何玲，包爾恒，劉倍雄

（廣東水利電力職業(yè)技術(shù)學(xué)院，廣東廣州， 510000）

0 引言

把手機(jī)或者計(jì)算機(jī)的音樂通過耳機(jī)插入麥克風(fēng)端口作為輸入的語音信號，把準(zhǔn)備放大的音樂信號送入到左聲道前級放大電路中，首先進(jìn)行一次同相比例放大，然后輸入到二階有源通帶通濾波器電路中，可以實(shí)現(xiàn)先對除300Hz~3kHz音頻以外所有的音頻信息都加以過濾，去除各種噪音，最后再把這些經(jīng)過放大處理和濾波后的300~3kHz頻段的各種語音信息都輸入到音頻功率放大處理電路中，經(jīng)由大功率揚(yáng)聲器輸出。

1 電源電路設(shè)計(jì)及分析

語音放大電路的電源電路設(shè)計(jì)如圖1所示，該電路由單相市電220V供電50VA變壓器降壓成雙12V，經(jīng)過橋式整流電容濾波后得到紋波系數(shù)較大的雙14.4V直流電源（實(shí)際電路制作中采用整流橋來代替四個二極管）再分別送入固定的三端穩(wěn)壓器LM7812和LM7912中進(jìn)行穩(wěn)壓濾波，可以得到正負(fù)雙12V電源給電路中各種芯片如LM358，TDA2030等供電，而發(fā)光二極管D9和D10是用來判斷三端穩(wěn)壓器是否正常工作，當(dāng)三端穩(wěn)壓器正常工作時能穩(wěn)定輸出正負(fù)12V電源，D9和D10能發(fā)光，當(dāng)LM7812不能正常工作時，D9會熄滅，當(dāng)LM7912不能正常工作時，D10會熄滅，所以能通過D9和D10是否點(diǎn)亮可以判斷三端穩(wěn)壓器是否正常工作，也就是電源電路是否能正常工作，為后續(xù)電路中的芯片供電。

圖1 電源電路設(shè)計(jì)

2 前置放大電路的設(shè)計(jì)及分析

前置放大器電路作用是實(shí)現(xiàn)對手機(jī)或者計(jì)算機(jī)輸入的語音信號進(jìn)行第一次的放大。由于放大器的輸入漂移和噪聲等因素對于整個系統(tǒng)的整體精度起著決定性的作用，而放大器自身的共模抑制性能也同樣重要。所以前置放大電路必須是具有高輸入電阻Ri、高共模抑制比KCMR、低漂移的小信號放大器電路。前置放大器電路可以是反相比例放大器電路也可以是同相比例放大器電路也可以是二級反相比例放大器電路也可以是二級同相比例放大器電路，由于在本設(shè)計(jì)中，對輸入電阻Ri的數(shù)值要求較高，因此不使用反相比例放大器電路，而是使用同相比例放大器電路，當(dāng)一個5mV的弱信號被傳入的時候，就需要使用2個同相位的放大器，放大倍率可以增加1000倍，輸出的電壓是5V；由于本設(shè)計(jì)方案主要是針對手機(jī)或者計(jì)算機(jī)提供一個語音放大器電路，因此不需要放大倍數(shù)達(dá)到這么高，因此它的前置放大電路如圖2所示，左聲道輸入前級和左聲道放大電路組成該電路，在本方案設(shè)計(jì)中左聲道放大電路設(shè)計(jì)為同相比例放大器電路，其電壓放大倍數(shù)為：Au=1+R2/R1，因?yàn)镽2在0~100k之間可調(diào)，所以放大倍數(shù)在1~25之間可調(diào)，經(jīng)過實(shí)物制作后反復(fù)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證可以將LM358替換為NE5532，前級放大效果的音質(zhì)會更好，所以實(shí)物制作中可以將LM358替換為NE5532。

圖2 前置放大電路

3 帶通濾波器的設(shè)計(jì)與分析

帶通濾波器采用高通濾波電路與低通濾波電路進(jìn)行分開設(shè)計(jì)，在低通濾波器通帶截止頻率fH比高通濾波器的通帶截止頻率fL高的情況下，把二階有源低通濾波器電路與二階有源高通濾波器電路串聯(lián)起來就可以制作出帶通濾波器，而且高通濾波器電路的截止頻率決定了帶通濾波器的低頻截止頻率fL，低通濾波器電路的截止頻率決定了高頻截止頻率，電路設(shè)計(jì)如圖3所示。有源高通濾波電路，讓大于300Hz的信號通過，其最低截止 頻 率fL=1/(2π√R9R10C1C2)=300Hz，令C1=C2=0.1μF，R9=4.7k，則可得R10=8.48k，利用可調(diào)電阻進(jìn)行頻率調(diào)節(jié)即可完成。有源低通濾波電路，讓小于3000Hz的信號通過，其最高截止頻率為fH=1/(2π√R13R14C17C18)=3000Hz，令C17=0.1μF，C18=0.1μF，R14=470Ω，可 得R13=598Ω，利用可調(diào)電阻進(jìn)行頻率調(diào)節(jié)即可完成。所以由高通濾波器和低通濾波器連接起來就可以組成有源帶通濾波電路，順利讓300Hz~3kHz的信號通過，而此頻段范圍外的信號一律被濾除，不能進(jìn)入語音放大電路中。

