模擬電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)1

1、模擬電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)書 中原工學(xué)院電子信息學(xué)院 電工電子教研組 前 言模擬電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)是電子類及其相關(guān)專業(yè)最重要的專業(yè)基礎(chǔ)課之一，也是電子類專業(yè)整個(gè)知識(shí)和能力體系的重要支柱之一。它內(nèi)容多，處理問題的方式多，理解難度大，實(shí)踐性要求高。模擬電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)，將理論與實(shí)踐緊密結(jié)合，培養(yǎng)學(xué)生綜合運(yùn)用所學(xué)知識(shí)的能力，加深電路理論認(rèn)識(shí)，初步具備簡(jiǎn)單電子產(chǎn)品的設(shè)計(jì)能力，掌握電子產(chǎn)品的設(shè)計(jì)流程中電路的設(shè)計(jì)、器件的選擇方法、電路仿真工具及仿真方法，實(shí)際電路的安裝、調(diào)試、指標(biāo)檢測(cè)，設(shè)計(jì)書的編寫等基本實(shí)概 述1什么是模擬電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)模擬電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)是集電子線路設(shè)計(jì)、軟件設(shè)計(jì)與編程、系統(tǒng)綜合、元器件參

2、數(shù)計(jì)算和選擇、電路仿真與調(diào)試、印刷電路板設(shè)計(jì)、電路安裝與調(diào)試于一體，獨(dú)立完成電路的綜合練習(xí)。電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)不同于一般的基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)?；A(chǔ)實(shí)驗(yàn)是驗(yàn)證基本理論和電路性能，學(xué)生通過實(shí)驗(yàn)初步了解實(shí)驗(yàn)的步驟和基本方法，熟悉常用儀器設(shè)備的使用方法，達(dá)不到訓(xùn)練學(xué)生動(dòng)手解決電路問題的能力。課程設(shè)計(jì)是學(xué)生運(yùn)用學(xué)過的知識(shí)，利用實(shí)驗(yàn)的手段檢驗(yàn)理論設(shè)計(jì)中的問題，指導(dǎo)電路的調(diào)試工作，從而使理論和實(shí)際有機(jī)的結(jié)合起來，鍛煉解決問題分析問題的實(shí)際能力，實(shí)現(xiàn)知識(shí)向技能轉(zhuǎn)化。電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)不能等同于電子產(chǎn)品設(shè)計(jì)，它是對(duì)電子產(chǎn)品設(shè)計(jì)的局部模擬和過程仿真，其總體要求一般要低得多。讓學(xué)生從理論學(xué)習(xí)的軌道逐漸引向?qū)嶋H方面來，把過去熟悉的

3、定性分析、定量計(jì)算的方法逐步和工程估算、實(shí)驗(yàn)調(diào)整等手段結(jié)合起來，逐步掌握工程設(shè)計(jì)的步驟和方法，了解科學(xué)實(shí)驗(yàn)的程序和實(shí)施辦法。這對(duì)今后從事技術(shù)工作無疑是啟蒙訓(xùn)練。2模擬電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)的目的課程設(shè)計(jì)目的在于鞏固和加強(qiáng)電子技術(shù)理論的學(xué)習(xí)，促進(jìn)其工程應(yīng)用，著重于提高學(xué)生的電子技術(shù)實(shí)踐技能，培養(yǎng)學(xué)生綜合運(yùn)用所學(xué)知識(shí)分析問題和解決問題的能力，了解開展科學(xué)實(shí)踐的程序和基本方法，并逐步形成嚴(yán)肅、認(rèn)真、一絲不茍、實(shí)事求是的科學(xué)作風(fēng)和一定的生產(chǎn)觀、經(jīng)濟(jì)觀和全局觀。3課程設(shè)計(jì)要求1 模擬電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)條件1）學(xué)生完成模擬電子技術(shù)和數(shù)字電子技術(shù)的課程，初步掌握電子技術(shù)的基本理論知識(shí)和單元電路的分析方法和設(shè)計(jì)方法。

4、2）輔導(dǎo)教師應(yīng)當(dāng)熟悉電子技術(shù)理論，還要有一定的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，并且要親自做過所選課題的設(shè)計(jì)和實(shí)驗(yàn)調(diào)試工作，掌握設(shè)計(jì)的重點(diǎn)和難點(diǎn)。3）應(yīng)當(dāng)具有完成設(shè)計(jì)、調(diào)試工作的基本實(shí)驗(yàn)條件。2 模擬電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)的基本要求1）掌握一般電子線路的分析和設(shè)計(jì)的基本方法，了解電子產(chǎn)品設(shè)計(jì)與制作的一般過程。2）在教師的指導(dǎo)下根據(jù)設(shè)計(jì)任務(wù)的要求，完成設(shè)計(jì)方案。掌握選學(xué)參考書籍、查閱手冊(cè)、圖表和文獻(xiàn)資料的能力，了解與課題有關(guān)的電子線路及元器件的工程技術(shù)規(guī)范。掌握設(shè)計(jì)計(jì)算、元件選取、簡(jiǎn)單實(shí)用電路的分析方法和工程設(shè)計(jì)方法。能按課程設(shè)計(jì)任務(wù)書的要求編寫設(shè)計(jì)說明書。3） 掌握一般電子線路仿真調(diào)試的基本方法并能解決出現(xiàn)的問題。4）在仿

5、真結(jié)果的基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)實(shí)際電路方案。 5）掌握常用儀器設(shè)備的正確使用方法，學(xué)會(huì)簡(jiǎn)單的實(shí)驗(yàn)調(diào)試和整機(jī)指標(biāo)測(cè)試方法，提高動(dòng)手能力，在教師指導(dǎo)下完成課題任務(wù)。6）能撰寫課程設(shè)計(jì)報(bào)告書，分析和討論調(diào)試中出現(xiàn)的異?，F(xiàn)象，并能作簡(jiǎn)單流暢的答辯。課題一 對(duì)講機(jī)放大電路設(shè)計(jì)放大器由于具有對(duì)微弱信號(hào)進(jìn)行放大的功能，所以得到了廣泛的應(yīng)用，但因單級(jí)放大器的增益不高，實(shí)用的放大器一般均由多級(jí)放大器構(gòu)成。本文以對(duì)講機(jī)為例，通過設(shè)計(jì)安裝和調(diào)試掌握多級(jí)放大器的一般設(shè)計(jì)方法。一. 工作原理放大器abcdky2y1圖1-1 對(duì)講機(jī)原理圖簡(jiǎn)易對(duì)講機(jī)工作原理如圖1-1所示，放大器是核心部分。它的作用是把話筒送來的微弱信號(hào)放大到足以使

