图2.1 语音放大电路原理图
2.2 方案论证
2.2.1 前置放大电路设计
前置放大电路亦为测量用小信号放大电路。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到重要的问题。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。
方案一:采用uA741运算放大器设计电路,uA741通用高增益运算通用
放大器,早些年最常用的运放之一.应用非常广泛, 双列直插8脚或圆筒8脚封装。工作电压±22V,差分电压±30V,输入电压±18V,允许功耗500mW。
方案二:采用LM324通用四运算放大器,双列直插8脚封装,的内部包
含四组形式完全相同的运算放大器,除电源共用外,四组运放相互独立。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。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。
方案选取:uA741是 通用放大器,性能不是很好,满足一般需求,而LM324
四运放大器具有电源电压范围宽,静态功耗小,可单电源使用,价格低廉等优点,本设计放大倍数不高,故选用LM324四运放大器。
2.2.2 音频功率放大电路
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功率放大的主要作用的向负载提供功率,要求输出功率尽可能高,非线性失真尽可能小。即给音频放大器的负载RL(扬声器)提供一定的输出功率。当负载一定时,希望输出的功率尽可能大,输出信号的非线性失真尽可能地小,效率尽可能高。功率放大器的常见电路形式有OTL电路和OCL电路。有用集成运算放大器和晶体管组成的功率放大器,也有专用集成功率放大器。
选择功率放大器的时候,首先要注意它的一些技术指标:1、输入阻抗:通常表示功率放大器的抗干扰能力的大小,一般会在5000-15000Ω,数值越大表示抗干扰能力越强;2、失真度:指输出信号同输入信号相比的失真程度,数值越小质量越好,一般在0.05%以下;3、信噪比:是指输出信号当中音乐信号和噪音信号之间的比例,数值越大代表声音越干净。
方案一:采用SL34集成功率放大器, SL34是低电压集成音频功放,功
耗低、失真小,工作电压为6V,8负载时,输出功率在300mW以上。主要用于收音机及其它功放。
方案二:采用LA4102集成功率放
大器,LA4102在低压运用时具有较好的性能,其推荐工作电源为+9V。当负载为8欧左右时,最大输出功率可达4.8W,闭环增益可达40dB,效率高且非线性失真小,输入阻抗约12k。内部工作原理与OTL功放基本相同。LA4102集成块采用带散热片的14脚双列直插式塑料封装,电路如右图所示。
方案三:TDA2003电流输出能力强 谐波失真和交越失真小,引脚都有交
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直流短路保护 使用安全负载上电压可冲至40V。
方案选择:本方案采用TDA2003,不采用sl34,,是因为LM34最大输出功
率是300nW多,不合设计要求的5.8W,而LA4102在成本上比TDA2003高。
3.单元电路设计
3.1话筒放大电路部分
话筒放大电路见下图,由一个LM324与若干电阻与电容组成组成。 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标准运算放大器相比,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。每一组运算放大器可用图1所示的符号来表示,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。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。
由于输入功率放大器的输入电压要求在100mv左右,因此放大倍数A>20,我们用两个同相放大电路的简单串联组合进行设计。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,所以设计中话筒放大电路采用同相比例运算放大器,为了使输入的话筒信号最大可能的不失真,所以我们采用两极电阻平衡输入电压。
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图3.1.1 话筒放大电路设计图
如图所示,R1=R2=4.7KΩ,R3=R4=10KΩ,C1=10μF A1为LM324中的一个运算放大器。
令R5=10KΩ,R6=75KΩ,则A1=1+R6/R5=8.5
3.2 混合前置放大电路部分
本制作中的混合前置放大电路有放大话筒输入信号与线路输入信号的两个作用。因此它的输入信号有两个均可以放大,下面的电路为放大话筒输入信号的电路图,它是紧接着前面一级话筒输入级的输入端,也就是我们话筒放大电路所说的同相串联差分放大电路:
图中Rt=R8=10KΩ,A2为LM324中的另一个运放,为了稳定电路,提高其抗干扰能力,电路设计过程中采用两个10KΩ的电阻形成比较器。
由
A=A1?A2
得
A2=A/A1=20/8.5=2.4倍,图中的R9=10KΩ,R10=30KΩ,所
以|A2|=R10/R9=3>2.4。
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图3.2.1 混合前置放大电路
3.3 功率放大电路部分
功率放大电路是一种以输出较大功率为目的的放大电路。他一般直接驱动负载,带负载能力强。从能量控制的观点来看,功率放大电路实质上是能量转换电路。主要任务是使负载得到不失真(或失真较小)的输出功率。 由混合前置放大电路输入的信号可供给功率运算放大器频率范围为50HZ~20KHZ的语音。为了提高语音的音质,应该减少输出阻抗,即可在扬声器的两端并联一个1Ω电阻和一个0.1μf的电容串联电路。另外,在直流电压电路中,可并上两个电路,形成去耦电路,以减少引入运放而产生的干扰。
综合以上条件考虑,最优化的电路图如下:
图3.4.1 功率放大器
3.4 单元电路之间的连接方式
为了避免各级运算器之间的相互干扰,且过滤掉放大过程中的纹波,各级之间用100μf的电容进行连接。
4.整体电路的电路图
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