工學(xué)TEPE型電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)綜合實(shí)驗(yàn)平臺(tái)

1、TPE2008E電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)綜合實(shí)驗(yàn)臺(tái)實(shí)驗(yàn)一 穩(wěn)壓電源實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)二 功率放大器實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)三 恒流源及脈沖法測(cè)試實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)四 壓力和溫度傳感器實(shí)驗(yàn)TPE2008E型電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)綜合實(shí)驗(yàn)平臺(tái)穩(wěn)壓電源實(shí)驗(yàn)一、簡(jiǎn)介：TPE2008E型電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)綜合實(shí)驗(yàn)平臺(tái)（以下簡(jiǎn)稱本實(shí)驗(yàn)臺(tái)）專門用于電類專業(yè)在完成初步的數(shù)電、模電基礎(chǔ)課程學(xué)習(xí)后，進(jìn)行綜合性課程設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)。通過(guò)這些綜合性課程設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，將學(xué)過(guò)的基礎(chǔ)知識(shí)，與工程實(shí)踐應(yīng)用結(jié)合起來(lái)。使學(xué)生的知識(shí)水平和動(dòng)手能力，完成從理論到實(shí)踐，從按照單元電路進(jìn)行分析到按照模塊功能綜合使用，從按照學(xué)科分散學(xué)習(xí)到按照應(yīng)用需求集中體現(xiàn)，從書本抽象到形象具體，從面向考試到面向工程實(shí)踐應(yīng)用這樣

2、五個(gè)質(zhì)的飛躍。為學(xué)生消化吸收書本知識(shí)，快速適應(yīng)工作崗位，提供一個(gè)有效地踏板。對(duì)于完成畢業(yè)論文和參加電子大賽提供高效實(shí)驗(yàn)平臺(tái)。二、組成部分和技術(shù)特點(diǎn)：本實(shí)驗(yàn)臺(tái)采用臺(tái)式機(jī)架結(jié)構(gòu)，以PC機(jī)配備專業(yè)數(shù)據(jù)采集卡作為控制及數(shù)據(jù)采集中心，具有AD/DA，數(shù)字量輸入輸出功能，每一組實(shí)驗(yàn)做成獨(dú)立可插拔式模塊，根據(jù)不同的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，每次插入相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)?zāi)K。在PC機(jī)端，調(diào)用與實(shí)驗(yàn)相適應(yīng)的軟件模塊，獨(dú)立的硬件模塊完成一組基本實(shí)驗(yàn)功能，PC機(jī)端負(fù)責(zé)完成任務(wù)管理，數(shù)據(jù)采集和測(cè)試結(jié)果分析及存儲(chǔ)功能。這些實(shí)驗(yàn)不僅理清一般理論概念，而且針對(duì)工程應(yīng)用中的器件選用，進(jìn)行一系列綜合實(shí)驗(yàn)。共計(jì)8大類，近30個(gè)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目。本實(shí)驗(yàn)臺(tái)方便升級(jí)，

3、可以不斷擴(kuò)充新的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，以適應(yīng)不斷發(fā)展和更新提高的教學(xué)實(shí)驗(yàn)要求。三、主要實(shí)驗(yàn)內(nèi)容：1.音頻放大器類實(shí)驗(yàn)：包括前置放大器（阻抗變換，均衡放大等），音調(diào)控制電路，功率放大器，輸出匹配網(wǎng)絡(luò)，分頻器等。包括基本功能，參數(shù)選擇，工作點(diǎn)調(diào)整，失真等概念，以及放大器的前后級(jí)連接和匹配，2.濾波器及掃頻儀類綜合實(shí)驗(yàn)：將濾波器，DDS信號(hào)發(fā)生器及掃頻儀結(jié)合起來(lái)進(jìn)行綜合實(shí)驗(yàn)3.鎖相環(huán)類實(shí)驗(yàn)：以鎖相環(huán)為中心，包括分頻器（計(jì)數(shù)器），壓控振蕩器，將數(shù)字電路和非線性有機(jī)的電路結(jié)合起來(lái)，完成分頻，倍頻，同步振蕩等綜合性實(shí)驗(yàn)。4.穩(wěn)壓電源類實(shí)驗(yàn)：包括穩(wěn)壓電源基本實(shí)驗(yàn)，效率分析，波紋分析和測(cè)試實(shí)驗(yàn)。5.恒流源，脈沖大電流電源

4、，同步采樣，四端法測(cè)試技術(shù)，微電阻測(cè)試技術(shù)（如繼電器接點(diǎn)電阻）。6.壓力和溫度傳感器實(shí)驗(yàn)：前置放大器，電流環(huán)，隔離放大及傳輸技術(shù)。7.超聲波傳感器實(shí)驗(yàn)：超聲波傳感器基本功能實(shí)驗(yàn)，超聲波測(cè)距，倒車?yán)走_(dá)。8.太陽(yáng)能電池系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)：太陽(yáng)能電池基本參數(shù)測(cè)試，功率點(diǎn)調(diào)整，效率分析，逆變連接。陜西泰斯康電氣有限公司二一年一月二十七日實(shí)驗(yàn)一 穩(wěn)壓電源實(shí)驗(yàn)穩(wěn)壓電源是非常重要的基礎(chǔ)電子線路之一，承擔(dān)著為各種集成電路和分立元件電子線路提供基本工作條件的任務(wù)，因而也是幾乎所有電子儀器整機(jī)和部件的必備組成部分。電子設(shè)備一般都需要直流電源供電。這些直流電除了少數(shù)直接利用干電池和直流發(fā)電機(jī)外，大多數(shù)是采用把交流電（市電）轉(zhuǎn)

