语音放大器的设计和仿真实验报告.docx
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语音放大器的设计和仿真实验报告
模拟电路课程设计实验报告
实验名称:
语音放大器的设计
一、实验目的：
1、掌握集成运算放大器的工作原理及其应用；
2、掌握低频小信号放大器电路和功放电路的设计方法；
二、设计要求及性能指标
（1）前置放大器：
输入信号：
Ui≤5mV输入阻抗：
Ri<20k。
（2）有源带通滤波器：
频率范围：
300Hz～3kHz
（3）功率放大器：
最大不失真输出功率：
Pomax≤0.5W负载阻抗：
RL=8
（4）整个电路的增益:
增益Au=400
三、电路设计
1.基本原理框图：
如图，语音放大电路由输入电路、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。
其中，为了达到整个电路的增益:
Au=400的要求，可以设前置放大器增益Au=5，带通滤波器增益Au=4，功率放大器增益Au=20。
功率放大器
带通滤波器
输入信号
前置放大器
→→→→
2.各级电路设计：
（1）前置放大器：
如图1，采用同向放大电路，取R3=4R2时，可实现电路的增益放大5倍，则取R2=1.5k时R3=6k，为了保持同向端和反相端输入电阻大致相同，取R3=1k。
图1前置放大器电路图
采用Multisim软件仿真结果如下：
图2前置放大电路输入输出波形图
仿真分析：
由图2可知在输入端采用20mv/div量程，输出采用100mv/div时,输入和输出波形基本重合，由此可知，该放大电路的增益Au=5
（2）有源带通滤波器：
如图，带通滤波器可通过一个高通滤波电路和低通滤波电路级联实现，对于高通滤波器，要实现截止频率f=300Hz，由公式f=1/2πRC可得，当取C1=C2=0.1uF时，R3=R4=5.3k。
同理，对于低通滤波器C1=C2=0.01uF时，R3=R4=5.3k。
为了实现增益Au=4，可通过负反馈电路实现，取R4=R5=R10=R11=10k即可实现，同时负反馈电路还具有稳定输出电压的作用。
图3有源带通滤波器电路图
仿真的电路输出波形如下
图4带通滤波电路输入输出波形图
仿真分析：
由图可知在输入端采用50mv/div量程，输出采用200mv/div时,输入和输出波形基本重合，有此可知，该放大电路的增益Au=4
由波特图示仪的仿真结果如下：
图5带通滤波器下限截止频率
图6带通滤波上限截止频率
仿真分析:
由于通带内整个带通滤波器的增益Au=4，则有20logAu=20log4=12.04dB，则由图可得，该带通滤波器的通带频率为300Hz～3kHz
实际实验电路：
实验室中没有波特图示仪。
故采用以下方法测量：
先测出f=1K的输出电压的有效值Uo,先减小输入信号的频率，使得输出电压U1=0.707Uo，读出此时频率为高通滤波器的截止频率。
同理，增大输入信号频率，使得输出电压U2=0.707Uo读出此时频率为低通滤波器的截止频率。
（3）功率放大器：
如图，采用LM386（Multisim没有LM386，故采用Proteus软件仿真）组成功放电路,当LM386的1脚和8脚开路时，该功放电路的电压增益Au=20，
图7功率放大器电路图
Proteus仿真结果如下：
图8功率放大器失真波形
图9功率放大器最大不失真输出波形
仿真分析：
若输入为200mv，调滑动变阻器到最上端时，出现失真。
调至刚好不失真时，不失真电压（有效值）约为2.2V，此时由波形图可知，此时电路输出与输入相比放大了20倍。
则此时最大不失真功率约为P=U²/R=2.2²/8=0.605
实际电路:
实验室中没有10电阻，可使用51的电阻代替，或者是通过1K的电位器调节出10电阻。
（3）整个语音放大器的电路图
图10整个语音放大器的电路图
图11整个语音放大器的输入输出波形
仿真分析：
如图，输入5mV时，若滑动变阻器滑到最上端，仍未失真。
且在输入端采用5mv/div量程，输出采用2v/div时,输入和输出波形基本重合，由此可知，该放大电路的增益Au=400
四、实验电路元件清单及器件引脚
元件序号
型号
主要参数
数量
R1
电阻
1.5K
1
R2
电阻
6K
1
R3
电阻
1K
1
R4.R5.R10.R11
电阻
10K
4
R6.R7.R8.R9
电阻
5.3K
4
R12
电阻
51Ω
1
C1.
电容
0.047uF
1
C3
电解电容
220uF
2
C4.C5
电容
0.1uF
2
C6.C7
电容
0.01uF
2
R0
电位器
10K
1
LM324
运放
含4个独立的运算放大器
1
LM386N-4
功放
功放
1
图12LM386引脚图图13LM386引脚图
四、数据整理
表1前置放大电路测量
输入电压Ui
输出电压Uo
增益Au
50mV
258mV
5.2
表2有源带通滤波电路测量
输入电压Ui
输出电压Uo
增益Au
0.707Uo
0.707Au
截止频率
高通
100.4mV
mV
2.1
70mV
1.48
368Hz
低通
100.4mV
mV
2
70mV
1.41
3.6kHz
表3功率放大器测量
喇叭电阻RL
最大不失真的输入电压Ui
最大不失真的输出电压Uo
最大输出功率
增益Au
8.2
108mV
2.2V
0.59
20.3
表4组成的音频放大器测量
输入电压Ui
前置放大输出电压Uo
带通滤波输出电压Uo
功率放大输出电压Uo
总的电压增益Au
5mV
25.4mV
107.5mV
2.04mV
408
五、实验结论
由实验结果分析可知：
设计的语音放大器电压放大倍数约为400倍，通带频率约为300Hz～3kHz，最大不失真输出功率约为0.5w，基本满足电路设计性能要求。
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