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：Ri20k。（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。→→→→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。输入信号前置放大器带通滤波器功率放大器图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1.5K1R2电阻6K1R3电阻1K1R4.R5.R10.R11电阻10K4R6.R7.R8.R9电阻5.3K4R12电阻51Ω1C1.电容0.047uF1C3电解电容220uF2C4.C5电容0.1uF2C6.C7电容0.01uF2R0电位器10K1LM324运放含4个独立的运算放大器1LM386N-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Au50mV258mV5.2表2有源带通滤波电路测量输入电压Ui输出电压Uo增益Au0.707Uo0.707Au截止频率高通100.4mVmV2.170mV1.48368Hz低通100.4mVmV270mV1.413.6kHz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Au8.2108mV2.2V0.5920.3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Au5mV25.4mV107.5mV2.04mV408五、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。