5、變?yōu)橹绷麟姷闹绷鞣€(wěn)壓電源。按照工作模式，穩(wěn)壓電源分為線性電源和開(kāi)關(guān)電源兩大類。這兩大類電源，都可以設(shè)計(jì)成固定輸出或可調(diào)輸出工作方式。穩(wěn)壓電源的基本功能和基本要求是：為電路提供基本工作條件，為功率部件提供必須的功率（能量），不得對(duì)外產(chǎn)生額外的EMI干擾，能夠抵御外部一定級(jí)別的EMI干擾，具有足夠的轉(zhuǎn)換效率，對(duì)供電端污染小。穩(wěn)壓電源綜合設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目主要包括固定輸出的線性穩(wěn)壓電源；可調(diào)輸出的線性穩(wěn)壓電源；可調(diào)輸出的斬波開(kāi)關(guān)式穩(wěn)壓電源共三個(gè)項(xiàng)目。設(shè)計(jì)的概念有：整流電路設(shè)計(jì)，濾波電容參數(shù)選擇及其對(duì)輸出特性的影響，線性電源與開(kāi)關(guān)電源效率比較，穩(wěn)壓電源波紋分析，穩(wěn)壓電源諧波分布規(guī)律等。一、 線性穩(wěn)壓電源：線

6、性穩(wěn)壓電源是廣泛應(yīng)用的基本穩(wěn)壓電源，具有線路簡(jiǎn)單，設(shè)計(jì)容易，調(diào)試方便等優(yōu)點(diǎn)。這種電源技術(shù)很成熟，可以達(dá)到很高的穩(wěn)定度，波紋也很小，而且沒(méi)有開(kāi)關(guān)電源具有的干擾與噪音。但是它的缺點(diǎn)是需要龐大而笨重的變壓器，輸入濾波電容工作在低壓狀態(tài)，體積和重量也相當(dāng)大，調(diào)整管工作在線性放大狀態(tài)，調(diào)整管上必須有一定的電壓降，在輸出較大工作電流時(shí)，致使調(diào)整管的功耗增大，因而發(fā)熱量大，需要加體積龐大的散熱片，效率低（通常都在70%以下），尤其是工作在可調(diào)輸出方式時(shí)，效率更低。設(shè)計(jì)線性電源的主要要求是：1、 根據(jù)輸出電壓，電流選擇合適的變壓器，輸入濾波電容器。2、 根據(jù)調(diào)整率，波動(dòng)范圍的要求，設(shè)計(jì)穩(wěn)壓電路，配好輸出濾波電

7、容和必要的高頻濾波電容等。3、 本項(xiàng)設(shè)計(jì)與實(shí)驗(yàn)選用TO-220封裝的LM7809穩(wěn)壓器設(shè)計(jì)固定輸出穩(wěn)壓電源。標(biāo)稱輸出電壓(V):9V，最大輸出電流:1500mA，最大輸入電壓值(V): 35V，具有保護(hù)過(guò)流熱關(guān)斷功能。4、 選用TO-220封裝的LM317作為可調(diào)穩(wěn)壓器，輸出電壓可調(diào)范:1.2037V，輸出最大電流:1500mA，最大輸入電壓:40V，具有保護(hù)過(guò)流熱關(guān)斷功能。5、 變壓器輸出電壓：交流12V，以上兩種線性電源共用一組輸入濾波電容器。分別為220u、470u、1000u、2200u。通常用于工頻電源的濾波電容容量按照1000UF/每安培配置。二、 開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓電源：與線性穩(wěn)壓電源相比

8、，開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓電源具有效率高，體積小，重量輕等優(yōu)點(diǎn)。因?yàn)樗恼{(diào)整管工作在飽和和截至狀態(tài)，因而發(fā)熱量小，效率高（通?？梢赃_(dá)到75以上，最大可以超過(guò)95）省掉了體積龐大而笨重的變壓器。但開(kāi)關(guān)電源輸出的直流上面會(huì)帶有較大的高頻紋波，另外由于開(kāi)關(guān)管工作是會(huì)產(chǎn)生很大的尖峰脈沖干擾，也需要在電路中串連電感加以改善。相對(duì)而言線性電源就沒(méi)有以上缺陷，它的紋波可以做的很小（5mV以下）。一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康模?.了解橋式全波整流電路，觀察和比較整流橋輸出端上的電壓及波形，以及經(jīng)過(guò)濾波電容后的波形。2.通過(guò)測(cè)試LM7809、LM317的輸出電壓，比較兩種線性穩(wěn)壓電源的工作特點(diǎn)。并通過(guò)在空載、輕載、重載工作條件下進(jìn)行測(cè)試，觀察

9、輸入電容上的電壓波動(dòng)情況，觀察輸出電壓值變化規(guī)律及變化情況，及紋波電壓諧波分布規(guī)律，同時(shí)，改變輸入濾波電容數(shù)值，觀察電容參數(shù)的選擇與濾波效果的關(guān)系。3. 觀察LM2576開(kāi)關(guān)電源的輸出電壓與輸入電壓特點(diǎn)，并通過(guò)在空載、輕載、重載下測(cè)輸入輸出電壓值及波紋諧波分布、變化情況,分析線性穩(wěn)壓電源及開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓電源的特點(diǎn)，并進(jìn)行工作效率比較。二、實(shí)驗(yàn)儀器：綜合實(shí)驗(yàn)平臺(tái)萬(wàn)用表2W功率的電阻值為100，2個(gè)；10W 功率的20，2個(gè)。穩(wěn)壓電源實(shí)驗(yàn)?zāi)K三、 實(shí)驗(yàn)電路圖：圖1四、電路工作原理：圖181 直流穩(wěn)壓電源框圖線性直流穩(wěn)壓電源由電源變壓器、整流、濾波和穩(wěn)壓電路四部分組成，其原理框圖如圖181 所示。如圖1所