6、揚(yáng)聲器發(fā)出聲音。y1、y2為揚(yáng)聲器，k為雙刀雙擲開關(guān)，利用開關(guān)k的切換作用，可以改變y1、y2與放大電路連接的位置，使y1、y2交替作為話筒和揚(yáng)聲器使用。圖中，k處在圖中所示位置，y2通過k接到放大器的輸入端成為話筒，y1則接到輸出端為揚(yáng)聲器。此時(shí)有人對(duì)著y2講話時(shí)，y2把聲音信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)加到放大器的輸入端，經(jīng)放大器放大后可帶動(dòng)揚(yáng)聲器y1發(fā)出聲音，從而可在y1處聽到y(tǒng)2處的講話。當(dāng)k撥到另一位置時(shí)，則可以在y1處講話，y2處收聽。通過k的開關(guān)控制，能夠?qū)崿F(xiàn)雙向有線通話，稱為對(duì)講機(jī)。對(duì)講機(jī)放大器的電路組成方框圖如圖1-2,電路由輸入級(jí)、中間級(jí)、輸出級(jí)構(gòu)成。前置級(jí)由兩級(jí)放大器組成，放大器第一級(jí)

7、輸入端與傳感器相連（作為話筒時(shí)的y1和y2），故也稱為輸入級(jí)，放大器的第二級(jí)把輸入級(jí)的輸出的電壓信號(hào)進(jìn)行放大再傳給輸出級(jí)，這一級(jí)也稱作中間級(jí)。輸出級(jí)由otl功率放大器組成，把前置級(jí)的電壓信號(hào)進(jìn)行功率放大，帶動(dòng)揚(yáng)聲器。輸入級(jí)中間級(jí)輸出級(jí)前置級(jí)信號(hào)源負(fù)載圖1-2 放大器方框圖二. 設(shè)計(jì)任務(wù)1前置放大級(jí)技術(shù)指標(biāo). 電壓放大倍數(shù)：av=100；. 最大輸出電壓vo=1v；. 頻率響應(yīng)：30hz30khz；. 輸入電阻：ri 15k；. 失真度： 15k），輸出阻抗也不太低，負(fù)載取的電流也不大（rl=2k），因此前置級(jí)電路采用共射極電路。由于單級(jí)放大器的電壓增益為35db左右，兩級(jí)放大器的增益為65db

8、左右，考慮到要引入一定深度的負(fù)反饋（一般為1+af=10左右），而電路的增益要求為100倍，所以前置級(jí)用兩級(jí)共射極電路組成。靜態(tài)偏置采用典型的工作點(diǎn)穩(wěn)定電路。. 根據(jù)三種耦合方式（阻容耦合、變壓器耦合、直接耦合）的不同特點(diǎn)，選用適當(dāng)?shù)鸟詈戏绞?。本電路?jí)間耦合采用阻容耦合方式。圖1-3 前置放大級(jí)原理圖2確定功率放大器電路方案：功率放大器的電路形式很多，有雙電源的ocl互補(bǔ)對(duì)稱功放電路、單電源供電的otl功放電路、btl橋式推挽功放電路和變壓器耦合功放電路等。這些電路各有特點(diǎn)，可根據(jù)要求和具備的實(shí)驗(yàn)條件綜合考慮，作出選擇。本方案的輸出功率較小，可采用單電源供電的otl功放電路，otl功率放大器由

9、推動(dòng)級(jí)、輸出級(jí)組成。推動(dòng)級(jí)采用普通的共射極放大電路，輸出級(jí)由互補(bǔ)推動(dòng)輸出，工作在甲乙類狀態(tài)下，得到較大的輸出功率。圖1-4是一個(gè)otl功放電路，t4是前置放大級(jí)，只要適當(dāng)調(diào)節(jié)rp，就可以使ir11、ub5和ub6 達(dá)到所需數(shù)值，給t5、t6提供一個(gè)合適的偏置，從而使a點(diǎn)電位ua=uc6=vcc/2。當(dāng)ui=uimsint時(shí)，在信號(hào)的負(fù)半周，經(jīng)t4放大反相后加到t5、t6基極，使t6截止、t5導(dǎo)通，這時(shí)有電流通過rl，同時(shí)電容c5被充電，形成輸出電壓uo的正半周波形，在信號(hào)的正半周，經(jīng)t4放大反相后加到t5、t6基極，使t5導(dǎo)通、t6截至，則已充電的電容c5起著電源的作用，并通過rl，和t5放電

10、，形成輸出電壓uo的負(fù)半周波形。當(dāng)ui周而復(fù)始變化時(shí)，t5、t6交替工作，負(fù)載rl上就可以得到完整的正弦波。為使輸出電壓達(dá)到最大峰值ucc/2，采用自舉電路的otl功放電路。當(dāng)ui=0時(shí)，ua=vcc/2，ub=vcc -ir11 r2 ，電容c3兩端電壓uc3=ub-ua=vcc/2ir11 r2 。當(dāng)r11c4乘積足夠大時(shí)，則可以認(rèn)為uc4基本為常數(shù)，不隨ui而變化。這樣，當(dāng)ui為負(fù)半周時(shí)，t5導(dǎo)通，ua向vcc/2向更正的方向變化。由于b點(diǎn)電位ub=uc4+ua，b點(diǎn)電位也將自動(dòng)隨著a點(diǎn)電位升高。因而，即使輸出電壓uo幅度升的很高也有足夠的電流流過t5基極，使t5充分導(dǎo)電。這種工作方式稱

