電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)-低頻函數(shù)信號(hào)發(fā)生器

電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)——低頻函數(shù)信號(hào)發(fā)生器學(xué)而時(shí)習(xí)之，不亦悅乎？

——孔子《論語》道可道非常道。

——老子《道德經(jīng)》教學(xué)安排：第一階段（前5天）：玉泉教七-102上午上課（8:30-11:30）下午完成布置任務(wù)（閱讀、設(shè)計(jì)、仿真）第5天：測(cè)試，完成預(yù)設(shè)計(jì)報(bào)告第二階段（后5天）：東3實(shí)驗(yàn)室上午8:00發(fā)車（玉泉后校門內(nèi)）；下午5:00發(fā)車。第6天上午:領(lǐng)電路板第6-9天焊接，實(shí)驗(yàn)調(diào)試第10天完成課程報(bào)告教學(xué)內(nèi)容：第11章電子設(shè)計(jì)基礎(chǔ)知識(shí)實(shí)驗(yàn)12.2低頻函數(shù)信號(hào)發(fā)生器的設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)12.3低頻數(shù)字頻率計(jì)的設(shè)計(jì)所涉及技能：元器件儀器仿真焊接調(diào)試報(bào)告設(shè)計(jì)課件下載地址ftp:8:8021匿名登陸目錄：預(yù)設(shè)計(jì)報(bào)告上傳地址ftp:同上匿名登陸目錄：要求：文件名統(tǒng)一“學(xué)號(hào)姓名預(yù)設(shè)計(jì)報(bào)告”成績(jī)?cè)u(píng)定：平時(shí)成績(jī)10分測(cè)試成績(jī)20分實(shí)驗(yàn)結(jié)果40分實(shí)驗(yàn)報(bào)告20分其他(創(chuàng)新性)10分電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)概論常用電子系統(tǒng)：測(cè)控系統(tǒng)：航天飛機(jī)的飛行控制系統(tǒng)、工業(yè)生產(chǎn)控制系統(tǒng)測(cè)量系統(tǒng)：電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)系統(tǒng)、多路數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、各種電量和非電量的測(cè)量?jī)x器通信系統(tǒng)：數(shù)字通信系統(tǒng)、MODEM家電系統(tǒng)：調(diào)頻收音機(jī)、VCD、照相機(jī)汽車電子：汽車防盜器

、電動(dòng)汽車電子系統(tǒng)組成框圖：核心完成一個(gè)特定功能的完整的電子裝置稱為電子系統(tǒng)。電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)基本方法：系統(tǒng)元器件功能模塊功能模塊功能模塊功能模塊……單元電路單元電路單元電路單元電路單元電路單元電路單元電路單元電路…………子系統(tǒng)子系統(tǒng)…電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)過程：方案論證總體設(shè)計(jì)軟硬件設(shè)計(jì)組裝調(diào)試產(chǎn)品定型確定系統(tǒng)功能：“做什么？”確定性能指標(biāo)：“做到什么程度？”確定組成方案：“怎么做？”系統(tǒng)軟硬件劃分系統(tǒng)功能劃分及子系統(tǒng)框圖選擇硬件類型：通用IC、PLD、MCU、

DSP、ASIC、SOC設(shè)計(jì)單元電路，確定元器件設(shè)計(jì)程序流程，編寫源程序制作印刷板（或畫出電路圖）裝配調(diào)試測(cè)試系統(tǒng)指標(biāo)寫出產(chǎn)品技術(shù)報(bào)告和說明書總結(jié)設(shè)計(jì)報(bào)告組裝正式樣機(jī)現(xiàn)代電子設(shè)計(jì)方法：畫電路圖：protel電路板布局：protel電氣制圖：Autocad電路仿真：pSpice(Orcad),ewb(multisim)其他：vhdl,keilc51,ads,sdt衰減器開關(guān)頻率檔級(jí)函數(shù)選擇函數(shù)/計(jì)數(shù)直流偏置占空比頻率調(diào)節(jié)頻率顯示窗口幅度調(diào)節(jié)壓控振蕩輸入

