1、08212032 程仕湘 語音放大器北京交通大學電工電子教學基地實驗報告實驗課程： 模擬電路技術實驗實驗名稱： 語音放大器 班級： 自動化0802 學號: 08212032 姓名: 程仕湘小組組員: 劉加奇 吳昊實驗日期： 2010年6月 一、 實驗目的：(一) 通過實驗培養學生的市場素質、工藝素質、自主學習的能力、分析問題解決問題的 能力以及團隊精神(二) 通過實驗總結回顧所學的模擬電子技術基礎理論和基礎實驗，掌握低頻小信號放大 電路和功放電路的設計方法二、 設計任務與要求(一) 原理框圖語音放大電路由“麥克”、“前置放大器”、“有源帶通濾波器”、“功率放大器”、“揚聲器”幾部分構成。如下圖

2、所示，并且可以采用前幾個實驗的設計方案，作適當的參數調整來實現本實驗的要求。1. 前置放大電路前置放大電路可以采用差分放大電路經改進來實現，也可采用集成運放構成的同相比例運算放大電路。典型情況下，信號的最大幅度可能僅有若干毫伏，共模噪聲可能高達幾伏。放大器輸入漂移和噪聲等因素對于總的精度至關重要，放大器本身的共模抑制特性也是同等重要的問題。因此前置放大器應該是一個高輸入阻抗、高共模抑制比、低漂移的小信號放大電路。2. 有源濾波電路有源濾波電路是用有源器件與RC網絡組成的濾波電路。有源濾波電路的種類有低通，高通，帶通，帶阻濾波器，本實驗著重討論帶通濾波器，濾除各種噪聲信號，而使正常的語音信號通過

3、。3. 功率放大電路功率放大電路的主要作用是向負載提供功率，使信號能夠驅動負載（喇叭）。要求輸出功率盡可能大，轉換功率盡可能高，非線性失真盡可能小。(二) 性能指標：各基本單元電路的設計條件分別為：1. 前置放大器輸入信號：Uid£5mv輸入阻抗：Ri>100kW。2. 有源帶通濾波器帶通頻率范圍：300Hz3kHz增益：Au13. 功率放大器最大不失真輸出功率：Pom³1W 負載阻抗：RL=8W 電源電壓：+5 V，+12V，-12V4. 輸出功率連續可調 直流輸出電壓：£50mV（輸出開路時） 靜態電源電流：£100mA（輸出短路時） 三、 實

4、驗原理與參考電路(一) 前置放大電路前置放大電路可以采用教材中差分放大電路經改進來實現，也可以采用集成運放構成測量用小信號放大電路。 方案一：集成運放構成前置放大電路時，為提高輸入電阻和共模抑制性能，減小輸出噪聲，必須采用同相放大電路結構，為盡量保證不失真放大，宜采用兩級運放電路。這兩級運放放的芯片可以采用單片雙運放LM324。 。圖二 LM324組成的前置放大電路Au1=1+R2/R3=1+1010 Au2=1+R6/R5=1+1010Au=Au1*Au2101000我們經測試：當輸入信號Uid=5mv時，輸出信號Uod=554.6mvAu=110,滿足條件。我們在輸入端串聯一個電阻R=10

5、0k,測得Us=5mv,Ui=3.500mv根據公式Ri=Ui/(Us-Ui)*R=233k滿足要求輸入阻抗大于100k方案二：集成運放構成前置放大電路時，為提高輸入電阻和共模抑制性能，減小輸出噪聲，必須采用同相放大電路結構，為盡量保證不失真放大，宜采用兩級運放電路。這兩級運放的芯片可以采用單片雙運放NE5532。圖三 單片雙運放NE5532放大電路 電路簡易說明：該電路具有輸入阻抗高，電壓增益容易調節。圖中的R2用于調節電路增益，該級增益為80。R9、R10用于調節輸入阻抗，起平衡作用。R2、R8起調節增益的作用。調試中為得到理想的放大倍數，將R6短路，R8實際用一個100k左右的定值電阻代

6、替即可，R3 用50k的定值電阻代替。在輸出端加100k的電位器，使輸出聲音大小可調。方案三：測量放大器（差動放大器）圖四 差動放大器Rid=2R A21= Uo2-Uo1 / Ui = 1+2R2/R1 A3=R4/R3 Auo = A21* A3三種方案的電路實現都很簡單，失真不大，也可滿足實驗要求。其輸入阻抗可用萬用表測出。但后兩者溫度漂移較大。本次實驗我們選用方案一。(二) 有源帶通濾波電路由于聲音頻率在3003000Hz之間，所以本實驗需要二階帶通有源濾波器。圖五 濾波器參考電路電路簡易說明：此電路是寬帶通濾波器,在滿足LPF的通帶截止頻率高于HPF的條件下，把相同元件壓控電壓源濾波

