基于數(shù)字邏輯電路的音頻信號(hào)放大設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

張華忠，李世琛

（中國(guó)民用航空飛行學(xué)院航空電子電氣學(xué)院，廣漢 618307）

0 引言

隨著新技術(shù)革命的到來(lái)，音頻放大在電子技術(shù)中所處位置越來(lái)越重要。在利用信息的過(guò)程中，首先要解決的就是要獲取準(zhǔn)確可靠的信息，傳感器是獲取自然和生產(chǎn)領(lǐng)域中信息的主要途徑。由于傳感器輸出阻抗高，輸出的電信號(hào)十分微弱，有時(shí)甚至還有強(qiáng)烈的電磁及外界噪聲干擾，因此放大器電路作為子系統(tǒng)的應(yīng)用成為新一代電子設(shè)備不可缺少的核心部件。

1 音頻放大系統(tǒng)

麥克風(fēng)利用聲信號(hào)對(duì)膜片振動(dòng)干擾，利用電磁感應(yīng)原理將振動(dòng)物理信號(hào)轉(zhuǎn)化成幅值變化的電壓信號(hào)，將聲能轉(zhuǎn)化成電能，形成電信號(hào)。電壓信號(hào)產(chǎn)生的信號(hào)功率不足以驅(qū)動(dòng)揚(yáng)聲器工作，而音頻放大系統(tǒng)的原理就是利用運(yùn)放把音頻模擬信號(hào)進(jìn)行放大，使其驅(qū)動(dòng)一定阻抗的揚(yáng)聲器。整個(gè)電路由信號(hào)放大電路和功率放大電路兩部分構(gòu)成。

1.1 信號(hào)放大電路

本電路以O(shè)P07 集成運(yùn)放為核心構(gòu)建反相放大器，實(shí)現(xiàn)對(duì)微小信號(hào)的放大，如圖1所示。電阻作為負(fù)反饋電阻與控制放大器的放大倍數(shù)。集成運(yùn)放的供電方式采用單電源供電，為保證輸出信號(hào)完整性，采用直流電源電壓二分之一的偏置方法提供偏置電壓。電路中消除輸入端直流分量部分以及隔離反饋直流電壓，消除偏置電壓源交流分量，消除電源波動(dòng)的影響。人耳聽(tīng)到的聲音頻率為20～20000 Hz，在兩極放大部分之間設(shè)置高通濾波器，實(shí)現(xiàn)對(duì)低于20 Hz 的信號(hào)過(guò)濾。根據(jù)頻率計(jì)算公式= 1/2π，選擇= 2 KΩ，= 4。

1.2 功率放大電路

該部分實(shí)現(xiàn)對(duì)放大信號(hào)的二次放大。TDA2030 功率放大模塊性能優(yōu)良，被廣泛應(yīng)用于汽車立體聲收錄音機(jī)、中功率音箱等設(shè)備。以TDA2030 集成運(yùn)放為核心構(gòu)建同向放大電路如圖1所示，實(shí)現(xiàn)對(duì)信號(hào)的功率提升至可以驅(qū)動(dòng)揚(yáng)聲器。電阻作為負(fù)反饋電阻與控制放大器的放大倍數(shù)，、為輸入端供給偏置電壓，作為負(fù)載緩沖電阻減少波動(dòng)電流對(duì)運(yùn)放的沖擊。電路中消除放大器輸入端直流分量以及隔離偏置直流電壓，消除電壓源電源波動(dòng)對(duì)偏置電壓的影響，是負(fù)反饋隔離電容，將反饋電路對(duì)直流分量造成的衰減等于0，減小失調(diào)電壓對(duì)輸出的影響。PCB圖如圖2所示。

圖1 整體仿真圖

圖2 PCB圖

2 測(cè)試方案與結(jié)果

方案首先對(duì)信號(hào)放大電路的失真率和實(shí)際放大倍數(shù)進(jìn)行分析，確定信號(hào)放大倍數(shù)為2 倍。確定信號(hào)放大倍數(shù)后對(duì)功率放大電路放大倍數(shù)進(jìn)行確定，分析不同放大倍數(shù)下的失真率和實(shí)際放大倍數(shù)，結(jié)合系統(tǒng)總放大倍數(shù)與輸出功率（負(fù)載采取電阻進(jìn)行模擬）確定功率放大電路放大倍數(shù)為9倍。

表1 信號(hào)放大部分測(cè)試數(shù)據(jù)

表2 功率放大部分測(cè)試數(shù)據(jù)

表3 整體電路測(cè)試數(shù)據(jù)

3 結(jié)語(yǔ)

設(shè)計(jì)的音頻放大電路能夠?qū)ξ⑿⌒盘?hào)進(jìn)行放大，并達(dá)到穩(wěn)定不失真效果，濾波電路能對(duì)人聲部分合理濾波，功率放大電路輸出信號(hào)可驅(qū)動(dòng)8 Ω 0.25 W 和8 Ω 0.5W 揚(yáng)聲器，后續(xù)欲驅(qū)動(dòng)更大功率揚(yáng)聲器可通過(guò)多級(jí)放大或運(yùn)放雙電源供電方式實(shí)現(xiàn)。