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驻极体话筒放大电路


一. 设计思路 1、 语音放大器的基本构成

语音放大

喂喂喂

信号输入

前置放大器

有源 带通滤波器

功率放大器

根据要求,输出功率 P=2W,电阻 R=4Ω ,由功率公式可得 U=2.8V,对 TDA2030 输入 100mv 电压时,可达到设计要求。 另外,由于语音通过话筒输入信号为 5mv,放大后要求达到 100mv,放大倍数需 在 20 倍以上,由电路设计要求得知,该放大器由三级组成,其总的电压增益 AUf=AUf1AUf2AUf3 。 应 根 据 放 大 器 所 需 的 总 增 益 AU , 来 合 理 分 配 各 级 电 压 增 益 (AUf1.AUf3) 。 为了提高信噪比 S/N,前置放大器的增益要适当取大。为了使输出波形不致产生饱和失 真,输出信号的幅值应小于电源电压。

2、 性能指标
(1)集成直流稳压电源 ①同时输出 12V 的电压 ②输出纹波电压小于 5mV (2) 前置放大器 ①输入信号:Uid.10mV ②输入阻抗:Ri=100k. ③设定增益 Auf1=30 (3) 有源带通滤波器 ①带通频率范围:300Hz~3kHz ②增益:Au=1 (4) 功率放大器 ①最大不失真输出功率: Pmax>=2W ②负载阻抗:RL=4Ω ③电源电压:+12V,-12V (5) 输出功率连续可调 ①直流输出电压:.50mV(输出开路时) ②静态电源电流:.100mA(输出短路时)

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3、 要求
(1)选取单元电路及元件 根据设计要求和已知条件,确定集成直流稳压电源、前置放大电路、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)前置放大电路的组装与调试 测量前置放大电路的电压增益 AUd、输入电阻 Ri 等各项技术指标,并与设 计要求值进行比较。 (3)有源带通滤波器的组装与调试 测量有源带通滤波电路的电压增益 AUd、带宽 BW,并与设计要求值进行比 较。 (4)功率放大电路的组装与调试 测量功率放大电路的最大不失真输出功率 Po,max、电源供给功率 PDC、输出 功率.、直流输出电压、静态电源电流等技术指标。 (5) 整体电路的调试与试听 (6) 应用 Multisim 软件对电路进行仿真。 分析一下内容: 前置放大器差模电压增益、共模电压增益、差模输入电阻、共模抑制比、 有源带通滤波器的幅频响应。

二. 实验原理 1、集成直流稳压电源
稳定的直流电源供电,小功率稳压电源一般是由电源变压器、整流、滤波和稳 压等四部分电路组成。其基本电路框图及经各电路变换后,输出的波形如图所示。

图 3.3.1 直流稳压电源电路原理框图和波形变换 a) 电源变压器 电源变压器的作用是将电网 220V 的交流电压变换成整流滤波电路所需的低电压。
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b) 整流电路 整流电路一般采用具有单向导电性的二极管组成, 经常采用单相半波、 单相全波和单相 桥式整流电路。图所示的整流电路为应用广泛的桥式整流电路。电路中采用了四个二极管, 组成单相桥式整流电路。整流过程中,四个二极管轮流导通,无论正半周或负半周,流过负 载的电流方向是一致的,形成全波整流,将变压器输出的交流电压变成了脉动的直流电压。 c) 滤波电路 在整流电路的输出端并联电容即可形成滤波电路。 加入电容滤波电路后, 由于电容是储 能元件,利用其冲放电特性,使输出波形平滑,减少脉动成分,以达到滤波的目的。为了使 滤波效果更好,可选用大容量的电容为滤波电容。因为电容的放电时间常数越大,放电过程 越慢,脉动成分越少,同时使得电压更高。 d) 稳压电路 经过滤波后输出的直流电压仍然存在较大纹波,而且交流电网电压容许有±10%的起 伏,随着电网电压的起伏,输出电压也会随之变动。此外,经过滤波后输出的直流电压也与 负载的大小有关, 当负载加重时, 由于输出电流能力有限, 使得输出的直流电压下降。 因此, 当需要稳定的直流电源时, 在整流、 滤波电路后通常需要配有稳压电路。 在此我们选用 7812 和 7912 分别作为+12V 和-12V 的稳压芯片。

整流二极管 IN4007。滤波电容选取两只 4700uF/50V 的电解电容作为滤波电容。

2、前置放大电路
前置放大电路也为测量用小信号放大电路。 在测量用的放大电路中, 一般用传感器送来的 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 有若干豪伏, 而共模噪声可能高到几伏, 故放大器输入飘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。 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。
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典型情况下,音频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。所以放大器 输入漂移和噪声等因素对于总的精度致关重要,放大器本身的共模抑制比特性也相当重要。 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。

我们采用的是同相比例电路的方式作为前置放大电路。 输入信号模拟音频 Uid=5mV .10mV 满足对指标的设计要求; 输入电阻 Ri.. 即满足高输入电阻的要求,跟性能指标中 Ri=100K. 的设计思路吻合; 前置放大电路的电路增益 Auf1=1+R11/R1 满足对指标的设计要求。

