一种语音放大电路的设计与制作

何玲，包尔恒，刘倍雄

（广东水利电力职业技术学院，广东广州， 510000）

0 引言

把手机或者计算机的音乐通过耳机插入麦克风端口作为输入的语音信号，把准备放大的音乐信号送入到左声道前级放大电路中，首先进行一次同相比例放大，然后输入到二阶有源通带通滤波器电路中，可以实现先对除300Hz~3kHz音频以外所有的音频信息都加以过滤，去除各种噪音，最后再把这些经过放大处理和滤波后的300~3kHz频段的各种语音信息都输入到音频功率放大处理电路中，经由大功率扬声器输出。

1 电源电路设计及分析

语音放大电路的电源电路设计如图1所示，该电路由单相市电220V供电50VA变压器降压成双12V，经过桥式整流电容滤波后得到纹波系数较大的双14.4V直流电源（实际电路制作中采用整流桥来代替四个二极管）再分别送入固定的三端稳压器LM7812和LM7912中进行稳压滤波，可以得到正负双12V电源给电路中各种芯片如LM358，TDA2030等供电，而发光二极管D9和D10是用来判断三端稳压器是否正常工作，当三端稳压器正常工作时能稳定输出正负12V电源，D9和D10能发光，当LM7812不能正常工作时，D9会熄灭，当LM7912不能正常工作时，D10会熄灭，所以能通过D9和D10是否点亮可以判断三端稳压器是否正常工作，也就是电源电路是否能正常工作，为后续电路中的芯片供电。

图1 电源电路设计

2 前置放大电路的设计及分析

前置放大器电路作用是实现对手机或者计算机输入的语音信号进行第一次的放大。由于放大器的输入漂移和噪声等因素对于整个系统的整体精度起着决定性的作用，而放大器自身的共模抑制性能也同样重要。所以前置放大电路必须是具有高输入电阻Ri、高共模抑制比KCMR、低漂移的小信号放大器电路。前置放大器电路可以是反相比例放大器电路也可以是同相比例放大器电路也可以是二级反相比例放大器电路也可以是二级同相比例放大器电路，由于在本设计中，对输入电阻Ri的数值要求较高，因此不使用反相比例放大器电路，而是使用同相比例放大器电路，当一个5mV的弱信号被传入的时候，就需要使用2个同相位的放大器，放大倍率可以增加1000倍，输出的电压是5V；由于本设计方案主要是针对手机或者计算机提供一个语音放大器电路，因此不需要放大倍数达到这么高，因此它的前置放大电路如图2所示，左声道输入前级和左声道放大电路组成该电路，在本方案设计中左声道放大电路设计为同相比例放大器电路，其电压放大倍数为：Au=1+R2/R1，因为R2在0~100k之间可调，所以放大倍数在1~25之间可调，经过实物制作后反复实验验证可以将LM358替换为NE5532，前级放大效果的音质会更好，所以实物制作中可以将LM358替换为NE5532。

图2 前置放大电路

3 带通滤波器的设计与分析

带通滤波器采用高通滤波电路与低通滤波电路进行分开设计，在低通滤波器通带截止频率fH比高通滤波器的通带截止频率fL高的情况下，把二阶有源低通滤波器电路与二阶有源高通滤波器电路串联起来就可以制作出带通滤波器，而且高通滤波器电路的截止频率决定了带通滤波器的低频截止频率fL，低通滤波器电路的截止频率决定了高频截止频率，电路设计如图3所示。有源高通滤波电路，让大于300Hz的信号通过，其最低截止 频 率fL=1/(2π√R9R10C1C2)=300Hz，令C1=C2=0.1μF，R9=4.7k，则可得R10=8.48k，利用可调电阻进行频率调节即可完成。有源低通滤波电路，让小于3000Hz的信号通过，其最高截止频率为fH=1/(2π√R13R14C17C18)=3000Hz，令C17=0.1μF，C18=0.1μF，R14=470Ω，可 得R13=598Ω，利用可调电阻进行频率调节即可完成。所以由高通滤波器和低通滤波器连接起来就可以组成有源带通滤波电路，顺利让300Hz~3kHz的信号通过，而此频段范围外的信号一律被滤除，不能进入语音放大电路中。

图3 带通滤波电路

4 功率放大电路设计的设计与分析

TDA2030A为德律风根公司的一款音频功率放大器电路，它是一种V型5引脚单列直插式塑料封装结构。这种芯片在轿车音响、中功率音响等领域得到了广泛地使用，它不仅体积小，并且输出功率大，主要还有失真比较小以及具有内置的保护电路等优点。TDA2030是很多计算机有源扬声器中使用的高频放大器，其连接方式简便，经济，标称为14W；提供的供电电压在±6~±18V之间。LM386用作功率放大器尽管外部的硬件比较少，但模拟仿真软件Multisim库中并未有LM386，考虑到TDA2030的优势，同时也方便了模拟仿真，最后选择了TDA2030。最终功率放大电路设计如图4所示。本设计采用 OCL双源驱动，可调整后级音量，输入信号 ui从同相端输入，C22用于使话音信号通过；在功率放大器电路中，由R15、R16、C21构成 AC电压串联负回路，所以闭环电压的放大率是：为了满足调整音量的需要，二极管D3、D4的功能主要是为了释放由变幅器所生成的感应电压。所以闭环电压放大倍数为：为了满足音量调节的需求而二极管D3和D4的作用主要起保护芯片的作用，泄放掉喇叭上产生的感生电压。图中电容C19、C20、C23、C24的功能是进行电源滤波，大容量主要过滤 DC电源中的低频分量，而小电容则过滤 DC电源中的高频分量，以避免因供电导线太长而引起的低频自激；R4和C7构成频率补偿电路主要的作用是进行频率补偿，防止自激振荡，改善放大器的高频特性。

图4 功率放大电路

5 电路仿真调试与分析

（1）前级放大电路

在图2所示前置电路的左通道前级1输入幅值50mV的正弦波，在左通道前级2接入示波器，可以调节示波器看到示波器显示的仿真结果如图5所示，从示波器上可以读出输出有效值为479mV，所以可以算出电压放大倍数Au=13.5，达到了电路设计的预设目标，这部分电路调试成功。

图5 前级放大电路仿真图

（2）带通滤波器

在图3带通滤波器的左通道前级2和左通道前级4端子接上波特图测试仪，开启仿真按钮，可以得到如6所示的带通滤波器的波特图，从波特图中读出增益为-3.013dB，即放大倍 数Au=0.98；fl=300Hz；fh=3000Hz, 达到了电路设计的预设目标，该部分电路调试成功。

图6 带通滤波器波特图

（3）功率放大电路

在图4功率放大电路的左通道前级4和左通道后级的端子上分别接上示波器，进行仿真调试，可以从示波器上看出功率放大电路的输入仿真结果如图7(a)所示，输出仿真结果如图7(b)所示，从仿真结果可以读出输入有效值417mV,输出有效值2.047V，Au=4.8。实际测量时，通过手机播放音乐，将声音放大，调整信号的频率。可以清楚地听到，放大后的声音会随着频率的变化而变化，变成一种很好听的音乐，而且很干净，没有一点杂音。

6 结论

本文设计开发制作的语音放大电路通过模拟与实际生产调试，本论文所研制的声音放大电路，能够在300~3kHz的频率范围内，实现对声音信号的放大，对外界的噪音有一定的抑制作用。经过实践证明该语音放大电路能对300-3kHz的信号进行无失真的放大并且音质效果很好，后续还可以利用该电路进行双通道语音放大电路的设计，且可以增加其他功能。

图7 功率放大电路图