微弱信号检测5.ppt

微弱信号检测 5 微弱信号检测 技术典型应用 * * 语音放大电路及有源滤波优化设计 1. 语音放大电路设计 1.1 语音放大电路原理框图 1. 2 分配各级放大电路的电压放大倍数 电路主要由前置放大、有源滤波和功率放大三级组成，总的电压放大倍数Au =Au1Au2Au3。应根据放大器所要求的总的放大倍数Au来合理分配各级电压放大倍数，同时考虑各级放大电路所能达到的放大倍数。 (1)由输入信号ui、最大不失真输出功率Pom和负载 阻抗(扬声器)RL，求出总的电压放大倍数(增益)Au。 (2)为了提高信噪比S/N，前置放大倍数应适当取大。 (3)为了使输出波形不致产生饱和失真，输出信号的幅值应小于电源电压。 (4)最大不失真输出功率Pom测量方法：输入f=1kHz 的正弦信号并加大输入电压，直到功放输出电压 uo波形出现临界削波。测量此时负载阻抗RL两端输出电压的最大值Uom或有效值Uo，则 (5)功放的电压增益确定后，根据以上公式计算前置放大和有源滤波电路的放大倍数，并在语音放大电路中进行相应的调整。 1.3 前置放大级 话筒（MIC）输入信号电压比较小，约 10mV， 因而电路的电压放大倍数应适当取大。R21、R30 为输入信号提供直流偏置，信号由C5耦合到放大 器U5A进行放大，放大倍数为R31/R_back=100K/1.5k= 66.7。R52使放大倍数可以调节，调节范围为 0~66.7。在 U5B 处，MIC信号无需放大（可以得到更好的信噪比），此处放大倍数取R20/R25=62k/62k=1。在电源处加入旁路电容，以尽可能减少电源噪声的影响。 音频信号可以来自收音机、录音机、计算机等音源声音，信号动态范围较大，一般为 100mV~200mV，所以此电路的电压放大倍数较小，最大为 R20/R39= 62k/16k≈4倍，R56进行放大倍数的调节。 1.4 音调调节 C52、C11为输入/输出耦合电容，电路上下两个 部分分别构成了低通、高通滤波器，R51、R55 分 别控制滤波器的通带增益。R54控制输出功率，是音量控制器。 该电路 是否连接 到系统中， 可选择。 1.5 功放电路 功放电路采用了TDA2030A集成功率放大器。 (1) 输出功率大，电源适应范围宽(±2.5V~±28V)， 电源利用率高(大于63%)。既可采用正、负电源，又可单电源供电。 本电路采 用 + 12V 单 电源供电， 最大不失真 输出功率为 8W。 (2) 静态电流小（50mA以下），动态电流大（能 承受3.5A负载电流），带负载能力强，既可带动4Ω~16Ω的扬声器，某些场合又可带动 2Ω甚至 1.6Ω低阻负载。本电路采用1W/4Ω的扬声器。 (3) 噪声低，保真度高。输入端噪声电压最大不超过 1μV~ 5μV，信噪比可达 100dB，交叉失真极低，额定功率下均小于0.5%。 (4) 增益高，开环增益均在 80dB 以上，闭环增益可在26dB~40dB 范围内调整。图中，电压增益约为32倍。 (5) 输入阻抗高，TDA2030A 的输入阻抗典型值为5MΩ。 (6) 工作频带宽，闭环带宽：40Hz~14000Hz。 (7) 可靠性高，上述电路内部设有过电流保护电 路及功耗限制电路。由于内部没有热关闭系统， 当负载短路或由外部其他原因造成电流剧升，使 功耗超过额定值（结温超过150℃）时，功放保护电路启动，使器件工作于安全区。 (8)出现下述情况时，均不会造成集成电路损坏： ① 输出端对地短路； ② 温升高于150℃； ③ 浪涌电压冲击； ④ 负载开路； ⑤ 电源极性接反。 1.6 噪声发生器 (1) 噪声发生机理 在双极晶体管和半导体二极管等器件中，流动 的电流不是平滑和连续的，而是载流子流动产生 的电流脉冲之和。原因在于器件中有势垒存在，载流子通过势垒是随机发生的独立事件。对于晶体管，当发射结处于正偏置时，就有载流子越过发射结势垒，由发射区注入基区。虽然单位时间内注入基区的载流子平均数一定，但某一个载流子越过势垒进入基区的事件是随机的，取决于载流子是否具有足够的能量，以及指向结面方向的速度的大小。这就使得注入基区的载流子数目在其平均数附近发生统计起伏，从而引起注入电流的起伏。这种由于载流子各自独立而随机地通过势垒所引起的噪声，称为散粒噪声。 电流强度平均值为I的一系列独立的随机电流 脉冲所产生的散粒噪声电流均方值可以表示为： ，其功率谱密度为： 由上式可知，散粒噪声的功率谱密度在极宽的频带范围内与频率无关，属于自噪声。值得强调