|
作者：Andreea Pop，系統設計/架構工程師；Antoniu Miclaus，系統應用工程師，ADI公司 目標 本次實(shí)驗旨在設計和構建一款音頻放大器，該放大器從駐極體麥克風(fēng)獲取小輸出電壓并將其放大，以便驅動(dòng)小型揚聲器。 背景知識 駐極體麥克風(fēng)是一種電容式麥克風(fēng)，其電容器極板上始終存在一定量的電荷，因而無(wú)需傳統電容式麥克風(fēng)中用于偏置電容器的外部幻象電源。然而，大多數商用駐極體麥克風(fēng)都會(huì )集成前置放大器（通常是開(kāi)漏FET電路），因此只需低壓小電源。 我們可以使用晶體管來(lái)設計簡(jiǎn)單的音頻放大器，無(wú)論是否有負反饋。不過(guò)，負反饋能夠非常有效地改善失真性能。在本實(shí)驗中，我們設計構建了一個(gè)交流耦合的同相運算放大器，期望電壓增益為10，輸出端有一個(gè)環(huán)內射極跟隨器，并且與揚聲器進(jìn)行交流耦合。運算放大器可提供電壓增益，射極跟隨器則充當緩沖區，提供驅動(dòng)揚聲器所需的電流。將射極跟隨器放置在反饋回路內有助于提高其整體性能。 放大器設計 駐極體麥克風(fēng)包括一個(gè)開(kāi)漏FET前置放大器，需要在其輸出端和5 V電源之間連接一個(gè)阻值為680 Ω至2.2 kΩ的漏極電阻RD，如圖1所示。在此設計中，漏極電阻設置為2.2 kΩ，采用5.0 V電源時(shí)，漏極電壓約為4.5 V。 
圖1.駐極體麥克風(fēng)輸出級。 我們的設計目標是將標稱(chēng)400 mV p-p信號驅動(dòng)至8 Ω揚聲器，隨后以地為基準進(jìn)行交流耦合，需要約±25 mA的電流。該放大器設計采用5 V單電源供電。因此，運算放大器直流電平偏置到2.5 V的中間電源電壓，并且輸入、輸出和反饋信號均會(huì )進(jìn)行交流耦合。通過(guò)對輸入信號進(jìn)行交流耦合，麥克風(fēng)輸出的直流電平就會(huì )與放大器輸入的直流電平不同。對于電路的運算放大器部分，可使用ADALP2000套件中提供的OP484四通道運算放大器，對于電路的射極跟隨器部分，則可以使用套件中包含的2N3904 NPN晶體管。
圖2.放大器整體原理圖。 材料 ► ADALM2000主動(dòng)學(xué)習模塊 ► 無(wú)焊試驗板 ► 跳線(xiàn) ► 一個(gè)OP484軌到軌放大器 ► 一個(gè)駐極體麥克風(fēng) ► 一個(gè)2N3904 NPN晶體管 ► 一個(gè)8 Ω揚聲器 ► 一個(gè)47 Ω電阻 ► 一個(gè)68 Ω電阻 ► 一個(gè)100 Ω電阻 ► 一個(gè)1 kΩ電阻 ► 一個(gè)2.2 kΩ電阻 ► 1個(gè)20 kΩ電阻 ► 一個(gè)4.7 μF電容 ► 一個(gè)47 μF電容 ► 一個(gè)220 μF電容 硬件設置 在無(wú)焊試驗板上構建圖3所示的電路。
圖中CBP的標注47kΩ錯了，應該是47µF 圖3.集成駐極體麥克風(fēng)的音頻放大器原理圖。
圖4.集成駐極體麥克風(fēng)的音頻放大器試驗板連接。 若想檢查放大器的功能，可以從電路中拆下麥克風(fēng)和揚聲器，然后使用示波器工具進(jìn)行檢查。因此，試驗板連接如圖5所示。
圖5.音頻放大器示波器試驗板連接。 程序步驟 若要檢查放大器增益，請按照圖5所示構建設置。打開(kāi)Scopy并將正電源設置為5 V。將信號發(fā)生器通道1設置為正弦波形，幅度峰峰值為50 mV，頻率為200 Hz，偏移為2.5 V。嘗試增加正弦波的幅度，直到觀(guān)察到削波。在示波器中，監測通道1上的輸入信號和通道2上的放大器輸出信號。將垂直分辨率設置為100 mV/div，位置設置為–2.5 V，這樣就能在示波器窗口中看到信號，如圖6所示。
圖6.放大器輸入和輸出波形。 將駐極體麥克風(fēng)和揚聲器連接到電路中，如圖4所示。將揚聲器直接移到麥克風(fēng)前面，直到出現聲音反饋。 問(wèn)題： 1. 為什么正弦波的幅度增加時(shí)會(huì )發(fā)生削波？ 2. 為什么揚聲器和麥克風(fēng)彼此靠近時(shí)會(huì )出現聲音反饋？ 您可以在學(xué)子專(zhuān)區論壇上找到問(wèn)題答案。 關(guān)于作者 Andreea Pop自2019年起擔任ADI公司的系統設計/架構工程師。她畢業(yè)于克盧日-納波卡理工大學(xué)，獲電子與通信學(xué)士學(xué)位和集成電路與系統碩士學(xué)位。 Antoniu Miclaus現為ADI公司的系統應用工程師，從事ADI教學(xué)項目工作，同時(shí)為Circuits from the Lab®、QA自動(dòng)化和流程管理開(kāi)發(fā)嵌入式軟件。他于2017年2月在羅馬尼亞克盧日-納波卡加盟ADI公司。他目前是貝碧思鮑耶大學(xué)軟件工程碩士項目的理學(xué)碩士生。他擁有克盧日-納波卡科技大學(xué)電子與電信工程學(xué)士學(xué)位。 |
