实 验 报 告
课程名称 综合电子设计
实验项目 驻极体话筒放大电路
实验环境
学 院 通信学院
专 业 电子信息工程
班级/学号
学生姓名
实验日期 2013/11
成 绩
指导教师
目录
一. 实验目的.......................................................................................................... 3
二. 知识点和设计内容.......................................................................................... 3
三. 设计思路.......................................................................................................... 3
1、 语音放大器的基本构成....................................................................................... 3
2、 性能指标.............................................................................................................. 3
3、 要求..................................................................................................................... 4
四. 实验原理.......................................................................................................... 4
1、集成直流稳压电源................................................................................................. 4
2、前置放大电路........................................................................................................ 6
3、有源带通滤波器.................................................................................................... 7
4、 功率放大器.......................................................................................................... 8
5、 系统设计.............................................................................................................. 8
五. 元器件实物及引脚顺序.................................................................................. 9
六. 实验步骤........................................................................................................ 10
1、 电路焊接............................................................................................................ 10
2、 直流稳压电源的调试......................................................................................... 10
3、 前置放大器的调试............................................................................................. 11
4、有源带通滤波器的调试....................................................................................... 11
5、 功率放大器的调试............................................................................................. 11
6、系统联调.............................................................................................................. 12
7、试听..................................................................................................................... 12
七. 实验中的问题提出与解决方法.................................................................... 13
八. 实验体会........................................................................................................ 13
九. 市场前景分析................................................................................................ 13
十. 附录................................................................................................................ 14
1、 集成运算放大器LM324的管脚图及基本参数.................................................... 14
2、元器件符号.......................................................................................................... 15
3.元件清单................................................................................................................. 15
一. 实验目的
(1) 通过实验培养学生的市场素质、工艺素质、自主学习的能力、分析问题解决问题的能力以及团队精神。
(2) 掌握分立或集成运放放大器的工作原理及其应用。
(3) 通过实验总结回顾所学模拟电子技术基础理论和基础实验,掌握低频小信号放大电路和功放电路的设计方法。
(4) 了解语言识别知识。
二. 知识点和设计内容
本实验的知识点为分立元件放大器或集成运放、有源滤波器、功率放大器;涉及电子电路各个模块之间的联合调试技术。
三. 设计思路
1、
语音放大器的基本构成
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)
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。
四. 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。
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=5.3 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。
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)
五. 元器件实物及引脚顺序
六. 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:
1集成直流稳压源:
Vcc的测量范围:-1.26 1.25
Vee的测量范围-17.36 18.34
电路中所需的+-12V的电压均包含在内,所以符合要求。
2.前置放大电路:
输入正弦波 Vin=68.8mv
输出正弦波 Vout=656mv
测量放大倍数Au=656/68.8=9.53
与理论放大倍数10倍近乎相等,在误差允许范围内。
最大输出电压2.48
拐点电压2.48*0.707=1.736v
fL=292.7Hz,fH=3.055kHz,
BW=3055-292.7= 2727.7Hz
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=10,Up=6v,RL=8Ω,
功率有效值:Po=Uo^2/RL=1.5625w
最大不失真输出功率:Pmax>1.符合要求
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。
七. 实验中的问题提出与解决方法
问题1:通电后二极管亮了,可是后面的测试点没有信号。
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: LM324滤波电路后没有输出波形
分析:插针反了跳线帽接触不良
解决:没有仔细认识到每个元件的使用方法。
问题3:功率放大管TDA2822不能正常工作
分析:可能是电路接错,或是芯片问题
解决:芯片没插紧。
经验教训:每个管脚一定要插牢固,不然就会接触不良。
八. 实验体会
1、这个实验是我们第一次从设计焊接图纸、焊接、调试等独立完成的实验,花费了一周的心血。在设计时,我们查阅相关资料,并且通过吸取前面做过的同学的经验,最终确定出了一套我们两人都很认同的方案。在这次课程设计中,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。所以在设计图纸的时候就考虑了布局,避免飞线。
2、在焊接的过程中,单焊一个点对我们来说不是问题,但是这次的板子不是已经印好的那种,所以在焊接时也是十分的费劲。焊锡的气味闻多了也晕,加上元件摆放比较密,不可避免的出现了2处虚焊,这在我们进行调试的时候造成了很大的麻烦,通过这件事我觉得像这种精细的活真是来不得半点马虎。
3、在仿真调试过程中,除了焊接出现了虚焊,我们调整了一下,最后声音非常清晰,音量也不错,在最后的测试数据也非常的顺利。
4、这次的自主设计让我学习了很多,也温习了功课,也感谢老师和同学对我们的帮助,终于顺利的完成了此次综合电子设计。
九. 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。