一種語音放大電路的設計與制作

何玲，包爾恒，劉倍雄

（廣東水利電力職業技術學院，廣東廣州， 510000）

0 引言

把手機或者計算機的音樂通過耳機插入麥克風端口作為輸入的語音信號，把準備放大的音樂信號送入到左聲道前級放大電路中，首先進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，可以實現先對除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，經由大功率揚聲器輸出。

1 電源電路設計及分析

語音放大電路的電源電路設計如圖1所示，該電路由單相市電220V供電50VA變壓器降壓成雙12V，經過橋式整流電容濾波后得到紋波系數較大的雙14.4V直流電源（實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壓器LM7812和LM7912中進行穩壓濾波，可以得到正負雙12V電源給電路中各種芯片如LM358，TDA2030等供電，而發光二極管D9和D10是用來判斷三端穩壓器是否正常工作，當三端穩壓器正常工作時能穩定輸出正負12V電源，D9和D10能發光，當LM7812不能正常工作時，D9會熄滅，當LM7912不能正常工作時，D10會熄滅，所以能通過D9和D10是否點亮可以判斷三端穩壓器是否正常工作，也就是電源電路是否能正常工作，為后續電路中的芯片供電。

圖1 電源電路設計

2 前置放大電路的設計及分析

前置放大器電路作用是實現對手機或者計算機輸入的語音信號進行第一次的放大。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，由于在本設計中，對輸入電阻Ri的數值要求較高，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；由于本設計方案主要是針對手機或者計算機提供一個語音放大器電路，因此不需要放大倍數達到這么高，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，在本方案設計中左聲道放大電路設計為同相比例放大器電路，其電壓放大倍數為：Au=1+R2/R1，因為R2在0~100k之間可調，所以放大倍數在1~25之間可調，經過實物制作后反復實驗驗證可以將LM358替換為NE5532，前級放大效果的音質會更好，所以實物制作中可以將LM358替換為NE5532。

圖2 前置放大電路

3 帶通濾波器的設計與分析

帶通濾波器采用高通濾波電路與低通濾波電路進行分開設計，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，電路設計如圖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，利用可調電阻進行頻率調節即可完成。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，利用可調電阻進行頻率調節即可完成。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，不能進入語音放大電路中。

圖3 帶通濾波電路

4 功率放大電路設計的設計與分析

TDA2030A為德律風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構。這種芯片在轎車音響、中功率音響等領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置的保護電路等優點。TDA2030是很多計算機有源揚聲器中使用的高頻放大器，其連接方式簡便，經濟，標稱為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計如圖4所示。本設計采用 OCL雙源驅動，可調整后級音量，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構成 AC電壓串聯負回路，所以閉環電壓的放大率是：為了滿足調整音量的需要，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電壓。所以閉環電壓放大倍數為：為了滿足音量調節的需求而二極管D3和D4的作用主要起保護芯片的作用，泄放掉喇叭上產生的感生電壓。圖中電容C19、C20、C23、C24的功能是進行電源濾波，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，以避免因供電導線太長而引起的低頻自激；R4和C7構成頻率補償電路主要的作用是進行頻率補償，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，可以調節示波器看到示波器顯示的仿真結果如圖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Au=13.5，達到了電路設計的預設目標，這部分電路調試成功。

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Au=0.98；fl=300Hz；fh=3000Hz, 達到了電路設計的預設目標，該部分電路調試成功。

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，進行仿真調試，可以從示波器上看出功率放大電路的輸入仿真結果如圖7(a)所示，輸出仿真結果如圖7(b)所示，從仿真結果可以讀出輸入有效值417mV,輸出有效值2.047V，Au=4.8。實際測量時，通過手機播放音樂，將聲音放大，調整信號的頻率?？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，沒有一點雜音。

6 結論

本文設計開發制作的語音放大電路通過模擬與實際生產調試，本論文所研制的聲音放大電路，能夠在300~3kHz的頻率范圍內，實現對聲音信號的放大，對外界的噪音有一定的抑制作用。經過實踐證明該語音放大電路能對300-3kHz的信號進行無失真的放大并且音質效果很好，后續還可以利用該電路進行雙通道語音放大電路的設計，且可以增加其他功能。

圖7 功率放大電路圖