第四章模擬電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)方案

1、個(gè)人資料整理 僅限學(xué)習(xí)使用第四章 模擬電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)4.1 模擬電子技術(shù)設(shè)計(jì)基礎(chǔ)4.1.1 概述一、模擬電路的組成電子產(chǎn)品大多是由一些模擬裝置或者數(shù)字模擬混合裝置組成的。所謂模擬裝置，一般是由低頻電子線 路組合而成的模擬系統(tǒng)。我們?nèi)粘＝佑|到的許多裝置和儀器。如擴(kuò)音器、錄音機(jī)、溫度控制裝置、示波器等 等，都是模擬裝置。雖然它們的性能、用途各有不同，但就其電子線路部分而言，可以說(shuō)都是由一些基本單 元組成的。它們的基本結(jié)構(gòu)方面有著共同的特點(diǎn)。一般來(lái)說(shuō)，典型的模擬裝置由3個(gè)組成部分：一是傳感器件部分；二是信號(hào)放大和變換電路部分，三是執(zhí)行機(jī)構(gòu)部分。圖4.1畫(huà)出了典型模擬電路裝置的方框圖。圖4.1模擬裝

2、置組成框圖1 .傳感器件傳感器件主要用來(lái)把非電信息轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，例如話筒、磁頭、熱敏器件等。2 .信號(hào)放大與變換從傳感器件送來(lái)的電信號(hào)，一般是比較微弱的，有的信號(hào)波形也不符合要求，往往不能直接推動(dòng)執(zhí)行機(jī) 構(gòu)正常工作，必須將這種信號(hào)加以放大或變換，再傳送給執(zhí)行結(jié)構(gòu)。能實(shí)現(xiàn)信號(hào)的放大和變換功能的電路就 是模擬電路。常見(jiàn)的一些基本功能電路有：放大器、振蕩器、整流器以及各種波形發(fā)生電路等等。在這些基 本功能電路中，以放大器的應(yīng)用最為廣泛，許多電子電路都是由它演變派生或進(jìn)一步組合而成的。另外，由 于單級(jí)放大器的電壓(或功率放大倍數(shù)有限，往往不能滿足實(shí)際的需要，因此在許多模擬電路裝置中，又要 把若干個(gè)單級(jí)

3、放大器連接起來(lái)構(gòu)成多級(jí)放大電路。顯然，多級(jí)放大器既是模擬電路中的關(guān)鍵部分，內(nèi)容又具 有典型性，比較適合課程設(shè)計(jì)的要求。3 .執(zhí)行機(jī)構(gòu)執(zhí)行機(jī)構(gòu)則是把電能轉(zhuǎn)換成其他形式的能量，以便完成人們所需要的功能。由于各種模擬裝置用途不同，傳感器件和執(zhí)行機(jī)構(gòu)兩部分的器件需專(zhuān)門(mén)設(shè)置。因?yàn)樗鼈儾皇悄M電子技 術(shù)的主要內(nèi)容，本書(shū)不作重點(diǎn)討論。我們研究、設(shè)計(jì)的內(nèi)容主要是信號(hào)放大和變換電路部分。二、模擬電路設(shè)計(jì)的基本要求課程設(shè)計(jì)是通過(guò)一階段課程的各教案環(huán)節(jié)(課堂教案和實(shí)驗(yàn) 之后進(jìn)行的。內(nèi)容的復(fù)雜性和工作量應(yīng)適中。課程設(shè)計(jì)應(yīng)使學(xué)生達(dá)到如下要求：(1初步掌握一般電子電路分析和設(shè)計(jì)的基本方法。包括：根據(jù)設(shè)計(jì)任務(wù)和指標(biāo)，初選電

4、路；通過(guò)調(diào)查研究 ,設(shè)計(jì)計(jì)算，確定電路方案；選擇元件，安裝電路，獨(dú)立安排實(shí)驗(yàn)，調(diào)試改進(jìn)；分析實(shí)驗(yàn)結(jié)果，寫(xiě)出設(shè)計(jì)總 結(jié)報(bào)告。(2培養(yǎng)一定的自學(xué)能力和獨(dú)立分析問(wèn)題、解決問(wèn)題的能力。包括：學(xué)會(huì)自己分析解決問(wèn)題的方法，對(duì)設(shè)計(jì) 中遇到的問(wèn)題，能通過(guò)獨(dú)立思考，查閱工具書(shū)，參考文獻(xiàn)，尋找答案。掌握一些電路調(diào)試的一般規(guī)律。實(shí)驗(yàn) 中出現(xiàn)一般故障，能通過(guò) 觀察、判斷、實(shí)驗(yàn)、再判斷”的基本方法去解決；能對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果獨(dú)立地進(jìn)行分析、 評(píng)價(jià)。(3掌握普通電子電路的生產(chǎn)流程以及安裝、布線、焊接等基本技能。(4鞏固常用電子儀器的正確使用方法。包括：示波器、直流穩(wěn)壓電源、晶體管特性圖示儀等儀器的正確使 用；掌握常用電子器件和電

5、路的測(cè)試技能。(5嚴(yán)格的科學(xué)訓(xùn)練和工程設(shè)計(jì)實(shí)踐，使學(xué)生逐步樹(shù)立嚴(yán)肅認(rèn)真，一絲不茍，實(shí)事求是的科學(xué)作風(fēng)，并 培養(yǎng)學(xué)生在實(shí)際工作中具有 一定的生產(chǎn)觀點(diǎn)、經(jīng)濟(jì)觀點(diǎn)和全局觀點(diǎn)。4.1.2模擬電路的設(shè)計(jì)方法一、模擬電路設(shè)計(jì)的基本步驟由于電子電路的種類(lèi)很多，設(shè)計(jì)方法也不完全相同。在一般情況下，整個(gè)設(shè)計(jì)過(guò)程可以分為課題分析、方案 論證、方案論證、方案實(shí)現(xiàn)、安裝調(diào)試四個(gè)階段，詳細(xì)內(nèi)容參閱本書(shū)緒論中課程設(shè)計(jì)基本步驟。應(yīng)當(dāng)指出，一種較為理想的方案不是輕而易舉就能很快提出來(lái)的，它往往需要設(shè)計(jì)者進(jìn)行廣泛調(diào)查研 究，大量查問(wèn)參考文獻(xiàn)和資料，再進(jìn)行反復(fù)比較和可行性論證才能最后確定下來(lái)。實(shí)踐證明，由于生產(chǎn)實(shí)際 的復(fù)雜性和電

