高频声音识别电路

高频声音识别电路

实验人：。

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一、要求

要求检测10KHz~50KHz的声音信号，该信号交流幅值为0.01mV，信号灯的点亮驱动为直流信号，幅值需要超过1mV（要求使用

三极管，不能使用运放）电路只需要实现微弱交流信号的输入

到直流信号的输出即可。

二、实验部分

1、实验分析：

首先检测信号为0.01mV微弱信号，需要将其进行放大输出；其次输入为交流信号而输出为直流信号，需要分

别经过整流电路，滤波电路，稳压电路将其转化为稳定的

直流电压。实验暂不要求稳压，因此可以将电路粗分为三

级：放大电路、整流电路、滤波电路。

2、第一级放大电路：

这里采用差模差分放大电路

(1)对差模输入信号的放大作用

当差模信号Vin1-Vin2输入(共模信号V=0)时，差放两输入端信号大小相等、极性相反,因此差动对管电流增量的大小相等、极性相

反，导致两输出端对地的电压增量，即差模输出电压v o1、v o2大小相等、极性相反，此时双端输出电压v o=v o1－v o2=2v o1,可见，差放能有效地放大差模输入信号。

要注意的是：差放公共射极的动态电阻R em对差模信号不起(负反馈)作用。

(2)对共模输入信号的抑制作用

当共模信号v输入(差模信号v=0)时，差放两输入端信号大小相等、极性相同，即Vin1=Vin2=v,因此差动对管电流增量的大小相等、极性相同，导致两输出端对地的电压增量，即差模输出电压v o1、v o2大小相等、极性相同，此时双端输出电压v o=v o1－v o2=0,可见，差放对共模输入信号具有很强的抑制能力。

此外，在电路对称的条件下，差放具有很强的抑制零点漂移及抑制噪声与干扰的能力。

（3）镜像电流源：

为了使差分放大电路始终保持稳定，我在下面加入了镜像电流源原理图：

基本电流源如上图，两只晶体管T1、T2完全相同；β1=β2；Ic1=Ic2；因为两管具有相同的基极射级电压，所以Ie1=Ie2,Ic1=Ic2,又因为当β较大时Ib几乎可以忽略不计，所以Ic2大约等于Vcc/R；

所以当Vcc一定，R一定时，T2管集电极的电流Ic2也一定，所以我们可以把Ic2看作Ic1的镜像，从而保证电流的稳定。

所以，此处将镜像电流源加在差模放大器的下方，保证Q1，Q2管的稳定工作在放大区域，保证电路正常运行；

同时，为了给电流源提供能量，再在镜像电流源的下方接一个直流电压源来提供能量，使得镜像电流源可以正常工作，从而提供稳定电流。

改进图如下

然后将镜像电流源与差模放大器连接起来，得到下图：

当我们输入交流高频小信号时，其输出如下：

VO2端波形如下：

幅值约为2.4645v-2.4635v=1mv。其中含有2.4640V的直流量，由于最后要求得到1mv的直流电源，此放大电路已经达到了要求，于是可以外加整流滤波电路，来隔断交流通过直流。同时因为此输出含有直流分量，所以需要先去除直流分量，再进行整流滤波。所以在输出处加上电容来隔断直流；所用电路图如下：

加上一个C8，为100nf的电容来隔断直流，通过交流；此后就可以外加整流滤波电路了；

3.整流滤波电路

此处采用桥式整流的方法：

整流过程中，四个二极管两两轮流导通，正半周时的电流由D1—RL—D3回到了U2的副端，而负半周时，电流由D2—RL—D4回到U2的正端；由此可见，无论是正半周还是负半周的情况下，流过RL的电流的方向是一直的，所以他的电压UL=0.9U2，而他的电流IL=0.9（U2/RL）;从而达到整流的作用；

最终结果如下：

整流之后则需要滤波电路：

电容器是一个储存电能的仓库。在电路中，当有电压加到电容器两端的时候，便对电容器充电，把电能储存在电容器中；当外加电压失去（或降低）之后，电容器将把储存的电能再放出来。充电的时候，电容器两端的电压逐渐升高，直到接近充电电压；放电的时候，电容器两端的电压逐渐降低，直到完全消失。电容器的容量越大，负载电阻值越大，充电和放电所需要的时间越长。这种电容带两端电压不能突变的特性，正好可以用来承担滤波的任务。图中是最简单的电容滤波电路，电容器与负载电阻并联，接在整流器后面，下面以图所示半波整施情况说明电容滤波的工作过程。在二极管导通期间，e2向负载电阻Rfz提供电流的同时，向电容器C充电，一直充到最大值。e2达到最大值以后逐渐下降；而电容器两端电压不能突然变化，仍然保持较高电压。这时，D受反向电压，不能导通，于是Uc便通过负载电阻Rfz放电。由于C和Rfz较大，放电速度很慢，在e2下降期间里，电容器C上的电压降得不多。当e2下一个周期来到并升高到大于Uc时，又再次对电容器充电。如此重复，电容器C两端（即

负载电阻Rfz：两端）便保持了一个较平稳的电压，在波形图上呈现出比较平滑的波形。下图中分别示出半波整流和全波整流时电容滤波前后的输出波形。显然，电容量越大，滤波效果越好，

输出波形

于是得到了最终的滤波整流电路

4.初次完整电路：

将差分放大电路与滤波整流电路连接起来得到如下电路：

最终波形如下：

并未达到1mv的要求；

检查原因，pispice中的二极管并非理想二极管，会消耗一部分能量，所以输出波形比预期要小，说明放大倍数不足，所以我选择再加一级放大电路：共射放大电路；

5.共射放大电路

其放大倍数约为70倍。

将其加入到差模放大与整流滤波电路中间得到如下图电路6.最终电路

（1）比较各级输出波形

第一级：

第二级：

第三级：