语音放大电路课程设计说明书.docx

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1、目录1 、课程设计目的32 、课程设计内容和要求32. 1 、设计内容32.2 、设计要求33 、 设计方案43.1 、设计思路43. 2 、工作原理及 硬件框图43. 3 、硬件电路原理图103.4 、PCB 版图设计144 、课程设计总结1 65 、参考文献1 6161、设计目的： 掌握电子电路的一般设计方法和设计流程； 学习使用 PROTEL 软件绘制电路原理图及印刷板图； 掌握应用仿真软件对所设计的电路进行仿真，通过仿真结果验证设计的正确性。2、课程设计内容和要求：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

2、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。功率放大电路主要作用的向负载提供足够大的

3、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。完成设计电路的仿真以及结果分析。完成课程设计说明书。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：Uid 10mV, 输入阻抗： Ri 100k，共模抑制比：KcMR 60dB（2） 滤波电路有源带通滤波电路的带通范围为 300HZ 3000HZ（3） 功率放大电路负载阻抗（即扬声器的阻抗）RL=4 输出功率 Pom5W电源电压：V = +5V3、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

4、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。可以把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。信号输入前置放大器有源帯通滤波器功率放大器输出电路的原理框图如下：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 、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。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。图 2 前置放大电路差模电压增益 Aud 为Aud=

5、1+（R12/R11） 要使Aud=101，确定各电阻值。选定R= R129则= 100kWR= R1110= ( Aud- 1) / R12= 1kWR13 选为 50k的可调电阻。图 3LM324 的符号以及引脚功能3.2.2 、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。可以参考二阶有源低滤波器（LPF）和二阶有源高通滤波器（HPF）电路来设计。有源滤波 器同无源滤波器比较，初理效果好，主要可以同时滤除多次及高次谐波，不会引起谐振。（1）二阶有源低通滤波器 LPF它是利用集成运算放大器与 RC 低通电路一起，可以组成有源滤波器，

6、以提高带通电压放大倍数和带负载能力，为了使滤波特性更接近理想情况，就采用二阶低通滤波器来代替一阶有源低通滤波器，如图 4 所示：RbRaR1R2UiAUoC1C2CC33图 4 二阶有源低通滤波器示意图为抑制尖峰脉冲，在反馈回路可增加电容C ， C33其传递函数的关系式为：的电容一般为22 pF 51pF 。A(s) =Aw2wufns 2 + n s + w 2Qn式中 A、w 、Q 分别表示如下：ufn通带增益：Auf= 1 + RbRaR R C C1 2 1 2固有角频率：w=1nR R C C1 2 1 2品质因素：Q =C (R+ R ) + (1 - A)R C212uf1 1设

7、计方法：设 R = R12= R, C = C12= C ，则Q =13 - Auff =1（1）n2p RC得 C =1 2p f Rn由式（1）得知， f 、Q 可分别由 R 、C 值和运放增益 A的变化来单独调整，相互影响不nuf大，因此该设计法对要求特性保持一定 fn而在较宽范围内变化的情况比较适用，但必须使用精度和稳定度均较高的元件。Q 值按照近似特性可有如下分类：12Q = 0.71为巴特沃思特性31Q = 0.58为贝塞尔特性Q 0.96为切比雪夫特性（2） 二阶有源高通滤波器（HPF）高通滤波电路的阻带和通带正好与低通滤波电路的相反, 其电路构成也几乎具有完全的对偶性。二者的参

8、数表达式与特性也有对偶性，二阶 HPF 的传递函数为：A(s) =A s 2wufs 2 +n s + w 2Qn式中：Auf= 1 + bRRaR R C C1 2 1 2w=1n1/ wQ =R (C21n+ C ) + (1 - A2uf)R C2 2RbRaC1C2UoUiAR1R2Rb图 5 二阶有源高通滤波电路示意图2 设计方法HPF 中 R 、C 参数的设计方法也与 LPF 相似。设 R = R12= R, C = C12= C ，根据所要求的Q 、w1，可得：nA= 3 -ufQ1R =w Cn（3） 二阶有源帯通滤波电路当二阶低通滤波电路的通带截止频率高于二阶高通滤波电路的通