11、為“自舉”，意思是電路本身把ub提高了。圖1-4 功放輸出級(jí)原理圖五. 計(jì)算元件參數(shù)電路方案確定以后，要根據(jù)給定的技術(shù)要求進(jìn)行元件參數(shù)的選擇。在確定元件參數(shù)時(shí)，可以先從后級(jí)開始，根據(jù)負(fù)載條件確定后級(jí)的偏置電路，然后再計(jì)算前級(jí)的偏置電路，進(jìn)一步由放大電路的頻率特性確定耦合電容和旁路電容的電量，最后由電壓放大倍數(shù)確定負(fù)反饋網(wǎng)絡(luò)的參數(shù)。1 確定電源電壓：為保證輸出電壓幅度達(dá)到指標(biāo)要求，電源電壓vcc應(yīng)滿足如下要求：vcc 2vom+ve+vcesvom為最大輸出幅度，vom=1.4v，ve為三極管發(fā)射極電壓，一般取13v，vces為晶體管飽和壓降，一般取1v。2前置放大級(jí)參數(shù)確定1）確定t2級(jí)的參數(shù)

12、a確定t2級(jí)發(fā)射極、集電極電阻參數(shù)及靜態(tài)工作點(diǎn)：因?yàn)閠2級(jí)是放大電路的輸出級(jí)，輸出電壓比較大，為使負(fù)載得到最大的輸出幅度，靜態(tài)工作點(diǎn)應(yīng)設(shè)在負(fù)載線的中點(diǎn)，如圖所示。滿足條件：vcc-vceq2=icq2 r8+ve2vceq2=icq2 vceq2 vom+vcesr9=指標(biāo)中，rl=2k，取ve2=3v，vces=1v；確定r8=3.5k，r9=1.5k，取標(biāo)稱值，r8=3.3k，r9=1.5k，則靜態(tài)值icq=2ma，vceq2=2.4v。vomvomq（vceq，icq）2vceq ec vcevceqicq2icqic0vces圖1-5 交直流負(fù)載線b確定t2級(jí)三極管參數(shù)：晶體管的選取主

13、要依據(jù)晶體管的三個(gè)極限參數(shù)：bvceo 三極管c-e間最大電壓vcemax，icm三極管工作時(shí)的最大電流icmax；pcm 三極管工作時(shí)的最大功耗pcmax。由圖1-5可知，ic2的最大值為ic2max=2icq2，vce最大值為vce2max=vcc，根據(jù)甲類電路的特點(diǎn)，t2的最大功耗為：pcmax = vceq2 icq2 ，因此t2的參數(shù)應(yīng)滿足：bvceo 12v ，icm2icq2 = 4ma ；pcm vceq2 icq2 = 4.8mw。選用3dg系列小功率三極管可以滿足要求，2=80。c確定t2級(jí)基極電阻參數(shù)：在工作點(diǎn)穩(wěn)定的電路中，基極電壓vb2越穩(wěn)定，則電路的穩(wěn)定性越好。因此，

14、在設(shè)計(jì)電路時(shí)應(yīng)盡量使流過基極電阻的電流大些，以滿足ir ib 的條件，保證vb2不受ib變化的影響。但是ir并不是越大越好，因?yàn)閕r大，則r6、r7的值必然要小，這時(shí)將產(chǎn)生兩個(gè)問題：第一增加電源的消耗；第二是第二級(jí)的輸入電阻降低，而第二級(jí)的輸入電阻是第一級(jí)的負(fù)載，所以ir太大時(shí)，將使第一級(jí)的放大倍數(shù)降低。為了使vb2穩(wěn)定同時(shí)第二級(jí)的輸入電阻又不致太小，一般的計(jì)算時(shí)，按下式選取ir的值：ir=（5 10）ibq 硅管ir=（10 15）ibq 鍺管本電路選用硅管，取ir= 5 ibq則r7 = ，r6 = 取標(biāo)稱值，r7=30k，r9=68k。2）確定t1級(jí)的參數(shù)a確定t1級(jí)發(fā)射極、集電極電阻參

15、數(shù)及靜態(tài)工作點(diǎn)：因?yàn)閠1級(jí)是放大器的輸入級(jí)，其輸入信號(hào)比較小，放大后的輸出電壓也不大，所以對(duì)于第一級(jí)失真度和輸出幅度的要求比較容易實(shí)現(xiàn)，主要考慮如何減小噪聲，因輸入級(jí)的噪聲將隨信號(hào)一起被逐級(jí)放大，對(duì)整機(jī)噪聲指標(biāo)影響極大。三極管的噪聲大小與工作點(diǎn)的選取有很大關(guān)系，減小靜態(tài)電流對(duì)降低噪聲是有利的，但對(duì)提高放大倍數(shù)不利，所以靜態(tài)電流不能太小。在工程計(jì)算中，一般對(duì)小信號(hào)的輸入級(jí)都不詳細(xì)計(jì)算，而是憑經(jīng)驗(yàn)直接選取：icq1 = 0.11 ma 硅管i cq1 = 0.12 ma 鍺管如果輸入信號(hào)較大或輸出幅度較大時(shí)不能用此方法，而應(yīng)該具體計(jì)算，計(jì)算方法與計(jì)算第二級(jí)的方法相同。取：ve1 = 3v ，vce

16、q1 = 3v； icq1 = 0.5 mar3 = r4 +r5 = 取標(biāo)稱值，r3=12k，r4=56，r5=5.6k。b確定t1級(jí)三極管參數(shù)：t1的參數(shù)應(yīng)滿足：bvceo 12v ，icm 0.5 ma ；pcm 1.5 mw ；選用3dg三極管可以滿足要求。確定t1級(jí)基極電阻參數(shù)：取ir= 10 ibq1 ，ve1 = 3v r2 = ，r1 = 取r1 = 130k，r2 = 56k3）耦合電容和旁路電容的選取各級(jí)耦合電容及旁路電容應(yīng)根據(jù)放大器的下限頻率 f l 決定。這些電容的容量越大則放大器的低頻相響應(yīng)越好。但容量越大電容漏電也越大，這將造成電路工作不穩(wěn)定，因此要適當(dāng)?shù)倪x擇電容的