同步信號(hào)輸出信號(hào)輸出端頻率計(jì)數(shù)輸入設(shè)計(jì)任務(wù)1.同時(shí)輸出三種波形：方波、三角波、正弦波一、設(shè)計(jì)內(nèi)容：設(shè)計(jì)一個(gè)低頻函數(shù)信號(hào)發(fā)生器二、性能與技術(shù)指標(biāo)2.頻率范圍：10Hz～10kHz3.頻率穩(wěn)定度:4.頻率控制方式：

(1)通過改變RC時(shí)間常數(shù)控制頻率（手控方式）；設(shè)計(jì)任務(wù)書：(2)通過改變控制電壓V1實(shí)現(xiàn)壓控頻率（即VCF），常用于自控方式。即:

（V1=1～10V）為確保良好的控制特性，可分三段控制：①10Hz～100Hz②100Hz～1kHz③1kHz～10kHz5.波形精度：(1)方波：上升沿和下降沿時(shí)間均應(yīng)小于2μs(2)三角波：線性度(3)正弦波：諧波失真度（V1為基波有效值，Vi為各次諧波有效值)trtf0.1Vom0.9VomVom

Vom6.輸出方式：(1)作電壓源輸出時(shí)，要求：①輸出電壓幅度連續(xù)可調(diào)，最大輸出電壓（峰峰值）不小于20V；(2)作電流源輸出時(shí)，要求：①輸出電流連續(xù)可調(diào)，最大輸出電流（峰峰值）不小于200mA；②當(dāng)RL=100Ω～1kΩ時(shí)，輸出電壓相對(duì)變化率(即要求Ro<1.1Ω);7.具有輸出過載保護(hù)功能當(dāng)因RL過小而使Iopp>400mA時(shí)，輸出晶體管自動(dòng)限流，以免進(jìn)一步損壞電路元器件。8.采用數(shù)字頻率顯示方式。②當(dāng)RL=0～90Ω時(shí)，輸出電流相對(duì)變化率