6、子元、器件的分散性，再加上設(shè)計(jì)者的經(jīng)驗(yàn)不足，一個(gè)僅從理論上設(shè)計(jì)出的電路往往是不成熟的，可能存在許多問(wèn)題。但是，不通過(guò)實(shí)驗(yàn)就想把這些問(wèn)題檢查 出來(lái)并加以解決是十分困難的。因此在完成方案設(shè)計(jì)以后總是要進(jìn)行電路的裝配和調(diào)試。通過(guò)調(diào)試發(fā)現(xiàn)實(shí)驗(yàn) 現(xiàn)象與設(shè)計(jì)要求不相符合的情況。如果善于從理論與實(shí)踐的結(jié)合上分析原因，就可能很快地找出解決問(wèn)題的個(gè)人資料整理 僅限學(xué)習(xí)使用方法和途徑。從而完善設(shè)計(jì)方案使之達(dá)到規(guī)定的技術(shù)指標(biāo)。如果說(shuō)方案設(shè)計(jì)是搞好系統(tǒng)設(shè)計(jì)的先決條件的話 ,那么實(shí)驗(yàn)調(diào)整則可以說(shuō)是解決問(wèn)題的決定性步驟。在實(shí)際進(jìn)行方案的實(shí)驗(yàn)時(shí)，往往還會(huì)出現(xiàn)預(yù)先估計(jì)不到的許多現(xiàn)象，難免需要改變某些參數(shù)或更換元 件，甚至修改

7、方案。為人便起見(jiàn)，通常先把電路在實(shí)驗(yàn)箱或?qū)Ｓ脤?shí)驗(yàn)箱上組裝起來(lái)進(jìn)行。應(yīng)當(dāng)指出，由于許多系統(tǒng)往往比較復(fù)雜。因此在方案實(shí)驗(yàn)階段 一般只能對(duì)其中的關(guān)鍵部分或采用的新電路、新技術(shù)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，而對(duì)于那些很有把握或很成熟的內(nèi)容，則可以 不做實(shí)驗(yàn)。只有在方案比較簡(jiǎn)單時(shí)，才有可能在實(shí)驗(yàn)室里做總體實(shí)驗(yàn)。需要說(shuō)明的是，隨著集成電路的迅速發(fā)展，近年來(lái)采用線性集成元件組裝模擬電路已日趨廣泛。這種 電路的設(shè)計(jì)方法，可以利用一些基本公式或經(jīng)驗(yàn)來(lái)選擇外接元件。只要熟悉了各種集成元件的性能和指標(biāo)， 設(shè)計(jì)起來(lái)是比較容易的。當(dāng)然分立元件的電路還在大量地應(yīng)用，而且這種電路的設(shè)計(jì)，往往需要運(yùn)用基本的 電路設(shè)計(jì)方法。這種訓(xùn)練對(duì)于初學(xué)設(shè)計(jì)者

8、來(lái)說(shuō)還是十分必要的。因此，本書(shū)安排了一些分立元件模擬電路的 設(shè)計(jì)。通過(guò)本書(shū)所列課題的設(shè)計(jì)，有助于學(xué)生熟悉各種電子器件，掌握電路的基本設(shè)計(jì)方法，得到布線，焊 接，組裝電路的訓(xùn)練。為了讓學(xué)生了解和熟悉集成電路的應(yīng)用，本書(shū)也安排了一些由集成電路組成的電路課 題，以供教案選作。4.2模擬電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)示例4.2.1集成電路音響放大器設(shè)計(jì)收錄機(jī)和電視機(jī)、擴(kuò)音機(jī)等電器設(shè)備中都有音響功率放大器，這類(lèi)放大器過(guò)去大都由分立元件電路組成。隨著集成功放器件的出現(xiàn)，集成音響功率放大器因具有工作穩(wěn)定、性能好、易于安裝調(diào)試、成本低等優(yōu)點(diǎn),故得到廣泛應(yīng)用。集成功放加上前置放大器、音調(diào)控制電路就可構(gòu)成音響放大器。一、設(shè)計(jì)任

9、務(wù)書(shū)1 .設(shè)計(jì)課題音響放大器設(shè)計(jì)。（1要求具有音調(diào)控制、卡拉 OK伴唱，對(duì)話筒與錄音機(jī)輸出信號(hào)進(jìn)行擴(kuò)音。（2已知條件：叵=9V,話筒 低阻20Q）的輸出電壓5 mV,錄音機(jī)輸出信號(hào)200mV。2 .主要技術(shù)指標(biāo)輸出功率&新）。3 負(fù)載阻抗 =1 。頻率響應(yīng) _I。音調(diào)控制特性1kHz處增益為0dB, 100Hz和10kHz處有+2dB的調(diào)節(jié)范圍，A20dB。輸入阻抗I 。二、設(shè)計(jì)過(guò)程舉例1 .課題分析根據(jù)任務(wù)，音響放大器一般基本組成框圖如圖4.2.1所示。為使卡拉OK伴唱效果更好，還可加接電子混音器，讀者可參閱有關(guān)參考資料。圖4.2.1音響放大器框圖2.方案論證（1確定整機(jī)電路級(jí)數(shù)，分配各級(jí)電