10、示，加入二極管D3是為了反向隔離濾波電容電壓，用來(lái)觀察整流橋上的波形。LM7809是正9V固定輸出三端穩(wěn)壓電源。經(jīng)1、2腳輸入11.5V24VDC，由2、3腳輸出9VDC。LM317穩(wěn)壓塊的輸出電壓變化范圍是Vo1.25V12V（高輸出電壓的317穩(wěn)壓塊如LM317HVA、LM317HVK等，其輸出電壓變化范圍是Vo1.25V45V）。LM317穩(wěn)壓塊都有一個(gè)最小穩(wěn)定工作電流，最小穩(wěn)定工作電流的值一般為1.5mA。當(dāng)317穩(wěn)壓塊的輸出電流大于其最小穩(wěn)定工作電流時(shí)，317穩(wěn)壓塊就可以輸出穩(wěn)定的直流電壓。為安全起見(jiàn)，通常在穩(wěn)壓器的輸入與輸出端上，還需要反向并聯(lián)二極管作為保護(hù)電路，以防在輸出開(kāi)路后關(guān)

11、閉輸入電源時(shí)，輸出電容放電時(shí)使穩(wěn)壓器反向擊穿。線性電源工作原理：線性電源主要包括工頻變壓器、輸出整流濾波器、電壓穩(wěn)定電路、保護(hù)電路等。先將交流電經(jīng)過(guò)變壓器變壓，再經(jīng)過(guò)整流電路整流成脈動(dòng)直流電，由輸入濾波電容濾波得到未穩(wěn)定的直流電壓，再經(jīng)過(guò)穩(wěn)壓電路穩(wěn)壓，最后輸出要求直流穩(wěn)定電壓。開(kāi)關(guān)集成穩(wěn)壓：LM2576屬于串聯(lián)斬波式開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓器。交流電經(jīng)電源變壓器隔離降壓再經(jīng)橋式整流濾波后,加到LM2576-ADJ 輸入端1 腳。穩(wěn)壓器控制端4 腳接于電位器W1和電阻R402及電阻R401 組成的分壓電路上,改變W1即可改變分壓比,就能調(diào)節(jié)其輸出電壓大小。Vo = UREF1 +(W1+R401) / R402

12、) ,其中UREF為穩(wěn)壓器取樣電路基準(zhǔn)電壓為1. 23V。C402輸入端濾波電容, C403、C404輸出端濾波電容。這種開(kāi)關(guān)電源的原理是：根據(jù)要求的輸出電壓和給定的輸入電壓比值，控制電路控制開(kāi)關(guān)管導(dǎo)通與關(guān)斷時(shí)間的比例，輸出一個(gè)脈沖寬度調(diào)制電壓，再由平波電感，濾波電容，濾成平滑直流電壓。五、注意事項(xiàng)：注意：通電后，查看各器件有無(wú)發(fā)燙或短路現(xiàn)象，若有則停止實(shí)驗(yàn)，待查明原因處理后再實(shí)驗(yàn)。7809在電路中應(yīng)注意以下事項(xiàng)：1、輸入輸出壓差不能太大，一般控制在7-12V，輸入電壓越高輸出就越穩(wěn)定，但實(shí)際變化不大，太高了損耗太大要加大散熱片，而且容易擊穿損壞；2、輸入輸出壓差也不能太小,否則無(wú)法保證輸出電

13、壓達(dá)到9V，輸出電壓波紋也會(huì)急劇增加。一般三端集成穩(wěn)壓電路的最小輸入、輸出電壓差約為2V，否則不能輸出穩(wěn)定的電壓，一般應(yīng)使電壓差保持在4-5V。3、輸出電流不能太大，1.5A是其極限值。大電流的輸出，散熱片的尺寸要足夠大，否則會(huì)導(dǎo)致高溫保護(hù)或熱擊穿；4、注意三端集成穩(wěn)壓電路的輸入、輸出和接地端絕不能接錯(cuò)，不然容易燒壞。5、使用中應(yīng)避免輸出端短路，尤其是當(dāng)輸出電壓較高，輸出電流較大時(shí)，有可能造成開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓器損壞。六、實(shí)驗(yàn)步驟：1. 首先測(cè)T2測(cè)試點(diǎn)峰值電壓。選擇兩個(gè)功率大于4W的等值負(fù)載電阻R（為實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象明顯，選擇阻值稍小的電阻）接入P1、P3。2.先將開(kāi)關(guān)S6、S7打向LM7809穩(wěn)壓器（S7向

14、外，S6向里），空載時(shí)，觀察T1、T2測(cè)試點(diǎn)及OUT1的波形，依次閉合S2、S3、S4、S5，觀察OUT1波形變化情況，并記錄輸出電壓UP1。負(fù)載時(shí)，再觀察T1、T2測(cè)試點(diǎn)及OUT1的波形，依次閉合S2、S3、S4、S5，觀察OUT1的波形變化情況，并測(cè)出UP1。3.再將開(kāi)關(guān)S6、S7打向LM317線性可調(diào)穩(wěn)壓器，調(diào)節(jié)W2電位器，當(dāng)輸出電壓為最大，空載時(shí)，觀察T1、T2測(cè)試點(diǎn)及OUT1的波形，依次閉合S2、S3、S4、S5，觀察OUT1波形變化情況，并記錄UP1。負(fù)載時(shí)，用示波器觀察T1、T2測(cè)試點(diǎn)及OUT1的波形，依次閉合S2、S3、S4、S5，觀察OUT1波形變化情況，并記錄UT3。負(fù)載時(shí)