17、容量，以保證收到滿意的效果。工程計(jì)算中，常憑經(jīng)驗(yàn)選?。厚詈想娙荩? 10 f發(fā)射極旁路電容：150 200 f選取耦合電容10 f，發(fā)射極旁路電容100f，電容的耐壓值只要大于可能出現(xiàn)在電容兩端的最大電壓即可。4）反饋網(wǎng)絡(luò)的計(jì)算 rf = 100r4-r4=5.5k取rf = 5.6k，cf=10f根據(jù)上述的計(jì)算結(jié)果，得到電路圖1-6，可將電路仿真，如不能達(dá)到設(shè)計(jì)要求，修改電路使其達(dá)到設(shè)計(jì)要求。然后將仿真后的電路實(shí)際安裝調(diào)試。圖1-6 前置放大級(jí)電路圖3功放級(jí)參數(shù)確定1）確定電源電壓：為了保證電路安全可靠地工作，通常使電路的最大輸出功率pom比額定輸出功率po要大些，一般取：pom=（ 1.5

18、 2 ）po所以最大輸出電壓應(yīng)根據(jù)pom來計(jì)算，為：電源電壓必須大于vom，因?yàn)檩敵鲭妷簽樽畲笾禃r(shí)，輸出管已經(jīng)接近飽和，考慮到管子的飽和壓降，以及發(fā)射極電阻的降壓作用，我們用下式表示電源電壓和輸出電壓最大值的關(guān)系：vom=vcc/2即：vcc=2 其中稱為電源利用效率，一般?。?0.6 0.8要根據(jù)管子的材料、發(fā)射極電阻值和揚(yáng)聲器阻抗來選定值。如果上述因素使輸出電壓降低很多時(shí)，可選低些；反之可選高些。此設(shè)計(jì)中pom=0.25w，rl = 8 ，效率 50%，所以，vcc=由此可確定12v的電源可滿足放大電路和otl功率放大電路的要求。2）確定輸出級(jí)功放管參數(shù)：選擇合適的功率管，并使兩管5= 6

19、 ，參數(shù)盡量對(duì)稱，大功率管還應(yīng)考慮其工作環(huán)境的溫度以及散熱片的問題，為了滿足電路性能要求，并便于設(shè)計(jì)計(jì)算，本課題功率管選擇硅管，其極限參數(shù)應(yīng)滿足：bvceo vcemax，icm icmax；pcm pc max。bvceo vcemax = 2 vcc/2=12vicm icmax = pcm pc max = 0.2pom=0.2 0.25w=50mw。因此選用一般大功率管三極管可以滿足要求。3）計(jì)算推動(dòng)級(jí)電路：確定t4的工作電流：為保證信號(hào)不失真，t4工作在甲類放大狀態(tài)，靜態(tài)工作點(diǎn)應(yīng)設(shè)在負(fù)載線的中點(diǎn)要求： icq4 3 i b6 max 一般取 icq4 = 2 10 ma 此設(shè)計(jì)中取值

20、 icq4 = 10 ma。靜態(tài)時(shí)，otl電路的a點(diǎn)電位 va= vcc = 6v，所以，vces4取2 3v。vc4=6 vbe6 = 5.5vvc4= vces4 + icq4 r15 確定r15=250 。 irp=（5 10）ibq4 = （5 10） vb4=ve4+ vbe4 = icq4 r15+ vbe4=3.1vr14 = rp = 4取80，選取電阻 標(biāo)稱值r15為270、r14為5.1k、rp為10k電位器。4）確定輸出級(jí)靜態(tài)工作點(diǎn)及電阻參數(shù)：靜態(tài)時(shí)，otl電路的a點(diǎn)電位 va= vcc = 6v，則vbq5=6.5v，vbq6=5.5v。則： r11 r12圖1-7 功

21、放輸出級(jí)電路圖確定電阻為標(biāo)稱值 r11為120，r12 為430。根據(jù)上述計(jì)算結(jié)果，可以得到功放輸出級(jí)電路圖1-7。六. 調(diào)試方法1仿真調(diào)試步驟：通過仿真測(cè)試，如不能達(dá)到設(shè)計(jì)要求，則應(yīng)修改電路，使其滿足要求。1） 使用仿真軟件畫出電路原理圖，標(biāo)出節(jié)點(diǎn)。2） 對(duì)電路進(jìn)行直流分析，判斷放大電路及功放級(jí)的電路狀態(tài)。3） 對(duì)電路進(jìn)行交流分析，通過對(duì)不同節(jié)點(diǎn)的分析觀察其幅頻特性和相頻特性是否滿足設(shè)計(jì)要求。4） 對(duì)電路進(jìn)行瞬態(tài)分析（示波器），觀察放大級(jí)輸出的波形，波形不失真，輸出電壓、失真度、帶寬等指標(biāo)達(dá)到要求。2實(shí)際電路調(diào)試在仿真的基礎(chǔ)上，焊好電路并檢查無誤后，即可進(jìn)行調(diào)試。如果設(shè)計(jì)正確，前置放大級(jí)一般

22、不必調(diào)整就可以正常工作。3otl輸出級(jí)的簡(jiǎn)單調(diào)整方法：1） 調(diào)解rp使a點(diǎn)電位為vcc/2。2） 調(diào)解r13使icq4、5 = （ 5 10）m a 其中 1）、2）兩步要反復(fù)調(diào)解，直到達(dá)到要求為止。經(jīng)上述調(diào)試后，放大器就能正常工作。按圖1-1 接好線路，k撥在圖中位置，對(duì)著y2講話時(shí)，y1處應(yīng)能聽到y(tǒng)1放出的清晰、宏亮的聲音。當(dāng)k撥到另一位置時(shí)，對(duì)著y1講話時(shí)，y2處應(yīng)能聽到y(tǒng)1放出的清晰、宏亮的聲音。最后需要說明的是，如按圖1-1 接好線路后，揚(yáng)聲器中有廣播電臺(tái)的聲音，則應(yīng)放在放大器的輸入端與地之間接一電容，其容量為0.01f，也可由試驗(yàn)確定。七. 所用儀器設(shè)備1 計(jì)算機(jī)及電路仿真軟件。2

23、 信號(hào)發(fā)生器。3 示波器。4 穩(wěn)壓電源。5 晶體管毫伏表。6 萬用表。課題二 直流穩(wěn)壓電源與充電電源一. 直流穩(wěn)壓電源與充電電源的任務(wù)：設(shè)計(jì)一直流穩(wěn)壓電源與充電電源電路，輸出電壓有3v、6v兩檔，且正負(fù)極性可以轉(zhuǎn)換。整機(jī)直流穩(wěn)壓電源與充電電源電路整體電路框圖，如圖2-1所示。整流濾波電 路穩(wěn) 壓電 路充電電路（慢充）充電電路（快充）圖 2-1 整體電路框圖1整流濾波電路采用橋式整流電容濾波電路。2穩(wěn)壓電路采用帶有限流型保護(hù)電路的晶體管串聯(lián)穩(wěn)壓電路。3充電電路采用兩個(gè)晶體管恒流源電路。二. 主要技術(shù)指標(biāo)：1 輸出電壓：3v、6v兩檔，且正負(fù)極性可以轉(zhuǎn)換。2 輸出電流：額定電流為150ma，最大電

