驻极体MIC前置放大电路设计

燕 山 大 学 课 程 设 计 说 明 书 目录目录 第一章摘要第一章摘要 2 2 第二章第二章 引言引言. . 2 2 第三章第三章 基本原理基本原理 . 2 . 2 3.1 驻极体话筒原理概述 2 3.2 前置放大电路的原理概述 4 第四章第四章 参数设计及运算参数设计及运算 4 4 4.1 结构设计 . 4 4.2 测量电路的设计与参数计算 4 4.2.1放大电路的简化模型 4 4.2.2中频段通带增益的估算. 6 4.2.4下限截止频率的估算 7 4.2.5具体参数设计 8 4.3 仿真结果 9 第五章第五章 误差分析误差分析 . 10 . 10 5.1 理论计算中的误差分析 11 5.2 运算放大器的非理想误差分析 11 第六章第六章 结论结论. . 12 12 第七章第七章 心得体会心得体会 . 12 . 12 参考文献参考文献 14 14 共 13 页第 1 页 燕 山 大 学 课 程 设 计 说 明 书 第一章第一章 摘要摘要 驻极体前置放大器是基本的低电平音频放大电路，因为可能要处理大动 态范围的信号电平、多种类型的驻极体话筒以及各种等级的信号源阻抗，所 以它有丰富多样的组成形式。这些因素都会影响特定应用场合的电路优化。 本课程设计讨论的主要是驻极体话筒的前置放大电路设计。 第二章第二章 引言引言 随着我国通讯事业的迅猛发展，对驻极体传声器的需求也越来越大。目 前，一些小型的驻极体传声器虽然可以将场效应管集成于传声器内部，但由 于高端产品的售价高昂，低端产品传声器的精度和灵敏度又无法保证，再加 上传统的前置放大器体积又过于庞大。因此，设计一种体积尽可能小，成本 低廉而性能优良的前置放大器具有十分重要的意义。 第三章第三章 基本原理基本原理 3.13.1 驻极体话筒原理概述驻极体话筒原理概述 传声器是一种将声信号转变为相应的电信号的电声换能器。驻极体传声 器是一种用驻极体材料制造的新型传声器。它具有结构简单、灵敏度高等优 点，被广泛应用于语言拾音、声信号检测等方面。 驻极体传声器内部主要包括声电转换和阻抗变换两部分。声电转换部分 包括振膜、极板、空隙三部分。声电转换的关键元件是振动膜，它是一片极 共 13 页第 2 页 燕 山 大 学 课 程 设 计 说 明 书 薄的塑料膜片，在其中一面蒸发上一层纯金薄膜，然后再经过高压电场驻极 后，两面分别驻有异性电荷，膜片的蒸金面向外，与金属外壳相连通。膜片 的另一面与金属极板之间用薄的绝缘衬圈隔离开，这样，蒸金膜与金属极板 之间就形成一个电容。当声音传入时，振膜随声波的运动发生振动，此时振 膜与固定电极间的电容量也随声音而发生变化。从而产生了随声波变化而变 化的交变电压信号，如此就完成了声音转换为电信号的过程。电压变化的大 小，反映了外界声压的强弱，这种电压变化频率反映了外界声音的频率。驻 极体传声器振膜与极板之间的电容量比较小，一般为几十 pF。因而这个电信 号输出阻抗很高，而且很弱。因此，不能将驻极体传声器的输出直接与音频 放大器相接。而场效应晶体管具有输入阻抗极高、噪声系数低的特点，因此， 一般是在传声器内部接入一只输入阻抗极高的结型场效应晶体三极管用来放 大驻极体电容产生的电压信号，同时以比较低的阻抗在源极 S 或者漏极 G 输 出信号，实现阻抗变换，如图 1 所示。 V R V 传 声 器 CV V R 图 3.1 阻抗转换器 图 1 可以看出 UOUT1 或 UOUT2 为传声器的输出信号， 由于 UOUT1 不会受 共 13 页第 3 页 燕 山 大 学 课 程 设 计 说 明 书 到电源噪声 VDD 的影响，具有较强抗电源噪声干扰能力，所以将 UOUT1 接到 前置放大器进行放大。 