15、，再調(diào)節(jié)W2電位器，當(dāng)輸出電壓為6V時(shí)，依次閉合S2、S3、S4、S5，并觀察OUT1的波形，比較兩次過(guò)程的電源穩(wěn)壓效果。4.測(cè)T3測(cè)試點(diǎn)的穩(wěn)壓輸出電壓，并觀察T3及OUT2的波形，并調(diào)節(jié)W1電位器，當(dāng)輸出電壓為最大，空載時(shí)，再觀察T3測(cè)試點(diǎn)及OUT2波形。負(fù)載時(shí)，繼續(xù)觀察T3測(cè)試點(diǎn)及OUT2的波形。負(fù)載時(shí)，再調(diào)節(jié)W1電位器，當(dāng)輸出電壓為6V，觀察OUT2波形變化情況，比較線性與開(kāi)關(guān)電源效率。（T1檢測(cè)整流橋輸出電壓，T2檢測(cè)經(jīng)過(guò)濾波電容濾波后的電壓，T3檢測(cè)開(kāi)關(guān)集成穩(wěn)壓器輸出有效電壓，OUT1、OUT2分別檢測(cè)線性穩(wěn)壓器輸出及開(kāi)關(guān)集成穩(wěn)壓器輸出電壓。）七、分析實(shí)驗(yàn)結(jié)果:UT3(LM7809)

16、RP1(空載)RP1(輕載)RP1(重載)UT3(LM317)RP1(空載)RP1(輕載)RP1(重載)UT5UP2(空載)UP2(輕載)RP2(重載)八、預(yù)習(xí)內(nèi)容：1.整流原理及電容濾波原理？2.什么是線性電源，什么是開(kāi)關(guān)電源？實(shí)驗(yàn)二 功率放大器實(shí)驗(yàn)  功率放大電路是一種將給定頻率，電壓等特征參數(shù)的信號(hào)進(jìn)行放大，輸出要求的電壓，電流，及功率的電路，通常要求在失真許可的范圍內(nèi)，高效地為負(fù)載提供盡可能大的功率，功放管的工作電流、電壓的變化范圍很大，那么三極管常常是工作在大信號(hào)狀態(tài)下或接近極限運(yùn)用狀態(tài)，常用的功率放大器有線性功率放大器，諧振功率放大器，開(kāi)關(guān)功率放大器。其中線性功

17、率放大器又包括甲類、乙類、甲乙類等各種工作方式。為了提高效率，改善電源利用率，將放大電路做成推挽式電路（半橋及雙橋式）。功放管的工作狀態(tài)設(shè)置為甲乙類，以減小交越失真。功率放大器可以由分立元件組成，也可由集成電路實(shí)現(xiàn)。本次實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目有二個(gè)：一個(gè)通用集成運(yùn)放配分立元件的功率放大器，接成雙電源互補(bǔ)推挽功率放大器OCL（無(wú)輸出電容），和一個(gè)小功率全集成的雙聲道音頻功，兩路接成BTL橋式輸出，由于功放管承受大電流、高電壓，因此功放管的保護(hù)問(wèn)題和散熱問(wèn)題必須重視。1.通用集成運(yùn)放與分立元件組成的OCL功率放大器    圖2中有一個(gè)由分立元件構(gòu)成的互補(bǔ)對(duì)稱OCL電路。電

18、路由緩沖放大級(jí)、音調(diào)控制級(jí)、電壓推動(dòng)級(jí)和復(fù)合輸出級(jí)構(gòu)成。由分立元件組成的功放，如果電路選擇得好，參數(shù)選擇恰當(dāng)，元件性能優(yōu)良，設(shè)計(jì)和調(diào)試的好，則性能也很優(yōu)良。許多優(yōu)質(zhì)功放均是分立功放。選用分立元件組成的功放作為實(shí)驗(yàn)對(duì)象，可以清晰的反映每一塊局部電路的物理概念，容易看清設(shè)計(jì)方法，及參數(shù)選擇原則。2.集成功率放大器電路     現(xiàn)在市場(chǎng)上有許多性能優(yōu)良的集成功放芯片，如雙運(yùn)放TDA2040，LM1875，TDA1517等。本次在集成功放設(shè)計(jì)中采用TDA2822。集成功率放大器與分立元件組成的電路比較，有以下特點(diǎn)：( 1 ) 體積小，重量輕，外接元件少，調(diào)試簡(jiǎn)單

19、，使用方便。由于大批量生產(chǎn)，成本較低，價(jià)格也較便宜。( 2 ) 由于集成器件可以通過(guò)工藝提高管子的對(duì)稱性，減小分布參數(shù)的影響，采用一些改進(jìn)措施，所以在性能上可以十分優(yōu)良。例如：溫度穩(wěn)定性好，功耗低，電源利用率高，失真小等。( 3 ) 集成電路在設(shè)計(jì)中一般都增加有各種保護(hù)電路，如過(guò)流保護(hù)、過(guò)熱保護(hù)、過(guò)壓保護(hù)和啟動(dòng)、消除噪聲等電路，所以集成功率放大器性能穩(wěn)定，可靠性很高。功率放大器的選擇方法：( 1 ) 首先根據(jù)需要考慮器件的性能價(jià)格比。即在保證性能指標(biāo)的前提下，選用價(jià)格便宜，使用方便，所用外接元件較小的器件。( 2 ) 要滿足系統(tǒng)對(duì)功率放大器輸出功率的要求。選用器件的輸出功率指標(biāo)要大于實(shí)際需要的

20、最大功率，但又不是愈高愈好。能用散熱片的要利用散熱片，以提高管子的利用率。另外，還要根據(jù)單、雙通道功放的要求，選擇合適的器件。立體聲電路要選用雙通道功放。有時(shí)為提高功率，在單通道電路中也用雙通道功放做成 BTL 推挽電路，以得到更大的輸出功率。( 3 ) 在有特殊要求的場(chǎng)合，如高溫條件，則要選擇有過(guò)熱閉鎖設(shè)施的集成功率放大器；在高級(jí)收錄機(jī)和音響設(shè)備中，則要選擇非線性失真小，頻帶寬，調(diào)諧方便等性能優(yōu)良的功率放大器。集成功率放大電路一般是將 OTL或 OCL 電路的主要元件集成在半導(dǎo)體芯片上，除去少數(shù)外接元件之外，主要電路組成和分立元件電路基本相同，所以工作原理也大同小異。 一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康模?.了解

