學子專區—ADALM2000實驗：整合駐極體麥克風的音訊放大器
前言：
作者：ADI 系統設計/架構工程師Andreea Pop 及系統應用工程師 Antoniu Miclaus
目標
本次實驗目的在設計和建構一款音訊放大器，該放大器從駐極體麥克風獲取小輸出電壓並將其放大，以便驅動小型喇叭。
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於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整合前置放大器（通常是開漏FET電路），因此只需低壓小電源。
可以使用電晶體來設計簡單的音訊放大器，並且無論是否有負反饋。不過，負反饋能夠非常有效地改善失真性能。在本實驗中，我們設計建構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，並且與喇叭進行交流耦合。運算放大器可提供電壓增益，射極跟隨器則充當緩衝區，提供驅動喇叭所需的電流。將射極跟隨器放置在反饋迴路內有助於提升其整體性能。
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，漏極電阻設定為2.2 kΩ，採用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訊號驅動至8 Ω喇叭，隨後以地為基準進行交流耦合，需要約±25 mA的電流。該放大器設計採用5 V單電源供電。因此，運算放大器直流位準偏置到2.5 V的中間電源電壓，並且輸入、輸出和回饋訊號均會進行交流耦合。透過對輸入訊號進行交流耦合，麥克風輸出的直流位準就會與放大器輸入的直流位準不同。對於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，對於電路的射極跟隨器部分，則可以使用套件中包含的2N3904 NPN電晶體。
圖2.放大器整體原理圖。
材料
• ADALM2000 主動學習模組
• 無焊試驗板
• 跳線
• 一個OP484軌對軌放大器
• 一個駐極體麥克風
• 一個2N3904 NPN電晶體
• 一個8 Ω喇叭
• 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
硬體設定
在無焊試驗板上建構圖3所示的電路。
圖3.整合駐極體麥克風的音訊放大器原理圖。
若想檢查放大器的功能，可以從電路中拆下麥克風和喇叭，然後使用示波器工具進行檢查。因此，試驗板連接如圖5所示。
程式步驟
若要檢查放大器增益，請按照圖5所示建構設定。打開Scopy並將正電源設定為5 V。將訊號產生器通道1設定為正弦波形，幅度峰對峰值為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上的輸入訊號和通道2上的放大器輸出訊號。將垂直解析度設定為100 mV/div，位置設定為–2.5 V，如此便能在示波器視窗中看到訊號，如圖6所示。
圖4.整合駐極體麥克風的音訊放大器試驗板連接。
圖5.音訊放大器示波器試驗板連接。
圖6.放大器輸入和輸出波形。
將駐極體麥克風和喇叭連接到電路中，如圖4所示。將喇叭直接移到麥克風前面，直到出現聲音回饋。
問題：
1. 為什麼正弦波的幅度增加時會發生削波？
2. 為什麼喇叭和麥克風彼此靠近時會出現聲音回饋？
答案可以在 學子專區部落格 上找到。
