四川信息职业技术学院毕业设计说明书
第3章 单元电路设计
3.1 话筒放大电路设计
第一级话筒放大电路可由分立元件实现，也可由集成运放构成。集成运放是集成电路中一种，作为通用器件，它具有放大倍数高、输入电阻大、输出电阻小、共模抑制比大和失调小等优点，在双电源供电时满足零输入时零输出的要求。集成运放的应用十分广泛，包括模拟信号的产生、放大、滤波以及进行各种线性和非线性的处理。
集成运放的种类很多，而且每块集成电路根据引脚的数量不同而集成的运放的个数不同，有单片集成电路集成四个运放的，如LM324、TLC27M4、uPC324C、LF347N、LM2902N等，也有单片集成电路集成一个运放的，如uA741、uA709、LM301、LM308、TD07、LF356、OP07、OP37、MAX427等。由于话筒放大电路只限于放大话筒信号，且放大倍数也不高，因此采用单片集成电路集成一个运放集成运放TD07较为合适。
3.1.1 TD07简介
TD07为低噪声高精度运算放大器，双列直插8脚封装。具有极低的输入失调电压10μV，极低的失调电压温漂0.2μV/℃，非常低的输入噪声电压幅度 0.35 VP-P(0.1Hz~10Hz)，电源电压范围宽（±3V~±22V），共模抑制比高（126dB），共模输入电压范围宽（±14V）及长期稳定等特点。可广泛应用于稳定积分、精密绝对值电路、比较器及微弱信号的精确放大。TD07低噪声高精度运算放大器，可替代725、108A、741、AD510等电路。其引脚如图3-1所示，其中1脚为调零端，2脚为反相输入端，3脚为同相输入端、4脚为负电源输入端，5脚为调零端，6脚为信号输出端，7脚为正电源输入端，8脚为空引脚。
图3-1 TD07的引脚图 第7页 共31页
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3.1.2 话筒放大电路
1．电路原理图
TD07具有电源电压范围宽，静态功耗小，可单电源使用，因此被广泛应用在各种电路中。可以作为反相交流放大器、同相交流放大器。本级话筒放大电路就用TD07作为同相交流放大器，具体电路如图3-2所示。
VCCR1100KR2C14.7uFC3TD07470uF30KR4RP1C24.7uFR3100KC422uF5.1K50KR510KOUT
图3-2 话筒放大电路及控制电路
2．参数计算及元件选择
元件的选择:R1、R3取100KΩ，R2取30KΩ，R4取5.1KΩ，由于该级的电压放大倍数为3倍，根据Av=1+R5/R4可知R5取10KΩ。
C4一般取几十微法，本文中取22μF/25V电解电容。C2有助于滤掉起加入同相输入端的电源噪声，一般取几微法，本文中取4.7μF/25V的电解电容。C1、C3为级间耦合电容。
话筒音量控制采用单联电位器RP1，为保证有足够的调节裕量，本文中RP1采用0-50KΩ的可调电位器。
3.2 加法电路设计
集成运放可以用来组成对模拟量进行各种数学运算功能的电路，例如比例、加减、积分和微分、对数和指数、乘除等运算电路。本文中选取集成运放LM324来实现音频信号和话筒信号的相加。
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3.2.1 LM324简介
LM324为四运放集成电路，采用14脚双列直插塑料封装，其引脚图和实物图如图3-3所示，引脚功能如表3-1。
a)引脚图 b)实物图
图3-3 LM324的引脚图和实物图 表3-1 LM324引脚功能表
引脚 1 2 3 4 5 6 7 功能 输出1 反向输入1 正向输入1 电源 正向输入2 反向输入2 输出2 引脚 8 9 10 11 12 13 14 功能 输出3 反向输入3 正向输入3 地 正向输入4 反向输入4 输入4