21、集成功率放大器與分立器件功率放大器的區(qū)別2. 學(xué)習(xí)互補(bǔ)對(duì)稱功率放大器基本結(jié)構(gòu)，各部分電路功能，一般設(shè)計(jì)方法。輸出功率，頻率響應(yīng)，失真分析等基本指標(biāo)的測(cè)量方法，加深對(duì)互補(bǔ)對(duì)稱功率放大器工作原理的理解。3. 觀察互補(bǔ)功率放大器的交越失真現(xiàn)象，了解克服交越失真的方法。4. 掌握高、低音調(diào)節(jié)方法，觀察音調(diào)調(diào)節(jié)與波形變化的關(guān)系，并分析音調(diào)，音色與信號(hào)基波，諧波等特征參數(shù)的關(guān)系。二、實(shí)驗(yàn)儀器：綜合實(shí)驗(yàn)臺(tái)萬(wàn)用電表功率放大器實(shí)驗(yàn)?zāi)K三、實(shí)驗(yàn)電路圖：集成功率放大電路（a）分立元件組成的功率放大器電路（b）四、電路工作原理：1 當(dāng)S1、S2接通時(shí)，Q1與Q2組成互補(bǔ)推挽功放電路。R9、R17引入輸出級(jí)本級(jí)電流負(fù)反

22、饋，用于減小失真，提高功放級(jí)穩(wěn)定性；同時(shí)，R9、R17對(duì)輸出級(jí)大功率管有限流保護(hù)作用。最大不失真輸出電壓UOM、最大不失真輸出功率POM分析： 負(fù)載P1上可以獲得的最高電壓UOM和最大電流IOM為： 最大不失真輸出功率：（額定負(fù)載時(shí)）2 R8、D1、D2、和R18組成功放級(jí)基極偏置電路，提供功放級(jí)的靜態(tài)工作點(diǎn)，以克服交越失真。3 U1是緩沖級(jí)，U2是推動(dòng)級(jí),C6、C10、C1、C18是退耦電路，用以提高電路的穩(wěn)定性。4 W1調(diào)節(jié)輸出增益，W2低音調(diào)節(jié)，W3高音調(diào)節(jié)。5 R10、R14針對(duì)高低音調(diào)節(jié)起到隔離作用。6 R22、C22和R23、C23是高次諧波抑制電路，用于防止電路振蕩。五、實(shí)驗(yàn)注意

23、事項(xiàng)：1. 拔插連接線時(shí)，嚴(yán)禁牽拉導(dǎo)線，而應(yīng)捏住插頭拔出，以免拉壞連接線。2. 動(dòng)手實(shí)驗(yàn)之前，必須看懂實(shí)驗(yàn)原理圖。3. 集成功放實(shí)驗(yàn)，先不接揚(yáng)聲器，接上電源，則正負(fù)輸出端之間電壓應(yīng)小于0.1V。六、實(shí)驗(yàn)步驟：1. 開(kāi)啟電源，測(cè)LM358N各運(yùn)放器管腳電壓是否為輸入直流電壓±12V（一般是4、8腳）。測(cè)TDA2822M集成功放管腳2輸入電壓是否為直流電壓+12V。2.將INPUT1輸入100Hz正弦波，500mV信號(hào)，觀察輸出電壓UT1、UT2、UT3的波形，并觀察交越失真波形，并記錄各波形輸出電壓值及波形幅值。3. 觀察測(cè)試點(diǎn)T3上的輸出波形，分別閉合S1、S2及同時(shí)閉合S1、S2，

24、觀察交越失真波形變化情況，并記錄各波形輸出電壓值及波形幅值。4.逐步增大INPUT1輸入信號(hào)的幅值，直至輸出電壓幅度最大，而無(wú)明顯失真時(shí)為止，并記錄此時(shí)波形輸出電壓值及波形幅值。5. 分別調(diào)節(jié)電位器W2、W3，可改變負(fù)反饋的深度，觀察輸出電壓的波形有何變化。 6. 將INPUT2輸入100Hz正弦波，500mV信號(hào)，觀察兩個(gè)輸出通道波形，并記錄各波形輸出電壓值及波形幅值。（T1、T2、T3帶高低音調(diào)節(jié)功率放大器上的檢測(cè)，T1檢測(cè)緩沖級(jí)輸出波形，T2檢測(cè)高低音調(diào)節(jié)輸出波形，T3檢測(cè)交越失真波形，OUT1檢測(cè)功率放大器輸出波形，OUT2檢測(cè)推動(dòng)級(jí)輸出波形,OUT3、OUT4分別檢測(cè)集成功率放大器的

25、雙通道輸出波形，T7、T8分別檢測(cè)INPUT1、INPUT2輸入信號(hào)。）七、分析實(shí)驗(yàn)結(jié)果: 總結(jié)數(shù)據(jù)，寫出實(shí)驗(yàn)報(bào)告。八、預(yù)習(xí)內(nèi)容：1OCL功放的工作原理；2最大不失真輸出功率的計(jì)算；3. 復(fù)習(xí)乙類互補(bǔ)對(duì)稱功率放大器產(chǎn)生交越失真的原因及其克服辦法；4. 自擬測(cè)量集成運(yùn)放與晶體管組成OCL功率放大器的數(shù)據(jù)表格。實(shí)驗(yàn)三 恒流源及脈沖法測(cè)試實(shí)驗(yàn)一、 基本概念：顧名思義，恒流源是輸出電流保持不變的電流源，而理想的恒流源為： a) 輸出電流不因負(fù)載阻抗的變化而改變，輸出電流負(fù)載調(diào)整率為“0”。 b)不因環(huán)境溫度變化而改變。 c)內(nèi)阻為無(wú)限大。   

