模拟电子技术课程设计之扩音器的设计

利用三极管的电流控制作用或场效应管的电压控制作用将电源的功率转换 为按照输入信号变化的电流。因为声音是不同振幅和不同频率的波，即交流信号 电流， 三极管的集电极电流永远是基极电流的β倍， β是三极管的交流放大倍数， 应用这一点， 若将小信号注入基极， 则集电极流过的电流会等于基极电流的β倍， 然后将这个信号用隔直电容隔离出来， 就得到了电流(或电压)是原先的β倍的大 信号， 这现象称为三极管的放大作用。 经过不断的电流放大， 就完成了功率放大。 通过资料查阅与电路设计， 我们要实现音频放大实际使用的TDA1013B伴音功 放电路(TDA1013B引脚功能图)]的电路图如下：
七、结论与心得
用将近一周的时间进行课程设计，经过理论和实践的努力，本小组成功设计 出一个扩音器，实现了设计的基本要求，并且喇叭声音清晰，说话过程中没有回 音。虽然还是有一些瑕疵，但是基本要求都达到了。在项目制作完成之后，有很 多心得体会。 在完成项目的过程中最大的感受就是课堂上的理论可能看起来并不是很难， 但是要想活学活用却还有很长的路要走。在实际的项目制作中要严谨，一个细节 的出错都可能会造成不可预估的错误，而且还会给调试带来很大的难度。 在设计项目的时候我们在保证严谨的同时还要有足够的自信， 相信自己的判 断力，当然这要是在有理论支撑的基础上的。我们要敢于尝试，敢于测试，原件 的功能，参数，使用的效果都从测试中得来。遇到困难的时候要敢于不断尝试， 有足够的耐心去寻找错误，适当的时候还可以寻求老师同学的帮助，万万不能自 暴自弃。这些经验我们要在以后的项目制作中多加利用。 我们在整个制作过程遭遇到了更多的麻烦，但同样这也是一次考验，让我们 从中得到了磨练，增长的知识，也提高了技术（焊接的技术） 。知识是学不完的， 能力是不断增长的，在团队的共同努力下，成长、收获，势在必得。单单掌握理 论的知识是完完全全不够用的，到了社会中，也许学到的理论知识只用上了一小 部分，可实践知识、技能却跟不上，这怎么能是一个合适的大学生。所以必须多 动手才行。
数量 筒 扬声器 电位器 三极管 电阻 电阻 电阻 电阻 电阻 电容 电容 电解电容 电解电容 电解电容 电解电容 洞洞板 导线
μA741CP 无
双列 8 脚封装；Vcc=+12V 无 5W，8Ω 10k
两片 一个 一个 两个 一个 五个 三个 两个 五个 两个 两个 五个 两个 一个 四个 二个 一块 若干
消
根据所查资料及实际电路测试，当上拉电压为 12V 时，驻极体话筒需加 10k 的上 拉电阻，经过一个电容后输出微弱的电信号。
下图为模拟输入的音频信号：
2、喇叭 喇叭的额定功率为 0.5w，额定电阻为 8Ω，因此为小电阻用电器，而运算放 大器只放大电压不能放大电流，外接小电阻用电器运算放大器容易损坏，因此输 往喇叭的电信号要经过特定的功率放大器进行放大才能输出合适的电信号。 3、运算放大器 使用运放来初步放大话筒输出的微弱的电信号，放大倍数为 10 倍，输出信 号峰峰值为 1—2V。电路图如下所示，有 R2=10*R1，取 R1=1k，R2=10k,R3=1k。
八、参考文献
[1] [2] [3] [4] [5] 《模拟电子技术教程（第二版） 》 张剑平 清华大学出版社； 《电工与电子技术》 王鸿明 高等教育出版社； 《电子线路设计、实验与测试》 谢自美 华中科技大学； 《电子技276a200292ef41 参数及结构。
上述比例取 R1=6.7kΩ，R2=4.7kΩ。 电路图如下：
经过消侧音电路后的模拟信号输出：
6、功率放大器 对于功率放大我们除了使用功放芯片外也可以用运算放大器μA741 后面加 一个 PNP 和一个 NPN 连接后输出。 但为了增强音质， 我们选用的型号为 TDA1013B 的功率放大器。 电路原理图如下：
模拟电子技术实训报告
课程名称：模拟电子技术课程设计 设计题目：扩音器的设计
学生姓名：任文华 专 业：自动化
班级学号：122039128 指导教师：郭彩萍 设计日期：2014 年 06 月 17 日
至 2014 年 06 月 25 日
设计成绩总评：
扩音器的设计
一、设计的任务与要求
设计一个扩音器 功能描述：当对着话筒讲话时，可以将声音信号放大并通过喇叭输出。 设计要求： 1、电路设计简单合理，设计分析计算过程清晰。 2、电路工作稳定可靠，喇叭声音清晰。 3、音量可以调节。
2、调试音质 人所发出的声音频率为300HZ—3400HZ，低频较低，因此通过低通滤波器来 滤除杂音，提高声音清晰度。焊好电路后，我们对电路进行检查和调试，为防止 声音失真，通过调节滑动变阻器，使输出的音质最佳。
