当前位置:首页 >> 电力/水利 >>

模电实验报告


北京交通大学
电工电子教学基地

实验报告
实验课程: 模拟电路技术实验 实验名称: 语音放大器 班级: 学号: 姓名: 小组组员: 自动化 0802 08212032 程仕湘 刘加奇 吴昊

实验日期: 2010 年 6 月

08212032 程仕湘 语音放大器

一、 实验

目的:
(一) 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 (二) 通过实验总结回顾所学的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

二、 设计任务与要求
(一) 原理框图
语音放大电路由“麦克”“前置放大器”“有源带通滤波器”“功率放大器”“扬声 、 、 、 、 器”几部分构成。如下图所示,并且可以采用前几个实验的设计方案,作适当的参数调整 来实现本实验的要求。

1.

前置放大电路
前置放大电路可以采用差分放大电路经改进来实现, 也可采用集成运放构成的同相比例

运算放大电路。典型情况下,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。 放大器输入漂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。因此前置放大器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。

2.

有源滤波电路
有源滤波电路是用有源器件与 RC 网络组成的滤波电路。有源滤波电路的种类有低通,

高通,带通,带阻滤波器,本实验着重讨论带通滤波器,滤除各种噪声信号,而使正常的语 音信号通过。

3.

功率放大电路
功率放大电路的主要作用是向负载提供功率,使信号能够驱动负载(喇叭) 。要求输出

功率尽可能大,转换功率尽可能高,非线性失真尽可能小。

(二)

性能指标:
1

08212032 程仕湘 语音放大器

各基本单元电路的设计条件分别为:

1.

前置放大器

输入信号:Uid?5mv 输入阻抗:Ri>100k?。

2.

有源带通滤波器

带通频率范围:300Hz~3kHz 增益:Au≥1

3.

功率放大器

最大不失真输出功率:Pom?1W 负载阻抗:RL=8? 电源电压:+5 V,+12V,-12V

4.

输出功率连续可调

直流输出电压:?50mV(输出开路时) 静态电源电流:?100mA(输出短路时)

三、 实验原理与参考电路
(一) 前置放大电路

前置放大电路可以采用教材中差分放大电路经改进来实现, 也可以采用集成运放构成测 量用小信号放大电路。 方案一:集成运放构成前置放大电路时,为提高输入电阻和共模抑制性能,减小输出噪 声,必须采用同相放大电路结构,为尽量保证不失真放大,宜采用两级运放电路。这两级运 放放的芯片可以采用单片双运放 LM324。
R6 10kOhm Key = a R2 VC C 15V VC C 15V 1.1M ohm R5 R3 2 110k ohm R1 3 100k ohm V1 5m V 3.54m V_r m s 1000Hz -15V 4 LM 324AD -15V 1 100ohm 4 VD D 11 U3A 110ohm R4 5 LM 324AD 6 7 11 U3B 55%

VD D



0Deg

图二 LM324 组成的前置放大电路

2

08212032 程仕湘 语音放大器

Au1=1+R2/R3=1+10≈10 Au=Au1*Au2≈10~1000

Au2=1+R6/R5=1+10≈10

我们经测试:当输入信号 Uid=5mv 时,输出信号 Uod=554.6mv Au=110,满足条件。 我们在输入端串联一个电阻 R=100k 根据公式 Ri=Ui/(Us-Ui)*R=233k 满足要求输入阻抗大于 100k
? ? ? ,测得 Us=5mv,Ui=3.500mv

方案二:集成运放构成前置放大电路时,为提高输入电阻和共模抑制性能,减小输出噪 声,必须采用同相放大电路结构,为尽量保证不失真放大,宜采用两级运放电路。这两级运 放的芯片可以采用单片双运放 NE5532。

图三 单片双运放 NE5532 放大电路

电路简易说明: 该电路具有输入阻抗高,电压增益容易调节。 图中的 R2 用于调节电路增益,该级增益为 80。R9、R10 用于调节输入阻抗,起平衡作用。 R2、R8 起调节增益的作用。 调试中为得到理想的放大倍数,将 R6 短路,R8 实际用一个 100k 左右的定值电阻代替即 可,R3 用 50k 的定值电阻代替。 在输出端加 100k 的电位器,使输出声音大小可调。

3

08212032 程仕湘 语音放大器

方案三:测量放大器(差动放大器)

图四 差动放大器

Rid=2R A21= Uo2-Uo1 / Ui A3=R4/R3 Auo = A21* A3 三种方案的电路实现都很简单,失真不大,也可满足实验要求。其输入阻抗可用万用表 测出。但后两者温度漂移较大。 本次实验我们选用方案一。 = 1+2R2/R1