10、壓增益。話筒輸入信號(hào)較弱，根據(jù)題意，輸入信號(hào)為5mV時(shí)，輸出功率最大值為1W。因此電路系統(tǒng)總電壓增益1 =1。由于實(shí)際電路中會(huì)有損耗，應(yīng)留有裕量，故取X 。下面進(jìn)行各級(jí)增益分配：音調(diào)控制級(jí)在三。時(shí)，增益為10dB）,但實(shí)際電路有可能衰減，取 I 集成功放電路增益應(yīng)較大，取 混合級(jí)，一般采用集成運(yùn)放組成，但受到增益帶寬限制，增益不宜過(guò)大，取回 。話筒放大級(jí)，采用集成運(yùn)放電路構(gòu)成。個(gè)人資料整理 僅限學(xué)習(xí)使用（2電路論證分析1）功率放大電路常用音頻集成功放有 LA4100系列、TDA2030、SF404等。本課題設(shè)計(jì)采用 LA4102 ,其典型輸出功率為1. 4W,閉環(huán)增益為45dB,可滿足要求。2

11、）音調(diào)控制器音調(diào)控制器是控制、調(diào)節(jié)音響放大器輸出頻率高低的電路，其控制曲線如圖4.2.2中折線所示。圖中中音頻率，要求增益;I X I 低首轉(zhuǎn)折頻率，一般為幾十赫芝； 三中音頻轉(zhuǎn)折頻率；中音頻轉(zhuǎn)折頻率；tWj首頻轉(zhuǎn)折頻率，一般為幾十千赫芝。以一幾圖4.2.有調(diào)控制曲線從圖中可見(jiàn)，音調(diào)控制器只對(duì)低音頻或高音頻進(jìn)行提升或衰減，中音頻增益保持不變，音調(diào)控制器由低通濾 波器和高通濾波器共同組成。實(shí)現(xiàn)此方案，可有兩種形式。一種是用專(zhuān)用集成電路LA3600 ,外接發(fā)光二極管頻段顯示器，可看見(jiàn)各頻段的增益提升與衰減的變化情況，在高中檔收錄機(jī)、汽車(chē)音響等設(shè)備中，一般采用專(zhuān)用音調(diào)控制集成電路 。另一種是采用集成

12、運(yùn)放構(gòu)成音調(diào)控制器，如圖4.2.3所示。圖4.2.3音調(diào)控制電路I當(dāng)，在中、低音頻區(qū)，H可視開(kāi)路，在高音頻區(qū)， 回、目可視為短路。的滑臂在最左端，對(duì)應(yīng)于低音頻國(guó) 時(shí)，音調(diào)控制器低頻等效電路如圖4.2.4所示，其中圖4.2.4a）為 習(xí) 提升最大的情況，圖4.2.4b）為回滑臂在最右端，對(duì)應(yīng)于低音頻衰減最大情況。圖 4.2.4a）實(shí)質(zhì)上是一個(gè) 一階有源低通濾波器，其傳遞函數(shù)表達(dá)式為圖4.2.4音調(diào)控制器低頻等效電路（a低音頻提升（b低音頻衰減4.2.1式中國(guó) 時(shí)，國(guó)可視為開(kāi)路，運(yùn)放的反相輸入端為虛地，因運(yùn)放輸入電流 此時(shí)電壓增益為：日國(guó)時(shí)，由式4.2.1得4.2.2ri4.2.34.2.64.2

13、.4此時(shí)電壓增益相對(duì)回下降了回。三I時(shí)，由式4.2.3得4.2.5模為此時(shí)電壓增益相對(duì)回下降了目。范圍內(nèi)，電壓增益衰減速率為2 /io倍頻程。同樣可得出圖4.2.4(b所示電路表達(dá)式，其增益相對(duì)于中頻為衰減量。音調(diào)控制器工作在低音頻時(shí)，幅 頻特性如圖4.2.2左半部虛線所示。當(dāng) 叵)時(shí)，音調(diào)控制器高音頻等效電路如圖4.2.5(a所示。在高音頻段 J、回可視為短路，3與引、力 組成星形聯(lián)接，為分析方便，將其轉(zhuǎn)換成三角形聯(lián)接后的等效電路如圖4.2.5(b所示。(a(b電阻關(guān)系式為圖4.2.5音調(diào)控制器高頻等效電路(a高音頻等效電路(b三角形聯(lián)接后的等效電路若取,則 這時(shí)高頻等效電路如圖 4.2.6

14、所示，圖4.2.6a)為 兇 的滑臂在最右端時(shí)，對(duì)應(yīng)于高頻提升最大的情況, 圖4.2.6b)為習(xí)滑臂在最左端時(shí)，對(duì)應(yīng)于高頻衰減最大的情況。該電路為一階有源高通濾波器，其傳遞函數(shù)表達(dá)式為4.2.7| x 或a） b）圖4.2.6高頻等效電路a）高頻提升,再根據(jù)下式求出轉(zhuǎn)折頻率日和三1。即I 4.2.91-14.2.103）話筒放大器與前置放大器根據(jù)增益分配，采用集成運(yùn)放電路改變外接電阻可方便實(shí)現(xiàn)增益調(diào)整。與音調(diào)控制器共采用一塊LM324即可滿足除功放外的所有電路功能，電路簡(jiǎn)單，價(jià)格低廉。雖然它的頻帶很窄增益為1時(shí)，帶寬1MHz）,因放大倍數(shù)不大，代入公式rn，計(jì)算滿足的要求。3.方案實(shí)現(xiàn)1）功放

15、電路設(shè)計(jì)查閱手冊(cè)，可選擇功放外圍元器件值。LA4102功放集成電路其內(nèi)部電路中有電壓串聯(lián)負(fù)反饋環(huán)節(jié)，內(nèi)部電路反饋電阻 H為20日，只要改變外接反饋電阻，即可改變集成功放增益。該電路接成電壓串聯(lián)負(fù)反饋 形式，外接反饋電阻 回可由下式計(jì)算4.2.11回取200a回起隔直作用，使電路組成交流電壓串聯(lián)負(fù)反饋電路，回取33科F。國(guó)起相位補(bǔ)償作用，用于消除高頻自激振蕩，一般取幾十皮法?；厝?1pF?；?為OTL電路輸出電容，兩端充電電壓為 Vcc/2, 一般取耐壓大于 Vcc/2的幾百微法電容?；?取耐壓25V, 470 F電解電容?；貫榉答侂娙?，用于消除自激振蕩，一般取幾十幾百皮法。芻取560 pF。目