7、器的LPF和HPF串接起來以實現BUTTERWORTH通帶響應。用該方法構成的帶通濾波器的通帶較寬,通帶截止頻率易于調整,因此用做此處的音頻帶通濾波器。數據確定：（這次選用在濾波器實驗中的另一方案）本實驗所用濾波器為一高通濾波器與一低通濾波器級聯所得，根據設計指標得高通濾波器的fL=300Hz, 低通濾波器的fH=3kHz,Au=1,由濾波器截頻公式f0=1 / 2RC 高通： Q=1/2 C1=C2=100n F R2=R3=5.1K R1=2R4 =30K 經過實際調節數據不變，滿足條件 低通： Q=1/2 C3=C4=10nF R5=R6=4.7K； R7=2R8=30K即可 經過實際調

8、節數據不變，滿足要求。輸入500mV、1000Hz左右的正弦波信號，在示波器上觀察輸出，調試使增益約為2.3。調節頻率，觀察達到0.707Vp_p的頻率值，調節使頻率為300Hz和3kHz，在誤差允許范圍內，達到設計指標。(三) 功率放大電路功率放大電路可以由分立元件組成，也可由線性集成功率放大器組成。集成功率放大器克服了晶體管分立元件功率放大器的諸多缺點，其性能優良，穩定可靠，而且所用外圍元件少，結構簡單，調試方便。它的內部電路一般也由前置級，中間級，輸出級和偏置電路等組成，與電壓放大器不同的是其輸出功率大、效率高。而且集成功放的內部電路中還常設有過流、過壓及過熱保護電路，以保證其在大功率狀

9、態下能夠安全可靠地工作。方案一：TDA2003圖六 TDA2003功放電路Cx =1/2R1f0Rx = 20R2RL = 1.64方案二：LM386當 R開路時增益最小，R短路時增益最大。因為LM386很容易燒壞，故不采用。RL = 8圖七 LM386功放電路方案三：TDA2030我們采用此方案，根據計算和仿真結果可知，增益約為十倍左右。直流輸出電壓為30mv,靜態電源電流為85mA。滿足條件： 直流輸出電壓：£50mV（輸出開路時） 靜態電源電流：£100mA（輸出短路時）四、 實驗的整體電路圖將本實驗中要采用的LM324放大電路、RC有源濾波器、TDA2030按順序級

10、聯即可。如下所示：圖八 整體電路圖五、 實驗步驟 (一) 電路設計步驟 1. 確定整體方案根據設計要求，確定各單元電路的方案， 采用集成電路器件設計，根據公式計算電路的元件參數。2. 系統總原理圖各單元電路圖和整體電路圖（見上）。 (二) 安裝焊接調試按照電路原理圖焊接電路板，一級一級地焊。焊接時應注意安全，同時要保證焊接的質量。最后引出五根導線（分別作為+12V、-12V、地線、喇叭的接口）。1. 前置放大器的組裝與調試1) 靜態調試：調零和消除自激振蕩。2) 動態調試：測量電路的帶寬、輸入電阻等指標。2. 有源濾波器的組裝與調試1) 靜態調試：調零和消除自激振蕩。2) 動態調試：測量電路的

11、帶寬、電壓增益等指標。3. 功率放大電路的組裝與調試靜態調試：不接輸入，觀察輸出有無振蕩來進行靜態調試。(三) 系統聯調1. 前置輸入對地短路，測量輸出噪聲電壓。2. 輸入頻率為1KHz的正弦信號，改變Ui幅值，用示波器觀察Uo的波形，記錄輸出最大不失真幅值及所對應ui的變化范圍。3. 測量上限截止頻率、下限截止頻率和電壓放大倍數等指標。(四) 試聽系統的聯調與各項指標測試完畢之后，輸入mp3音樂信號，用揚聲器代替RL，從揚聲器中即可傳出美妙的音樂聲。接入麥克后，輸出語音。從效果看，應該是音質清楚、無雜音、音量大，電路運行穩定為最佳設計。六、 測量結果1. 各級電路的電壓增益； 第一級前置放大