(二)

有源带通滤波电路

由于声音频率在 300~3000Hz 之间,所以本实验需要二阶带通有源滤波器。
R8 R2 16kohm -15V VDD VDD -15V U1A R5 1 3 R4 R3 5.1kohm 15V VCC 5.1kohm 4 LM324AD 4.7kohm C3 10nF 4.7kohm C4 10nF 4 VCC 15V R7 6 30kohm R6 5 LM324AD 7 11 U1B

16kohm

R1 2 C1 C2 30kohm

11

100nF 100nF V1

1V 0.71V_rms 5000Hz 0Deg

图五 滤波器参考电路 4

08212032 程仕湘 语音放大器

电路简易说明: 此电路是宽带通滤波器,在满足 LPF 的通带截止频率高于 HPF 的条件下,把相同元件压 控电压源滤波器的 LPF 和 HPF 串接起来以实现 BUTTERWORTH 通带响应。 用该方法构成的带通 滤波器的通带较宽,通带截止频率易于调整,因此用做此处的音频带通滤波器。 数据确定: (这次选用在滤波器实验中的另一方案) 本实验所用滤波器为一高通滤波器与一低通滤波器级联所得, 根据设计指标得高通滤波 器的 fL=300Hz, 低通滤波器的 fH=3kHz,Au=1,由滤波器截频公式 f0=1 / 2Π RC 高通: Q=1/2 C1=C2=100n F R2=R3=5.1K ? R1=2R4 =30K ? 经过实际调节数据不变,满足条件

低通: Q=1/2 C3=C4=10nF R5=R6=4.7K ? ; R7=2R8=30K ? 即可 经过实际调节数据不变,满足要求。 输入 500mV、1000Hz 左右的正弦波信号,在示波器上观察输出,调试使增益约为 2.3。 调节频率,观察达到 0.707Vp_p 的频率值,调节使频率为 300Hz 和 3kHz,在误差允许 范围内,达到设计指标。

(三)

功率放大电路

功率放大电路可以由分立元件组成, 也可由线性集成功率放大器组成。 集成功率放大器 克服了晶体管分立元件功率放大器的诸多缺点,其性能优良,稳定可靠,而且所用外围元件 少,结构简单,调试方便。它的内部电路一般也由前置级,中间级,输出级和偏置电路等组 成,与电压放大器不同的是其输出功率大、效率高。而且集成功放的内部电路中还常设有过 流、过压及过热保护电路,以保证其在大功率状态下能够安全可靠地工作。

5

08212032 程仕湘 语音放大器

方案一:TDA2003

图六 TDA2003 功放电路

Cx =1/2π R1f0 Rx = 20R2 RL = 1.6~4Ω

方案二:LM386 当 R 开路时增益最小,R 短路时增益最大。因为 LM386 很容易烧坏,故不采用。 RL = 8Ω

图七 LM386 功放电路

6

08212032 程仕湘 语音放大器

方案三:TDA2030 我们采用此方案,根据计算和仿真结果可知,增益约为十倍左右。 直流输出电压为 30mv,静态电源电流为 85mA。 满足条件: 直流输出电压:?50mV(输出开路时) 静态电源电流:?100mA(输出短路时)

四、 实验的整体电路图
将本实验中要采用的 LM324 放大电路、RC 有源滤波器、TDA2030 按顺序级联即可。 如下所示:

图八 整体电路图

7

08212032 程仕湘 语音放大器

五、 实验步骤
(一) 电路设计步骤

1. 确定整体方案 根据设计要求,确定各单元电路的方案, 采用集成电路器件设计,根据公式计算电路 的元件参数。 2. 系统总原理图 各单元电路图和整体电路图(见上) 。

(二)

安装焊接调试

按照电路原理图焊接电路板,一级一级地焊。焊接时应注意安全,同时要保证焊接的质 量。最后引出五根导线(分别作为+12V、-12V、地线、喇叭的接口) 。 1. 前置放大器的组装与调试 1) 2) 静态调试:调零和消除自激振荡。 动态调试:测量电路的带宽、输入电阻等指标。

2. 有源滤波器的组装与调试 1) 2) 静态调试:调零和消除自激振荡。 动态调试:测量电路的带宽、电压增益等指标。

3. 功率放大电路的组装与调试 静态调试:不接输入,观察输出有无振荡来进行静态调试。

(三)

系统联调

1. 前置输入对地短路,测量输出噪声电压。 2. 输入频率为 1KHz 的正弦信号,改变 Ui 幅值,用示波器观察 Uo 的波形,记录输出最大不 失真幅值及所对应 ui 的变化范围。 3. 测量上限截止频率、下限截止频率和电压放大倍数等指标。

