自動(dòng)化專業(yè)電子技術(shù)的設(shè)計(jì)

...wd......wd......wd...電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)報(bào)告專業(yè)班級(jí)：自動(dòng)化1302姓名學(xué)號(hào)：指導(dǎo)教師：2015年*月**日學(xué)年學(xué)期：2014年~2015年第二學(xué)期設(shè)計(jì)題目:音頻小信號(hào)前置放大電路設(shè)計(jì)；信號(hào)發(fā)生器設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)同學(xué)：**學(xué)號(hào)：********同組同學(xué)：**學(xué)號(hào)：********分工情況：****：選定課題，查閱資料，音頻小信號(hào)前置放大電路設(shè)計(jì)，信號(hào)發(fā)生器參數(shù)設(shè)計(jì)及性能調(diào)試****：資料查閱，參與音頻小信號(hào)前置放大電路性能調(diào)試，信號(hào)發(fā)生器電路設(shè)計(jì)及性能調(diào)試。一、音頻小信號(hào)前置放大電路設(shè)計(jì)1．設(shè)計(jì)要求設(shè)計(jì)音頻小信號(hào)前置放大電路，并用適宜軟件模擬，。具體要求如下：〔１〕放大倍數(shù)Au≥1000；〔２〕通頻帶20Hz~20KHz；〔３〕放大電路的輸入電阻RI≥1M;輸出電阻RO＝600；〔４〕繪制頻響掃描曲線。說明：設(shè)計(jì)方案和器件根據(jù)題目要求自行選擇，但要求在通用器件范圍內(nèi)。測(cè)試條件：技術(shù)指標(biāo)在輸入正弦波信號(hào)峰峰值Vpp=10mv的條件進(jìn)展測(cè)試〔輸入輸出電阻通過設(shè)計(jì)方案保證〕?！倦y度系數(shù)0.7】2.設(shè)計(jì)方案方案一、采用分立式元件前置放大級(jí)：以單端輸入雙端輸出且?guī)Ш懔髟吹牡牟顒?dòng)放大電路作為第一級(jí)，以雙端輸入單端輸出的差動(dòng)放大電路作為第二級(jí)。優(yōu)點(diǎn)：雙端輸出的差動(dòng)放大電路利用其電路的高度對(duì)稱性以及局部交流負(fù)反響可以很好的將共模干擾信號(hào)屏蔽。之后利用單端輸出的差動(dòng)放大電路將雙端浮地輸出轉(zhuǎn)化為單端輸出。中間級(jí)：采用帶射極旁路電容的共射放大電路。優(yōu)點(diǎn)：共射放大電路具有良好的優(yōu)良的電壓放大和電流放大作用。輸出級(jí)：采用共集組態(tài)的射極輸出器電路。優(yōu)點(diǎn)：共集組態(tài)的射極輸出器具有高輸入電阻和低輸出電阻，可以很好地降低對(duì)前置級(jí)電路的負(fù)荷，并具有良好的帶負(fù)載能力。方案二、采用兩級(jí)運(yùn)算放大器NE5532組成的放大電路。優(yōu)點(diǎn)：運(yùn)算放大器NE5532具有體積小，噪音低，功耗小，一致性好等優(yōu)點(diǎn)。特別的，運(yùn)算放大器具有理想的輸入輸出穩(wěn)定性，外部電路易調(diào)試。輸出效果理想，失真度小?？紤]到電子課程設(shè)計(jì)安排時(shí)間較短，并且期間有概論論考試?？傮w時(shí)間較為緊迫。而采用分立式元件搭建電路時(shí)，各元件對(duì)電路影響較大，參數(shù)難以確定，電路調(diào)試頗為耗時(shí)，工作時(shí)間要求較長(zhǎng)。在前兩天采用方案一進(jìn)展設(shè)計(jì)時(shí)，進(jìn)度緩慢，難以在規(guī)定時(shí)間完成任務(wù)；因而綜合考慮決定采用方案二進(jìn)展電路設(shè)計(jì)。3.主體設(shè)計(jì)關(guān)于音頻小信號(hào)前置放大電路設(shè)計(jì)，現(xiàn)主要分為兩大局部。第一局部、上下通濾波電路考慮到音頻放大電路需要放大的頻率范圍為20Hz-20kHz。因而決定在放大電路的前級(jí)加上濾波電路，將頻率高于20kHz以及低于20Hz的信號(hào)濾去。濾波電路選用二階壓控電壓源低通濾波電路和二階壓控電壓源高通濾波電路。