驻极体话筒放大电路要点说明.docx
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驻极体话筒放大电路要点说明
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)
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。
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。
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。
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=5.3KΩ
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。
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)
三.元器件实物及引脚顺序
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。
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在通带围,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
()
输出电
压峰峰
值(mv)
频率
()
输出电
压峰峰
值(mv)
0.2430.2780.3280.3390.6390.9391.2391.5391.8392.1392.439
192220256262356372364350334318300
2.7393.0393.3393.6393.939
284272256244232
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:
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
界削波时,测量此时RL两端输出电压的最大值或有效值。
Uo
的波形出现临
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的变化围。
(3)输入ui为一定值的正弦信号(在Uo不失真围取值),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之的频率变化围。
(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。
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,真的很感包括任课教师
在的各位老师的这学期的指导。
七.市场前景分析
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
2、元器件符号
3.元件清单
名称
参数
9
10k
1
240
1
120
1
2k
1
电阻
5.1
1
51k
1
100k
2
4.7k
2
4.7
1
20k
1
10K
1
电位器
20K
1
2K
1
0.1u
4
电容
0.01u
4
10u
2
电解电容
1u
3
100u
3
4700u
2
LED
1
IN4004
3
LM317
4
LM337
1
TDA2822+芯片座
1
其他
LM324+芯片座
1
变压器
1
驻极体话筒
1
扬声器
1
跳线帽
六条
插针
一条
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