(即要求Ro>9kΩ)。(3)作功率輸出時(shí)，要求最大輸出功率Pomax≥1W（RL=50Ω時(shí)）。低頻函數(shù)信號(hào)發(fā)生器的設(shè)計(jì)一、總體方案討論振蕩部分輸出電路輸出頻率調(diào)節(jié)幅度調(diào)節(jié)頻率指示幅度指示函數(shù)信號(hào)發(fā)生器的原理框圖信號(hào)產(chǎn)生部分的多種實(shí)現(xiàn)方案模擬電路實(shí)現(xiàn)方案數(shù)字電路實(shí)現(xiàn)方案模數(shù)結(jié)合的實(shí)現(xiàn)方案數(shù)字電路的實(shí)現(xiàn)方案，一般可事先在存儲(chǔ)器里存儲(chǔ)好函數(shù)信號(hào)波形，再用D/A轉(zhuǎn)換器進(jìn)行逐點(diǎn)恢復(fù)。這種方案的波形精度主要取決于函數(shù)信號(hào)波形的存儲(chǔ)點(diǎn)數(shù)、D/A轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換速度、以及整個(gè)電路的時(shí)序處理等。其信號(hào)頻率的高低，是通過改變D/A轉(zhuǎn)換器輸入數(shù)字量的速率來實(shí)現(xiàn)的。這種方案在信號(hào)頻率較低時(shí)，具有較好的波形質(zhì)量。隨著信號(hào)頻率的提高，需要提高數(shù)字量輸入的速率，或減少波形點(diǎn)數(shù)。波形點(diǎn)數(shù)的減少，將直接影響函數(shù)信號(hào)波形的質(zhì)量，而數(shù)字量輸入速率的提高也是有限的。因此，該方案比較適合低頻信號(hào)，而較難產(chǎn)生高頻信號(hào)（如>1MHz）。模數(shù)結(jié)合的實(shí)現(xiàn)方案，一般是用模擬電路產(chǎn)生函數(shù)信號(hào)波形，而用數(shù)字方式改變信號(hào)的頻率和幅度。如采用D/A轉(zhuǎn)換器與壓控電路改變信號(hào)的頻率，用數(shù)控放大器或數(shù)控衰減器改變信號(hào)的幅度等，是一種常見的電路方式。模擬電路的實(shí)現(xiàn)方案，是指全部采用模擬電路的方式，以實(shí)現(xiàn)信號(hào)產(chǎn)生電路的所有功能。由于教學(xué)安排及課程進(jìn)度的限制，本實(shí)驗(yàn)的信號(hào)產(chǎn)生電路，推薦采用全模擬電路的實(shí)現(xiàn)方案。對(duì)于信號(hào)產(chǎn)生電路的模擬電路實(shí)現(xiàn)方案，也有幾種電路方式可供選擇。如用正弦波發(fā)生器產(chǎn)生正弦波信號(hào)，然后用過零比較器產(chǎn)生方波，再經(jīng)過積分電路產(chǎn)生三角波，電路框圖如圖所示。模擬電路實(shí)現(xiàn)信號(hào)產(chǎn)生電路的多種方式方案1正弦波發(fā)生器過零比較器積分器正弦波方波三角波這種電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，并具有良好的正弦波和方波信號(hào)。但要通過積分器電路產(chǎn)生同步的三角波信號(hào)，存在較大的難度。原因是積分電路的積分時(shí)間常數(shù)通常是不變的，而隨著方波信號(hào)頻率的改變，積分電路輸出的三角波幅度將同時(shí)改變。若要保持三角波輸出幅度不變，則必須同時(shí)改變積分時(shí)間常數(shù)的大小，要實(shí)現(xiàn)這種同時(shí)改變電路參數(shù)的要求，實(shí)際上是非常困難的。方案2正弦函數(shù)轉(zhuǎn)換電路比較器積分器正弦波方波三角波另一種電路方式是，由三角波、方波發(fā)生器產(chǎn)生三角波和方波信號(hào)，然后通過函數(shù)轉(zhuǎn)換電路，將三角波信號(hào)轉(zhuǎn)換成正弦波信號(hào)，電路框圖如圖所示。正弦函數(shù)轉(zhuǎn)換電路比較器積分器正弦波方波三角波這種電路在一定的頻率范圍內(nèi)，具有良好的三角波和方波信號(hào)。而正弦波信號(hào)的波形質(zhì)量，與函數(shù)轉(zhuǎn)換電路的形式有關(guān)，這將在后面的單元電路分析中詳細(xì)介紹。該電路方式是本實(shí)驗(yàn)信號(hào)產(chǎn)生部分的推薦方案。根據(jù)實(shí)驗(yàn)任務(wù)中對(duì)輸出電壓、輸出電流及輸出功率的要求，原則上在輸出級(jí)只需采用不同的負(fù)反饋方式便可。即要求電壓輸出時(shí)，采用電壓負(fù)反饋；要求電流輸出時(shí)，采用電流負(fù)反饋。這將在單元電路分析中進(jìn)行詳細(xì)介紹。由所選方案及組成電路的形式，可以初步分析該實(shí)驗(yàn)在實(shí)現(xiàn)上述技術(shù)指標(biāo)時(shí)的關(guān)鍵和困難之處。由于三角波的線性度、正弦波信號(hào)的諧波失真度都需要專用測(cè)試設(shè)備進(jìn)行檢測(cè)，在學(xué)生實(shí)驗(yàn)室一般不具備這樣的條件。因此，在實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)、制作及測(cè)試過程中，應(yīng)該重視對(duì)它們的分析和理解，以便了解影響這些技術(shù)指標(biāo)參數(shù)的電路形式、組成電路的元器件、改善和提高這些技術(shù)指標(biāo)的方法和措施。對(duì)于方波信號(hào)的上升沿和下降沿時(shí)間，則可用實(shí)驗(yàn)室中的示波器進(jìn)行檢測(cè)，該項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)也是本實(shí)驗(yàn)的一項(xiàng)重要和關(guān)鍵的參數(shù)。因此，在設(shè)計(jì)三角波，方波發(fā)生器和輸出放大電路時(shí)，要特別注意與該指標(biāo)有關(guān)參數(shù)的選取，如運(yùn)算放大器的轉(zhuǎn)換速率（SR）等。1.三角波方波發(fā)生器(1)比較器＋RC電路二、單元電路分析R兩端的電壓逐漸下降，充電電流也將不斷減小。線性度非常差，顯然不能當(dāng)作三角波使用。使iC恒定的辦法有多種，其實(shí)質(zhì)都是利用恒流源電路取代圖中的R，便可獲得較為理想的三角波波形。三種形式的恒流源電路三極管構(gòu)成場(chǎng)效應(yīng)管構(gòu)成1個(gè)恒流源+橋式整流第一種形式：三極管構(gòu)成第二種形式：場(chǎng)效應(yīng)管構(gòu)成第三種形式：1個(gè)恒流源+橋式整流(2)比較器＋積分器在一般使用情況下，V

