便携式语音放大电路设计

便携式语音放大电路设计 课程设计(论文) 题 目 名 称 便携式语音放大电路设计 课 程 名 称 电子技术课程设计 学 生 姓 名 学 号 系 、专 业 指 导 教 师 2015年 月 日 摘 要 在电子电路中，输入信号常常受各种因素的影响而含有一些不必要的成份(即干扰)，或者输入信号是不同频率信号混合在一起的信号，对前者应设法将不必要的成份衰减到足够小，而后者应设法将需要的信号提取出来。当我们在打电话的时候，有时往往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。 本文介绍了一种语音放大电路，它由前置放大电路，滤波电路，功率放大器组成。能对50~20KHz频率段的语音信号进行放大，降低外来噪声。 通过对便携式语音放大电路的设计，可以学会用仿真软件对电路进行仿真，并对仿真结果进行，能更熟悉的掌握仿真软件，从而在实际应用的电路当中学会分析方法。 关键词:前置放大器;滤波电路;功率放大器 目录 1、课程设计内容及要求„„„„„„„„„„„„„„„„„„„1 1.1设计内容„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„1 1.2设计要求„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„1 2、设计„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„2 2.1设计思路„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„4 2.2工作原理及硬件框图„„„„„„„„„„„„„„„„„„„4 2.3硬件电路设计„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„5 2.4电路仿真与结果„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„10 3、课程设计总结„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„11 4、参考文献„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„12 1、课程设计内容及要求 1.1 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，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，而共模噪声可能高到几伏，故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。因此前置放大电路是一个高输入阻抗，高共模抑制比，低漂移的小信号放大电力路。因声音或干扰太大而难以听清对方的声音，这时就需要一个既能放大语音信号又能降低外来噪声的仪器。所以还要用到滤波电路。 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，而阻止不需要的新号段。 功率放大电路主要作用是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。 1.2 设计要求 ? 利用分立元件或集成电路制作一个语音放大电路 ? 额定输出功率Po?5W 负载阻抗RL=8Ω ? ?频率响应:fL~fH=50Hz~20KHz ? 输入阻抗:>20K欧姆 ? 电路要求有独立的前置放大级(放大话筒信号) ? 电路要求有独立的功率放大级 1 2、设计方案 2.1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，所以由前置放大电路，滤波电路，功率放大电路三部分组成。可以将三部分分别设计完成，仿真成功之后再连接在一起，整体电路仿真符合要求，则整体设计完成。 2.2 工作原理及硬件框图 电路的原理框图如下: 图2.1 电路原理框图 为简化电路设计，音频前置放大器采用LM324通用四运算放大器，音频功率放大电路选用TDA2030芯片。TDA2030是一款输出功率大，最大功率到达35W左右， 静态电流小，负载能力强，动态电流大既可带动4-16Ω的扬声器，电路简洁，制作方便、性能可靠的高保真功放，并具有内部保护电路。滤波电路采用了LM741CN，它是一通用的双运用算放大器，其特点有:较低输入偏置电压和偏移电流:;输出没有短路保护，输入级具有较高的输入阻抗，内建频率被子偿电路，较高的压摆率。 2 2.3 硬件电路设计 2.3.1混合前置放大器电路设计 混合前置放大器的电路中，如图2.2，U1A,U1B进行简单串联组合，称为同向串联差分放大电路。差分输入信号从两个放大器的同相端输入，可以有效的消除里那个输入端的共模分量，获得更高的共模抑制比和极高的输入电阻。 Aud=1+(R3/R5)， 要使Aud接近100，则可选定电阻值， R3=R1=100KΩ R5=R2=1KΩ 图2.2 前置放大器 LM324AD的引脚及功能如下: LM324系列器件为价格便宜的带有真差动输入的四运算放大器。与单电源应用场合的运算放大器相比，它们有一些显著优点。该四放大器可以工作在低到3.0伏或者高到32伏的电源下，静态电流为MC1741的静态电流的五分之一。 共模输入范围包括负电源，因而消除了在许多应用场合中采用外部偏置元件的必要性。它有5个引出脚，其中“+”、“-”为两个信号输入端，“V+”、“V-”为正、负电源端，“Vo”为输出端。8 / 14 两个信号输入端中，Vi-(-)为反相输入端，表示运放输出端Vo的信号与该输入端的位相反;Vi+(+)为同相输入端，表示运放输出端Vo的信号与该输入端的相位相同。