16、 為自舉電容，使集成電路內(nèi)部輸出復(fù)合管的導(dǎo)通電流不隨輸出電壓升高而減小?；?取耐壓25V, 220 d F電解電容。凹、回用于消除紋波，一般取幾十 幾百微法。 回 取220F,回 取100 F電解電容。個(gè)人資料整理 僅限學(xué)習(xí)使用回 起電源退耦濾波作而 旬丁冶除贏白漁扇蕩，后 承100科F函軍電容。2）音調(diào)控制器設(shè)計(jì)音調(diào)控制器 根據(jù)題意，N3及外圍電路組成。100Hz和10kHz處有2dB調(diào)節(jié)范圍。即，代入式429）得4.2.12則因此叵、4.2.13代入式4.2.10）得4.2.144.2.144.2.15國(guó)、叵不能取得太大，否則運(yùn)放漂移電流影響不能忽略不計(jì)。同時(shí)也不能太小，否則流過(guò)電流將超出

17、運(yùn)放輸出能力。一般取幾千歐至幾百千歐。取凹=回=47回，取值正確與否代入式 4.2.12）進(jìn)行驗(yàn)算。=470滿足設(shè)計(jì)要求。由式4.2.13）求得 凹 值取標(biāo)稱(chēng)值0.01科E 可得因此取標(biāo)稱(chēng)值 由式4.2.14）得取標(biāo)稱(chēng)值臼與回等值取470可，級(jí)間耦合與隔直電容 3）話筒放大器與混合前置級(jí)設(shè)計(jì),取 10 d F。話筒放大電路由21及外圍電路組成，耦合隔直電容取10F,因 為話筒放大后音量調(diào)節(jié)電位器，取10 二根據(jù)級(jí)間增益分配,該電路為同相輸入放大器。，代入算得，取標(biāo)稱(chēng)值日,這時(shí)該電路為單電源供電交流放大器，在電源與同相輸入端及同相輸入端與地之間, 成運(yùn)放，以提供合適的偏壓?；?取10 F?；旌锨?/p>

18、置放大器電路由運(yùn)放 區(qū) 組成，為反相輸入加法器電路。各接入臼電阻給集根據(jù)增益分配，混合級(jí)輸出電壓,所以取,而話筒放大器輸出國(guó)已達(dá)到錄音機(jī)插孔輸出的信號(hào)圖一般為】，已遠(yuǎn)大于 國(guó) 要求，要對(duì) 國(guó)進(jìn)行適當(dāng)衰減,否則會(huì)產(chǎn)生限幅失真 截頂失真）。取 回為三，為使音量可調(diào)，電位器 叵取回。4.音響放大器電路圖個(gè)人資料整理 僅限學(xué)習(xí)使用根據(jù)以上設(shè)計(jì)，可畫(huà)出音嘀放天器麗麗如囪4.2.7所示。電干推附器ITnT與圖4.2.7首響放大器電路圖圖中各參數(shù)如下所示比產(chǎn)附 g=覦n即=/=為田/?B=iootn國(guó)產(chǎn)及二心工事由氐=1蛔1幾閾Rj = 200n 比=胱 R.= Rb=% = 4=R1R=l（W= RP2I

19、 = 1（W 腓?戶即笈=41頗&i，C|?工?？?h C& = Ch =。直=C菖=C第= Cu * lOfiF G產(chǎn)殳=0.01/tF a = 510jpF- & = OOFG = gcF G=045州。/5地 & = 4啊 /%（幀 Ce=冽四 & = 33”五.安裝調(diào)試注意四個(gè)電位器外殼接地，否則會(huì)引起自激振蕩。話筒放大級(jí)、音調(diào)級(jí)、混合級(jí)其靜態(tài)輸出直流電壓均 為日，功放級(jí)OTL電路）輸出也為 三。其余參考集成運(yùn)放調(diào)試部分。4.2.2音樂(lè)彩燈控制器設(shè)計(jì)隨著人們生活水平的提高，人們對(duì)提高文娛活動(dòng)的質(zhì)量提出了新的要求。現(xiàn)在用集成電路設(shè)計(jì)一個(gè)音樂(lè) 彩燈控制器，每組彩燈的亮度隨各路輸入信號(hào)的不同

20、而不同，以增加節(jié)日氣氛。一、設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)1 .設(shè)計(jì)課題 音樂(lè)彩燈控制器。2 .技術(shù)指標(biāo)音樂(lè)信號(hào)分為三個(gè)頻段，分別控制紅、黃、藍(lán)三種顏色的彩燈。 高頻段：20004000Hz控制藍(lán)燈。 中頻段：5001200Hz控制黃燈。低頻段：50250Hz控制紅燈。每組彩燈的亮度隨各路輸入信號(hào)的大小分八個(gè)等級(jí)。輸入信號(hào)最大時(shí)，彩燈最亮。輸入音樂(lè)信號(hào)大于10mV,當(dāng)輸入音樂(lè)信號(hào)幅度小于 10mA時(shí)，要求彩燈全亮。二、設(shè)計(jì)過(guò)程舉例1.課題分析圖4.2.8為控制波形圖。如果輸入交流 220V正弦波電壓過(guò)零點(diǎn)時(shí)，在雙向晶閘管的控制極與陰極之間連續(xù)加 入 3V,區(qū)1ms的同步觸發(fā)脈沖，晶閘管就可以連續(xù)導(dǎo)通，忽略其導(dǎo)通壓

21、降，正弦波電壓將全部加到燈泡 上，燈泡最亮，如圖4.2.8b圖4.2.8雙向晶閘管控制燈泡亮度電路和控制波形圖a）控制電路控制波形圖把音樂(lè)信號(hào)分成三個(gè)頻段可用帶通濾波器去實(shí)現(xiàn)。組成該電路的形式有很多，其中最簡(jiǎn)單的并且上、下 限截止頻率分別可調(diào)的是由低、高通濾波器電路串聯(lián)而成的帶通濾波器。這種電路的缺點(diǎn)是所用元件較多， 優(yōu)點(diǎn)是調(diào)整方便，很容易實(shí)現(xiàn)指標(biāo)要求。通過(guò)帶通濾波器選出所需要的頻率段的音樂(lè)信號(hào)，經(jīng)過(guò)精密整流電路變?yōu)橹绷鳎渲绷麟娖诫S音樂(lè)信號(hào)的大小而上下浮動(dòng)，此電平作為參考電壓加在電壓比較器的同相端，由同步觸發(fā)脈沖作為計(jì)數(shù)信號(hào)的A/D轉(zhuǎn)換器。輸出階梯波作為比較電壓加在電壓比較器的反相端，使電壓