26、;   恒流源之電路符號(hào)：       理想的恒流源            實(shí)際的流源工程上實(shí)用的恒流源，其各項(xiàng)特性指標(biāo)都是有限的，因而，實(shí)用中的恒流源，還有以下限制指標(biāo)：保證恒流輸出條件下的最大帶載阻抗，或最大輸出電壓。二、 恒流源的用途：恒流源電路在工程實(shí)踐中有著廣泛的用途。恒流源可以用來(lái)測(cè)試電阻值，為電磁鐵，或各種設(shè)備，例如磁控濺射臺(tái)，粒子加速器等提供穩(wěn)定的磁場(chǎng)，當(dāng)前正在

27、飛速發(fā)展的LED照明也是用恒流源驅(qū)動(dòng)的。大家知道，雙極型三極管是典型的電流控制器件，可以利用三極管的恒流特性恒流源設(shè)計(jì)恒流源： 從三極管特性曲線可見(jiàn)，工作區(qū)內(nèi)的IC主要受IB控制， VCE對(duì)IC的影響很微弱，而VCE使IC發(fā)生傾斜的程度，正反映了三極管恒流特性的非理想性。 因此，只要IB值固定，IC就基本穩(wěn)定。 輸出電流IO即是流經(jīng)負(fù)載的IC。 但是，三極管的恒流特性不夠理想，通常，目前設(shè)計(jì)恒流普遍采用電壓參考器件與運(yùn)算放大器，再配備三極管或MOS管作為輸出級(jí)，構(gòu)成實(shí)際恒流源。一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康模?. 了解恒流源工作原理及電流鏡原理；2. 了解四端法微電阻測(cè)試

28、技術(shù)原理。3. 掌握脈沖法測(cè)試技術(shù)及同步采樣技術(shù)。二、實(shí)驗(yàn)儀器：綜合實(shí)驗(yàn)臺(tái)萬(wàn)用電表恒流源實(shí)驗(yàn)?zāi)K三、 實(shí)驗(yàn)電路圖：四、電路工作原理：恒流源實(shí)驗(yàn)電路中，U3B,Q1及其周圍元件構(gòu)成第一級(jí)恒流源，電位器RP1為電流設(shè)定電位器。電阻R2與R11上電壓近似相等，方向相反，稱為電流鏡。又經(jīng)過(guò)U3A和Q2后，我們得到了對(duì)地輸出的恒流源，R5,R6,R7分別為三路恒流電阻。恒流電流值為：設(shè)定電壓/恒流電阻。在我們的電路中，對(duì)應(yīng)的三路輸出電流分別為：500mA，50mA，5uA，最大帶載能力為8V左右。脈沖電流部分：當(dāng)用來(lái)作為測(cè)試電源的恒流源電流值較大時(shí)，比如1A以上，甚至幾千A以上時(shí)，用來(lái)產(chǎn)生恒流源的電路，

29、其平均功率變得異常大，電路內(nèi)部功耗，和被測(cè)件上的功耗也非常大，這不僅對(duì)測(cè)試精度影響很大，而且實(shí)現(xiàn)起來(lái)也有很大難度。這是就需要采用脈沖法進(jìn)行測(cè)試。其原理是：用占空比很小的窄脈沖電流，甚至單次脈沖電流，代替連續(xù)的直流恒流源進(jìn)行測(cè)試，同時(shí)配備與脈沖電源同步的采樣測(cè)試電路進(jìn)行測(cè)試。這種方法可以完美解決大電流測(cè)試和低功耗要求的矛盾，是工程實(shí)踐中的常用方法。本實(shí)驗(yàn)利用U5、U6(PC817光電耦合器)進(jìn)行同步采樣使T8輸出正向脈沖信號(hào)，經(jīng)過(guò)Q4使其在T9輸出反向脈沖信號(hào)，為555定時(shí)器構(gòu)成的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的引腳2輸入負(fù)觸發(fā)脈沖。555定時(shí)器輸出的控制脈沖，一方面控制恒流源通斷，同時(shí)控制采樣保持放大器LF39

30、8的采樣與保持。四端法測(cè)試技術(shù)（即一對(duì)電流端，一對(duì)電位端），如圖2所示，圖2 四端法測(cè)試原理圖Rx為被測(cè)電阻，由恒流源提供恒定電流源，即C1、C2為電流端，P1、P2為電位端，采用四端測(cè)試技術(shù)，可有效消除接觸電阻與連線電阻的影響，可以用來(lái)測(cè)試微小電阻，最小到毫歐，甚至微歐。例如繼電器接點(diǎn)電阻，開(kāi)關(guān)的觸頭電阻。五、實(shí)驗(yàn)步驟：“測(cè)恒流源”1.用萬(wàn)用表測(cè)T1點(diǎn)電壓，并調(diào)節(jié)RP1使設(shè)定電壓為0.5V，這時(shí)跟隨電壓測(cè)試點(diǎn)T2也為0.5V，開(kāi)關(guān)K4斷開(kāi)，Ut3Ut4VDD。2. 閉合開(kāi)關(guān)K4，Ut4-Ut30.5V，此時(shí)R2與R11兩端的鏡像電壓為0.5V。3.為計(jì)算方便，選擇負(fù)載R的阻值為1，10，10

