告报告课程名称：模拟电子技术课程设计设计题目：扩音器的设计学生姓名：任文华专业：自动化班级学号：122039128指导教师：郭彩萍设计日期：2014 年 06 月 17 日至 2014 年 06 月 25 日设计成绩总评：扩音器的设计一一、设计的设计的任务与任务与要求要求设计一个扩音器功能描述：当对着话筒讲话时，可以将声音信号放大并通过喇叭输出。设计要求：1、电路设计简单合理，设计分析计算过程清晰。2、电路工作稳定可靠，喇叭声音清晰。3、音量可以调节。二二、方案设计与论证方案设计与论证设计扩音器的原理可以用如下所示的系统图表示。 主要由弱声音采集、前置放大器、

2、 （消侧音电路） 、低通滤波器电路、功率放大电路、扬声器等组成。1、利用麦克风将声音信号转化为电信号，经过隔直电容后输出微弱的电信号。2、经过前置的运算放大器电路和功率放大电路将微弱的电信号放大。3、为防止侧音的干扰，电路中需要消侧音电路，消除通话过程中的回音，使得在进行通话时听不到喇叭传来的自己的声音，提高通话质量。（侧音通常指在终端设备（例如电话机）中，发端信号经处理后，其中一部分回馈到自身接收电话的那部分信号。）4、为了减小噪音，提高声音的清晰度，我们设计添加了一个低通滤波器电路。5、最后信号传输到喇叭，喇叭将电信号转化成声音信号，发出声音。以下是设计流程图：低通电路低通电路输出输出音频

3、放大电路音频放大电路消侧音电路消侧音电路信号源信号源放大电路放大电路三三、单元电路设计与参数计算单元电路设计与参数计算1、驻极体话筒的结构与工作原理驻极体话筒由声电转换和阻抗变换两部分组成（由于我们的课题主要是实现功率放大，这里只做简单介绍）。驻极体话筒与电路的接法有两种：源极输出与漏极输出。不管是源极输出或漏极输出，驻极体话筒必须提供直流电压才能工作，因为它内部装有场效应管。话筒的基本结构由一片单面涂有金属的驻极体薄膜与一个上面有若干小孔的金属电极（背电极）构成，如图（1）。驻极体面与背电极相对，中间有一个极小的空气隙，形成一个以空气隙和驻极体作绝缘介质，以背电极和驻极体上的金属层作为两个电

4、极构成一个平板电容器。 电容的两极之间有输出电极。由于驻极体薄膜上分布有自由电荷。当声波引起驻极体薄膜振动而产生位移时；改变了电容两极版之间的距离，从而引起电容的容量发生变化， 由于驻极体上的电荷数始终保持恒定， 根据公式：Q =CU 所以当 C 变化时必然引起电容器两端电压 U 的变化，从而输出电信号， 实现声电的变换。根据所查资料及实际电路测试， 当上拉电压为 12V 时，驻极体话筒需加 10k 的上拉电阻，经过一个电容后输出微弱的电信号。下图为模拟输入的音频信号：2、喇叭喇叭的额定功率为 0.5w，额定电阻为 8，因此为小电阻用电器，而运算放大器只放大电压不能放大电流， 外接小电阻用电器

5、运算放大器容易损坏，因此输往喇叭的电信号要经过特定的功率放大器进行放大才能输出合适的电信号。3、运算放大器使用运放来初步放大话筒输出的微弱的电信号，放大倍数为 10 倍，输出信号峰峰值为 12V。电路图如下所示，有 R2=10*R1，取 R1=1k，R2=10k,R3=1k。下图为模拟的通过输入上述模拟信号后初步放大的输出信号：4、二阶 RC 有源低通滤波器人所发出的声音频率为 300HZ3400HZ，低频较低，因此设计一个低通滤波器来滤除杂音，提高声音清晰度。低频增益 A(0)=2， Q=1, f=3.4kHz。 根据该电路低频增益 A(0)=K=1+R3/R4=2，Q=1/3-k=1,可知

6、 R3=R4,选 R3=R4=10k。根据截止频率 f=3.4KHz 可求得 f=w/2=1/2RC。选 C=0.01F，算出 R=1/(2fC) 5.3K.没有买到 5.3k 的电阻，随着此电阻的增大通频带会减小，所以只能适当的减小电阻，只能用电阻 4.7k，二阶 RC 有源低通滤波器的电路图如下所示：经过滤波后的模拟信号输出：5、消侧音电路利用三极管的 C,E 极输出信号与 E 极输出的信号幅度相同， 相位相反，可以相叠加后将信号消去。三极管采用型号 9013.，电位器 104。为了使三极管正常工作，在三极管 B 端由R1 和 R2 分压，三极管的静态工作点VCQ4.5V，则令VEQ=VC