第二局部、放大局部電路采用兩級(jí)NE5532放大電路。4.電路設(shè)計(jì)低通濾波電路局部電路圖低通濾波10kHz波形低通濾波20kHz波形低通濾波30kHz波形理論計(jì)算：根據(jù)相關(guān)知識(shí)：該低通濾波電路的上限截止頻率的平方與R1、R2、C1、C2的乘積成反比。代入數(shù)據(jù)算得上限截止頻率為12.5kHz。之所以調(diào)到這個(gè)值是因?yàn)樵趯㈦娐方M合后能夠在20kHz后將增益衰減到1000倍以下。高通濾波電路局部高通濾波10Hz波形高通濾波20Hz波形高通濾波30Hz波形理論計(jì)算：經(jīng)過理論計(jì)算，該電路的下限截止頻率約為20Hz。放大局部電路放大局部電路運(yùn)行參數(shù)放大局部電路工作原理輸入信號(hào)由C1左端進(jìn)入，經(jīng)C1濾波后一局部經(jīng)1M電阻接地，這樣可以保證輸入電阻為1M。另一局部接入NE5532進(jìn)展第一級(jí)放大，放大倍數(shù)由電阻R3和R4的倍數(shù)進(jìn)展控制，第二級(jí)放大同理是由電阻R5和R6的倍數(shù)進(jìn)展控制，其中R3=R4=10k,R5=R6=1500k，每一級(jí)都可以放大16倍，兩級(jí)一共可以放大256倍左右，又因?yàn)闉V波電路每級(jí)放大兩倍，總共放大倍數(shù)到達(dá)1024倍，滿足放大倍數(shù)到達(dá)1000倍的要求，兩級(jí)放大之間的電容C2起到濾波作用，最后一級(jí)的輸出經(jīng)濾波電容C3后接600的電阻最后接地。這樣輸出電阻可以到達(dá)600。通頻帶由濾波電路控制在20Hz-20kHz之間，可以滿足條件。完整電路完整電路10Hz運(yùn)行結(jié)果完整電路20Hz運(yùn)行結(jié)果完整電路10kHz運(yùn)行結(jié)果完整電路20kHz運(yùn)行結(jié)果完整電路30kHz運(yùn)行結(jié)果二、信號(hào)發(fā)生器設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)任務(wù)和要求設(shè)計(jì)一個(gè)能夠輸出正弦波、三角波和矩形波的信號(hào)源電路，電路形式自行選擇。輸出信號(hào)的頻率可通過開關(guān)進(jìn)展設(shè)定，具體要求如下：1、輸出信號(hào)的頻率范圍為100Hz~2kHz，頻率未定度較高；2、步進(jìn)為100Hz，要求輸出的是正弦波信號(hào)，信號(hào)無明顯失真；3、三角波和矩形波占空比連續(xù)可調(diào)；4、利用軟件示波器測(cè)量出其輸出頻率的上限和下限及其輸出電壓的范圍。【難度系數(shù)0.7】總體方案設(shè)計(jì)2.1555多諧振蕩器積分電路方波正弦波三角波↑↑↑低通濾波器積分電路555多諧振蕩器低通濾波器積分電路555多諧振蕩器圖1方波、正弦波、三角波、信號(hào)器原理圖2.2設(shè)計(jì)思路原理首先由555定時(shí)器組成的多諧振蕩器產(chǎn)生方波，然后由積分電路將方波轉(zhuǎn)化為三角波，最后用低通濾波器將方波轉(zhuǎn)化為正弦波，但這樣的輸出將造成負(fù)載的輸出正弦波波形變形，因?yàn)樨?fù)載的變動(dòng)將拉動(dòng)波形的崎變。3、各組成局部的工作原理3.1方波發(fā)生電路的工作原理如以下列圖圖2圖2方波發(fā)生電路利用555與外圍元件構(gòu)成多諧振蕩器，來產(chǎn)生方波的原理。用555定時(shí)器組成的多諧振蕩器如圖2所示。接通電源后，電容C2被充電，當(dāng)電容C2上端電壓Vc升到2Vcc/3時(shí)使555第3腳V0為低電平，同時(shí)555內(nèi)放電三極管T導(dǎo)通，此時(shí)電容C2通過R2、R3放電，Vc下降。當(dāng)Vc下降到Vcc/3時(shí)，V0翻轉(zhuǎn)為高電平。電容器C2放電所需的時(shí)間為：t=(R2+R3)C2ln2當(dāng)放電完畢時(shí)，T截止，Vcc將通過R1、R2、R3向電容器C2充電，Vc由Vcc/3上升到2Vcc/3所需的時(shí)間為：tH=(R1+R2+R3)C2ln2=0.7(R1+R2+R3)C2當(dāng)Vc上升到2Vcc/3時(shí)，電路又翻轉(zhuǎn)為低電平。