31、0K。若負(fù)載R=1，當(dāng)閉合K1時(shí)，輸出電流為500mv，則UR=500mA×1=0.5V; 當(dāng)閉合K2時(shí)，輸出電流為50mv，則UR=50mA×1=0.05V; 當(dāng)閉合K3時(shí)，輸出電流為0.005mA，則UR=0.005mA×1=0.005mV;再用萬(wàn)用表測(cè)負(fù)載上的電壓，看是否等于計(jì)算出來(lái)的電壓。4.同理，更換負(fù)載R的阻值，同樣看用萬(wàn)用表測(cè)出來(lái)的電壓是否與計(jì)算出的電壓相等。（因?yàn)槭呛懔髟矗援?dāng)設(shè)定電壓是定值時(shí)，則閉合K1、K2或K3時(shí)，輸出電流也為定值，與負(fù)載R無(wú)關(guān)，所以可以根據(jù)這個(gè)原理測(cè)出未知電阻R的阻值）“測(cè)脈沖”1. 用萬(wàn)用表測(cè)T7測(cè)試點(diǎn)輸入同步信號(hào)電壓值

32、（交流）。2.再觀察T7（交流正弦波）、T8交流過(guò)零檢測(cè)（正向脈沖信號(hào)）、T6（負(fù)向脈沖信號(hào)）、OUT3(正向脈沖信號(hào))、T3T4(負(fù)向脈沖信號(hào))的波形。測(cè)脈沖信號(hào)時(shí)，開(kāi)關(guān)K4斷開(kāi)。（T1檢測(cè)設(shè)定電壓，T2檢測(cè)設(shè)定電壓的跟隨電壓，T4鏡像電壓基準(zhǔn)，T3檢測(cè)鏡像電壓，OUT1檢測(cè)P1電流輸出，OUT2檢測(cè)采樣電壓，OUT3檢測(cè)同步輸出信號(hào)，T7檢測(cè)工頻正弦波同步信號(hào)輸入，T8檢測(cè)整形后同步信號(hào)輸出，T6檢測(cè)計(jì)時(shí)器脈沖觸發(fā)信號(hào)）六、分析實(shí)驗(yàn)結(jié)果:設(shè)定電壓UT1IR5(閉合K1)IR6(閉合K2)IR7(閉合K3)負(fù)載R=UP1/II為分別閉合K1、K2、K3是的輸出電流。UP1為負(fù)載R上的電壓。七

33、、預(yù)習(xí)內(nèi)容：1.什么是鏡像電流？2.恒流源原理？3.什么是同步采樣及555定時(shí)器構(gòu)成的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器？影響直流恒流輸出精度主要有哪些因素？影響脈沖恒流輸出精度主要有哪些因素？實(shí)驗(yàn)四 壓力和溫度傳感器實(shí)驗(yàn)一、 概述：壓力傳感器和溫度傳感器這兩類傳感器，是在機(jī)械，化工，軍事，科學(xué)研究，日常生活等各領(lǐng)域廣泛應(yīng)用的傳感器。壓力傳感器又包括機(jī)械壓力，空氣壓力，液體壓力等諸多種。溫度傳感器常用的有鉑電阻溫度傳感器，熱電偶溫度傳感器，半導(dǎo)體熱電偶溫度傳感器，合成材料熱敏電阻溫度傳感器等。幾乎所有的壓力傳感器都用電橋方式構(gòu)造放大器。而溫度傳感器放大器除用橋式放大器外，還廣泛使用恒流源驅(qū)動(dòng)的線性放大器。二、電路簡(jiǎn)

34、介：壓力傳感器放大器：本實(shí)驗(yàn)所用的傳感器，是由四片電阻應(yīng)變片組成，分別粘貼在彈性體的平行梁上、下兩表面上。四個(gè)應(yīng)變片組成電橋，采用非平衡電橋原理，把壓力轉(zhuǎn)化成不平衡電壓進(jìn)行測(cè)量。當(dāng)加在應(yīng)變片上的壓力變化時(shí)，應(yīng)變片的阻值發(fā)生變化，橋式電路輸出由此產(chǎn)生的電壓信號(hào)，運(yùn)算放大器N3A，電壓參考N5A（TL431），三極管VT1及其周圍的電阻，電位器，共同構(gòu)成壓力應(yīng)變電橋恒流驅(qū)動(dòng)電路；運(yùn)算放大器N1,N2,N4A及其周圍的電阻共同構(gòu)成典型的儀表放大器，由于壓力放大器輸出信號(hào)一般都很小，為了提高測(cè)試精度，N1,N2要選用超低失調(diào)的OP07承擔(dān)第一級(jí)放大任務(wù)。其中N1,N2扮演同相緩沖放大器，N4A作為差動(dòng)

35、輸入，單端輸出放大器。壓力信號(hào)再經(jīng)過(guò)N4B，進(jìn)一步放大到顯示和控制所需電壓。RP3為調(diào)“0”電位器，RP2A為輸出信號(hào)增益調(diào)節(jié)電位器。C3A和C4A用來(lái)濾除正負(fù)電源對(duì)地的紋波成分。溫度傳感器放大器：標(biāo)稱阻值為100歐的鉑電阻，與R1,R2，Rp1,R3共同構(gòu)成測(cè)溫電橋，鉑電阻采用3線制接法。N5選用超低失調(diào)運(yùn)放OP07 搭成差動(dòng)放大器。在反饋回路，設(shè)置了電位器RP2，用來(lái)調(diào)節(jié)放大器的增益。Pt100熱電阻采用三線制接法。采用三線制是為了消除連接導(dǎo)線電阻引起的測(cè)量誤差。這是因?yàn)闇y(cè)量熱電阻的電路一般是不平衡電橋。熱電阻作為電橋的一個(gè)橋臂電阻，其連接導(dǎo)線（從熱電阻到中控室）也成為橋臂電阻的