LM324内部有四个运算放大器，有相位补偿电路。电路功耗很小，LM324工作电压范围宽，可用正电源3~30V，或正负双电源±1.5V~±15V工作。它的输入电压可低到地电位，而输出电压范围为O~Vcc。它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，四组运放相互单独。每一组运算放大器可用如图所示的符号来表示，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相位相反；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。LM124、LM224和LM324引脚功能及内部电路完全一致。LM124是军品，LM224为工业品，而LM324为民品。由于LM324四运放电路具有电源电压范围宽，静态功耗小，可单电源使用，价格低廉等特点，因此它被非常广泛
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的应用在各种电路中。
3.2.2 加法电路
1．电路原理图
集成运放构成的加法器电路可以反相相加，也可以是同相相加。反相相加时输入端的数量可根据需要增减，而调整某一路的输入端电阻不影响其它路输入电压与输出电压的比例关系，故调节方便。同相相加时共模输入电压较高，且输入端电阻不便调整，其中一个支路电阻变化会影响其它支路的净输入量，使运算结果发生变化，故很少采用，不如反相加法电路调节方便。因此本文中就选取双电源供电的反相加法电路作为加法器和前置放大器。反相加法电路如下图3-4所示。
VccC1IN1IN2C24.7uFR220KLM324C3470uFOUT4.7uFR120KRf20KR36.66K-Vcc
图3-4 反相加法电路
2．参数计算与元件选择
输入电阻R1、R2一般取20KΩ左右，由于只是实现信号的相加，不需要对信号的幅度进行处理，因此Rf也取20KΩ。R3为平衡电阻，根据平衡电阻的概念R3=R1//R2//Rf =6.66KΩ的电阻，R3取标称值6.8KΩ的电阻。因此本文中R1=20KΩ，R2=20KΩ，R3=6.8KΩ，Rf=20KΩ。C1、C2、C3为级间耦合电容。级间耦合电容的参数的选取方法后文中的详细的介绍。
3.3 前置放大电路设计
1．电路原理图
前置放大电路可以用晶体管也可采用集成运放来完成。本文中采用集成运放并采用双电源供电，电路原理图如下图3-5所示。
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2．参数计算与元件选择
放大器电压放大倍数Av仅由外接电阻R1、Rf决定：Av=- Rf/R1。负号表示输出信号与输入信号相位相反。按图2-3中所给数值，Av=-2。此电路输入电阻为R1。一般情况下先取R1与信号源内阻相等，然后根据要求的放大倍数再选定Rf 。C1和C3为级间耦合电容。集成运放交流放大镜器只放大交流信号，输出信号受运放本身的失调影响较小，因此不需要调零。没有必要加接调零电路。
元件的选择：R1取10KΩ，由Av=-Rf/R1可知Rf取20KΩ，R2为平衡电阻，根据平衡电阻的概念，R2=R1//Rf=6.8KΩ的电阻，C2一般取几微法，本文中取4.7μF/25V的电解电容。
+12VRf20KC24.7uFC1INR26.8K-12V4.7uFR110KLM324OUT
图3-5 反相放大电路
综上所述，两个加法器和两个前置放的器都用运放来完成，因此可用一个单片集成电路集成四个运放的集成运放，这类型的常用四运放也很多，如uPC324C、TLC27M4、LF347N、LM324等，本文中就选取LM324作为加法器和前置放大器。
3.4 音调控制电路设计
所谓音调控制就是人为地改变信号里高、低频成分的比重，以满足听者的爱好、渲染某种气氛、达到某种效果或补偿扬声器系统及放音场所的音响不足。音调控制电路用以改变放大器的频率特性，补偿整个放音系统频率特性的偏差，也用来满足听从对音色的不同需要。音调处理电路的基础是各种形式的滤波器。正是这些滤波器构成了音频电路中的音调控制器。音响器件中无论是简单的单调处理电路还是复杂的均衡器，均由各种有源或无源滤波器组成。利用这些滤波电路，可以组成各种高通、低通滤波器和带通滤波器，以抑制电路中不需要的频率并通过所选择的频率。
滤波器可以分为无源滤波器和有源滤波器。无源滤波器主要是由RC元件组成的
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