作者：Andreea Pop，系統設計/架構工程師；Antoniu Miclaus，系統應用工程師

目標

本次實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獲取小輸出電壓并將其放大，以便驅動小型揚聲器。

背景知識

駐極體麥克風是一種電容式麥克風，其電容器極板上始終存在一定量的電荷，因而無需傳統電容式麥克風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都會集成前置放大器（通常是開漏FET電路），因此只需低壓小電源。

我們可以使用晶體管來設計簡單的音頻放大器，無論是否有負反饋。不過，負反饋能夠非常有效地改善失真性能。在本實驗中，我們設計構建了一個交流耦合的同相運算放大器，期望電壓增益為10，輸出端有一個環內射極跟隨器，并且與揚聲器進行交流耦合。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

駐極體麥克風包括一個開漏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，漏極電壓約為4.5 V。

圖1.駐極體麥克風輸出級。

我們的設計目標是將標稱400 mV p-p信號驅動至8 Ω揚聲器，隨后以地為基準進行交流耦合，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進行交流耦合。通過對輸入信號進行交流耦合，麥克風輸出的直流電平就會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主動學習模塊

?無焊試驗板

?跳線

?一個OP484軌到軌放大器

?一個駐極體麥克風

?一個2N3904 NPN晶體管

?一個8 Ω揚聲器

?一個47 Ω電阻

?一個68 Ω電阻

?一個100 Ω電阻

?一個1 kΩ電阻

?一個2.2 kΩ電阻

?1個20 kΩ電阻

?一個4.7 μF電容

?一個47 μF電容

?一個220 μF電容

硬件設置

在無焊試驗板上構建圖3所示的電路。

圖中CBP的標注47kΩ錯了，應該是47μF

圖3.集成駐極體麥克風的音頻放大器原理圖。

圖4.集成駐極體麥克風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和揚聲器，然后使用示波器工具進行檢查。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Scopy并將正電源設置為5 V。將信號發生器通道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前面，直到出現聲音反饋。

問題：

1.為什么正弦波的幅度增加時會發生削波？

2.為什么揚聲器和麥克風彼此靠近時會出現聲音反饋？

您可以在學子專區論壇上找到問題答案。

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關于作者

Andreea Pop自2019年起擔任ADI公司的系統設計/架構工程師。她畢業于克盧日-納波卡理工大學，獲電子與通信學士學位和集成電路與系統碩士學位。

Antoniu Miclaus現為ADI公司的系統應用工程師，從事ADI教學項目工作，同時為Circuits from the Lab®、QA自動化和流程管理開發嵌入式軟件。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軟件工程碩士項目的理學碩士生。他擁有克盧日-納波卡科技大學電子與電信工程學士學位。