22、比較器輸出的電壓高電平的時(shí)間與參考電 壓成正比，并控制與門(mén)打開(kāi)的時(shí)間，以決定放過(guò)同步脈沖的個(gè)數(shù)去觸發(fā)晶閘管，從而控制燈泡的亮度。由此可見(jiàn)，音樂(lè)彩燈控制器大致由以下幾部分組成：同步脈沖發(fā)生器。階梯波發(fā)生器。帶通濾波器和放大器。精密整流電路。電壓比較器。與門(mén)、或門(mén)和雙向可控硅執(zhí)行機(jī)構(gòu)等組成。框圖如圖4.2.9所示。2.方案論證從圖4.2.9中可以看出，除三個(gè)頻率通道濾波器外，其他部分都相同。下面就一個(gè)頻率通道的電路，簡(jiǎn)述器電路 組成、工作原理及設(shè)計(jì)方法。圖4.2.9音樂(lè)彩燈控制器框圖0這個(gè)條件，由此得到a如果設(shè)定R3和R4的比值和其中一個(gè)電阻值，則Uthi和Uth2即可算出。此外，為使晶閘管可靠觸

23、發(fā)，同步觸發(fā)脈沖寬度不應(yīng)小于1ms。由圖4.2.11可知，脈沖寬度Tw= I K 1，按照正弦波變化規(guī)律，可以列出Uthi和Uth2的表達(dá)式。R1和R2比值并把已算出的 Uth1和UtH2代入以上公其中，Um為變壓二次繞組輸出正弦波峰值電壓。如果設(shè)定的 式求出的 ）1ms為止。圖4.2.10中CD40163是4位二進(jìn)制計(jì)數(shù)器和運(yùn)算放大器N2組成階梯波發(fā)生器。用反饋置零法使CD40163構(gòu)成八進(jìn)制計(jì)數(shù)器。R7R10為權(quán)電阻，如使,就可以使N2輸出的Uf為八個(gè)臺(tái)階的階梯電壓。如設(shè)計(jì)數(shù)器Q端輸出高電平為5V,低電壓為0V,那么每個(gè)臺(tái)階的高度為 5V/8= 0.625V,為了減輕CD40163的負(fù)載，

24、R11的選擇不應(yīng)小于10kQ。因?yàn)橛?jì)數(shù)器用同步觸發(fā)脈沖作計(jì)數(shù)脈沖，所 以每個(gè)臺(tái)階的寬度為10ms。2）帶通濾波器的工作原理和設(shè)計(jì)音樂(lè)通道電路原理如圖 4.2.12所示。N3和N4分別為低通和高通濾波器。只要這兩種濾波器相串聯(lián)，并且 使通頻帶相重疊，就可組成帶通濾波器，其上限截止頻率取決于低通濾波器，下限截止頻率取決于高通濾波 器。如果選,其上、下限頻率分別由下式?jīng)Q定日是技術(shù)指標(biāo)給定的已知量，如設(shè)定C7和C9的值，運(yùn)用以上二式可以很方便地求出R12和R16的值。為了避免自激振蕩，R14/R15和R18/R19的比值均應(yīng)小于2。1圖4.2.12音樂(lè)通道電路原理3）精密整流器的工作原理和設(shè)計(jì)圖4.2

25、.12中，N5、N6組成半波精密整流電路。VDg、VD9為整流二極管。當(dāng)N5的同相輸入端輸入信號(hào)為正半波時(shí)，VD8導(dǎo)通，使R20形成強(qiáng)烈的負(fù)反饋，N5工作在電壓跟隨狀態(tài)，其輸出電壓為正。N6的同相輸入端輸入為負(fù)半波時(shí)，VD8截止，VD9導(dǎo)通，并通過(guò)R21和N6串聯(lián)組成兩級(jí)電壓跟隨器使 N6輸出為負(fù)半波波形，由于 運(yùn)用了理想運(yùn)放條件，使整流輸出電壓克服了二極管死區(qū)電壓的影響，即使輸入電壓的幅度小于0.7V,只要大于0V,該整流器也可以進(jìn)行精密整流，音樂(lè)信號(hào)被整流后，就會(huì)在RP上形成音樂(lè)信號(hào)幅度成正比的負(fù)的直流電壓。Cii是濾波電容，以減小輸出波形的脈動(dòng)。VD8、VD 9以選用管壓降小的錯(cuò)管為宜。

26、R20和R21的作用主要是在輸入正半波時(shí)，限制通過(guò)VD8流入心輸出端的電流，因此 R20和R21的電阻值應(yīng)選在10ka以上。C11和R22起平滑作用以減小輸出波形的脈動(dòng)，但還必須保證輸出電壓能跟隨輸入音樂(lè)信號(hào)的變化，所以C11和R22的乘積不能太大。它們的數(shù)值可以在調(diào)試中確定。4）電壓比較器和同步脈沖控制電路在圖4.2.12中，N7和V2組成電壓比較器和同步觸發(fā)脈沖控制電路。由N6輸出反映音樂(lè)信號(hào)大小的負(fù)直流個(gè)人資料整理 僅限學(xué)習(xí)使用電壓的變化要比階梯波的變必i險(xiǎn) 鹵瓦司把UG看成已較器雨參考電慶。階梯菠 UF祚為被比較電壓，當(dāng)三） 時(shí)，N7輸出低電壓，V2飽和導(dǎo)通，集電極輸出為高電平，與門(mén)打