(四)

试听

系统的联调与各项指标测试完毕之后,输入 mp3 音乐信号,用扬声器代替 RL,从扬声 器中即可传出美妙的音乐声。接入麦克后,输出语音。 从效果看,应该是音质清楚、无杂音、音量大,电路运行稳定为最佳设计。

六、 测量结果
1. 各级电路的电压增益;
8

08212032 程仕湘 语音放大器

第一级前置放大器: 第二级带通滤波器: 第三级功率放大器:

输入 Ui =100mV 输出 Uo =10V 输入 Ui =1.060V 输出 Uo =1.094V

放大倍数 Au=100 放大倍数 Au=1

输入 Ui =212.5mV 输出 Uo =1.625V 放大倍数 Au=8

2. 带通滤波器的通频带; 295Hz(703.1mV)——3kHz(703.1mV) BW=2700Hz 3. 功率放大器的最大输出功率以及静态电源电流。 最大输出功率:Po,max=5W 左右 直流输出电压:U=30mV 静 态 电 流: I=85mA

七、 实验中所遇到的问题及解决方案
(一) 地线的连接。这个问题我们认为应该是最容易被同学们忽略然而又至关重要的一

点。我们在焊接好电路之后,进行调试时,电路板的接地和示波器导线的接地应该统一 接到实验箱上, 这样才能使整个系统有一个统一的参考点, 要不然就会出现波形的失真, 甚至是正半周期波形的完全丢失。 这个问题很隐蔽, 我们在改变了很多方案后最终想到 了这个问题,因为我们发现在没有统一接地的情况下,正电源与电路板地的电压差为 24V。而采用了上述方法后,问题得到了很好的解决,我们也顺利调试出了波形。 (二) 系统的调试。在实验中,我们在一定要注意将电路划分为一个一个的模块,焊好一

块调试一块,再焊好一块再连起来调试,直到最后。同时要留出每一级的输入线与输出 线,最好做好标记,以免联调时连接错误。

八、 注意事项
(一) 在使用集成运放和功放时,一定要搞清其管脚,更重要的是正负电源不要接错,否

则很容易将其损坏。 (二) (三) (四) 应使用大功率负载,否则很容易将负载烧坏。 焊接集成功放时,一定要使用散热片。 传声器应尽量远离扬声器,以免引起啸叫。
9

08212032 程仕湘 语音放大器

(五)

各级应分开来焊、分开来测,最后统调。

九、 实验心得
进入大学以来, 《模拟电路实验》是我们接触到的第一个系统的实验课,通过将近一学 期的学习,我们从简到繁,从浅到深,做了一系列的实验。从最初的单级低频放大器到最后 的波形发生器、语音放大器,在逐个实验中我们不断学习实验的基本素质。所以我们的设计 思想是基于平时的实验所学,扎根于课本,再加上我们自己的一些创新和发挥。 我们在用软件进行仿真时,很顺利地就调试出了波形,大家都兴奋,可是在实际的焊接 和调试时却遇到了很多意想不到的麻烦。 特别让我们恼火的就是地线的连接问题, 正如我在 上面写到的, 一开始我们没有将电路板的地和实验箱的地连接到一起, 导致了电源供电时老 是会有一半波形被截断。我们都还以为是工作点选择不对,于是又查找资料,改进电路,改 变各级的输入输出电阻, 改变电容值, 试图调节工作点, 可以说能够想到的办法我们都想了。 但是波形还是没有得到改善。 正当我有点灰心的时候, 我发现输出波形的上半周期整个被削 掉, 于是我就想会不会是正电源没有供上电, 用万用表一测, 果然发现正电源电压只有 1.5V, 验证了我的想法,于是我们仔细检查了电路,进行了各种尝试,包括用不同的实验箱供电等 等,最后发现是接地出现了问题,最终把这个问题顺利的解决。 第一级和第二级电路的调试比较顺利,在这个过程中只是出现了虚焊一个连接点的问 题,重新进行焊接之后,同样顺利地得到了完美的波形。 第三级功率放大器的调试是最复杂的更是最头疼的开始的时候前两级都 OK 但是接上第 三级之后,输出波形就完全没有规律了,我们找问题找了很久,当然,问题最后还是被我们 解决了,这需要耐心!但是输出的波形不是很稳定,而且又杂波,接上麦克和喇叭之后杂音 很大,经过多方询问、努力搜索,终于知道是自己震荡惹得祸,然后我们就接了四个电容, 成功消除震荡! 最终我们的作品是出来了, 我们组的三个人都付出了很多, 而且有一位在感冒的情况下 还是坚持焊电路,很是感动!声音成功被放大之后我们都很兴奋,要是我们得了优,那更是 对我们付出的这么多的努力的极大肯定!

