一．实验目的

1、熟悉Multisim10软件的使用方法。

2、掌握LM324集成运放电路对放大器性能的影响。

3、学习电压放大倍数、输入电压、输出电压仿真方法。

4、学习掌握Multisim10仪表波形分析

5、学会PCB制板

二．虚礼实验仪器及器材

双踪示波器

三．实验步骤

语音放大电路主要有信号输入、前置放大器、有源带通滤波器、功率放大器和输出。该放大电路的原理框图如图：

图1放大电路的原理框图

1  前置放大

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。前置放大电路是一个高输入阻抗，高共模抑制比，低漂移的小信号放大电路。

方案一：具有恒流源偏置的差分放大器

具有恒流源偏置的差分放大器，常作为输入级或中间放大极。差分放大器能有效地抑制零点漂移。

方案二：测量用放大器：

测量用放大器由两个同相放大器和一个差动放大器组成，该电路具有输入阻抗高、电压增益容易调节、输出不包含共模信号等优点。

方案三：同相放大器：

我们用两个同相放大电路的简单串联组合进行设计。它也称为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，可以有效的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。

输入信号： uId≦10mv  输入阻抗： Ri≧100kΩ  共模抑制比：KcMR≧60dB

方案一差放电路具有抗干扰，防止失真，性能稳定等优点，但其电路实现较为复杂，大大提高了技术难度。在能够达到实验要求技术指标的同等条件下，尽量不与选用。方案二和方案三电路实现简单，失真不大，也可满足实验要求。其输入阻抗可用万用表测出。本次实验选用方案三。

图2前置放大

前置放大电路的理论放大倍数为100。                                      

元件选择

    确定电阻R1～R5及放大倍数

    图2外电路电阻选定

R2=R3=R5=R6=100KΩ

取R4=R7=10KΩ, 

C1=C3=10uF

C2=C4= 100pF

则放大倍数A3=A1·A2=100 

2  滤波电路

有源滤波电路是用有源器件与RC网络组成的滤波电路。它有很多种，在实际应用中还需要将一定频率段的信号通过。

方案一：文氏桥式带通滤波器：

方案二：宽带带通滤波器

在满足LPF的通带截止频率高于HPF的通带截止频率的条件下，把相同元件压控电压源滤波器的LPF和HPF串接起来可以实现通带响应。用该方法构成的带通滤波器的通带较宽，通带截止频率易于调整，因此多用做测量信号噪声比的音频带通滤波器。我要设计的语音放大电路是需要有源带通滤波器。因此可以参考二阶有源低通滤波器（LPF）或二阶有源高通滤波器（HPF）电路来设计。因此选择方案二。

(1)二阶有源HPF

图3二阶有源HPF

元件选择

设计如图3所示具有二阶有源HPF（Q ≈0.71），已知fn=1Khz。计算R、C的参数值。

R9=R10= 8.2KΩ

R11= 27KΩ

R12= 47KΩ

C6=C7=68nF

(2）二阶有源LPF

图4 二阶有源LPF

元件选择

R13=R14=8.2 KΩ

R15=27 KΩ

R16=47 KΩ

C8=C9=6.8nF

（3）二阶有源带通滤波电路

图5 带宽BPF

参数要求

带通波器能通过规定范围的频率，这个频率范围就是电路的带宽BW，滤波器的最大输出电压峰值出现在中心频率f0的频率点上。带通滤波器的带宽越窄，选择性能越好，就是电路品质Q越高，则高Q值就有大的输出电压。电路的Q值可用公式求出：     

    可见，高Q值滤波器有窄的带宽，大的输出电压；反之低Q值滤波器有较宽的带宽，势必输出电压小。

3  功率放大电路

功率放大的主要作用的向负载提供功率，要求输出功率尽可能高，非线性失真尽可能小。即给音响放大器的负载RL（扬声器）提供一定的输出功率。当负载一定时，希望输出的功率尽可能大，输出信号的非线性失真尽可能地小，效率尽可能高。

方案一：LM386集成功率放大器

方案二：应用TDA2003

方案三：OTL电路和OCL电路

三个方案均可以，由于由分立元件组成，连接简单，我们选择了第三个OTL功率放大器。

图6  集成运算放大器驱动的OTL功放电路

元件选择

选取一个电位器R19=10 KΩ

C11=C12=100UF

C13=1mF

则由波形调试可得出

R18=2.4 KΩ

R17=3.3 kΩ

R21=680Ω

R23=100Ω

R22=510Ω

R24=4Ω

    通过调节R19，则放大倍数范围Ao5=5～10。

电路的输出功率为：                                 

当输入信号幅值足够大，输出电压峰值Uom达到Vcc-Uces时，此时的最大不失真输出功率为： 

直流电源提供的功率                                 

电路效率                                                 

在选择输出晶体管时，应注意使：                

    每只晶体管的最大允许管耗                 

最大集电级电流ICM>Vcc/RL

反向击穿电压|V（BR）CEO|>2Vcc

利用R19可以调节扬声器的音量。

4  整体电路的设计

由前置放大电路、有源带通滤波电路、功率放大电路组成的小功率语音放大电路如图8所示。

图7  小功率语音放大电路图

该整体电路的理论放大倍数Ao=Ao1.Ao2.Ao3=206～412

三．Multisim仿真运行

1、图2前置放大电路  输入输出波形,输入电压为0.707mv,输出约为87mv，频率为80HZ。 如图8所示：

图8  前置放大电路输入输出波形

2、图5有源滤波电路  输入输出波形,输入电压为87mv,频率为80HZ。如图9所示：

图9  带通滤波电路输入输出波形

3、图5带宽加图2前置放大  输入输出波形,输入电压为0.707mv,输出约为22mv，频率为80HZ。如图10所示：

图10  前置加带通滤波放大电路输入输出波形

4、图7功放  输入输出波形,输入电压为22mv,输出约为73μv，频率为60HZ。如图11所示:

图11  单级功放输入输出波形

5、图8完整电路  输入输出波形,输入电压为0.5mv,频率为60HZ，如图12所示：

图12  语音放大电路输入输出波形

四．制作PCB版

图13  PCB电路图

图14  PCB 3D顶层图

图15  PCB 3D顶层图

图16  PCB板3D底层图下载本文