27、開(kāi)，同步觸發(fā)脈沖Ue通過(guò)與門(mén)，由射極跟隨器輸出Uh去觸發(fā)晶閘管，當(dāng)階梯波的變化為山 時(shí)，N7輸出高電平，V2截止，其集電極輸出為低電平，與門(mén)被封鎖，同步觸發(fā)脈沖通不過(guò)，晶閘管截止。由此可見(jiàn)，回 的大小決定了 N7輸出低電平的時(shí)間，同時(shí)也決定了通過(guò)與門(mén)同步觸發(fā)脈沖的個(gè)數(shù)及彩燈的亮度。回、回、習(xí)和國(guó)的波形如圖4.2.13所示，R23和R26分別為V2和V3的基極偏流電阻和N7的與門(mén)輸出 端得限流電阻，他們的阻值選擇關(guān)系到電路能否正常工作，R25在V 2截止時(shí)是與門(mén)的接地電阻，要保證相應(yīng)的與門(mén)輸入端為低電平，R25應(yīng)小于與門(mén)的開(kāi)門(mén)電阻 Ron。5） 10mV音樂(lè)信號(hào)鑒別器的原理與設(shè)計(jì)技術(shù)指標(biāo)要求，輸

28、入音樂(lè)信號(hào)小于10mV時(shí)，彩燈全亮。當(dāng)輸入音樂(lè)信號(hào)大于10mW時(shí)彩燈的亮度隨輸入音樂(lè)信號(hào)的大小分八個(gè)等級(jí)。為實(shí)現(xiàn)此項(xiàng)要求，電路中必須設(shè)有10mV音樂(lè)信號(hào)鑒別電路，如圖 4.2.14所示。上圖4.2.14 10mV音樂(lè)信號(hào)鑒別電路如圖4.2.14所示。心為電壓放大器，N9為電壓比較器。音樂(lè)信號(hào)通過(guò)耦合電容經(jīng)N8放大后由R31和VD10進(jìn)行半波整流。當(dāng)整流輸出負(fù)電壓的值高于 N9反相端輸入閥值電壓-0.7V時(shí)，N9輸出UL為高電平，此時(shí)V4飽和導(dǎo)通，并通過(guò)R26 乂V2提供偏流，V2也飽和導(dǎo)通，集電極輸出高電平，與門(mén)打開(kāi)，同步觸發(fā)脈沖連續(xù)通過(guò)與門(mén)，彩燈全亮。當(dāng)輸入信號(hào)高于10mV時(shí)，Ul為低電平，

29、V4截止，N7輸出低電平的時(shí)間受音樂(lè)信號(hào)的強(qiáng)弱控制，是彩燈亮度隨輸入音樂(lè)信號(hào)的大小而變化。由以上分析可知，合理選擇R30和R29的比值，是設(shè)計(jì)10mV音樂(lè)信號(hào)鑒別電路的關(guān)鍵。N9的閥值電壓為-0.7V,使輸入音樂(lè)信號(hào)高于10mV時(shí)，N9翻轉(zhuǎn)使Ul為低電平，Ng的電壓放大倍數(shù)必須大于 70。3.方案實(shí)現(xiàn)，二是二極管所承受的最大反相電壓URM。在圖4.2.10中，VDiVD4每個(gè)二極管所承受的最大反相電壓為在全部電路中，九只運(yùn)放、四只晶體三極管和三塊數(shù)字集成塊，設(shè)每個(gè)元件的工作電流都是10mA,則整流器的負(fù)載電流為流過(guò)每只整流二極管的平均電流為所以選擇整流二極管為1N4001型，其技術(shù)指標(biāo)為I 一

30、 , rn+5V電源主要供給三片數(shù)字集成塊和四只晶體管，工作電流為700mA,選塑封W7805集成穩(wěn)壓塊，最大輸出電流為1A,輸入電壓可在735V之間變化。2）濾波電容的選擇可用計(jì)算法，但比較繁瑣，一般按經(jīng)驗(yàn)數(shù)值選擇。Ci、C2、C3、C5選1000回/16V電解電容，C4、C6選0.033 1_ /63V的薄膜電容。同步脈沖發(fā)生器電路參數(shù)選擇R5為VD6的限流電阻，如選 【1,I，選標(biāo)稱(chēng)值為保證2比較器的閥值電壓Uth為正值，應(yīng)滿足R3/R4)0.7/10 ),如選 R3/R4)=1ms。根據(jù)公式如設(shè)R/R2=3,并選，代入二上式可得滿足要求。2階梯波發(fā)生器電路參數(shù)的選擇使階梯波發(fā)生器輸出八

31、個(gè)臺(tái)階的階梯波，4位二進(jìn)制計(jì)數(shù)器的輸出端 可、回、回、可應(yīng)接四個(gè)權(quán)電阻，他們的阻值應(yīng)滿足,如選 I X I 則（3音樂(lè)通道電路參數(shù)的計(jì)算1）帶通濾波器電路參數(shù)的選擇如圖4.2.9所示，如選=,帶通濾波器的上、下限截止頻率分別為電路如選擇的是中頻段，根據(jù)技術(shù)指標(biāo)已知,并設(shè) I K I ,可計(jì)算出2）精密整流器電路參數(shù)的選擇VD8、VD 9為整流管。因在小信號(hào)下工作，工作電流不大，但工作頻率較高，所以選擇適合在高頻下工作的 接觸型鑄管2AP9型為宜。R20、R21為限流電阻，其值不應(yīng)太小，選R20=R21 = 10回。,最后根據(jù)實(shí)際情況在C11和&2組成濾波電路，以減小整流后的紋波電壓，初選 調(diào)試

32、中確定。個(gè)人資料整理 僅限學(xué)習(xí)使用R25是與門(mén)接地電阻，也是 V2的集電極負(fù)載電阻。要保證在 V2截止時(shí)，與門(mén)的輸入端為低電平，所以R25要小于與門(mén)的開(kāi)門(mén)電阻 |,因此選在電壓比較器N7輸出低電平時(shí)V2應(yīng)飽和導(dǎo)通,皿，則飽和基極電流10V,為使V2可靠飽和必須使基極電流I X I 。R27為電壓跟隨器的射極電阻，其值一般選在4） 10mV音樂(lè)信號(hào)鑒別電路參數(shù)的計(jì)算如圖4.2.11所示，電壓跟隨器N9的閥值電壓為0.7,所以N8的電壓放大倍數(shù)必須大于 70倍，如選, C12是耦合電容，選。R32為VD11的限流電阻，如選.1 X I 。其飽和集電極電流,如設(shè)I ,設(shè)N7輸出低電平為- 二u/,可