3、有源带通滤波器
有源滤波电路使用有源器件与 RC 网络组成的滤波电路。 有缘滤波电路的种类很多,如按通道的性能划分,又分为低通(LPF) 、高通(HPF) 、带通 (BPF) 、带阻(BEF)滤波器。在本次的设计过程中采用宽带带通滤波器。

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高通滤波器:fH=300Hz =1/(2pi*R*C) C16=C17=C=10nF,算得 R18=53KΩ

低通滤波器:fL=3KHz =1/(2pi*R*C),算得 R15=5.3 KΩ 为满足设计要求,R15 和 R18 分别用 100kΩ 和 10kΩ 电位器来进行微调。

4、 功率放大器
功率放大的主要作用是向负荷提供功率,要求输出功率尽可能大,转换效率尽可能高, 非线性失真尽可能小。 功率放大器的形式很多,有 OCL 互补对称功率放大电路,OTL 功率放大电路,BTL 桥 式推挽功率放大电路和变压器耦合功率放大电路等。 这些电路各有优点, 可以根据设计要求 和设备条件综合考虑选用。本次在语音放大器的设计中我们选用了五端功放 TDA2030 应用 的电路。 TDA2030 是一款 hi-fi 级的宽频功率放大器,很多有源音箱都是以它作基础的。它 在双电源下的最大输出功率能到 18w,而我们这里只采用但电源供电,理论上能达到 9w。

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5、 系统设计
语音放大电路图: (用 5mV 的电源模拟语音信号作为输入)

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三. 元器件实物及引脚顺序

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四. 实验步骤 1、 电路焊接
先进行直流稳压电路的焊接与调试, 待直流稳压电路调试稳定后, 才进行语音放大器的 焊接,焊接从左到右,前一部分以 LM324 为中心,后部分以 TDA2030 为中心。通电前认 真检查,确定无误后,才可调试与测试。

2、 直流稳压电源的调试
调零和消除自激振荡,测量纹波电压,调试。测量值:U+=11.96V,U-=-12.25V 纹波 电压:正端 6mV,负端 1V 调试,改变滤波电容参数,减小纹波电压。
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3、 前置放大器的调试
(1)静态调试:调零和消除自激振荡。 (2) 动态调试: (3)输出电压的测量以及输出波形的观测; (4)输入端加差模输入电压(输入正弦信号、幅值与频率自选) ,测量输出电压, 算出共模抑制比 KCMR。 用逐点法测量幅频特性,并作出幅频特性曲线,求出上下限截止频率。 测量差模输入电阻测量值 Auf1= Uo1 /Ui =30.24 与理论值吻合。

4、有源带通滤波器的调试
(1) 静态调试:调零和消除自激振荡。 (2) 动态调试: ①输出电压的测量以及输出波形的观测; ②测量幅频特性,作出幅频特性曲线,求出带通滤波器电路的带宽 BW; ③在通带范围内,输入端加差模输入电压(输入正弦信号、幅值与频率自选) ,

测量输出电压,算出通带电压增益 Auf2。 实测数据: Ui=110mV,最大输出电压峰峰值:3.96v,拐点电压 3.96*0.707=2.80v fL=300Hz,fH=3kHz, BW=3000-300=2700Hz 频率 (kHz\) 0.243 0.278 0.328 0.339 0.639 0.939 1.239 1.539 1.839 2.139 2.439

输 出 电 压 峰 峰 192 值(mv) 频率 (kHz\) 2.739

220 3.039

256 3.339

262 3.639

356 3.939

372

364

350

334

318

300

输 出 电 压 峰 峰 284 值(mv)

272

256

244

232

5、 功率放大器的调试
(1) 静态调试:输入端对地短路,观察输出端有无振荡,如有振荡,采取措施以消 除振荡。 (2) 动态调试:
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测量最大输出功率 输入 f=1KHz 的正弦输入信号,并逐渐加大输入电压的幅值直至输出电压 Uo 的波形出现临 界削波时,测量此时 RL 两端输出电压的最大值或有效值。 Up-p=12v,Up=6v,RL=4Ω ,Po,max= Up^2/RL=9w; 有效值:Uo=6* 2 /2=4.24v 功率有效值:Po=Uo^2/RL=4.4944w

6、系统联调
经过以上对各级放大电路的局部调试之后,可以逐步扩大到整个系统的联调。联调时: (1)令输入信号 Ui=0(前置级输入对地短路) ,测量输出的直流输出电压。 (2)输入 f=1kHz 的正弦信号,改变 ui 幅值,用示波器观察输出电压 uo 波形的变化情况, 记录输出电压 Uo 最大不失真幅度所对应的输入电压 ui 的变化范围。 (3)输入 ui 为一定值的正弦信号(在 Uo 不失真范围内取值) ,改变输入信号的频率,观察 Uo 的幅值变化情况,记录 Uo 下降到 0.707Uo 之内的频率变化范围。 (4)计算总的电压放大倍数。

