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1、学号：20115042024惊渗前翰母.本科课程设计学院物理电子工程学院专业电子信息工程年级2011级姓名李德淮课程名称模拟电子技术基础课程设计题目语音放大器设计指导教师马建忠成绩2013年6月19日课程设计成绩评定书设计题目语音放大器设计姓名李德淮学号20115042024专业电子信息工程班级11级电子信息工程本科班指导教师马建忠联系电话18203763039办公地点理科楼604设计任务1设计并制作一个由集成运算放大器组成的语音放大电路。该电路能识别不同频率范围的小信号放大系统；2前置放大器输入仔号：“100kC,共模抑制比：Kcmr60dB;3有源带通滤波器频率范围为：300Hz3.4KH
2、z;4功率放大器最大不失真输出功率：POm5W,负裁阻抗：Rl=4Q;5输出功率连续可调宜流输出电压050mV静态输出电流0100nAo指导教师评语成绩：指导教师（签字）：201年月日学院意见：学院院长（签名）：201年月日1 课程设计目的4.2 课程设计内容及要求4.2.1 设计内容4.2.2 设计要求4.3 语音放大电路设计方案5.3.1 设计思路5.3.2 工作原理及硬件框图5.3.3 硬件电路原理图9.4 安装调试114.1 前置放大电路的调试114.2 有源滤波器的调试114.3 功放的调试114.4 系统调节测出直流1.2.5 性能测试1.2.6 设计总结和体会1.3.7 实验器材
3、1.4.参考文献1.4.语音放大电路设计1课程设计目的(1)掌握集成运算放大器的工作原理及其应用；(2)掌握低频小信号放大电路和功放电路的设计方法；(3)了解语音识别知识；(4)掌握有源滤波器的参数计算及其设计方法。2课程设计内容及要求2.1 设计内容设计一个语音放大电路，该电路由三部分组成，分别为前置放大电路、滤波电路和功率放大电路。前置放大电路即为测量小信号放大电路，它的作用是不失真的放大语音信号，可以由两部分组成：一部分是语音输入级，另一部分是电压放大电路。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，在典型情况下，有用信号的最大幅度可能仅有若干毫伏，而
4、共模噪声可能高到几伏，故放大器输入漂移和噪声等到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。因声音或干扰太大而难以听清对方的声音，这时我们就需要一种既能放大语音信号又能降低外来噪声的仪器。所以要还要用到滤波电路。滤波电路是用有源器件与RC网络组成的滤波电路。需要让一定频率段的信号通过，而阻止不需要的信号段。这个频率段就是电路的带宽BW功率放大电路主要作用的向负载提供足够大的功率，要求输出功率尽可能高，即给负载RL(扬声器)提供一定的输出功率，而效率尽可能高。集成功放基本都工作在接近乙类(B类)的甲
5、乙类(AB类)状态，静态电流大都工作在10-50mA以内，因此静态功耗很小,但动态功耗很大，且随输出信号的大小而变化。2.2 设计要求(1)前置放大电路因为在通常情况下有用的输入信号很小，又要使放大器本身的共模抑制特性较好，精度较高，所以要求输入信号：Ui10mV,输入阻抗：R2100KC共模抑制比：Kcmr_60dB.(2)滤波电路人耳能听到的声音频率范围为20HZ20kHZ,而一般语音范围位于300Hz3.4KHZ之问。所以有源带通滤波电路的带通范围为300HZ3.4KHZ。(3)功率放大电路负载阻抗(即扬声器的阻抗)RL=4输出功率Pom-5W电源电压：V=+12V(4)输出功率连续可调
6、(输入短路时)直流输出电压_50mV静态电源电流.100mA3语音放大电路设计方案3.1 设计思路因为语音放大电路要求不仅能放大声音而且还要大大降低噪声的干扰，所以由语音信息输入、前置放大电路、滤波电路、功率放大电路四部分组成。可以把后三部分分别设计完成，仿真成功后连接在一起，整体电路仿真符合要求，则整体设计完成。电路的原理框图如下：前置放大器有源带通滤波器功率放大器输出图1放大电路工作原理图3.2 工作原理及硬件框图3.2.1 语音信息输入话筒是一种常用的语音输入设备，它能将人的声音转化成微小的电压信号输出，具峰值最大为几十毫伏。3.2.2 前置放大器用两个同相放大电路的简单串联组合进行设计
7、。如图2,它也称为同相串联差分放大电路。差分输入信号从两个放大器的同相端输入，可以有效的消除两输入端的共模分量，获得很高的共模抑制比和极高的输入电组，这种电路常用作高输入电阻的仪用放大电路。IQO kQ图2前置放大电路电路工作原理是:交流信号自同相端B点输入,V=输出信号经Rf反馈至A点。则反馈电压为:R2VoR2 Rf，一u，Rf因为放大器的电压增益Af=1(-)R2RVo=(1)V=R由式(1)(2)可得反馈电压Va与输入电压Vb相等，因此，电阻Ri两端的电位相等,且相位相同，称Ri为自举电阻。流经Ri的电流可视为零，从而大大提高了交流放大器的输入电阻。输入电阻：(3)R=(Ric)”(1