9、带截止频率时，将两种电路串联，即获得二阶带通滤波电路。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。设计具有巴特沃思特性(Q 0.71) 的二阶 BPF。取 R1=R2=R=8.2 kW ,fo=852Hz,Q=0.71（巴沃特思特性）A =(3Q-1)/Q=1.58uf由 A= 1 + (Rufb/ Ra) 得， Ra 为 47 kW ，则 Rb 为 27 kW 。C1=C2=1/(2* p * fo*R)=68nF对于有源高通滤波器，由于与低通完全的对偶，所以，R1,R2,C1,C2 参相同。由此可

10、得出二阶有源帯通滤波电路，如图 6：图 6 二阶有源带通滤波电路3.2.3 、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、TDA2002 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 7 是 TDA2003 的典型应用电路：图中 TDA2003 集成功率放大器有两个相同的功率放大器，可以很方便的组成 BTL 电路。两个 TDA2003

11、 的方向输入端相连，所以有：取 C5=C9=C=100nF，则C11=C10=100nF由 f= 1 P V 2求得 R = 542WO20p (RL+ R)C取 R15=620 W图 7 功率放大电路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。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。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，下面即为整体电路连接图和各部分电路以及整体电路的仿真结果。图 8 整体电路连接图图 9 为前置放大电路的仿真输入、输出波形，示波器A 端与图 8

12、中 13 号线相连接，示波器 B 端与函数发生器的接地线相连接。输入电压为 10mV,频率为 1000HZ。 如图 9 所示（输入为 10mV/Div，输出为 1V/Div）。.图 9 前置电路的仿真图 10 为带通滤波电路的仿真输入、输出波形，示波器 A 端与图 8 中 12 号线相连接， 示波器B 端与带通滤波电路的输出即 8 号线相连接。输入电压为 10mvV 频率为 4000HZ。如图 10 所示（输入为 1mV/Div，输出为 1V/Div）。从图 10 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。图 10 滤波电路的仿真图 11 为整体电路的仿真

13、输入、输出波形，示波器 A 端与图 8 中 13 号线相连接，示波器 B 端与图 8 中负载（4 W ）的左端相连接。输入电压为 10mV, 频率为 1000HZ。 如图 9 所示（输入为10mV/Div，输出为5V/Div）。图12 显示的为整体电路的最终输出电流值。由图 11 以及图 12 可以计算出该电路在输入电压为 10mV 频率为 1000Hz 时的输出功率大于5W，完全可以带动阻抗为 4 W 的扬声器，故设计的该电路完全可以用于语音放大。图 11 最终电压结果仿真图 12 最终电流仿真结果3.4 、PCB 版图设计绘制出整体电路，如图 13，然后进行 PCB 板的设计。PCB 板图

14、如图 14 所示。图 13 电路原理图图 14 PCB 版图设计元器件清单：电阻：1K/0.25W2100 K/0.25 W18.2K/0.25W440K/0.25W147K/0.25W227K/0.25 W2620/0.25 W1电容： 0.1F568nF410nF11nF1集成块：LM7412LM3241TDA20032(另加散热片) 扬声器：414、课程设计总结语音传输系统在当今社会起着非常重要的信息传输媒介作用。本设计是对不同频率的声音信号进行检测，最后要得到一个不带干扰的放大信号。该电路可以在很多语音传输电路中得到广泛应用。例如：便携式收音机、对讲机等很多方面的运用。另外用该方法设计

15、电路简单，成本低，性能稳定，该电路设计要求在 300-3000HZ 段的信号进行放大、检测， 从实验结果来看性能稳定。由此可见，该电路在实际应用中具有较强的生命力，且在其它频率段也可进行相应设计，具有较大的研究价值。这次课程设计也让我学会了很多，这其中包括专业方面的学习和自身能力方面的培养。也让我遇到许多以前不曾遇到的问题，深刻感受到查找资料、询问导师、寻求同学等帮助 都是非常有必要的，当然最要感谢的还是我的导师。通过这次课程设计，我更加熟练的掌握如何应用 Protel99SE 以及 Multisim 仿真软件。深刻的了解了许多常用的芯片，对专业知识掌握的更加透彻，发现了自己的不足以及优势， 认识到理论和实践是紧密结合的，理论需要实践去验证。了解了本专业的发展方向，更有 利于自己朝本方向努力。5、参考文献毕满清主编.模拟电子技术基础M. 北京：电子工业出版社， 2008.6232352毕满清主编 . 电子技术实验与课程设计 M.北京：机械工业出版社，2005.7 1262朱定华，黄松，蔡苗编著.Protel 99 SE 原理图设计和印制电路板设计M. 北京： 清华大学出版社，2007.4100145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 , 2004.10 172179