24、流500 ma。3 額定電流輸出時(shí)，uo/uo小于10%。4 能對(duì)4節(jié)5號(hào)或7號(hào)可充電電池“慢充”或“快充”。慢充的充電電流為 50ma60ma ，快充的充電電流為 110ma130ma。三. 直流穩(wěn)壓電源與充電電源的設(shè)計(jì)方案：整體電路的設(shè)計(jì)應(yīng)由后級(jí)往前級(jí)進(jìn)行。即先設(shè)計(jì)穩(wěn)壓電路，再設(shè)計(jì)充電電路，最后設(shè)計(jì)整流濾波電路。1 穩(wěn)壓電路設(shè)計(jì)。基準(zhǔn)電壓保護(hù)電 路電壓調(diào)整管比較放大器取樣電 路uo（ui）uo穩(wěn)壓電路采用帶有限流保護(hù)電路的晶體管串聯(lián)穩(wěn)壓電路，其方框圖如圖2-2所示。圖2-2穩(wěn)壓電路原理框圖電路基本設(shè)計(jì)方案如下：1).由于穩(wěn)壓輸出電流io 100ma，因此調(diào)整管采用復(fù)合管。2）提供基準(zhǔn)電壓的

25、穩(wěn)壓管可以用發(fā)光二極管led代替（工作電壓約為2v），兼做電源指示燈使用。3）由于uo為3v、6v兩檔固定值，且不要求可調(diào)，因此可將取樣電路的取樣電阻分為兩個(gè)，用12波段開關(guān)進(jìn)行轉(zhuǎn)換。4）輸出端用22波段開關(guān)來轉(zhuǎn)換uo極性。5）過載保護(hù)電路采用二極管限流保護(hù)電路，且二極管用發(fā)光二極管led代替，兼做過流指示燈使用。圖2-3 穩(wěn)壓電源原理圖穩(wěn)壓電源原理如圖2-3所示。2 元件參數(shù)計(jì)算方法：1） 確定輸入電壓ui（整流濾波電路輸出電壓uo）。當(dāng)忽略檢測(cè)電阻r2上的電壓時(shí)，有 ui=uo=uomax+uce1=6+ uce1式中，調(diào)整管壓降uce1一般在3v8v間選取，以保證t1能工作在放大區(qū)。當(dāng)市

26、電電網(wǎng)電壓波動(dòng)不大時(shí)，uce1可選小一些，此時(shí)調(diào)整管和電源變壓器的功耗也可以小一些。2） 確定晶體管。估算出晶體管的icmax、ucemax和pcmax值，再根據(jù)晶體管的極限參數(shù)icm、buceo、pcm來選擇晶體管。icmax io=150maucemax = ui uomin = ui 3pcmax = icmax ucemax查晶體管手冊(cè)，只要icm、buceo、pcm大于上述計(jì)算值的晶體管都可以作為調(diào)整管t1所用。t2、t3由于電流電壓都不大，功耗也小，因此不需要計(jì)算其值，一般可選用小功率管。3） 確定基準(zhǔn)電壓電路的基準(zhǔn)電壓。因?yàn)?uo = ，所以則uz nuo式中，n為取樣電路的取樣

27、比（分壓比），且n 1，一般為0.60.8之間，所以u(píng)z應(yīng)小于uomin（3v）。led的工作電壓約為1.8 2.4v，且其正向特性曲線較陡，因此它可以代替穩(wěn)壓管提供基準(zhǔn)電壓。4） 計(jì)算基準(zhǔn)電壓電路的限流電阻r3。限流電路如圖 2-4所示。圖2-4 限流電路idie3ir3式中，uz為led的工作電壓，其值可取2v；id為led的工作電流，在2ma10 ma間取值；ie3為t3的工作電流，可在0.5ma2 ma間取值。當(dāng)ie3的值選定后，為保證led能完全可靠的工作，r3的取值應(yīng)滿足條件：2 ma id 1v；其次，uce選定后，再用下式計(jì)算電阻r11的值。uoireio2ibid圖2-9 快

28、充電路原理圖idio1ireib圖2-8 慢充電路原理圖uo3 整流濾波電路圖2-10 整流濾波電路ioi2u2流濾波電路部分的設(shè)計(jì)采用橋式整流、電容濾波電路，如圖2-10所示。1） 確定整流電路的輸出電流io由整流輸出電路如圖2- 11所示，當(dāng)穩(wěn)壓電源和充電電路同時(shí)工作時(shí)：io= io+（i1+i2+i3）+i4 （ 1.1 - 1.2 ）io + ( io1 + io2 )式中，（i1+i2+i3）的取值范圍是（ 0.1 - 0.2 ）io 、io1 、io2 為慢充和快充的充電電流。2） 取定電源變壓器參數(shù)次級(jí)線圈電壓： 次級(jí)線圈電流：i2 = （ 1.0 1.1 ）io功率：p=u2

29、i23） 確定整流二極管額定整流電流：idm 0.5 io最高反向工作電壓：urm u24） 確定濾波電容容量：c1 （3 5） 式中，t=20ms（輸入交流電流的周期），（整流濾波電路的負(fù)載）。i1i2i3i4io=150maiououo = 6v圖2-11 整流輸出電路耐壓：u 1.5 uo和c1的容量耐壓均應(yīng)取標(biāo)稱值。圖2-12 直流穩(wěn)壓電源與充電電源主體電路4 整機(jī)電路四電路仿真調(diào)試完成電路初步設(shè)計(jì)后，再對(duì)電路進(jìn)行仿真調(diào)試，目的是為了觀察和測(cè)量電路的性能指標(biāo)并調(diào)整部分元器件參數(shù)，從而達(dá)到各項(xiàng)指標(biāo)的要求。五pcb圖設(shè)計(jì)與生成1由仿真電路直接生成網(wǎng)絡(luò)表；2調(diào)用protel-pcb，并進(jìn)行元

