基于multisim的语音放大器电路设计

大家好，又见面了，我是你们的朋友全栈君。

目录
目录 – 1 –
1 设计题目及目的 – 3 –
1.1题目 – 3 –
1.2目的 – 3 –
2 设计内容 – 3 –
3 实验要求 – 3 –
4 实验原理 – 4 –
4.1前置放大电路 – 4 –
4.2带通滤波电路 – 4 –
4.3 功率放大电路 – 4 –
4.4整体组装电路 – 4 –
5 芯片功能及参数介绍 – 5 –
5.1LM324N引脚及功能介绍 – 5 –
5.11 LM324N引脚介绍 – 5 –
5.12 LM324N功能介绍 – 5 –
5.13 LM324N主要参数 – 5 –
5.2LM1875T引脚及功能介绍 – 6 –
5.21 LM1875T引脚介绍 – 6 –
5.22 LM1875T功能介绍 – 6 –
5.23 LM1875T参数介绍 – 6 –
6 原理分析与电路设计 – 6 –
6.1原理分析 – 6 –
6.2 前置放大器 – 7 –
6.21前置放大电路原理及参数选择 – 7 –
6.22 前置放大电路分析 – 7 –
6.3有源带通滤波器 – 7 –
6.31有源带通滤波器原理及参数选择 – 7 –
6.32 有源带通滤波器分析 – 8 –
6.4功率放大电路 – 8 –
6.41功率放大电路原理及参数选择 – 8 –
6.42功率放大电路分析 – 9 –
6.5整体组装电路 – 9 –
7 各级放大器、联合组装与multisim仿真 – 10 –
7.1前置放大级 – 10 –
7.2带通滤波级 – 11 –
7.3功率放大级 – 12 –
7.4联合组装 – 13 –
7.5仿真值与要求值进行比较 – 13 –
8 电路实测结果 – 14 –
8.1前置放大级 – 14 –
8.2带通滤波级 – 15 –
8.3功率放大级 – 16 –
8.4联合组装 – 17 –
9 遇到的问题及解决方法 – 17 –
10 语音放大器的实验体会 – 17 –
11 附录 – 18 –
11.1元器件清单………………………………………………………………………….- 18 –

（整体预览图见下图，需要看图的以及完整规范的格式的话请点下面的链接或直接到我的上传资源里下载即可）
https://download.csdn.net/download/lininggggggg/10926911

1 设计题目及目的
1.1题目
语音放大器电路设计
1.2目的
掌握低频小信号放大电路的工作原理和设计方法。
深入了解集成运放和集成功放的工作原理。
掌握电子电路的设计过程及装配与调试方法。
2 设计内容
设计一个语音放大电路，话筒（拾音器）的输入信号小于10 ，放大电路的指标；
输入阻抗大于100 ，共模抑制比大于60 。
通带频率范围300 ～3 。
最大不失真输出功率不低于1 ，负载阻抗 ，电源电压10 。
前置放大器输入信号小于10mV
3 实验要求
设计电路，给出两种以上方案进行比较，然后采用multisim等仿真软件对各单元电路进行计算机模拟仿真，选取合理的参数，最后选取合适的元器件，连接电路，进行系统联调和性能指标测试。
4 实验原理
4.1前置放大电路

话筒的输出信号一般只有5 左右而共模噪声可能高达几伏，故在设计时，须考虑放大器的输入漂移和噪声因素及放大器本身的共模抑制比这些重要因素。前置放大电路应该是一个高输入阻抗、高共模抑制比、低温漂，且能与高阻抗话筒配接的小信号放大电路。
4.2带通滤波电路
人耳可以听到的音频信号范围约为20 ～20 ，而人的发音器官可以发出的声音频率为80 ～3.4 ，但语音信号的频率通常在300 ～3 ，所以前置放大后，需采用带通滤波电路。
4.3功率放大电路
因电路的最终输出需推动扬声器完成电（信号）到声（信号）的转换，故输出级需采用功率放大电路，以便输出功率尽可能地大，转换效率尽可能地高，非线性失真尽可能地小。功放电路形式很多，而通过对设计要求和设计方案的分析，本课题采用LM1875作为功率放大器。
4.4整体组装电路
语音放大电路须有以下几个组成部分：