33、算出 ,現(xiàn)選乂 I以下，現(xiàn)選 三。-0.7V ,要使其翻轉(zhuǎn)輸出為低電平，其輸入電壓必須小于-I X 1,則.1,選標(biāo)稱(chēng)值,則h ,選標(biāo)稱(chēng)值I X I 。4.安裝調(diào)試注意事項(xiàng) 1）合理安排布局本電路使用元器件較多，裝接設(shè)計(jì)布局要合理。 2）分級(jí)調(diào)試調(diào)試同步觸發(fā)脈沖發(fā)生器時(shí)注意以下兩點(diǎn)：要使滯回電壓比較器可靠翻轉(zhuǎn)，則R3/R41/20。要滿足同步觸發(fā)脈沖寬度LJ的條件，R1/R2比值選得越小越易達(dá)到。輸出電壓：方波 Up-p=24V,三角波Up-p=6V,正弦波U1V;4波形特征：方波tr10s1kHz,最大輸出時(shí)），三角波失真系數(shù) THD2% ,正弦波失真系數(shù)THD5%。 二、設(shè)計(jì)過(guò)程舉例1.課

34、題分析根據(jù)任務(wù)，函數(shù)信號(hào)發(fā)生器一般基本組成框圖如圖4.2.15所示。讀者可參閱有關(guān)參考資料。-V-圖4.2.15函數(shù)信號(hào)發(fā)生器框圖2.方案論證1 ）確立電路形式及元器件型號(hào)1）方波-三角波電路圖4.2.16所示為產(chǎn)生方波-個(gè)人資料整理 僅限學(xué)習(xí)使用三角波電路。工作原理如下：著 a點(diǎn)而并，運(yùn)算版天器 A1寫(xiě)Ri、用友R3、RP1組放電區(qū)比較器，Ci為加速電容 ,可加速比較器的翻轉(zhuǎn)。圖4.2.16方波-三角波產(chǎn)生電路由圖4.2.16分析可知比較器有兩個(gè)門(mén)限電壓運(yùn)放A2與R、RP2、C2及R5組成反相積分器，其輸入信號(hào)為方波Uoi時(shí)，則輸出積分器的電壓為當(dāng) U oi=+Vcc時(shí)當(dāng) Uo1=-VEE時(shí)

35、可見(jiàn)積分器輸入方波時(shí)，輸出是一個(gè)上升速率與下降速率相等的三角波，其波形如圖4.2.17所示。圖4.2.17方波-三角波波形A點(diǎn)閉合，即比較器與積分器首尾相連，形成閉環(huán)電路，則自動(dòng)產(chǎn)生方波-三角波。三角波的幅度為方波-三角波的頻率為由上分析可知：電位器RP2在調(diào)整方波-三角波的輸出頻率時(shí)，不會(huì)影響輸出波形的幅度。方波的輸出幅度應(yīng)等于電源電壓。三角波的出幅度應(yīng)不超過(guò)電源電壓。電位器RP1可實(shí)現(xiàn)幅度上午微調(diào)，但會(huì)影響波形的頻率。2）三角波一正弦波的變換三角波一正弦波的變換主要有差分放大器來(lái)完成。差分放大器具有工作點(diǎn)穩(wěn)定，輸入阻抗高、抗干擾能個(gè)人資料整理 僅限學(xué)習(xí)使用力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。特別是做直流放大器時(shí)，

36、可以有效的抑制零點(diǎn)漂移，因此可將頻率很低的三角波變換成正弦波 。波形變換的原理是利用差分放大器傳輸特性的非線性。其非線性及變換原理如圖4.2.18所示。i /ri( 0圖4.2.18三角波一正弦波的變換原理 傳輸特性曲線越對(duì)稱(chēng)，線性區(qū)越窄越好； 三角波的幅度umz正好使晶體管接近飽和區(qū)或截止區(qū)。圖4.2.19為三角波一正弦波的變換的電路。其中 RPi調(diào)節(jié)三極管的幅度，RP2調(diào)整電路的對(duì)稱(chēng)性，其并聯(lián)電 阻RE2用來(lái)減少差分放大器的線性區(qū)。電容Ci、C2、C3為隔直電容，C4為濾波電容，以減少濾波分量，改善輸出波形。+ Ucc4圖4.2.19三角波一正弦波變換電路整個(gè)設(shè)計(jì)電路采用如圖所示。其中運(yùn)算

37、放大器A1、A2用一只雙運(yùn)放WA747；差分放大器采用單入、單出方式，四只晶體管用集成電路差分對(duì)管BG319或雙三極管S3DG6等。取電源電壓為 12Vo2)計(jì)算元件參數(shù)比較器A1與積分器A2的元件參數(shù)計(jì)算如下：由于因此取R3=10k 貝U R3+RP1=30k Q,取 R3=20k Q , RP47 k 詡電位器。取平衡電阻 R1=R2R3+RP1) =10 k OQ1 X 當(dāng) 1HzWfW10HZ寸，取 C2=10F 貝U R4+RP2=757.5) k Q,取 5.1kQ, RP2為 100ka電位器。當(dāng)19Hz4w 100Hz取C2=1科似實(shí)現(xiàn)頻率波段的轉(zhuǎn)換，R、RP2的值不變。取平衡

38、電阻 R5=10 kQo三角波一正弦波變換電路的參數(shù)選擇原則是：隔直電容C3、C4、C5要取得大，因?yàn)檩敵鲱l率較低，取C3=C4=C5=470曠，濾波電容C6一般為幾十皮法至0.1 F。Re2=100 與RP4=100 Q,相并聯(lián)，以減少差分放大器的個(gè)人資料整理 僅限學(xué)習(xí)使用線性區(qū)。差分放大器的靜態(tài)工作點(diǎn)司*通過(guò)觀測(cè)傳輸特性曲線，血整Rp4及電班R*確定。3.方波-三角-正弦波函數(shù)發(fā)生器電路圖根據(jù)以上設(shè)計(jì)，可畫(huà)出方波 -三角-正弦波函數(shù)發(fā)生器電路圖如圖4.2.20所示。圖4.2.20方波-三角-正弦波函數(shù)發(fā)生器電路圖安裝與調(diào)試圖4.2.20所示方波-三角-正弦波函數(shù)發(fā)生器電路是由三級(jí)單元電路組