LM324的引脚排列见图2.3。 3 LM324的特点: 1.短路保护输出 2.真差动输入级 3.可单电源工作:3V-32V 4.低偏置电流:最大100nA 5.每封装含四个运算放大器 6.具有内部补偿的功能 7.共模范围扩展到负电源 8.行业标准的引脚排列 9.输入端具有静电保护功能 图2.3 LM324AD引脚图 2.3.2滤波电路设计 滤波电路如图2.4所示，通过有源器件与RC网络组成的有源带通滤波电路。这 样可以同时过滤高次谐波，不会引起谐振。还可以提高带通电压放大倍数和带负载能 力。 4 图2.4 滤波电路 从高、低通滤波电路的幅频特性和带通滤波电路和幅频特性可以看出，当低通滤波电路的通带截止频率高于高通滤波电路的通带截止频率时，将两种电路串联，即获得带通滤波电路。它是为了允许某一段频带内的信号通过，而将此频带以外的信号阻断，为了干扰以便接收某一频带范围内的有效信号，而消除高频段及低频段的干扰和噪声。 有源带通滤波器的设计条件为 带通频率范围:300HZ , 3000HZ 语音信号经前置放大器放大后，必须有带通滤波器滤除带外杂波。 带通滤波器的中心频率f，与品质因素Q分别为: f=949HZ Q=f/BW=f/(fH-fL)=0.71 显然Q<10，该带通滤波器为宽带带通滤波器。宽带带通滤波器由相同元件的有源高通滤波器(HPF)和有源低通滤波器(LPF)串联构成。 根据设计要求，可以得出 R6=R7=R8=R9=8.2KΩ， C9=C10=C11=68Nf 5 2.3.3功率放大电路的设计 功率放大器，简称“功放”。很多情况下主机的额定输出功率不能胜任带动整个音响系统的任务，这时就要在主机和播放设备之间加装功率放大器来补充所需的功率缺口，而功率放大器在整个音响系统中起到了“组织、协调”的枢纽作用，在某种程度上主宰着整个系统能否提供良好的音质输出。当负载一定时，希望其输出的功率尽可能大，其输出信号的非线性失真尽可能地小，效率尽可能高，功放的常见电路有OTL(Output Transformerless)电路和OCL(Output Capacitorless)电路。有用集成运算放大器和晶体管组成的功放，也有专用集成电路功放。 TDA2030A是SGS公司生产的单声道功放IC，该IC体积小巧，输出功率大，最大功率到达40W左右;并具有静态电流小(50mA以下)，动态电流大(能承受3.5A的电流);负载能力强，既可带动4-16Ω的扬声器，某些场合又可带动2Ω甚至1.6Ω的低阻负载;音色中规中举，无明显个性，特别适合制作输出功率中等的高保真功放等诸多优点。TDA2030A是德律风根生产的音频功放电路，采用V型5脚单列直插式塑料封装结构。如图所示，按引脚的形状引可分为H型和V型。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。 TDA2030A的电路特点: 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 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%。无疑，用它来做电脑有源音箱的功率放大部分或小型功放再合适不过了。 引脚情况:1.脚是正向输入端;2.脚是反向输入端;3.脚是负电源输入端;4.脚是功率输出端;5.脚是正电源输入端。 如图2.5: 图2.5 TDA2030A引脚图 功率放大电路如图2.6所示: 图2.6 功率放大器电路 7 2.4仿真结果及分析: 2.4.1总电路如图2.7所示: 图2.7 总体电路 2.4.2前置电路的仿真: 如图2.8所示，这为前置放大电路的仿真波形。示波器的A端与4号线相连接，B端与函数信号发生器的地端连接。输入电压为10Mv，频率为1000Hz。 8 图2.8 前置放大电路仿真 2.4.3滤波电路的仿真: 图2.9为滤波电路的仿真输入，输出波形。示波器的A端与6号线相连接。B端与12号线相连接。从图中可以看出，当信号频率为4000Hz时，输出电压几乎为0V，起到滤波的作用。 9 图2.9 滤波电路仿真 2.4.4总体电路的仿真: 图2.10 位整体电路的仿真波形。输入电压为10mV，频率为1000Hz。示波器A端与4号线相连接，B端与8Ω左端相连接。由这几个仿真图可以算出，此时的输出功率大于5W，完全可以带动阻抗为8Ω的扬声器，故设计的该电路完全可以用于语音放大，能实现本设计的目的及要求。 10 图2.10 总体电路仿真波形图 3、课程设计总结 通过此次课程设计，让我很好的掌握了Multism 仿真软件，能够运用它来进行电路仿真以及分析。在这期间，我们一起克服了许多的困难，从查找资料，再到最后的画图，仿真。这是非常有意义的，也是对我们的专业的一次更充分的学习。看到了我们专业以后的方向。我会朝着这个方向而努力。再次感谢我们的指导老师，一步步指导着我们完成了这一个任务。 11 4、参考文献 [1]毕满青主编. 电子技术试验与课程设计[M]. 北京:机械工业出版社，2005:12—62. [2]胡宴如主编. 模拟电子技术基础[M]. 高等教育出版社.2011. [3]陈汝全主编. 电子技术常用器件应用手册[M]. 北京:机械工业出版社，2004:172—179. [4]彭介华主编. 电子技术课程设计指导[M]. 高教出版社出版. 第一版.2002. 12 元件清单: 元件名称 元件参数 数量 电阻 8Ω 1 620Ω 1 1KΩ 2 8.2KΩ 4 27KΩ 2 47KΩ 2 50KΩ，50% 1 100KΩ 2 电容 1nF 1 10nF 2 68nF 4 100nF 5 集成块 LM324AD 2 LM741CN 2 TDA2030 2 13