一语言放大电路设计.doc

实验一 语言放大电路设计 一、设计任务与要求 1、任务 设计并制作一个由集成运算放大器组成的语言放大电路。该放大电路的原理框图如图一所示。 图一 语音放大电路原理框图 在图一中，各基本单元电路的设计条件分别为： 前置放大器 输入信号： vid≤10mV 输入阻抗： Ri≥100kΩ 共模抑制比： KCMR≥60dB 有源带通滤波器 带通频率范围： 300Hz～3kHz 功率放大器 最大不失真输出功率： Pom≥5W 负载阻抗： RL=4Ω 电源电压： +5V，+12V 2、要求 （1）根据设计要求和已知条件，确定前置放大电路，有源带通滤波电路，功率放大电路的方案，计算和选取单元电路的元件参数。 （2）前置放大电路的组装与调试。 测量前置放大电路的差模电压增益Avd1，共模电压增益Avc1，共模抑制比KCMR1，带宽BW1，输入电阻Ri等各项技术指标，并与设计要求值进行比较。 （3）有源带通滤波电路的组装与调试 测量有源带通滤波电路的差模电压增益Avd2，带宽BW2，并与设计要求值进行比较。 （4）功率放大电路的组装与调试 测量功率放大电路的最大不失真输出功率Pom、电源供给功率PV、输出效率η、直流输出电压、静态电源电流等技术指标。 （5）整体电路的联调与试听。 二、设计原理与参考电路 1、前置放大电路 前置放大电路亦为测量用小信号放大电路。在测量用的放大电路中，一般传感器送来的直流或低频信号，经放大后多用单端方式传输，在典型情况下，有用信号的最大幅度可能仅有若干毫伏，而共模噪声可能高到几伏，故放大器输入漂移和噪声等因素对于总的精度至关重要，放大器本身的共模抑制特性也是同等重要的问题。因此前置放大电路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电路。 参考电路如图三或图四所示。 差分放大电路是模拟集成电路中最基本的单元电路。它除了对差模信号具有一定的放大能力之外，更重要的是能够减小放大器的零点漂移，抑制共模信号。 1、单运放差分放大电路 （1）电路工作原理 单运放差分放大电路如图二所示。 图二 单运放差分放大电路 根据运放原理，在理想条件下，输出电压与输入电压的关系式为： （1） 当时 （2） 理想运算放大器，共模输出电压等于零。但在实际中，由于电阻存在误差，特别是很难控制两个输入端的信号源内阻Rs1和Rs2，使共模抑制作用受到损害，因此实际应用中，通常可根据需要在R3回路中增加用于失配调节的可变电阻Rp1。其次这种电路的输入电阻Rid不够高，因此欲提高Rid，则必须加大R1，而R1大，会使失调误差和漂移误差增大。再次这种电路的电压增益也不可能很高，因为欲要求有较高的闭环增益，则要减小R1和R2，但这样势必会降低输入电阻；或者是增大Rf，但Rf若过大（如大于1MΩ），选配精度和稳定性又难以保证，而且寄生电容影响大，频带变窄。 （2）参数确定与元件选择 设计差分放大电路时，应根据设计要求和已知条件选择集成运算放大器和确定外电路的元件参数。 ①确定电阻R1、R2、R3、Rf 选取R1，由式（2）求出反馈电阻Rf，即 电阻R2、R3可由平衡条件确定。 ②选择集成运算放大器 选用集成运算放大器，首先要查阅产品手册，分析所选用的集成运放的性能指标能否满足设计要求。对一般性的设计，可以选用LM741型通用型运放，但若用于弱信号的测量电路，最好选用低漂移型运算放大器。 值得注意的是，这种差分放大电路的共模电压范围只能限在±10V以内，否则电路不能正常工作。 ③选择电阻元件 电阻的选配原则应注意电阻的精度，要求R1与R2，Rf与R3的选配精度应尽可能高，最好选用高精度电阻，但这种电阻价格较贵，或改为选用误差1%的金属膜电阻。 2、双运放差分放大电路 （1）电路工作原理 图三是两个同相放大电路的简单串联组合电路，也称同相串联差分放大电路。差分输入信号从两个放大器的同相端输入，可以有效地消除两输入端的共模分量，获得很高的共模抑制比和极高的输入电阻，因此这种电路常用作高输入电阻的仪用放大电路。 图三 双运放差分放大电路 该放大电路的输出电压（不考虑可调电阻Rp）为： （3） 显然，若满足的匹配条件，上式第一项为0，即共模输出电压voc等于零。闭环差模电压增益为： （4） 可见这个电路有较高的差模增益且能提供有效的共模抑制能力。并联在A1反馈回路中的可调电阻Rp能调节增益而不影响共模抑制比。 （2）参数确定与元件选择 ①确定电阻R1～R4 图三中外电路电阻R1～R4可由匹配条件、式（4）和设计已知条件确定。 例如：已知，要求确定电阻R1～R4的阻值。