30、件合理布局；3調(diào)用網(wǎng)絡(luò)表，并自動(dòng)布線；4pcb圖的人工調(diào)整；5打印輸出。六電路焊接與裝配1元件老化與抽樣檢驗(yàn)；2元器件預(yù)處理；3基于pcb板的元器件焊接與電路裝配。七實(shí)際電路測(cè)試與改進(jìn)選擇測(cè)量?jī)x表與儀器，對(duì)電路進(jìn)行實(shí)際測(cè)量與調(diào)試。八所用儀器設(shè)備1. 計(jì)算機(jī)及電路仿真軟件。2. 示波器。3. 萬用表。課題三 函數(shù)信號(hào)發(fā)生器一、函數(shù)信號(hào)發(fā)生器設(shè)計(jì)任務(wù)：設(shè)計(jì)一函數(shù)信號(hào)發(fā)生器，能輸出方波和三角波兩種波形。二、主要技術(shù)指標(biāo)：1輸出為方波和三角波兩種波形，用開關(guān)切換輸出；2輸出電壓均為雙極性；3輸出阻抗均為50；4輸出為方波時(shí)輸出電壓峰值為05v可調(diào)，輸出信號(hào)頻率為200hz 2khz可調(diào)。5輸出為三角波

31、時(shí)輸出電壓峰值為05v可調(diào)，輸出信號(hào)頻率為200hz 2khz可調(diào)。三函數(shù)信號(hào)發(fā)生器的設(shè)計(jì)方案：1方波發(fā)生器原理圖圖3-1 方波發(fā)生器原理圖方波發(fā)生器原理電路如圖3-1所示，在方波信號(hào)發(fā)生器電路的基礎(chǔ)上增加了一級(jí)放大器，目的是為了實(shí)現(xiàn)輸出電壓可調(diào)和輸出阻抗為50。2三角波發(fā)生器原理圖三角波發(fā)生器原理電路如圖3-2所示，在三角波信號(hào)發(fā)生器電路的基礎(chǔ)上增加了一級(jí)放大器，目的是為了實(shí)現(xiàn)輸出電壓可調(diào)和輸出阻抗為50。四、元器件及參數(shù)選擇1方波信號(hào)發(fā)生器元器件及參數(shù)選擇1）運(yùn)算放大器的選擇 根據(jù)指標(biāo)要求，主要考慮雙電源、通用、無需調(diào)零型的運(yùn)放，可選擇741、mc4558等即可。2）電源電壓的選擇：選擇正

32、常的電源電壓15v左右。圖3-2 三角波發(fā)生器原理圖3）穩(wěn)壓二極管的選擇：考慮輸出電壓和電源電壓的要求，可選擇穩(wěn)壓值約為10v的穩(wěn)壓管，例如in4740等。4）頻率參數(shù)選擇：輸出信號(hào)的頻率為2002khz可調(diào)，決定信號(hào)的頻率的元件為rf1、rf2、c、r2、r1。 rf = rf1 + rf2可取，則，即r1=4.7k，r2=5.1k。電容可取1f以下的，rf可取幾千歐到幾百千歐之間，為使頻率可調(diào)，選擇rf2為電位器。rf2最小時(shí)，應(yīng)有，rf2最大時(shí)，應(yīng)有。若取c=0.033f，計(jì)算出rf1=7.6k、rf2=68.4k。5）幅度參數(shù)選擇：輸出信號(hào)的幅度為05v可調(diào)，決定信號(hào)的幅度的元件為r4

33、、r5的參數(shù)，由于輸出穩(wěn)壓管的電壓幅度為10v，所以要使r5是r4的一半，達(dá)到降壓的目的，選擇r4=10k，r5為4.7k的電位器。2三角波信號(hào)發(fā)生器元器件及參數(shù)選擇1）運(yùn)算放大器、電源電壓、穩(wěn)壓二極管的選擇 同方波信號(hào)發(fā)生器的選擇相同。2）頻率參數(shù)選擇：輸出信號(hào)的頻率為2002khz可調(diào)，決定信號(hào)的頻率的元件為r7、r4、c、r1、r2。可取，則，。 取r1=10k，r2=10 k，則。電容可取1f以下的，r4+r7可取幾千歐到幾百千歐之間，為使頻率可調(diào)，選擇r7為電位器。r7最小時(shí)，應(yīng)有，r7最大時(shí)，應(yīng)有。若取c=0.033f，計(jì)算出r7=3.8k、r4=34.2k。3）幅度參數(shù)選擇：輸出

34、信號(hào)的幅度為05v可調(diào)，決定信號(hào)的幅度的元件為r8、r9的參數(shù)，由于輸出穩(wěn)壓管的電壓幅度為10v，所以要使r9是r8的一半，達(dá)到降壓的目的，選擇r8=10k，r9為4.7k的電位器。五電路仿真調(diào)試完成電路初步設(shè)計(jì)后，再對(duì)電路進(jìn)行方正調(diào)試，目的是為了觀察和測(cè)量電路的性能指標(biāo)并調(diào)整部分元器件參數(shù)，從而達(dá)到各項(xiàng)指標(biāo)的要求。六pcb圖設(shè)計(jì)與生成1由仿真電路直接生成網(wǎng)絡(luò)表；2調(diào)用protel-pcb，并進(jìn)行元件合理布局；3調(diào)用網(wǎng)絡(luò)表，并自動(dòng)布線；4pcb圖的人工調(diào)整；5打印輸出。七電路焊接與裝配1元件老化與抽樣檢驗(yàn)；2元器件預(yù)處理；3基于pcb板的元器件焊接與電路裝配。八實(shí)際電路測(cè)試與改進(jìn)選擇測(cè)量?jī)x表與