输入 输出

图1 语音放大器原理框图

根据设计要求，先确定总的电压放大倍数，同时考虑各级基本放大电路所能达到的放大倍数，分配和确定各级的电压放大倍数。然后根据已分配和确定的各级电压放大倍数和设计要求，比如滤波器的上下限截止频率，选取合理的设计方案以及合适的元件参数。最后在实验板上搭接电路，分级调试，直至完成整机的调试及功能测试。
5 芯片功能及参数介绍
5.1LM324N引脚及功能介绍
5.11 LM324N引脚介绍
图2 LM324N引脚
5.12 LM324N功能介绍
LM324N为四运放集成电路，采用14脚双列直插塑料封装，内部有四个运算放大器，有相位补偿电路。电路功耗很小，工作电压范围宽，它的内部包含四组形式完全相同的额运算放大器，除电源共用外，四组运放相互单独，每一组运放可用如图2所示的符合来表示。
5.13 LM324N主要参数
电压增益 100dB
电压增益宽度 1MHz
电源工作范围 3V~30VDC
输入偏置电流 50nA~150nA
共模抑制比 70dB~90dB
输出电流 40mA
5.2LM1875T引脚及功能介绍
5.21 LM1875T引脚介绍
图3 LM1875T引脚
5.22 LM1875T功能介绍
LM1875采用V型5 脚单列直插式塑料封装结构。如图3所示，LM1875在±25V电源电压RL=4Ω时可获得20W的输出功率，在±30V电源8Ω负载获得30W的功率，内置有多种保护电路，具有体积小、输出功率大、失真小等特点。
5.23 LM1875T参数介绍
(1)LM1875主要参数：
电压范围： 16～60V
静态电流： 50mA
输出功率： 25W
额定增益： 26dB
工作电压： ±25V
(2)LM1875极限参数：
电源电压(Vs) 60V
输入电压(Vin) -VEE-VCC V
6 原理分析与电路设计
6.1原理分析
输入端通过音频线输入音频信号以后，输入前置放大器，进行一次放大以后，输入二阶有源带通滤波器，对同频带（300Hz~3000Hz）以外的信号进行滤波，以消除杂音，最后经过放大和滤波的信号输入功率放大器，进行功率放大后经扬声器将声音播出。
6.2 前置放大器
6.21 前置放大电路原理及参数选择
话筒的输出信号一般只有5 左右而共模噪声可能高达几伏，故在设计时，须考虑放大器的输入漂移和噪声因素及放大器本身的共模抑制比这些重要因素。前置放大电路应该是一个高输入阻抗、高共模抑制比、低温漂，且能与高阻抗话筒配接的小信号放大电路。
因此，前置放大器应用两个LM324N运放形成同相和反相放大器级联，放大倍数为两级放大倍数的乘积，由电阻R3,R2,R5,R6的比值确定。
6.22 前置放大电路分析
第一级运放放大电路：Ui/R2=(Uo1-Ui)/R3
第二级运放放大电路：Uo1/R6=(0-Uo)/R5
因此可得：Uo=(1+R3/R2)(-R5/R6)Ui
放大倍数： AUi=(1+R3/R2)(-R5/R6)

                      图4  前置放大器电路

6.3有源带通滤波器
6.31 有源带通滤波器原理及参数选择
有源滤波电路是用有源器件与RC网络组成的滤波电路。按通带的性能可分为低通滤波器、高通滤波器、带通滤波器等。用低通滤波器和高通滤波器串接起来也可以组成带通滤波器。
人耳可以听到的音频信号范围约为20 ～20 ，而人的发音器官可以发出的声音频率为80 ～3.4 ，但语音信号的频率通常在300 ～3 ，所以前置放大后，需采用带通滤波电路。
测量信号噪声比的音频带通滤波器，能抑制低于300Hz和高于3000Hz的信号。运放选用LM324N，频率范围由C1,C2,R2,R3,C3,C4,R4,R6来确定。
6.32 有源带通滤波器分析
(1)与HPF有关的量：
fp1=1/(2πC√R2R3) =318Hz~=300Hz
其中，C=C1=C2=100nf,R2=R3=5K
(2)与LPF有关的量：
fp2=1/(2πR√C3C4)=3183Hz~=3000Hz
其中，C3=C4=10nf，R=R4=R6=5K