六、性能测试与分析
我们将手机的声音通过耳机再通过话筒，传输到电路中，结果听到了十分清 晰的声音，说明我们的扩音器很成功； 通过调节滑动变阻器，可以明显改变喇叭的音量，说明我们的音量调节电路 没有问题； 更具体情况还请老师通过仔细听喇叭的输出音频。
NPN 型
NPN 1k 4.7k 6.7k 10k 220k 0.01μF 0.1μF 1μF 6.8μF 10μF 220μF
无 铜线
整齐排列的洞洞 铜质导线
五、安装与调试
由于仿真软件中没有 TDA1013B 器件，所以我们直接做的实物而没有做整个 电路的仿真，局部电路的仿真已在单元电路中给出。下面是实物电路图。 1、焊接电路板 经过几天的焊接，我们按照原理图做出了实物，实物图如下
四、总原理图及元件清单
1、总原理图
说明：总原理图中 XLV1 和 XLV2 分别代表话筒（驻极体）和音响。ua741CP 是集成运放的一种型号。由于 ua741 没有合适电源我们把它直接接到总电源上。
2、元件清单
元件序 功率放大器
型号 TDA1013B
主要参数 单列 9 脚封装；Vcc=25V;静态电流 =35mA;输出功率=4.5W;输出噪声=2mV; 输出峰流=3A;输入阻抗;电压增益=30dB
二、方案设计与论证
设计扩音器的原理可以用如下所示的系统图表示。主要由弱声音采集、前置 放大器、 （消侧音电路） 、低通滤波器电路、功率放大电路、扬声器等组成。 1、利用麦克风将声音信号转化为电信号，经过隔直电容后输出微弱的电信 号。 2、经过前置的运算放大器电路和功率放大电路将微弱的电信号放大。 3、为防止侧音的干扰，电路中需要消侧音电路，消除通话过程中的回音， 使得在进行通话时听不到喇叭传来的自己的声音，提高通话质量。 （侧音通常指在终端设备（例如电话机）中，发端信号经处理后，其中一 部分回馈到自身接收电话的那部分信号。） 4、为了减小噪音，提高声音的清晰度，我们设计添加了一个低通滤波器电 路。 5、最后信号传输到喇叭，喇叭将电信号转化成声音信号，发出声音。 以下是设计流程图：
下图为模拟的通过输入上述模拟信号后初步放大的输出信号：
4、二阶 RC 有源低通滤波器 人所发出的声音频率为 300HZ—3400HZ，低频较低，因此设计一个低通滤波 器来滤除杂音，提高声音清晰度。 低频增益 A(0)=2， Q=1, f=3.4kHz。 根据该电路低频增益 A(0)=K=1+R3/R4=2， Q=1/3-k=1,可知 R3=R4,选 R3=R4=10kΩ。根据截止频率 f=3.4KHz 可求得 f=w/2 π=1/2πRC。选 C=0.01μF，算出 R=1/(2πfC) ≈5.3KΩ. 没有买到 5.3k 的电阻，随着此电阻的增大通频带会减小，所以只能适当的 减小电阻，只能用电阻 4.7k，二阶 RC 有源低通滤波器的电路图如下所示：
音频放大电路
消侧音电路
放大电路
低通电路
信号源
输出
三、单元电路设计与参数计算
1、驻极体话筒的结构与工作原理 驻极体话筒由声电转换和阻抗变换两部分组成（由于我们的课题主要是实 现功率放大，这里只做简单介绍）。驻极体话筒与电路的接法有两种：源极输出 与漏极输出。不管是源极输出或漏极输出，驻极体话筒必须提供直流电压才能工 作，因为它内部装有场效应管。 话筒的基本结构由一片单面涂有金属的驻极体薄膜与一个上面有若干小孔 的金属电极（背电极）构成，如图（1）。驻极体面与背电极相对，中间有一个 极小的空气隙，形成一个以空气隙和驻极体作绝缘介质，以背电极和驻极体上的 金属层作为两个电极构成一个平板电容器。电容的两极之间有输出电极。由于驻 极体薄膜上分布有自由电荷。 当声波引起驻极体薄膜振动而产生位移时；改变了电容两极版之间的距离， 从而引起电容的容量发生变化， 由于驻极体上的电荷数始终保持恒定， 根据公式： Q =CU 所以当 C 变化时必然引起电容器两端电压 U 的变化，从而输出电信号， 实 现声—电的变换。
经过滤波后的模拟信号输出：
5、消侧音电路 利用三极管的 C,E 极输出信号与 E 极输出的信号幅度相同， 相位相反，可以 相叠加后将信号消去。 三极管采用型号 9013.，电位器 104。为了使三极管正常工作，在三极管 B 端由 R1 和 R2 分压，三极管的静态工作点 VCQ 4.5V，则令 V EQ = VCC — VCQ ，由于有 V BE =0.7V，则 V BQ V EQ 0.7 ， V BQ V R1 12V .令 R3=R4=1ＫΩ，则由 IEQ ICQ 得 V R3 V R4 。设 ICQ 3mA ,那么 R1 R2 5.3 3.7 ，考虑我们买到的电阻且基本足