35、儀器，對(duì)電路進(jìn)行實(shí)際測(cè)量與調(diào)試。附錄：1 晶體管知識(shí)一二極管1特性參數(shù)：if正向直流電流：他定義為二極管低阻方向流過的電流，對(duì)整流管定義為，規(guī)定使用條件下載阻性負(fù)載的正旋半波整流電路中允許連續(xù)通過的最大工作電流平均值，對(duì)硅開關(guān)管，則規(guī)定為額定功率下允許通過二極管的最大正向脈沖電流。 ifm正向峰值電流:定義為額定功率下允許通過二極管的最大正向脈沖電流。 vf正向電壓降：他定義為二極管通過額定電流時(shí)的電壓降平均值。 最高反向工作電壓：對(duì)硅整流管，為擊穿電壓的2/3 ，對(duì)硅堆，規(guī)定為正旋半波阻性負(fù)載電路中正常工作時(shí)所加的最大反向峰值電壓值。對(duì)鍺檢波管， 硅開關(guān)管規(guī)定為反向電流在極間產(chǎn)生的電壓值。擊

36、穿電壓：對(duì)于發(fā)生軟擊穿的如,鍺檢波，開關(guān)管，是指在給給定的反向電流的極間電壓值，對(duì)于硬擊穿的整流開關(guān)管，則指反向特性曲線急劇轉(zhuǎn)彎電的電壓峰值。2半導(dǎo)體分立器件的型號(hào)國(guó)標(biāo)命名方法：半導(dǎo)體器件有5部分組成 第一部分：用數(shù)字表示器件的電極數(shù)目。2，二極管。 3，三極管第二部分：用漢語(yǔ)拼音表示器件的材料極性。二極管：a,n鍺材料，b,p鍺材料，c,n硅材料，d,p硅材料，三極管：a,pnp鍺材料，b,npn鍺材料，c,pnp硅材料，d,npn硅材料，e,化合物材料。第三部分：用漢語(yǔ)拼音表示器件的類型。p普通管，v 微波管，w穩(wěn)壓管，c參量管，z整流管，l整流堆，s隧道管，n阻尼管，u光電管，x低頻小功

37、率，g高頻小功率，d低頻大功率，a高頻大功率，t體效應(yīng)管，b雪崩管，j 階躍恢復(fù)管，cs場(chǎng)效應(yīng)管，bt半導(dǎo)體特殊器件，fh復(fù)合管，pin,pin管，jg激光管。 第四部分：用數(shù)字表示器件的序號(hào)。第五部分：用漢語(yǔ)拼音表示規(guī)格號(hào)。（一）國(guó)產(chǎn)二極管的型號(hào)命名及含義第一部分：主稱第二部分：材料與極性第三部分：類別第四部分：序號(hào)第五部分：規(guī)格號(hào)數(shù)字含義字母含義字母含義用數(shù)字表示同一類別產(chǎn)品序號(hào)用字母表示產(chǎn)品規(guī)格、檔次2二極管an型鍺材料p小信號(hào)管（普通管）w電壓調(diào)整管和電壓基準(zhǔn)管（穩(wěn)壓管）l整流堆bp型鍺材料n阻尼管z整流管u光電管cn型硅材料k開關(guān)管b或c變?nèi)莨躹混頻檢波管dp型硅材料jd激光管s遂道

38、管cm磁敏管e化合物材料h恒流管y體效應(yīng)管ef發(fā)光二極管例如：2ap9(n型鍺材料普通二極管)2二極管、an型鍺材料、p普通型、9序號(hào)2cw56(n型硅材料穩(wěn)壓二極管)2二極管、cn型硅材料、w穩(wěn)壓管、56序號(hào) 3半導(dǎo)體二極管的簡(jiǎn)易判別半導(dǎo)體二極管上如果沒有標(biāo)記，可根據(jù)正向電阻較小、反向電阻較大這一特性利用多用電表的電阻擋，判斷它的極性和好壞。對(duì)于耐壓較低、電流較小的二極管只能用r1k或r100擋，不能用r10k或r1擋，因?yàn)閞10k擋電壓較高，r1擋電流較大，可能使二極管損壞。被測(cè)二極管正反向電阻相差越大越好。如果相差不大，表明二極管性能不好或損壞。二三極管1特性參數(shù)： hfe共發(fā)射極直流放

39、大系數(shù)：當(dāng)集電極電壓與電流為規(guī)定值時(shí)，ic與ib之比。 fhfe共發(fā)射極截止頻率：定義為當(dāng) hfe下降至1khz時(shí)的0.707（即3db）的頻率。 f0特征頻率：當(dāng)頻率足夠高時(shí)，hfe將以每被頻程下降6db的速度下降，ft定義為hfe=1的頻率。 icbo發(fā)射極開路，集電極與基極電壓為規(guī)定值時(shí)的集電極電流。 iceo基極開路，集電極與發(fā)射極電壓為規(guī)定值時(shí)的集電極電流。icm集電極的最大允許電流。pcm集電極最大允許耗散功率。vcbo發(fā)射極開路， 集電極,基極的擊穿電壓。vceo基極開路，集電極,發(fā)射極的擊穿電壓。vebo集電極開路， 發(fā)射機(jī),基極的擊穿電壓。 2三極管的型號(hào)命名方法（二）國(guó)產(chǎn)三

40、極管的型號(hào)命名方法第一部分：主稱第二部分：三極管的材料和特性第三部分：類別第四部分：序號(hào)第五部分：規(guī)格號(hào)數(shù)字含義字母含義字母含義用數(shù)字表示同一類型產(chǎn)品的序號(hào)用字母a或b、c、d等表示同一型號(hào)的器件的檔次等3三極管a鍺材料、pnp型g高頻小功率管x低頻小功率管b鍺材料、npn型a高頻大功率管d低頻大功率管c硅材料、npn型t閘流管k開關(guān)管d硅材料、npn型v微波管b雪崩管e化合物材料j階躍恢復(fù)管u光敏管（光電管）j結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)晶體管1） 日本半導(dǎo)體器件的命名方法： 第一部分：用數(shù)字表示器件的電極數(shù)， 0，光電管，1 二極管，2 三極管。第二部分：s:已在日本電子工業(yè)協(xié)會(huì)（jeia）注冊(cè)的標(biāo)志。 第