1和VΘ2都接地。只有在方波的占空比不為50%，或三角波的正負(fù)幅度不對(duì)稱時(shí)，可通過改變V

1和VΘ2的大小和方向加以調(diào)整。V

1和VΘ2都接地時(shí)的波形：(1)對(duì)稱調(diào)節(jié)點(diǎn)V

1

V

1>0時(shí)：當(dāng)vO2=+VZ時(shí)，當(dāng)vO2=-VZ時(shí)，當(dāng)V

1>0時(shí)，T1>T2；V

1<0時(shí)，T1<T2。所以，由于失調(diào)等原因引起波形不對(duì)稱時(shí)，可通過改變V

1的大小進(jìn)行調(diào)整。(2)零位調(diào)節(jié)點(diǎn)VΘ2當(dāng)v2(t)=VΘ2時(shí)，A2翻轉(zhuǎn)。故A2翻轉(zhuǎn)時(shí)vO1的電壓為：若VΘ2>0，則三角波上移；若VΘ2<0，則三角波下移。其上幅度為：其下幅度為：而三角波的峰峰值為：由上可知，當(dāng)R2/R3的比值調(diào)好后，三角波的峰峰值已經(jīng)確定，調(diào)節(jié)VΘ2的大小可使三角波上下平移。因此，當(dāng)由于失調(diào)等原因引起三角波零位偏移（上下不對(duì)稱）時(shí)，可通過改變VΘ2的大小進(jìn)行調(diào)整。一號(hào)任務(wù)書根據(jù)給出的參考電路，估算頻率范圍和三角波、方波幅值。比照原理電路和參考電路，說明兩者之間的區(qū)別。若要求三角波幅度范圍為1～8V，試重新設(shè)計(jì)電路。電路中R2有何作用，估算R2阻值。若要求能調(diào)節(jié)占空比，試設(shè)計(jì)電路。運(yùn)放的SR參數(shù)是什么意思？若已知運(yùn)放LF353的SR＝13V/μs，試分析能否滿足電路的設(shè)計(jì)要求。電路設(shè)計(jì)：若方波和三角波的波形時(shí)間軸上不對(duì)稱，則可能是什么原因？若方波和三角波的波形幅度不對(duì)稱，則可能是什么原因？怎么辦？若方波三角波出不來，但線路經(jīng)檢查正確。怎么辦？測(cè)量頻率范圍時(shí)，能否通過調(diào)Rp2來改變頻率？仿真分析方波三角波發(fā)生電路（PSpice或MultiSim或……），運(yùn)放可選擇LM324。仿真和EDA：調(diào)試：拓展題（選做）：自學(xué)protel軟件中的畫圖和布線功能，畫出整個(gè)實(shí)驗(yàn)電路的布線圖。閱讀相關(guān)資料，論述函數(shù)信號(hào)發(fā)生器有哪些方案。查找函數(shù)信號(hào)發(fā)生器的專用集成電路型號(hào)及特點(diǎn)。閱讀相關(guān)資料，論述直接數(shù)字合成(DDS)的概念及優(yōu)點(diǎn)。在6個(gè)拓展題中選擇一個(gè),做成ppt,上臺(tái)報(bào)告。函數(shù)轉(zhuǎn)換是指：把某種函數(shù)關(guān)系轉(zhuǎn)換成另一種函數(shù)關(guān)系，能完成這種轉(zhuǎn)換功能的電子電路就稱為函數(shù)轉(zhuǎn)換電路。常用的函數(shù)轉(zhuǎn)換電路，如半波、全波整流電路，就是把正弦波形轉(zhuǎn)換成半波和全波波形的函數(shù)轉(zhuǎn)換電路。本實(shí)驗(yàn)需要討論的是，把三角電壓波形轉(zhuǎn)換成正弦電壓波形的正弦函數(shù)轉(zhuǎn)換電路。2.正弦函數(shù)轉(zhuǎn)換電路從轉(zhuǎn)換原理分析，有多種方法能完成這一轉(zhuǎn)換功能，常用的有：濾波法的轉(zhuǎn)換原理是，把峰值為Vm的三角波用傅里葉級(jí)數(shù)展開：濾波法運(yùn)算法折線法由上式可以看出，若三角波的頻率變化范圍不大，則可用低通濾波器濾去高次諧波，保留基波成份，正弦波與三角波之間具有固定的幅度關(guān)系。但若三角波的頻率變化范圍較大（如本實(shí)驗(yàn)的頻率變化范圍是1000倍），要設(shè)計(jì)一個(gè)對(duì)截止頻率具有跟蹤功能的低通濾波器就相當(dāng)困難、不易實(shí)現(xiàn)。因此，濾波法只適用于頻率變化范圍很小，最好是固定頻率的應(yīng)用場(chǎng)合。