3.23.2 前置放大电路的原理概述前置放大电路的原理概述 前置放大器的作用一方面是对电容传声头输出的信号进行预放大，另一 方面主要是将电容头的高输出阻抗转换为低阻抗输出。下面将详细分析的放 大电路。 传声器的前置放大电路运放采用了 NE5532，低成本，微功耗。它的作用 是包括对输入电压的放大和根据输入信号的要求对其进行滤波。 第四章第四章 参数设计及运算参数设计及运算 4.14.1 结构设计结构设计 驻极体话筒电路主要包括三部分如图 4.1 所示： 图 4.1 驻极体放大电路结构图 本课程设计主要针对图中第二部分进行讨论与研究。其功能主要是对前 边的输入信号进行放大和滤波，并根据输入输出0 到 2.5V 的电压，以便显示 系统对被测量量进行显示。 驻极体话筒传感 器 驻极体话筒前置 放大电路 驻极体话筒的输 出与显示 4.24.2 测量电路的设计与参数计算测量电路的设计与参数计算 4.2.14.2.1 放大电路的简化模型放大电路的简化模型 共 13 页第 4 页 燕 山 大 学 课 程 设 计 说 明 书 传声器的前置放大电路如图 4.2.1 所示。为便于电路的分析， 令＝ ＝ +1／(jω) )＝／(1+jω)，／／1／(jω 根据理想运放所具有的虚短和虚断的特点，可以得到电路的传递函数为： AU==1+ =1+ = 4.2.1 从式 4.2.1 可以看出。当 ω→∞或 ω→0 时，电路的传递函数 Au→1。 共 13 页第 5 页 燕 山 大 学 课 程 设 计 说 明 书 V CC R 4 C 3 U OUT1+ - R 3 R 2 R 1 C 1 C 2 图 4.2.1 驻极体话筒前置放大电路 NE5532 U 0 4.2.24.2.2 中频段通带增益的估算中频段通带增益的估算 在语音信号的频段(20 Hz～20 kHz)内，选择合适的 则 1+ Au≈1+／ ≈1，若 1+jω 。若取 ≈jω 、值，使≈O， 则带入式 4.2.1 传递函数中，可得 ／≈／。=1，则 Au=1+ 4.2.34.2.3 上限截止频率的估算上限截止频率的估算 当信号的频率较高时，即在通频带内 ω 值较大，且 可变为： =时，式4.2.1 AU=1+ 共 13 页第 6 页 燕 山 大 学 课 程 设 计 说 明 书 = 4.2.3 从上式可以看出， 率。 )，即)是电路对应的上限截止频 4.2.44.2.4下限截止频率的估算下限截止频率的估算 当信号的频率较低时，即在通频带内 ω 值较小且 C2≈1，式 4.2.1 可变为： =时，则 1+jωR2 AU=1+ = 4.2.4 从上式可以看出，ω=1／()时，即f=1／() )是电路对应的下 限截止频率。 共 13 页第 7 页 燕 山 大 学 课 程 设 计 说 明 书 4.2.54.2.5具体参数设计具体参数设计 1 ． 由 以 上 分 析 可 知 电 路 增 益A取 决 于 _________________________ㆴ _ㆶ _ㆸ_ㆸ____㙄_ 〖 〗 __〖 〗 令 2．由设计要求可知驻极体话筒传感器敏感范围为 20-2kHz，则设计的放 大器的上下限频率范围应分别是 2kHz 和 20Hz.。 则有以上分析可知、 f=1／(2π)=2kHz f=1／(2π=20Hz 则由以上四个式子可得 3．令 到此可得放大电路的所有参数。 共 13 页第 8 页 燕 山 大 学 课 程 设