39、成的，在裝調(diào)多級(jí)電路時(shí)，通常按照單元電路的先后順序進(jìn)行分 級(jí)裝調(diào)與級(jí)聯(lián)。1）方波-三角波發(fā)生器的裝調(diào)由于比較器Ai與積分器A2組成正反饋閉環(huán)電路，同時(shí)輸出方波與三角波，這兩個(gè)單元電路可以同時(shí)安裝。需要注意的是，安裝電位器RR與RP2之前，要先將其調(diào)整到設(shè)計(jì)值，如設(shè)計(jì)舉例題中，應(yīng)先使RP1=10K,RP2取2.570） 內(nèi)的任一阻值，否則電路可能會(huì)不起振.只要電路接線正確，上電后，Uoi的輸出為方波，Uo2的 輸出為三角波，微調(diào)RPi,使三角波的輸出幅度滿足設(shè)計(jì)指標(biāo)要求，調(diào)節(jié)RP2,則輸出頻率在對(duì)應(yīng)波段內(nèi)連續(xù)可變.2）三角波-正弦波變換電路的裝調(diào)按照?qǐng)D4.2.20所示電路，裝調(diào)三角波-正弦波變換

40、電路，其中差分放大器可利用課題三設(shè)計(jì)完成的電路。電路的調(diào)試步驟如下：1 ）經(jīng)電容C4輸入差模信號(hào)電壓Uid=500mV , fi=100Hz的正弦波。調(diào)節(jié)RP4及電阻R*,使傳輸特性曲線對(duì)稱(chēng)。再逐 漸增大Uid,直到傳輸特曲線形狀如圖 3-73所示，記下此時(shí)對(duì)應(yīng)的Uid,即Uidm值。移去信號(hào)源，再將 C4左端接地，測(cè)量差分放大器的靜態(tài)工作點(diǎn)10、Uci、Uc2、Uc3、Uc4。2 ）將RP3與C4連接，調(diào)節(jié)RP3使三角波的輸出幅度經(jīng) RP3后輸出等于Uidm值，這時(shí)U03的輸出波形應(yīng)接近正弦波， 調(diào)整C6大小可以改善輸出波形。如果U03的波形出現(xiàn)如圖4.2.21所示的幾種正弦波失真，則應(yīng)調(diào)整

41、和修改電路參數(shù)，產(chǎn)生失真的原因及采取的相應(yīng)措施有：鐘形失真 如圖4.2.21a）所示，傳輸特性曲線的線性區(qū)太寬，應(yīng)減小Re2。半波圓頂或平頂失真如圖4.2.21b）如示，傳輸特性曲線對(duì)稱(chēng)性差，工作點(diǎn)Q偏上或偏下，應(yīng)調(diào)整電阻 R*。非線性失真如圖圖4.2.21c）所示，三角波的線性度較差引起的非線性失真，主要受運(yùn)放性能的影響?？稍谳敵?端加濾波網(wǎng)絡(luò)如G=0.1mF）改善輸出波形。3）性能指標(biāo)測(cè)量與誤差分析方波輸出電壓Up-pW cc是因?yàn)檫\(yùn)放輸出級(jí)由NPN型與PNP型兩種晶體管組成復(fù)補(bǔ)對(duì)稱(chēng)電路，輸出方波時(shí)，兩管輪流截止與飽和導(dǎo)通，由于導(dǎo)通時(shí)輸出電阻的影響，使方波輸出度小于電源電壓值。方波的上升時(shí)

42、間tr,主要受運(yùn)算放大器轉(zhuǎn)換速率的限制。如果輸出頻率較高，可接入加速電容C1圖4.2.16）, 一般取C1為幾十皮法。用示波器或脈沖示波器測(cè)量t.。4.3模擬電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)課題個(gè)人資料整理 僅限學(xué)習(xí)使用4. 3. 1集成音響放大器設(shè)計(jì)一、題目概述本課題采用集成功放器件設(shè)計(jì)一個(gè)收錄機(jī)和電視機(jī)、擴(kuò)音機(jī)等電器設(shè)備中使用的音響功率放大器。二、設(shè)計(jì)任務(wù)1、設(shè)計(jì)內(nèi)容要求具有話筒、錄音機(jī)兩路輸入，具有音調(diào)控制電路，功放電路由TDA2030組成。自制印制電路板，安裝調(diào)試并寫(xiě)出設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)。2、主要技術(shù)指標(biāo)輸出功率Po=8WTHD3%）。負(fù)載阻抗I 。頻率響應(yīng).。輸入阻抗。音調(diào)控制特性： 山處增益為,三處和31有 口 調(diào)節(jié)范圍，.。3、設(shè)計(jì)要求 1）調(diào)研、查找并收集有關(guān)資料。 2）總體設(shè)計(jì)，畫(huà)出電路框圖。 3）單元電路設(shè)計(jì)。 4）電氣原理設(shè)計(jì) 一一繪電路原理用Protel繪標(biāo)準(zhǔn)圖）。 5）列寫(xiě)元器件明細(xì)表。 6）撰寫(xiě)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)字?jǐn)?shù)5000左右）。 7）參考資料目錄。4、參考提不參考本書(shū)4.2.1設(shè)計(jì)內(nèi)容。4. 3. 2簡(jiǎn)易函數(shù)信號(hào)發(fā)生器設(shè)計(jì)一、題目概述設(shè)計(jì)一個(gè)能夠產(chǎn)生正弦波、三角波、方波等電壓波形的信號(hào)發(fā)生器。二、設(shè)計(jì)任務(wù)1 .設(shè)計(jì)內(nèi)容