運(yùn)算法的轉(zhuǎn)換原理是，把展開成冪級(jí)數(shù)形式：由上述關(guān)系容易看出，取冪級(jí)數(shù)的前幾項(xiàng)（根據(jù)轉(zhuǎn)換精度的要求），可以通過對(duì)線性（三角波）變化量x的運(yùn)算來近似表示成sinx，但要求三角波的幅度<π/2。運(yùn)算轉(zhuǎn)換法由于運(yùn)算復(fù)雜，用電子電路較難實(shí)現(xiàn)。折線法是一種使用最為普遍、實(shí)現(xiàn)也較簡(jiǎn)單的正弦函數(shù)轉(zhuǎn)換方法。折線法的轉(zhuǎn)換原理是，根據(jù)輸入三角波的電壓幅度，不斷改變函數(shù)轉(zhuǎn)換電路的傳輸比率，也就是用多段折線組成的電壓傳輸特性，實(shí)現(xiàn)三角函數(shù)到正弦函數(shù)的逐段校正，輸出近似的正弦電壓波形。由于電子器件（如半導(dǎo)體二極管等）特性的非線性，使各段折線的交界處產(chǎn)生了鈍化效果。因此，用折線法實(shí)現(xiàn)的正弦函數(shù)轉(zhuǎn)換電路，實(shí)際效果往往要優(yōu)于理論分析結(jié)果。用折線法實(shí)現(xiàn)正弦函數(shù)的轉(zhuǎn)換，可采用無源和有源轉(zhuǎn)換電路形式。無源正弦函數(shù)轉(zhuǎn)換電路，是指僅使用二極管和電阻等組成的轉(zhuǎn)換電路。有源正弦函數(shù)轉(zhuǎn)換電路，轉(zhuǎn)換電路除二極管、電阻網(wǎng)絡(luò)外，還包括放大環(huán)節(jié)。無論是無源還是有源轉(zhuǎn)換電路，其轉(zhuǎn)換原理都是雷同的。根據(jù)輸入三角波電壓的幅度，不斷增加（或減少）網(wǎng)絡(luò)通路以改變轉(zhuǎn)換網(wǎng)絡(luò)的系數(shù)，輸出近似的正弦電壓波形。有源正弦函數(shù)轉(zhuǎn)換電路的轉(zhuǎn)換原理如圖所示。若設(shè)正弦波在過零點(diǎn)處的斜率與三角波斜率相同，即0T/14T/7T/23T/144T/145T/146T/14T/4VImVOmvI,vO(V)t5.001.382.493.093.18VO1VO2VO3則有

（設(shè)VIm=5V）0T/14T/7T/23T/144T/145T/146T/14T/4VImVOmvI,vO(V)t5.001.382.493.093.18VO1VO2VO3由此可推出各斷點(diǎn)上應(yīng)校正到的電平值：不同區(qū)段內(nèi)的比例系數(shù)：在0~T/14區(qū)段內(nèi)在T/14~T/7區(qū)段內(nèi)在T/7~3T/14區(qū)段內(nèi)在3T/14~T/4區(qū)段內(nèi)0T/14T/7T/23T/144T/145T/146T/14T/4VImVOmvI,vO(V)t5.001.382.493.093.18VO1VO2VO3

