专设—语音控制放大器及原理图

目录

1、课程设计目的 (1)

2、课程设计内容和要求 (1)

2.1、设计内容 (1)

2.2、设计要求 (1)

3、设计方案 (2)

3.1、设计思路 (2)

3.2、工作原理及硬件框图 (3)

3.3、硬件电路原理图 (6)

4、课程设计总结 (7)

5、参考文献 (8)

1、设计目的：

①掌握电子电路的一般设计方法和设计流程；

②学习使用PROTEL软件绘制电路原理图及印刷板图；

2、设计内容和要求（包括原始数据、技术参数、条件、设计要求等）：2.1、设计内容

在电子电路中，输入信号常常受各种因素的影响而含有一些不必要的成份（即干扰），或者输入信号是不同频率信号混合在一起的信号，对前者应设法将不必要的成份衰减到足够小，而后者应设法将需要的信号提取出来。而且随着社会的发展，在我们的日常生活中也经常会出现一系列的问题：如在检修各种机器设备的时候，我们要根据故障设备的异常声来寻找故障，这种异常的声响的频谱覆盖面往往很广；同时另外的一种情况我们在打电话的时候，有时往往因声音或干扰太大而难以听清对方的声音，这时我们就需要一种既能放大语音信号又能降低外来噪声的仪器。而且语音放大电路目前的运用很广泛：适用于很多的家用电器上面的运用。例如：便携式收音机、对讲机等很多方面的运用。为了达到这样的一个目的，我们就要考虑到设计一个能识别300~3000HZ频率范围内的小信号放大系统，我们可以用设计一个集成运算放大器组成的语音放大电路。

2.2、设计要求

查阅语音识别的相关资料，掌握低频小信号放大电路和功放电路的设计方法，设计一个由集成运算放大器组成的语音放大电路。

电路要求：

（1）前置放大器

输入信号：Uid <=10mv,

输入阻抗：Ri>=10k.

（2）有源带通滤波器

带通频率范围：300~3000Hz

（3）功率放大器

最大不失真输出功率:Pom>=5w

负载阻抗:RL==4.

根据设计要求和已知条件进行下面的分析，并计算和选取单电路的元件数：

分析：（1）若要求输入电阻Ri大于10k，取R1=R2=51k,R3=2.4k,R4=20k,则前置放大器的增益Av为Av=1+R4/R3=1+20/2.4=9.3

（2）对于二阶有源低通滤波器有：

取R1=R2=R=8.2k,f。=949Hz,Q=0.71

Auf=(3Q-1)/Q=1.58

C1=C2==1/(2*pi*f。*R)=0.001uF

对于有源高通滤波器，由于与低通完全的对偶，所以，R1,R2,C1,C2参相同。

（3）Cx=29 Rx=0.033UF

3、语音放大电路设计方案

3.1、设计思路

语音放大电路一般由前置放大器、带通滤波器、功率放大器等组成，该电路图原理框图如下图：

图1 语音放大原理框图

3.2、工作原理及硬件框图

3.2.1、前置放大器：

前置放大器亦为小信号放大器。在典型情况下，从拾音器获得的有用信号的最大幅值仅有几毫伏，而共模噪音可能达几伏。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器。如图2：

图2 前置放大器

3.2.2、有源带通滤波器

有源滤波电路是用有源器件与RC网络组成的滤波电路。它有很多种，在实际应用中还需要将一定频率段的信号通过，我们要设计的语音放大电路是需要有源带通滤波器。因此我们可以参考二阶有源低滤波器（LPF）或二阶有源高通滤波器（HPF）电路来设计。

（1）二阶有源：LPF的其本原理

.它是利用集成运算放大器与RC低通电路一起，可以组成有源滤波器，以提高带通电压放大倍数和带负载能力，而我们为了使滤波特性更接近理想情况，就采用二阶低通滤波器（塞伦–凯型低通滤波电路）来代替一阶有源低通滤波器。

该电路的优点：电路性能稳定，增益容易调节。

工作原理：输入电压U i经过两级RC低通电路以后，再接到集成运算放大的相同输入端，因此在高频段对数幅频特性以—40dB/十倍频速度下降，与一阶低通滤波的—20dB/十倍频的下降速度提高了一倍，即斜率的绝对值大一倍，因而与理特性更为接近殊性。

将第一个电容C接到输出端相当于在二阶有源滤波电路中引入一个反馈，其目的是为了使输出电压在高频段迅速下降，但在接近于带通截止频率f0的范围内又不致下降太多，从而有利于改善滤波特性。电路的Q值为Q=1/(3-Aup),可见选取合适的Q值,能改善频率在f0附近的幅频特性,使之更接近理想特性。(一般,提高滤波电路的阶数可以提高衰减斜率,使幅频特性逼近理想特性,当然这样电路的费用要提高。)为了抑制尖峰脉冲，在反馈回路中可以增加电容C3，C3的容量一般为22PF—51PF。该虑波器每节RC电路衰减—6dB/倍频程，每级虑波器衰减—12dB/倍频程。

（2）二阶有源HPF

高通滤波电路的信号和阻断的信号正好与低通滤波电路相反, 其电路构成也几乎具有完全的对偶性，把LPF中的R1、R2和C1、C2位置互换就构成二阶HPF。二者的参数表达式与特性也有对偶性。

（3）二阶有源带通滤波电路的基本原理

从高、低通滤波电路的幅频特性和带通滤波电路和幅频特性可以看出，当低通滤波电路的通带截止频率高于高通滤波电路的通带截止频率时，将两种电路串

联，即获得带通滤波电路。它是为了允许某一段频带内的信号通过，而将此频带以外的信号阻断，为了干扰以便接收某一频带范围内的有效信号，而消除高频段及低频段的干扰和噪声。在满足LPF的通带截止频率高于HPF的通带截止频率的条件下把相同元件压控电压源滤波器的LPH和HPF串接起来就可以实现Butteworth通带响应，如图3所示，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，因此多用做测量信号噪声比（S/N）的音频通带滤波器，如电话通令系统中，采用图3所示滤波器，能抑制低于300HZ和高于3000HZ 的信号，整个通带增益为8dB，运算放大器为LM741或LM324。

有源带通滤波器的设计条件为：

带通频率范围：300HZ ～3000HZ

语音信号经前置放大器放大后，必须有带通滤波器滤除带外杂波。选定滤波器带通频率范围300~3000HZ，带通滤波器的中心频率f。与品质因素Q分别为：f=949HZ

Q=f/BW=f。/(fH-fL)=0.71

显然Q〈１０，该带通滤波器为宽带带通滤波器。宽带带通滤波器由相同元件的有源高通滤波器（HPF）和有源低通滤波器(LPF)串联构成。鉴于Butterworth滤波器带内平坦的响应特性，可选用二阶Butterworth带通滤波器。电路图如图３：

图3二阶Butterworth带通滤波器

电路图中的参数可根据下式确定：

Q=1/(3-Auf)=1/(2-Rb/Ra)