41、三部分：用字母表示材料的類型：a,pnp高頻，b,pnp低頻，c,npn高頻，d,npn低頻，f, p控制極可控硅，g, n控制極可控硅，h, n 基極單結(jié)晶體管，j, p溝道場(chǎng)效應(yīng)管，k, n溝道場(chǎng)效應(yīng)管，m,雙向可控硅。 第四部分：器件在jeia的登記號(hào)，性能相同，但不同廠家的產(chǎn)品可用同號(hào)。第五部分：a,b,c,表示該型號(hào)是原型號(hào)的改進(jìn)型號(hào)。除以上基本符號(hào)外，有時(shí)還附有一些后綴，如： m:表示器件符合日本海上自衛(wèi)隊(duì)參謀部有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。n,(外加圈)符合日本廣播協(xié)會(huì)標(biāo)準(zhǔn)。h,(外加圈)日立通信用， k,(外加圈)日立通信用，z,(外加圈)松下通信用g,(外加圈) 東芝通信用s,(外加圈)三洋通信

42、用。后綴的第二個(gè)字母通常表示hef分檔標(biāo)志。2） 美國(guó)半導(dǎo)體器件的命名方法：美國(guó)半導(dǎo)體器件的命名比較混亂，這里介紹的是美國(guó)電子工業(yè)協(xié)會(huì)（eia）規(guī)定的晶體管分立器件的命名法。第一部分:用符號(hào)表示用途和類別，jan,或j軍用。無，民用。第二部分：用數(shù)字表示pn結(jié)數(shù)，1，二極管，2 ，三極管。第三部分： 美國(guó)電子工業(yè)協(xié)會(huì)（eia）注冊(cè)標(biāo)志,n第四部分： 美國(guó)電子工業(yè)協(xié)會(huì)（eia）登記序號(hào)。第五部分： 同型號(hào)的不同檔別，a,b,c美國(guó)半導(dǎo)體器件的命名特點(diǎn)： a 除前綴以外， 凡以1n,2n,3n開頭的器件， 大多為美國(guó)制造，或美國(guó)專利。 b第四部分只是登記序號(hào)，無其他意義，所以相鄰號(hào)參數(shù)也許相差很大

43、。 c不同廠家生產(chǎn)性能一致的器件使用同一登記號(hào)，故可以通用。3） 歐洲半導(dǎo)體分立器件的型號(hào)命名方法： 目前歐洲各國(guó)沒有明確統(tǒng)一的型號(hào)命名方法，但大部分歐洲共同體的國(guó)家一般使用國(guó)際電子聯(lián)合會(huì)的標(biāo)準(zhǔn)版導(dǎo)體分立器件的型號(hào)命名方法。 第一部分：用字母表示材料：a鍺材料，b硅材料， c砷化鉀，d銻化銦，r復(fù)合材料。第二部分：用字母表示類型。a檢波開關(guān)和混頻二極管,b 變?nèi)荻O管，c低頻小功率三極管,d低頻大功率三極管，e隧道二極管，f高頻小功率三極管，h磁敏二極管，k開放磁路霍爾器件，m密封磁路霍爾器件，p光敏器件，q發(fā)光器件，r小功率可控硅，t大功率可控硅，u大功率開關(guān)管，x倍增二極管， y整流二極管

44、，z齊納二極管,l高頻大功率管,s小功率開關(guān)管第三部分：通用半導(dǎo)體器件的登記序號(hào)。第四部分：同一型號(hào)器件的分檔標(biāo)志。3中、小功率三極管的檢測(cè)方法1）已知型號(hào)和管腳排列的三極管，可按下述方法來判斷其性能好壞(a)測(cè)量極間電阻。將萬用表置于r100或r1k擋，按照紅、黑表筆的六種不同接法進(jìn)行測(cè)試。其中，發(fā)射結(jié)和集電結(jié)的正向電阻值比較低，其他四種接法測(cè)得的電阻值都很高，約為幾百千歐至無窮大。但不管是低阻還是高阻，硅材料三極管的極間電阻要比鍺材料三極管的極間電阻大得多。(b)三極管的穿透電流iceo的數(shù)值近似等于管子的倍數(shù)和集電結(jié)的反向電流icbo的乘積。icbo隨著環(huán)境溫度的升高而增長(zhǎng)很快，icbo

45、的增加必然造成iceo的增大。而iceo的增大將直接影響管子工作的穩(wěn)定性，所以在使用中應(yīng)盡量選用iceo小的管子。通過用萬用表電阻直接測(cè)量三極管ec極之間的電阻方法，可間接估計(jì)iceo的大小，具體方法如下：萬用表電阻的量程一般選用r100或r1k擋，對(duì)于pnp管，黑表管接e極，紅表筆接c極，對(duì)于npn型三極管，黑表筆接c極，紅表筆接e極。要求測(cè)得的電阻越大越好。ec間的阻值越大，說明管子的iceo越?。环粗?，所測(cè)阻值越小，說明被測(cè)管的iceo越大。一般說來，中、小功率硅管、鍺材料低頻管，其阻值應(yīng)分別在幾百千歐、幾十千歐及十幾千歐以上，如果阻值很小或測(cè)試時(shí)萬用表指針來回晃動(dòng)，則表明iceo很大，

46、管子的性能不穩(wěn)定。(c)測(cè)量放大能力()。目前有些型號(hào)的萬用表具有測(cè)量三極管hfe的刻度線及其測(cè)試插座，可以很方便地測(cè)量三極管的放大倍數(shù)。先將萬用表功能開關(guān)撥至擋，量程開關(guān)撥到adj位置，把紅、黑表筆短接，調(diào)整調(diào)零旋鈕，使萬用表指針指示為零，然后將量程開關(guān)撥到hfe位置，并使兩短接的表筆分開，把被測(cè)三極管插入測(cè)試插座，即可從hfe刻度線上讀出管子的放大倍數(shù)。2）檢測(cè)判別電極c b e3dg6c b e3ax31e b c9013（a）目測(cè)法(b)測(cè)量法判定基極。用萬用表r100或r1k擋測(cè)量三極管三個(gè)電極中每?jī)蓚€(gè)極之間的正、反向電阻值。當(dāng)用第一根表筆接某一電極，而第二表筆先后接觸另外兩個(gè)電極均測(cè)得低阻值時(shí)，則第一根表筆所接的那個(gè)電極即為基極b。這時(shí)，要注意萬用表表筆的極性，如果紅表筆接的是基極b。黑表筆分別接在其他兩極時(shí)，測(cè)得的阻值都較小，則可判定被測(cè)三極管為pnp型管；如果黑表筆接的是基極b，紅表筆分別接觸其他兩極