正弦函數(shù)轉(zhuǎn)換方案1vivo基本結(jié)構(gòu)是比例放大器。只是使運(yùn)放在不同的時(shí)間區(qū)段（或輸出電平區(qū)段）內(nèi)，具有不同的比例系數(shù)。對(duì)不同區(qū)段內(nèi)比例系數(shù)的切換，是通過二極管網(wǎng)絡(luò)來實(shí)現(xiàn)的。在0~T/14區(qū)段內(nèi)要求D1~D6均不導(dǎo)通。vivo即書上的式子：若取Ri=10kΩ，則Rf=9.7kΩ(可選10kΩ)。要求D1導(dǎo)通，D2~D6均截止。此時(shí)，在T/14~T/7區(qū)段內(nèi)vivo由此可計(jì)算出Ra1=35.5kΩ（可選35kΩ）。為了控制D1的動(dòng)作電平，要求1點(diǎn)上的電平滿足下列關(guān)系：vivo或設(shè)計(jì)時(shí)，為避免Rb1對(duì)放大器比例關(guān)系的影響，要求Rb1>>Ra1，所以，上式又可簡(jiǎn)化為：取VD=0.6V，則（選670kΩ）。對(duì)于其它區(qū)段內(nèi)各電阻參數(shù)的計(jì)算，同理可以進(jìn)行計(jì)算和選取。vivoRa2=9.13kΩ(選9.1kΩ),Rb2=72.22kΩ(選75kΩ);Ra3=1.88kΩ(選1.8kΩ),Rb3=10.97kΩ(選10kΩ).二極管網(wǎng)絡(luò)：逐段校正。運(yùn)放：電壓跟隨器，作為隔離，稱為緩沖級(jí)。三極管：電壓跟隨器，提供參考電平。

正弦函數(shù)轉(zhuǎn)換方案2在輸入信號(hào)的正半周內(nèi)，應(yīng)由D1~D3實(shí)現(xiàn)逐段校正；在輸入信號(hào)的負(fù)半周內(nèi)，應(yīng)由D4~D6實(shí)現(xiàn)逐段校正。設(shè)硅二極管的開啟電壓為0.5V，所以各二極管的動(dòng)作電平V1~V3應(yīng)設(shè)置為：vivovivo在0~T/14區(qū)段內(nèi)D1~D6均不導(dǎo)通，所以vo=vi。在T/14~T/7區(qū)段內(nèi)僅有D1導(dǎo)通，D2~D6均截止。此時(shí)，即書上的式子：若選R4=2.2kΩ，則R5=7.8kΩ。vivo在T/7~3T/14區(qū)段內(nèi)D1、D2均導(dǎo)通，所以有即代入已知數(shù)據(jù)后得R6=2.01kΩ，取R6=2kΩ。vivoD1~D3

均導(dǎo)通，輸出電壓被二極管D3嵌位，所以vO=V3+0.5V=3.1V。（對(duì)這一段的校正與方案1不同）。在3T/14~4T/14區(qū)段內(nèi)圖中的V1~V3

，是通過由跟隨器組成的電壓源，再經(jīng)分壓后得到的。因此，為使電壓源內(nèi)阻不影響各個(gè)轉(zhuǎn)折電壓，分壓器的阻值應(yīng)選得遠(yuǎn)小于R5