8、+Af)式中，F为反馈系数:(4)按照图2中所示的电路参数，由式(3)可得输入电阻：(5)R=(R/rc尸(1+Af*F)-200KO前置放大电路电压放大倍数为:Vo =1 立= 11Vi(6)对于前置放大电路的设置，对于输出阻抗较高的话筒，语音输入级的放大电路可以采用上述的自举式同相交流电压放大器，其电路如图2所示。但是对于其集成芯片LM324也可以换成A741,其采用双电源供电，其运放的增益带宽积虽然不高，但这里电压增益不高，故能达到语音放大的电路频响要求。3.2.3 有源带通滤波器（BPF）有源滤波电路是用有源器件与RC网络组成的滤波电路。这里需要有源带通滤波电路。有源滤波器同无源滤波器
9、比较，处理效果好，主要可以同时滤除多次及高次谐波，不会引起谐振。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，把相同元件压空电压源滤波器的LPF和HPF用接起来可以实现Butterworth通带响应，如图3所示。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，因此多用作测量信号噪声比的音频带通滤波器。采用图3所示的滤波器，能抑制低于300Hz和高于3000Hz的信号，整个通带增益为8dB,运放放大器为LM324.有源带通滤波器电路图如下：(8)(9)图3有源带通滤波器示意图带通滤波器A1的放大倍数计算:八.27K，Avf1=1=1.5747K11人/27KlAVf2=1
10、=15747K1则带通滤波器的放大倍数为:2Av=Avf1仆2=1.572=2.46对于滤波器这一级，用大家所熟悉的RC桥式振荡电路也是一个选择性很好的有源带通滤波器电路。该电路在满足R1=R2=R,C1=C2=C的条件下，Q值与中心频率f0分别为:Q二六112-27472*n*g*C2*R*R12.R*C(10)在这里我们采用如图3所示的有源带通滤波器，其中A1、A2为LM324。3.2.4 功率放大电路功率放大电路的电路形式很多，有双电源供电的OCL互补对称功放电路，单电源供电的OTL功放电路，BTL桥式推挽功放电路和变压器耦合功放电路等。TDA200X系列，包括TDA2003、TDA20
11、02为单片集成功放器件。其性能优良，功能齐全，并附加有各种保护，消噪声电路，外接元件大大减小，仅有五个引出端，易于安装，因此也称为五端集成功放。图4 LM386功率放大电路CD(12)(13)(14)=-PO100 %P动态功率参数测试:2态cIrP7=VCCiRP一UJPOM-R在使用集成芯片构成集成功放的电路时，也可以用TDA2003oTDA2003位单片机成功放器件，有5个引出端，外接少量元件就可以构成运放电路其输出功率为1035W(与供电电源的大小和电路的形式有关)，并附加有各种保护、消噪声电路。在这里采用LM386。在使用集成功率放大器时，应注意以下几点：(1)均应安装适当的散热器。
12、(2)必须在电源引脚旁加去偶电容，以防自激。(3)为防止功率放大电路对前级的影响，功放级的电源要单独连接。(4)注意观察稳压电源上电流表的指示，若电流过大，应关闭电源，检查电路。(5)为防止功放电路对前级的影响，功放级的电源线要单独连接，接线不要交叉，并尽可能短。3.3硬件电路原理图用Multisim软件绘制整体原理图，并进行仿真。下图为真个语音放大电路的仿真图：分别由前置放大电路，有源带通滤波器，功率放大电路等三部分组成。图中的A1、A2为集成芯片LM324,在V1端输入的是语音信号。在图5中，使用面包板搭建的仿真实验电路。KK1图5整体电路连接图I图5为前置放大电路的仿真输入、输出波形，示
13、波器A端与图5中的Vm相连接，示波器B端与第一级前置放大电路的输出端变相连接相连接。输入电压为20mV,频率为100HZ。如图6所示(/U入为20mV/Div,输出为100mv/Div)。.Chi：厂门已1匚LevelM | 0 | DC - | I Type SingNor4加 |NoneReverseSa | Ext Trigger rTnggee雌巧山k I IChannel B 沁值15V丽 positwri |0图7滤波电路的仿真图8为前两级电路的仿真输入、输出波形，示波器 A端与图5中Vi相连接，示波器B端与图5中负载（4G）的左端相连接。输入电压为8mV,频率为4000Hz。此时
14、在负载的输出端几乎没有输出信号，由此可看出在此频率下，信号无法输出Ml2丁1邑|10 ffis/DivScSte |2OVjivK position |oY posGon |oHTF am b/aa/b ac a fpFTime baseCharnel A图6前置电路的仿真图7为带通滤波电路的仿真输入、输出波形，示波器 A端与图前置放大电路的输出端相连接，示波器B端与带通滤波电路的输出（即1号线）相连接。输入电压为80mvV频率为1000Hz。如图7所示（/&入为100mV/Div,输出为10mV/Div）。Time 540,012 ms 540.012 tie. 0-000 sChannd_A 32.3fi3V 32. 363 V 0.000V图8前两级仿真效果结果图图9面包板实验电路4安装调试4.1 前置放大电路的调试安装由左到右，前一部分以LM324为中心，后部分以LM386为中心。通电前认真检查，确定无误后，才可调试与测试。静态调试：调零和消除自激振荡。动态调试：在语音信号输入端输入电压（输入正弦电压、幅值和频率自选），测量输出电压，观测与记录输出电压与输入电压的波形。计算出其电压放大倍数。4