10

08212032 程仕湘 语音放大器

附录

电路元件清单
名称 型号 10 Ω 1 KΩ 20 KΩ 数量 2 2 2 1 2 2 4 2 1 2 5 1 2 1 2 1 1 1 4 1 1 2 1 (5 连) 1 若干
表一 元件清单 11

功能


5.1 KΩ 30 KΩ



4.7K Ω 100 KΩ 16KΩ 1MΩ

独 石 容 电

0.01 uF 0.1 uF 30 pF 1 uF



电 解 电

22uF 100uF LM324 LM324 TDA2030 10KΩ

功率放大器 运算放大器 运算放大器 电位器 麦克 喇叭 运放底座 散热片 电路板 导线

功率放大 用于滤波器 用于电路放大 调节前置的增益、 使声音大小连续可调、 使输出功率 连续可调 用于输入语音信号 输出信号 固定运算放大器 给 TDA2030 散热

连接电路

08212032 程仕湘 语音放大器

仿真报告
第一级:前置放大器 增益 100 倍 满足 Au=Au1*Au2≈10~1000

图九 放大级波形图

第二级 带通滤波器 增益大约一倍 频带宽约为 300Hz~3kHz

图十 滤波器级波特图

12

08212032 程仕湘 语音放大器

第三级 功率放大器 增益约为 9 倍

图十一 功率放大级波形图

整体电路仿真图

图十二 整体电路波形图

增益约为 1000 倍
13

08212032 程仕湘 语音放大器

参考文献
[1]路勇. 电子电路实验及仿真[M].北京:北京交通大学出版社,2010. [2]杨欣,王玉凤,刘湘黔.电子设计从零开始.电子设计从零开始[M].北京:清华大学出版社,2005. [3]孟涛.电工电子 EDA 实践教程[M].北京:机械工业出版社,2010.

14


相关文章:
重庆大学模电实验报告完整版
重庆大学模电实验报告完整版 模拟电路实验模拟电路实验隐藏>> 分享到: X 分享到: 使用一键分享,轻松赚取财富值, 了解详情 嵌入播放器: 普通尺寸(450*500pix...
模电实验报告答案1
模电实验报告答案1_化学_自然科学_专业资料。模拟电子技术实验 1 实验一 常用电子仪器使用及元件测试 简要说明:本实验所有内容是经过十一年的使用并完善后 的定稿;...
模电实验报告模板
模电实验报告模板_书信模板_表格/模板_实用文档。实验报告 实验名称 课程名称 模拟电子技术实验 院系: 学生姓名: 同组人: 指导教师: 实验日期: 专业名称: 学号...
模电实验报告_图文
模电实验报告_调查/报告_表格/模板_实用文档。成都航空职业技术学院实 验名称姓名 座位号 单级共射放大器的调整 与测试 孙铖 班级 同组者姓 名指导教师 114411...
模电实验报告_图文
模电实验报告_工学_高等教育_教育专区。放大电路的失真研究 国家电工电子实验教学中心 模拟电子技术实 验报告 实验题目: 放大电路的失真研究 学专 院: 业: 电信...
模电实验报告格式
​电​实​验​报​告​格​式 暂无评价|0人阅读|0次下载|举报文档深圳大学实验报告 课程名称: 实验项目名称: 学院: 专业: 指导教师: 报告人:...
模电仿真实验报告_图文
模电仿真实验报告张明一 2014302540027 实验一晶体三极管共射放大电路一、实验目的 1、学习共射放大电路的参数选取方法。 2、学习放大电路静态工作点的测量与调整,...
北京交通大学模电实验报告
北京交通大学模电实验报告_电子/电路_工程科技_专业资料 暂无评价|0人阅读|0次下载|举报文档 北京交通大学模电实验报告_电子/电路_工程科技_专业资料。国家电工...
模电实验报告
模电实验报告_电子/电路_工程科技_专业资料。国家电工电子实验教学中心 模拟电子技术 实验报告 实验题目: 放大电路的失真研究 学专 院: 业: 电子信息工程 轨道交通...
模电实验报告(14196119w王守利)
模电实验报告(14196119w王守利)_电力/水利_工程科技_专业资料。选课时间段: 周五 6,7,8 节 座位号: 30 成绩: 杭州电子科技大学实验报告 课程名称: 模拟电子...
更多相关标签:
模电实验报告答案 | 模电实验思考题答案 | 模电 | 实验报告 | 奔跑吧兄弟大电影 | 西工大模电实验报告 | 模电实验 | 数电实验报告 |