驻极体话筒放大电路
一．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。
二．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。
整流二极管IN4007。滤波电容选取两只4700uF/50V的电解电容作为滤波电容。
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）
三．元器件实物及引脚顺序
四．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：
Ui=110mV，最大输出电压峰峰值：3.96v，拐点电压3.96*0.707=2.80v
fL=300Hz，fH=3kHz，
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=12v ，Up=6v ，RL=4Ω，Po,max= Up^2/RL=9w ； 有效值：
Uo=6* /2=4.24v 功率有效值：Po=Uo^2/RL=4.4944w
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。
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五．实验中的问题提出与解决方法
问题1：前级放大器焊接完成后再示波器中没有信号输出。
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：下限截频过低。
分析：高通滤波器中电流过大。
解决：调节滑动变阻器。
问题3：LM324滤波电路后没有输出波形
分析：芯片管脚没接出去，电路中有短路；
解决：电路焊接过程出现错误，补焊没有焊接的管脚，找到他，解决它。
问题4：功率放大管TDA2030不能正常工作
分析：可能是电路接错，或是芯片问题
解决：查找电路问题未果，更换芯片，一切正常
经验教训：在焊接这种封装的芯片是，一定要控制管脚温度对芯片的影响，尽量缩短烙铁与管脚接触的时间。
六．实验体会
1、这次实验是我们第一次真正意义上的从设计、仿真、选择原件、焊接、调试独立完成的实验，倾注了大量的精力和心血。在设计的过程中，我们广泛查阅了相关资料，最终终于确定出了一套小组都很认同的方案。通过这次课程设计,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.我在设计时因为没有考虑到后面的电路,只看眼前,不顾后面.结果搞的后面布线布得一团糟。
2、在焊接的过程中，焊接技术对我们来讲是一个考验，焊接的过程中尽管我们已经很认真的焊接了，可是仍然出现了虚焊的问题，而且后来的排查过程也非常的麻烦，所以这让我们懂得，做技术还是做工程，要脚踏实地，每一个环节都要做好，做到位。俗话说: "磨刀不误砍材工. "这句话应该是我以后在做设计时应该牢记的。首先，应该对电路的布局有一个整体的考虑，做到元件的布置合理，避免出现短路，断路等情况，而且应尽量使元件均匀地分布在整个电路板上，注意对称。其次, 在焊接过程要谨慎，避免出现接点之间的粘连和虚焊等情况。最后，要认真检查电路, 在确认准确无误后接通电源进行调试.。在调试过程中，会遇到许多麻烦，我发现电位器的调节作用有问题,原来是接线接反了。还有，应该接在同一个点的线没有接在一起，但是这样还是不行,经过仔细检查后发现，问题是两排接地线没有连在一起。但是，结果还是没有想象中的那么完美。
3、在仿真调试过程中，几经周折，我们也是拆了几次，又焊了几次，最后终于成功。语音放大器的最大缺点是噪音太大，可以多增加几级滤波电路来滤除纹波，还可以通过改进元器件的性能还减少噪音。相信通过这些改进，可以在一定程度上提高语音放大电路的性能。
4、在本次的实验中，我体会到了团队合作的重要，感谢小组的另外一位成员为实验付出的努力和心血，我想，这才是我最应该在实验后总结出来的这门课程已经结束了，我学会了很多东西和技能，真的很感谢包括任课教师在内的各位老师的这学期的指导。
七．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。
八．附录
1、集成运算放大器LM324的管脚图及基本参数
2、元器件符号
3.元件清单