【电子技术实验理论】语音放大电路

实验内容

本实验设计和制作一个具有麦克风、音频合成和功率放大功能的音频功率放大器。 要求:

前置放大电路：

• 输入信号：Uid < 10mV
• 输入阻抗：Ri > 100KQ
• 共模抑制比：Kcm 60dB
• 有源带通滤波电路
• 带通频率范围：300Hz-3000Hz

功率放大电路

• 最大不失真输出功率： RmA 5W
• 负载阻抗：R=4Q
• 电源电压：+5V, +12V

实验目的

通过本实验熟悉小信号电压放大器、放大器运算电路、功率放大器、直流稳压电源的工作原理和设计方法。同时通过同学们自己焊接实际电路，提高动手能力。

实验原理

本实验设计一个具有如下功能的音频功率放大电路：
将来自麦克风的音频信号线性放大， 然后和来自其它音源的音乐信号混合， 混合后的信
号经过前置放大进行电压放大，然后经过功率放大推动扬声器工作。

1. 线性放大电路

电路说明:

• 电路C1 的作用是滤除高次谐波干扰
• C1是耦合电容 ，阻直通交，对于交流信号相当于短路
• G的作用是防止放大器自激设置电容

所以电路可以简化成这个样子

2. 音频混合电路

G和G也是耦合电容，阻直通交，对于交流信号相当于短路;

前置放大电路所接收的信号一般为有用信号与躁声信号的叠加信号， 其中有用信号可能仅有若干毫伏，而共模躁声信号可能高达几伏， 因此，前置放大电路必须设计成一个高共模抑制比、低漂移、高输入阻抗的小信号放大电路。

4. 功率放大电路

• 功率放大电路的主要作用是向负载提供功率,要求输出功率尽可能大， 转换效率尽可能高，非线性失真尽可能小。
• 功率放大电路的形式很多，
• 有双电源供电的 OCLM补对称功放电路，
• 单电源供电的 OTL功放电路，
• BTL桥式推挽功放电路和变压器耦合功放电路等。
• 另外， 目前集成功放发展也很迅速， 现在TDA200麻列五端单片集成功放性能优良， 功能齐全，并附有各种保护、消躁电路，使外接元件大大减少，
• 而且，便于安装，所以，应用已相当广泛。 读者可以根据要求与实验条件自选电路。
• 系统工作需要的直流电源由电源模块提供。直流稳压电源原理框图及波形图

• 1） 电源变压器 将市电交流电压转换为符合整流需要的幅值较低的交流电压。
• 2） 整流电路 利用整流元件，将正弦交流电压变为单向脉动电压。
• 3） 滤波电路 利用电容、电感元件将直流脉动电压中的谐波成分滤除掉，使之变为比 较平滑的脉动直流电压。
• 4） 稳压电路 稳压电路的作用是使直流输出电压基本不受电网电压波动或负载变动的 影响。

贯穿本次实验主要内容是“放大”，和模拟电子技术基础内容相同。什么是放大？如何
正确理解电子电路的放大？

• 从电子学的概念看：放大的本质是能量的控制和转换。 放大的基本特征是功率放大。能够控制能量的元件叫做有源器件。放大电路的基本要求是不失真。
• 其他概念
  建立工程化的概念， 多和实际相联系。如电阻的阻值，其实是在其标称值某个范围内变 化的，并不等同于标称值。实验调试中会遇到很多问题，如外部干扰等等，具体问题具体分析。

麦克风简介

学名为传声器，由Microphone翻译而来。传声器是将 声音信号转换为电信 号的能量转换器件，也称 话筒，麦克风，微音器。

目前，市场上销售的麦克风主要分为两大类：

动圈式话筒

• 其主要特点是音质好，不需要电源供给，但价格相对较高。

驻极体话筒

• 其特点是耐用，灵敏度较高， 需要1.5〜3V的电源供给，音质比同价位的动圈式话筒要差一些。 但其价格相对较低， 适合作播音麦克风。

动圈式话筒工作原理：

动圈式话筒用的是电磁感应的原理：

• 声音的震动带动在磁场中的线圈震动， 这一震动将切割磁感线，产生感应电流
• 从而将声音信号转变为电流信号。优点是：音质好，不需要电源供给。
• 驻极体传声器有两块金属极板
• 其中一块表面涂有驻极体薄膜（多数为聚全氟乙丙烯）将其接地，另一极板接在场效应晶体管的栅极上
• 栅极与源极之间接有一个二极管。 当驻极体膜片本身带有电荷，表面电荷地电量为 Q,板极间地电容量为C,则在极头上产生地电压U=Q/C
• 当受到振动或受到气流地摩擦时，由于振动使两极板间的距离改变，即电容 C改变，而电量Q不变，就会引起电压的变化。电压变化的大小，反映了外界声压的强弱

这种电压变化频率反映了外界声音的频率，这就是驻极体传声器的工作原理。

电容式麦克风工作原理：

• 电容式麦克风的膜片多采用聚全氟乙丙烯， 其湿度性能好，产生的表面电荷多， 受湿度影响小。
• 由于这种传声器也是电容式结构， 信号内阻很大，为了将声音产生的电压信号引出来并加以放大，其输出端也必须使用场效应晶体管。
• 优点：保真度好。 放大的概念和放大电路的主要性能指标

放大的概念

用小的变化量去控制一个较大的量的变化。要求不失真的“线性放大” 。

• 放大电路利用 晶体管实现能量的控制与转换
• 放大作用的实质就是有源器件的电流、 电压或功率的控制作用。输出的较大能量来自于直流电源 Vcc,而不是有源器件。
• 放大电路中能够控制能量转换的元件称为有源元件（如晶体管、场效应管、集成运算放大电路）

放大电路的组成

扩音机示意图：

一般包含电压放大电路和功率放大电路

• 电压放大电路将微弱电压加以放大从而推动功率放大电路
• 通常工作在小信号状态。 功率放大电路输出较大的功率，推动执行元件，工作在大信号状态。
• 衡量放大电路的放大能力， 定义为输出变化量与输入变化量之比。
• 根据输入量与输出量的不同，将放大电路分为四种类型：
• 电压放大电路
• 电流放大电路
• 互导放大电路
• 互阻放大电路
  电压放大电路基本示意图（输入量与输出量都是电压）

• R表明放大电路从信号源索取电流或电压的能力。R越大,电流越小，U越接近US ,信号电压US损失越小。
• 信号电压US损失越小,要求输入电阻尽量大,以保证信号源电压损失尽可能小。
• 输入信号源是内阻很大的电流源时，要求输入电阻尽量小,以保证信号源电流尽可能多流进放大电路。
• 利用R和R可以求出电压增益与源电压增益的关系式
  

输出电阻 R0

• R表明放大电路的带负载能力 （指负载变化时输出电压的变化情况）。
• Ro越小，放大电路带电压负载的能力越强。 （Ro小，R变化时，UO变化小）
• 放大电路的输出量为电压，要求输出电压尽量不受负载变化影响,电路的输出电阻应尽量小。
• 放大电路的输出量为电流，要求输出电流尽量不受负载变化影响,电路的输出电阻应尽量大。

R、R是为描述电路在相互连接时彼此之间产生影响而引入的参数。

4.通频带fbw

是用于衡量放大电路对不同频率信号的放大能力的技术指标