12、器： 輸入Ui =100mV 輸出Uo =10V 放大倍數Au=100第二級帶通濾波器： 輸入Ui =1.060V 輸出Uo =1.094V 放大倍數Au=1第三級功率放大器： 輸入Ui =212.5mV 輸出Uo =1.625V 放大倍數Au=8 2. 帶通濾波器的通頻帶；295Hz(703.1mV)3kHz(703.1mV) BW=2700Hz 3. 功率放大器的最大輸出功率以及靜態電源電流。最大輸出功率：Po,max=5W左右 直流輸出電壓：U=30mV 靜 態 電 流: I=85mA七、 實驗中所遇到的問題及解決方案(一) 地線的連接。這個問題我們認為應該是最容易被同學們忽略然而又至關

13、重要的一點。我們在焊接好電路之后，進行調試時，電路板的接地和示波器導線的接地應該統一接到實驗箱上，這樣才能使整個系統有一個統一的參考點，要不然就會出現波形的失真，甚至是正半周期波形的完全丟失。這個問題很隱蔽，我們在改變了很多方案后最終想到了這個問題，因為我們發現在沒有統一接地的情況下，正電源與電路板地的電壓差為24V。而采用了上述方法后，問題得到了很好的解決，我們也順利調試出了波形。(二) 系統的調試。在實驗中，我們在一定要注意將電路劃分為一個一個的模塊，焊好一塊調試一塊，再焊好一塊再連起來調試，直到最后。同時要留出每一級的輸入線與輸出線，最好做好標記，以免聯調時連接錯誤。八、 注意事項(一)

14、 在使用集成運放和功放時，一定要搞清其管腳，更重要的是正負電源不要接錯，否則很容易將其損壞。(二) 應使用大功率負載，否則很容易將負載燒壞。(三) 焊接集成功放時，一定要使用散熱片。(四) 傳聲器應盡量遠離揚聲器，以免引起嘯叫。(五) 各級應分開來焊、分開來測，最后統調。九、 實驗心得 進入大學以來，模擬電路實驗是我們接觸到的第一個系統的實驗課，通過將近一學期的學習，我們從簡到繁，從淺到深，做了一系列的實驗。從最初的單級低頻放大器到最后的波形發生器、語音放大器，在逐個實驗中我們不斷學習實驗的基本素質。所以我們的設計思想是基于平時的實驗所學，扎根于課本，再加上我們自己的一些創新和發揮。我們在用軟

15、件進行仿真時，很順利地就調試出了波形，大家都興奮，可是在實際的焊接和調試時卻遇到了很多意想不到的麻煩。特別讓我們惱火的就是地線的連接問題，正如我在上面寫到的，一開始我們沒有將電路板的地和實驗箱的地連接到一起，導致了電源供電時老是會有一半波形被截斷。我們都還以為是工作點選擇不對，于是又查找資料，改進電路，改變各級的輸入輸出電阻，改變電容值，試圖調節工作點，可以說能夠想到的辦法我們都想了。但是波形還是沒有得到改善。正當我有點灰心的時候，我發現輸出波形的上半周期整個被削掉，于是我就想會不會是正電源沒有供上電，用萬用表一測，果然發現正電源電壓只有1.5V，驗證了我的想法，于是我們仔細檢查了電路，進行了

16、各種嘗試，包括用不同的實驗箱供電等等，最后發現是接地出現了問題，最終把這個問題順利的解決。 第一級和第二級電路的調試比較順利，在這個過程中只是出現了虛焊一個連接點的問題，重新進行焊接之后，同樣順利地得到了完美的波形。第三級功率放大器的調試是最復雜的更是最頭疼的開始的時候前兩級都OK但是接上第三級之后，輸出波形就完全沒有規律了，我們找問題找了很久，當然，問題最后還是被我們解決了，這需要耐心！但是輸出的波形不是很穩定，而且又雜波，接上麥克和喇叭之后雜音很大，經過多方詢問、努力搜索，終于知道是自己震蕩惹得禍，然后我們就接了四個電容，成功消除震蕩！ 最終我們的作品是出來了，我們組的三個人都付出了很多，

17、而且有一位在感冒的情況下還是堅持焊電路，很是感動！聲音成功被放大之后我們都很興奮，要是我們得了優，那更是對我們付出的這么多的努力的極大肯定！附錄 電路元件清單名稱型號數量功能電 阻10 21 K220 K25.1 K130 K24.7K 2100 K416K2 1M1獨 石 容 電 0.01 uF20.1 uF530 pF11 uF2電解電容22uF1100uF2功率放大器LM3241功率放大運算放大器LM3241用于濾波器運算放大器TDA20301用于電路放大電位器10K4調節前置的增益、使聲音大小連續可調、使輸出功率連續可調麥克1用于輸入語音信號喇叭1輸出信號運放底座2固定運算放大器散熱片1給TDA2030散熱電路板（5連）1導線若干連接電