和R6

。分析和實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，當(dāng)輸入三角波在T/2內(nèi)設(shè)置六個(gè)斷點(diǎn)，以進(jìn)行七段校正后，可得到正弦波的非線性失真度大致在1.8%以內(nèi)，若將斷點(diǎn)數(shù)增加到12個(gè)時(shí)，正弦波的非線性失真度可在0.8%以內(nèi)(實(shí)測(cè)值為0.42%)。vivo這里介紹的兩種有源正弦函數(shù)轉(zhuǎn)換網(wǎng)絡(luò)，基本設(shè)計(jì)思想都是將三角波進(jìn)行逐段校正，使之輸出逼近正弦波。二號(hào)任務(wù)書針對(duì)正弦函數(shù)轉(zhuǎn)換電路方案2（教材圖12.17），估算基準(zhǔn)電壓V1、V2、V3數(shù)值，估算R1～R3阻值。比照課件電路（即教材圖12.17）和參考電路，說明兩者之間的區(qū)別及優(yōu)缺點(diǎn)。參考電路中，電位器Rp3有何作用？運(yùn)放U2A有何作用？能否將運(yùn)放U2A組成的比例電路改為電壓跟隨器？為何？設(shè)計(jì)參考電路中基極分壓電阻R14～R17的阻值。電路設(shè)計(jì)：列出正弦轉(zhuǎn)換電路的調(diào)試要點(diǎn)。基準(zhǔn)電壓無法調(diào)整到所需值，什么原因？怎么辦？能輸出正弦波，但形狀不正確。什么原因？怎么辦？仿真分析正弦函數(shù)轉(zhuǎn)換電路（參考電路），記錄基準(zhǔn)電壓（靜態(tài)電壓）、運(yùn)放同相輸入端電壓(峰值)、運(yùn)放輸出端電壓(峰值)。仿真和EDA：調(diào)試：拓展題（選做）：若采用五段逼近，試計(jì)算各電阻阻值，并仿真驗(yàn)證。對(duì)于正弦函數(shù)轉(zhuǎn)換電路方案1（教材圖12.16），計(jì)算Ra2、Rb2和Ra3、Rb3阻值。根據(jù)不同負(fù)載的要求，輸出級(jí)電路可能有三種不同的方式：3.輸出級(jí)電路電壓源輸出方式電流源輸出方式功率輸出方式電壓源輸出方式電壓源輸出方式下，負(fù)載電阻RL

通常較大，即負(fù)載對(duì)輸出電流往往不提出什么要求，僅要求有一定的輸出電壓。同時(shí)，當(dāng)負(fù)載變動(dòng)時(shí)，還要求輸出電壓的變化要小，即要求輸出級(jí)電路的輸出電阻Ro足夠小。例如，當(dāng)RL=100Ω~1kΩ時(shí)，若要求

，即意味著要求：為此，必須引入電壓負(fù)反饋。運(yùn)算放大器的輸出電阻通常為1kΩ以下，當(dāng)引入電壓負(fù)反饋后，如希望Ro=1Ω，則要求：圖示電路的最大輸出電壓受到運(yùn)放供電電壓值的限制，如運(yùn)放的VCC

和VEE分別為±15V時(shí)，則VOPP=±(12~14)V。若要求有更大的輸出電壓幅度，必須采用電壓擴(kuò)展電路。設(shè)運(yùn)放的Aod=104，則F應(yīng)大于0.1，這是容易滿足的。故要求Avf≤10。對(duì)運(yùn)放而言，其供電電壓（VCC–VEE）仍接近30V，只是二者隨vO而浮動(dòng)。如考慮到R2、R3上的電壓至少為4V，則Vopp可達(dá)：±（45–15–4）=26V。當(dāng)vO=+26V時(shí)，vB1=15+26=41V，vB2=26–15=11V；而當(dāng)vO=-26V時(shí)，vB1=11V，vB2=-41V。電流源輸出方式在電流源輸出方式下，負(fù)載希望得到一定的信號(hào)電流，而往往并不提出對(duì)輸出信號(hào)電壓的要求。同時(shí)，當(dāng)負(fù)載變動(dòng)時(shí)，還要求輸出電流基本恒定，即要求有足夠大的輸出電阻Ro

。例如，當(dāng)RL=0~90Ω時(shí)，若要求，即意味著要求：為此，需引入電流負(fù)反饋。設(shè)運(yùn)放Aod=104，即當(dāng)Vop=10V時(shí)，要求VId=1mV。若Ro=1kΩ，則輸出短路電流Ios=10V/1kΩ=10mA。由此可以估計(jì)出若運(yùn)放的輸出電阻Ro=1kΩ，則要求：所以要求：所示電路中，運(yùn)放的最大輸出電流通常在10~20mA，如負(fù)載要求有更大的輸出電流，則必須進(jìn)行擴(kuò)流。一次擴(kuò)流電路T1