                        图5 有源带通滤波器电路

6.4功率放大电路
6.41 功率放大电路原理及参数选择
功率放大的主要作用是向负荷提供功率，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。
该放大电路采用LM1875，电路的放大倍数由滑动变阻器R5与R3的比值决定，滑动变阻器R5能够实现不失真放大功率连续可调。
6.42 功率放大电路分析
放大倍数:

                        图6 功率放大器电路 

6.5整体组装电路

图7 整体组装电路
7 各级放大器、联合组装与multisim仿真
语音放大器仿真时先分级调试，然后整机调试与性能指标测试。
7.1前置放大级

图8 前置放大器仿真结果
输入峰值：9.995mv
输出峰值：307.937 mv
增益：30.8
7.2带通滤波级

图8 带通滤波电路仿真结果
输入峰值：309.848mv
输出峰值：256.400mv
增益：0.8275

图9 带通滤波电路交流小信号分析
从上图可看出，带通滤波电路允许通过的频率约为300Hz~3KHz.在误差允许的范围内，与题设要求相符。
7.3功率放大级

图10 功率放大器仿真结果

输入峰值：254.936mv
最大输出峰值：6.571v
增益：25.769
7.4联合组装

图11 联合调试仿真结果
输入峰值：9.997mV；输出峰值：6.608V
放大倍数：660.998
最大不失真输出功率：
Pom=Uom2/RL=(6.6086.608)/(216)=1.36W>1W
7.5测量值与要求值进行比较
输入阻抗为无穷大，所以大于100 ；
前置放大器输入信号： ；
共模抑制比：80dB>60dB；
带通频率范围： ；
最大不失真输出功率：
Pom=Uom2/RL=(6.6086.608)/(216)=1.36W>1W;
负载阻抗 ，电源电压10 。
通过以上数据的比较，该次设计基本满足要求。
8 电路实测结果
8.1前置放大级

8.2带通滤波级

8.3功率放大级

8.4联合组装

9 遇到的问题及解决方法
当时做仿真时老师还没讲到功率放大电路的知识点，所以我通过自学书本后面相关的知识点掌握了该知识。
刚开始搭好电路后波形总是出不来，后来我对比了班上做出来的同学，发现他是在实验箱上做的，我感觉可能是自己面包板有些孔接触不良，所以我重新对每一个元件的导通性进行了检查并成功验证了自己的猜想，最后完成了实验。
10 语音放大器的实验体会
在最初看到这个设计要求时,我第一反应是不可能在一周时间之内将这个语音放大器给做出来的。不过，转头一想，老师既然让我们做这个实验，就一定可以做出来的；而作为最后一个实验，所以难度也是有的。因此，我便开始按照老师的要求进行设计电路。
设计和仿真可以说是融合在一起了，我在功率放大器这个环节卡了很久，因为在做这个仿真时老师还没讲到这个知识点，所以我通过翻阅后面的知识自学了功率放大电路。最后成功地仿真出了不错的结果。
而在实际调试过程中，从开始调试到最终成功，我前前后后估计花了三天时间吧。在实验室调试时，我检查了俩遍电路的搭建都没问题，可输出波形就是不对。当时看到其他同学很多也没有做出来，所以我当时就怀疑自己的电路原理是否有误。回到宿舍后，我仔细思考了一下班上唯一一个做出来的同学的电路，他是在实验箱上做的，所以，我感觉很可能是自己用的面包板有问题。于是，我又拿出当天在实验室搭好的电路，我对每一个元件的俩端都进行了电压电流检测，最后发现是由于一个电容插的孔不导通引起的。后来我吸取教训，对每一个环节认真执行，最后成功搭出了电路。
通过这实验，我不仅学到了专业知识，还让我明白了只要肯专研就一定会有回报。还有不要轻易怀疑自己和盲目追随大众，要对自己遇到的困难客观全面的分析，才能把握住问题的关键，从而出色地解决问题。
11 附录
11.1 元器件清单

表1 元器件清单