圖3 帶通濾波電路

4 功率放大電路設(shè)計(jì)的設(shè)計(jì)與分析

TDA2030A為德律風(fēng)根公司的一款音頻功率放大器電路，它是一種V型5引腳單列直插式塑料封裝結(jié)構(gòu)。這種芯片在轎車音響、中功率音響等領(lǐng)域得到了廣泛地使用，它不僅體積小，并且輸出功率大，主要還有失真比較小以及具有內(nèi)置的保護(hù)電路等優(yōu)點(diǎn)。TDA2030是很多計(jì)算機(jī)有源揚(yáng)聲器中使用的高頻放大器，其連接方式簡便，經(jīng)濟(jì)，標(biāo)稱為14W；提供的供電電壓在±6~±18V之間。LM386用作功率放大器盡管外部的硬件比較少，但模擬仿真軟件Multisim庫中并未有LM386，考慮到TDA2030的優(yōu)勢，同時也方便了模擬仿真，最后選擇了TDA2030。最終功率放大電路設(shè)計(jì)如圖4所示。本設(shè)計(jì)采用 OCL雙源驅(qū)動，可調(diào)整后級音量，輸入信號 ui從同相端輸入，C22用于使話音信號通過；在功率放大器電路中，由R15、R16、C21構(gòu)成 AC電壓串聯(lián)負(fù)回路，所以閉環(huán)電壓的放大率是：為了滿足調(diào)整音量的需要，二極管D3、D4的功能主要是為了釋放由變幅器所生成的感應(yīng)電壓。所以閉環(huán)電壓放大倍數(shù)為：為了滿足音量調(diào)節(jié)的需求而二極管D3和D4的作用主要起保護(hù)芯片的作用，泄放掉喇叭上產(chǎn)生的感生電壓。圖中電容C19、C20、C23、C24的功能是進(jìn)行電源濾波，大容量主要過濾 DC電源中的低頻分量，而小電容則過濾 DC電源中的高頻分量，以避免因供電導(dǎo)線太長而引起的低頻自激；R4和C7構(gòu)成頻率補(bǔ)償電路主要的作用是進(jìn)行頻率補(bǔ)償，防止自激振蕩，改善放大器的高頻特性。

圖4 功率放大電路

5 電路仿真調(diào)試與分析

（1）前級放大電路

在圖2所示前置電路的左通道前級1輸入幅值50mV的正弦波，在左通道前級2接入示波器，可以調(diào)節(jié)示波器看到示波器顯示的仿真結(jié)果如圖5所示，從示波器上可以讀出輸出有效值為479mV，所以可以算出電壓放大倍數(shù)Au=13.5，達(dá)到了電路設(shè)計(jì)的預(yù)設(shè)目標(biāo)，這部分電路調(diào)試成功。

圖5 前級放大電路仿真圖

（2）帶通濾波器

在圖3帶通濾波器的左通道前級2和左通道前級4端子接上波特圖測試儀，開啟仿真按鈕，可以得到如6所示的帶通濾波器的波特圖，從波特圖中讀出增益為-3.013dB，即放大倍 數(shù)Au=0.98；fl=300Hz；fh=3000Hz, 達(dá)到了電路設(shè)計(jì)的預(yù)設(shè)目標(biāo)，該部分電路調(diào)試成功。

圖6 帶通濾波器波特圖

（3）功率放大電路

在圖4功率放大電路的左通道前級4和左通道后級的端子上分別接上示波器，進(jìn)行仿真調(diào)試，可以從示波器上看出功率放大電路的輸入仿真結(jié)果如圖7(a)所示，輸出仿真結(jié)果如圖7(b)所示，從仿真結(jié)果可以讀出輸入有效值417mV,輸出有效值2.047V，Au=4.8。實(shí)際測量時，通過手機(jī)播放音樂，將聲音放大，調(diào)整信號的頻率?？梢郧宄芈牭?，放大后的聲音會隨著頻率的變化而變化，變成一種很好聽的音樂，而且很干凈，沒有一點(diǎn)雜音。

6 結(jié)論

本文設(shè)計(jì)開發(fā)制作的語音放大電路通過模擬與實(shí)際生產(chǎn)調(diào)試，本論文所研制的聲音放大電路，能夠在300~3kHz的頻率范圍內(nèi)，實(shí)現(xiàn)對聲音信號的放大，對外界的噪音有一定的抑制作用。經(jīng)過實(shí)踐證明該語音放大電路能對300-3kHz的信號進(jìn)行無失真的放大并且音質(zhì)效果很好，后續(xù)還可以利用該電路進(jìn)行雙通道語音放大電路的設(shè)計(jì)，且可以增加其他功能。

圖7 功率放大電路圖