7、CVCQ，由于有VBE=0.7V，则0.7VVEQBQ，V21VVR1BQ.令 R3=R4=1，则由IICQEQ得VVR4R3。设3mAICQ,那么3.75.3RR 21，考虑我们买到的电阻且基本足上述比例取 R1=6.7k，R2=4.7k。电路图如下：经过消侧音电路后的模拟信号输出：6、功率放大器对于功率放大我们除了使用功放芯片外也可以用运算放大器A741 后面加一个 PNP 和一个 NPN 连接后输出。 但为了增强音质， 我们选用的型号为 TDA1013B的功率放大器。电路原理图如下：利用三极管的电流控制作用或场效应管的电压控制作用将电源的功率转换为按照输入信号变化的电流。 因为声音是不同

8、振幅和不同频率的波，即交流信号电流， 三极管的集电极电流永远是基极电流的倍， 是三极管的交流放大倍数，应用这一点， 若将小信号注入基极， 则集电极流过的电流会等于基极电流的倍，然后将这个信号用隔直电容隔离出来， 就得到了电流(或电压)是原先的倍的大信号， 这现象称为三极管的放大作用。 经过不断的电流放大， 就完成了功率放大。通过资料查阅与电路设计， 我们要实现音频放大实际使用的TDA1013B伴音功放电路(TDA1013B引脚功能图)的电路图如下：四四、总原理图及元件清单总原理图及元件清单1、总原理图说明：总原理图中 XLV1 和 XLV2 分别代表话筒（驻极体）和音响。ua741CP是集成运

9、放的一种型号。由于 ua741 没有合适电源我们把它直接接到总电源上。2、元件清单元件序型号主要参数数量备注功率放大器TDA1013B单列 9 脚封装；Vcc=25V;静态电流=35mA;输出功率=4.5W;输出噪声=2mV;输出峰流=3A;输入阻抗;电压增益=30dB一片运算放大器A741CP双列 8 脚封装；Vcc=+12V两片驻极体话筒无无一个扬声器5W，8一个电位器10k两个三极管NPN 型NPN一个电阻1k五个电阻4.7k三个电阻6.7k两个电阻10k五个电阻220k两个电容0.01F两个电容0.1F五个电解电容1F两个电解电容6.8F一个电解电容10F四个电解电容220F二个洞洞板

10、无整齐排列的洞洞一块导线铜线铜质导线若干五五、安装与调试安装与调试由于仿真软件中没有 TDA1013B 器件，所以我们直接做的实物而没有做整个电路的仿真，局部电路的仿真已在单元电路中给出。下面是实物电路图。1、焊接电路板经过几天的焊接，我们按照原理图做出了实物，实物图如下2、调试音质人所发出的声音频率为300HZ3400HZ，低频较低，因此通过低通滤波器来滤除杂音，提高声音清晰度。焊好电路后，我们对电路进行检查和调试，为防止声音失真，通过调节滑动变阻器，使输出的音质最佳。六六、性能测试与分析性能测试与分析我们将手机的声音通过耳机再通过话筒，传输到电路中，结果听到了十分清晰的声音，说明我们的扩音

11、器很成功；通过调节滑动变阻器，可以明显改变喇叭的音量，说明我们的音量调节电路没有问题；更具体情况还请老师通过仔细听喇叭的输出音频。七七、结论与心得结论与心得用将近一周的时间进行课程设计， 经过理论和实践的努力，本小组成功设计出一个扩音器，实现了设计的基本要求，并且喇叭声音清晰，说话过程中没有回音。虽然还是有一些瑕疵，但是基本要求都达到了。在项目制作完成之后，有很多心得体会。在完成项目的过程中最大的感受就是课堂上的理论可能看起来并不是很难，但是要想活学活用却还有很长的路要走。 在实际的项目制作中要严谨，一个细节的出错都可能会造成不可预估的错误，而且还会给调试带来很大的难度。在设计项目的时候我们在

12、保证严谨的同时还要有足够的自信， 相信自己的判断力，当然这要是在有理论支撑的基础上的。我们要敢于尝试，敢于测试，原件的功能，参数，使用的效果都从测试中得来。遇到困难的时候要敢于不断尝试，有足够的耐心去寻找错误， 适当的时候还可以寻求老师同学的帮助，万万不能自暴自弃。这些经验我们要在以后的项目制作中多加利用。我们在整个制作过程遭遇到了更多的麻烦， 但同样这也是一次考验，让我们从中得到了磨练，增长的知识，也提高了技术（焊接的技术） 。知识是学不完的，能力是不断增长的，在团队的共同努力下，成长、收获，势在必得。单单掌握理论的知识是完完全全不够用的， 到了社会中，也许学到的理论知识只用上了一小部分，可实践知识、技能却跟不上，这怎么能是一个合适的大学生。所以必须多动手才行。八八、参考文献参考文献1 模拟电子技术教程（第二版） 张剑平 清华大学出版社； 2 电工与电子技术 王鸿明 高等教育出版社； 3 电子线路设计、实验与测试 谢自美 华中科技大学； 4 电子技术课程设计指导 彭介华 高教出版社； 5 百度文库 http:/ 侧音电路设计； 6 百度文库 http:/ 参数及结构。