和T2

組成互補(bǔ)對(duì)稱輸出。運(yùn)放的輸出電流IA中的大部分將作為T1

、T2

的基極電流，所以IO=βIA

。值得注意的是，晶體管β值應(yīng)在額定電流下測(cè)得，它通常要小于小電流條件下的β值。并且，當(dāng)運(yùn)放輸出電流增大時(shí)，運(yùn)放的最大輸出電壓幅度也隨著減小，不再能達(dá)到±(12~14)V。二次擴(kuò)流電路用于要求負(fù)載電流IO較大的場(chǎng)合。復(fù)合管T1、T3和T2、T4

組成準(zhǔn)互補(bǔ)對(duì)稱輸出電路。輸出晶體管發(fā)射極上的電阻R用來穩(wěn)定晶體管的工作電流，但它們與輸出負(fù)載RL相串聯(lián)，應(yīng)盡可能減小其上的壓降。通常取R=(0.05~0.1)RL

。R1和R3的數(shù)值應(yīng)遠(yuǎn)大于T3、T4級(jí)的輸入電阻Ri3和Ri4，以盡可能減少信號(hào)分流。大功率管T3、T4的rbe較小，通常為幾十歐。所以常取R1=R3=幾百歐。R2為平衡電阻，它用來提高復(fù)合管T2、T4

的輸入電阻，以期和復(fù)合管T1、T3的輸入電阻對(duì)稱，所以取R2=R1//Ri3(約幾十歐)。在調(diào)試時(shí)，通常還可以進(jìn)行調(diào)整，以使最大輸出電流在正、負(fù)向?qū)ΨQ。功率輸出方式在功率輸出方式下，負(fù)載要求得到一定的信號(hào)功率。由于晶體管放大電路電源電壓較低，為得到一定的信號(hào)功率，通常需配接阻值較小的負(fù)載。電路通常接成電壓負(fù)反饋形式。如用運(yùn)放作為前置放大級(jí)，還必須進(jìn)行擴(kuò)流。當(dāng)RL較大時(shí)，為滿足所要求的輸出功率，有時(shí)還必須進(jìn)行輸出電壓擴(kuò)展。功率放大電路示例(1)功率管T4、T5的選用③T4、T5可能承受的最大功耗，按教材中對(duì)乙類功率放大器的分析，應(yīng)為功率管的選用主要考慮三個(gè)極限參數(shù)：即VBR(CEO)、ICM和PCM。①T4、T5在電路中可能承受的反向電壓最大值：VCE(max)=VCC+Vom≈2VCC=40V（截止時(shí)）；②流過T4、T5的最大集電極電流為：

IC(max)≈VCC/(RL+R5)（接近飽和時(shí)）；例圖實(shí)際上，靜態(tài)時(shí)，T4、T5中通常還有幾十mA的靜態(tài)工作電流ICQ將產(chǎn)生管耗(ICQ·VCC)，選管時(shí)應(yīng)予考慮，所以另外，在選用管子時(shí)還要求二管的β值應(yīng)盡量對(duì)稱（特別是在最大電流時(shí)）。例圖②考慮到T2、T3管集電極電流在R2、R3上的分流作用，它們的最大值可近似估計(jì)為：③T2、T3的最大功耗通常也按下列公式估計(jì)：(2)互補(bǔ)對(duì)稱晶體管T2、T3的選用①T2、T3的耐壓仍應(yīng)按VCE(max)>2VCC選擇；例圖

T1為小功率管，但其耐壓也應(yīng)按2VCC選用，R3為集電極負(fù)載，最好用一恒流源取代。C5

為消振電容，其電容值通常為100pF左右。調(diào)節(jié)電位器Rw可改變輸出晶體管T2~T5的靜態(tài)工作電流，以克服交越失真。T1管的靜態(tài)工作電流通常設(shè)置在5mA左右，以適應(yīng)T2級(jí)拉電流負(fù)載（vC1升高時(shí)，T2、T4工作）和T3級(jí)灌電流負(fù)載（vC1降低時(shí)，T3、T5工作）的需要，由