如此周而復(fù)始，于是，在電路的輸出端就得到一個(gè)周期性的矩形波。其震蕩頻率為：f=1/〔tL+tH〕=1.43/(R1+2R2+2R3)C23.2方波、三角波圖3積分電路產(chǎn)生三角波RC積分電路是一種應(yīng)用比擬廣泛的模擬信號(hào)運(yùn)算電路。在自動(dòng)控制系統(tǒng)中，常用積分電路作為調(diào)節(jié)環(huán)節(jié)。此外，RC積分電路還可以用于延時(shí)、定時(shí)以及各種波形的產(chǎn)生或變換。由555定時(shí)器組成的多諧振蕩器輸出的方波經(jīng)C4耦合輸出，如圖3所示為RC積分電路，再經(jīng)R與C積分，構(gòu)成接近三角波。其根本原理是電容的充放電原理。3.3三角波——正弦波轉(zhuǎn)換電路的工作原理圖4三角波產(chǎn)生正弦波原理圖PS:此采用低通濾波的方法將三角波變換為正弦波。圖中所需的元件數(shù)值大小由計(jì)算得出。4.整體設(shè)計(jì)電路構(gòu)思整體函數(shù)發(fā)生器的設(shè)計(jì)電路如下：圖5設(shè)計(jì)總電路圖總電路圖的原理：555定時(shí)器接成多諧振蕩器工作形式，CX為定時(shí)電容，C2的充電回路是R1→R3→R2→C2；CX的放電回路是CX→R2→R3→IC的7腳(放電管)。由于R2+R3>>R1，所以充電時(shí)間常數(shù)與放電時(shí)間常數(shù)近似相等，由IC的3腳輸出的是近似對(duì)稱方波。按圖所示元件參數(shù)，其頻率為500Hz左右，調(diào)節(jié)電位器RP可改變振蕩器的頻率。方波信號(hào)經(jīng)R4、C4積分網(wǎng)絡(luò)后，輸出三角波。三角波再經(jīng)R5、C5、R6、C6低通濾波電路，輸出近似的正弦波。C7是電源濾波電容。發(fā)光二極管LED1用作電源指示燈。5.實(shí)際操作過程為達(dá)成要求中的步進(jìn)，故將CX設(shè)計(jì)成20個(gè)電容的串聯(lián)，以到達(dá)步進(jìn)的目的，實(shí)際電路圖如下：用Multisim12.0進(jìn)展電路仿真圖6實(shí)際連接線路5.1輸出結(jié)果截圖方波信號(hào)三角波信號(hào)正弦波信號(hào)5.2匯總波形圖7匯總波形5.3步進(jìn)設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)電路圖：圖8采用電容串聯(lián)的形式到達(dá)步進(jìn)的結(jié)果圖9起始100Hz圖10步進(jìn)100Hz..圖11步進(jìn)至2000Hz三、設(shè)計(jì)心得體會(huì)通過對(duì)音頻小信號(hào)前置放大電路以及函數(shù)信號(hào)發(fā)生器的設(shè)計(jì)，使我對(duì)模電，數(shù)電的根本知識(shí)的使用更加熟練，同時(shí)也增加了我對(duì)它們的一些認(rèn)識(shí)，在作業(yè)完成過程中通過和同學(xué)的交流，也增加了合作的技巧。通過查閱以下資料也學(xué)到了一些課本上沒有的東西，拓寬了自己的知識(shí)面，增加了學(xué)好電子方面課程的信心。在這次課程設(shè)計(jì)中，我真正體會(huì)到了合作的重要性，遇到很多問題時(shí)，當(dāng)我看書查資料不能解決時(shí)，這是去找同組同學(xué)討論一下，陳霧蒙同學(xué)給我的幫助很大，我的收獲也很大。在設(shè)計(jì)的過程中，我們一開場(chǎng)選定的是“音頻信號(hào)放大系統(tǒng)〞設(shè)計(jì)，后來由于設(shè)計(jì)難度較大，關(guān)于雙聲道局部始終無法理解，為了保證順利完成設(shè)計(jì)，我們選擇了改變課題，但在更改課題后的設(shè)計(jì)也同樣遇到很多問題，遇到問題解決問題根本上到達(dá)了：詢問同學(xué)、查詢資料、詢問教師、上網(wǎng)搜查等眾多方式方法和途徑，爭(zhēng)取最大限度的到達(dá)完美。經(jīng)過這次的課程設(shè)計(jì)，加深了我對(duì)電子元器件的理解和認(rèn)識(shí)。我發(fā)現(xiàn)實(shí)際器件與理論知識(shí)是有很大差異的，我一直以為分立式元件是很簡(jiǎn)單的，但是在搭建