7、试听
系统的联调与各项性能指标测试完毕之后, 面对话筒说话, 从扬声器即可传出说话声或收音 机里播出的美妙音乐声,从视听效果来看,应该是音质清楚,无杂音,音量大,电路运行稳 定为最佳设计。

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五. 实验中的问题提出与解决方法
问题 1:前级放大器焊接完成后再示波器中没有信号输出。 分析:电路中可能有虚焊短接的情况。 解决:用万用表仔细检查电路,逐个焊点进行测试,找出虚焊点并将其旱牢。 问题 2:下限截频过低。 分析:高通滤波器中电流过大。 解决:调节滑动变阻器。 问题 3: LM324 滤波电路后没有输出波形 分析:芯片管脚没接出去,电路中有短路; 解决:电路焊接过程出现错误,补焊没有焊接的管脚,找到他,解决它。 问题 4:功率放大管 TDA2030 不能正常工作 分析:可能是电路接错,或是芯片问题 解决:查找电路问题未果,更换芯片,一切正常 经验教训:在焊接这种封装的芯片是,一定要控制管脚温度对芯片的影响,尽量缩短烙铁与 管脚接触的时间。

六.

实验体会

1、这次实验是我们第一次真正意义上的从设计、仿真、选择原件、焊接、调试 独立完成的 实验,倾注了大量的精力和心血。在设计的过程中,我们广泛查阅 了相关资料,最终终于 确定出了一套小组都很认同的方案。通过这次课程设计,让我深刻地体会到了在电子设计过 程中应该十分细心,而且应该有全局观.我在设计时因为没有考虑到后面的电路,只看眼前,不 顾后面.结果搞的 后面布线布得一团糟。 2、在焊接的过程中,焊接技术对我们来讲是一个考验,焊接的过程中尽管我们 已经很认 真的焊接了,可是仍然出现了虚焊的问题,而且后来的排查过程也非 常的麻烦,所以这让 我们懂得,做技术还是做工程,要脚踏实地,每一个环节 都要做好,做到位。俗话说: "磨 刀不误砍材工. "这句话应该是我以后在做设计时应 该牢记的。首先,应该对电路的布局有 一个整体的考虑,做到元件的布置合理,避免出现短路,断路等情况,而且应尽量使元件均 匀地分布在整个电路板上,注意对称。其次, 在焊接过程要谨慎,避免出现接点之间的粘连 和虚焊等情况。最后,要认真检查电路, 在确认准确无误后接通电源进行调试.。在调试过程 中,会遇到许多麻烦,我发现电位器的调节作用有问题,原来是接线接反了。还有,应该接 在同一个点的线没有接在一起,但是这样还是不行,经过仔细检查后发现,问题是两排接地 线没有连在一起。但是,结果还是没有想象中的那么完美。 3、在仿真调试过程中,几经周折,我们也是拆了几次,又焊了几次,最后终于成功。 语 音放大器的最大缺点是噪音太大, 可以多增加几级滤波电路来滤除纹波, 还可以通过改进元 器件的性能还减少噪音。相信通过这些改进,可以在一定程度上提高语音放大电路的性能。 4、在本次的实验中,我体会到了团队合作的重要,感谢小组的另外一位成员为 实验付出 的努力和心血,我想,这才是我最应该在实验后总结出来的 这门课程已经结束了,我学会 了很多东西和技能,真的很感谢包括任课教师 在内的各位老师的这学期的指导。

七. 市场前景分析

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功能介绍:本作品是由集成运算放大器组成的语音发大电路。接在收音机的耳机接口, 从语音放大器的扬声器便可播出美妙的音乐声, 音质清楚, 无杂音、 音量大, 电路运行稳定。 若制作一个由功率放大器、听筒放大器、线路放大器、话筒放大器、发送/接收衰减器、 电平监测器、噪声检测电路(背景噪声监测器)来构成的语音开关。 当对讲通话设备的扬声器和话筒的距离较近时, 因扬声器发出的声音会被话筒再次吸收 (声学耦合),故会发生蜂鸣、回声等现象。为解决此问题,可根据输入信号的强弱判断应优 先接收哪种声音,并放大发送音声的音量、降低接收声音的音量,来抑制声学耦合,防止蜂 鸣出现。同时还可通过噪声检测电路检测并降低其周围的噪声,使通话更加清晰。 此类作品可用于可视门铃/对讲机,热水器遥控,会议系统或无线及其等。

八. 附录 1、 集成运算放大器 LM324 的管脚图及基本参数

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2、元器件符号

3.元件清单
名称 10k 240 120 2k 电阻 5.1 51k 100k 4.7k 4.7 20k 10K 电位器 20K 2K 参数 9 1 1 1 1 1 1 2 2 1 1 1 1 1
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0.1u 电容 电解电容 0.01u 10u 1u 100u 4700u LED IN4004 LM317 LM337 TDA2822+芯片座 其他 LM324+芯片座 变压器 驻极体话筒 扬声器 跳线帽 插针

4 4 2 3 3 2 1 3 4 1 1 1 1 1 1 六条 一条

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