36、一部分，這一部分電阻是未知的且隨環(huán)境溫度變化，造成測(cè)量誤差。采用三線制，將導(dǎo)線一根接到電橋的電源端，其余兩根分別接到熱電阻所在的橋臂及與其相鄰的橋臂上，這樣消除了導(dǎo)線線路電阻帶來(lái)的測(cè)量誤差。測(cè)溫原理：電路由穩(wěn)壓管VW2產(chǎn)生10V的參考電源；采用R1、R2、RP1+R3、Pt100構(gòu)成測(cè)量電橋（R1=R2），當(dāng)Pt100的電阻值和RP1+R3的電阻值不相等時(shí)，電橋輸出一個(gè)mV級(jí)的壓差信號(hào)，這個(gè)壓差信號(hào)經(jīng)過(guò)運(yùn)放OP-07放大后輸出期望大小的電壓信號(hào)。0-5V至0-20mA電流環(huán)轉(zhuǎn)換電路：U1A，U1B與Q1,Q2及其周圍的電阻，電位器一起，構(gòu)成0-5V至0-20mA電流環(huán)轉(zhuǎn)換電路。當(dāng)測(cè)量信號(hào)需要傳

37、遞到較遠(yuǎn)的地方時(shí)，最簡(jiǎn)單，實(shí)用的方法就是電流環(huán)。這里給出一個(gè)簡(jiǎn)單的例子。一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康模?.了解壓力傳感器的工作原理；了解儀器前置差動(dòng)放大器。2.學(xué)習(xí)熱電阻三線制測(cè)量方法，并掌握橋式測(cè)溫放大器設(shè)計(jì)與調(diào)試。3.了解電流環(huán)傳輸技術(shù)。二、實(shí)驗(yàn)儀器：綜合實(shí)驗(yàn)臺(tái)壓力傳感器溫度傳感器萬(wàn)用表電阻幾個(gè)壓力和溫度傳感器實(shí)驗(yàn)?zāi)K三、實(shí)驗(yàn)電路圖：溫度傳感器實(shí)驗(yàn)電路（a）壓力傳感器電路（b）電流環(huán)原理圖（c）Pt100熱電阻（0140）分度表：010203040100.00103.90107.79111.67115.54100.39104.29108.18112.06115.93100.78104.68108.5711

38、2.45116.31101.17105.07108.96112.83116.70101.56105.46109.35113.22117.08101.95105.85109.73113.61117.47102.34106.24110.12114.00117.86102.73106.63110.51114.38118.24103.12107.02110.90114.77118.63103.51107.40111.29115.15119.015060708090119.40123.24127.08130.90134.71119.78123.63127.46131.28135.09120.17124.

39、01127.84131.66135.47120.55124.39128.22132.04135.85120.94124.78128.61132.42136.23121.32125.16128.99132.80136.61121.71125.54129.37133.18136.99122.09125.93129.75133.57137.37122.47126.31130.13133.95137.75122.86126.69130.52134.33138.13100110120130140138.51142.29146.07149.83153.58138.88142.67146.44150.211

40、53.96139.26143.05146.82150.58154.33139.64143.43147.20150.96154.71140.02143.80147.57151.33155.08140.40144.18147.95151.71155.46140.78144.56148.33152.08155.83141.16144.94148.70152.46156.20141.54145.31149.08152.83156.58141.91145.69149.46153.21156.95五、實(shí)驗(yàn)步驟：“測(cè)壓力”1. 壓力傳感器的五條引線與實(shí)驗(yàn)板上對(duì)應(yīng)的位置接好（一根黑色有字母的是屏蔽線、紅黑是電

41、源紅正黑負(fù)、綠白是信號(hào)輸出線綠正白負(fù)），開(kāi)啟電源，測(cè)各運(yùn)放器管腳電壓是否為輸入直流電壓±12V。2調(diào)節(jié)電位器RP1A使供給電橋激勵(lì)為5V，即JI:1,5間電壓為5V。3. 測(cè)T1、T2測(cè)試點(diǎn)電壓是否對(duì)稱，測(cè)T3、T4測(cè)試點(diǎn)電壓是否為零，若T3不為零，J1： 2，4短接，并接入直流電壓3V，調(diào)節(jié)電位器RP4使之為零（即調(diào)節(jié)抑制比為零）。若OUT2不為零，調(diào)節(jié)電位器RP3使之為零。4.輸入壓力信號(hào)查看T1、T2測(cè)試點(diǎn)放大倍數(shù)及衰減倍數(shù)（T1放大倍數(shù)T2衰減倍數(shù)），T3測(cè)試點(diǎn)的電壓UT1-UT2，并觀察與T4測(cè)試點(diǎn)最終放大倍數(shù)關(guān)系（RP2A調(diào)節(jié)放大增益）。5.若OUT2=0.5V，調(diào)節(jié)RP

42、6電位器，使跟隨電壓UT6=0.5V，因?yàn)镽32=R26=R30=100，所以UR30=0.5V，所以UT7=2UR30=1V。測(cè)UT8應(yīng)小于12V。“測(cè)溫度”根據(jù)Pt100在不同溫度下阻值的變化情況（一般在溫度越高的情況下，它的阻值越高），我們可以借助變阻箱來(lái)模擬Pt100在不同溫度下阻值的變化情況。1.因?yàn)楫?dāng)Pt100在0它的阻值是100，所以先輸入信號(hào)負(fù)載100，并用萬(wàn)用表測(cè)OUT1在100時(shí)的電壓值并調(diào)節(jié)電位器RP1使之OUT10V。2.逐漸增加輸入負(fù)載的電阻值，觀察OUT1電壓的變化情況。（T1橋路單邊放大信號(hào)1，T2檢測(cè)橋路單邊放大器信號(hào)2，T3檢測(cè)儀表放大器輸出電壓，T4檢測(cè)壓力傳感器電路電橋激勵(lì)電壓，T5檢測(cè)傳感器供電電壓