《2022年第四章模拟电子技术课程设计方案 .pdf》由会员分享，可在线阅读，更多相关《2022年第四章模拟电子技术课程设计方案 .pdf（18页珍藏版）》请在taowenge.com淘文阁网|工程机械CAD图纸|机械工程制图|CAD装配图下载|SolidWorks_CaTia_CAD_UG_PROE_设计图分享下载上搜索。
1、个人资料整理仅限学习使用第四章 模拟电子技术课程设计4.1模拟电子技术设计基础4.1.1概述一、模拟电路的组成电子产品大多是由一些模拟装置或者数字模拟混合装置组成的。所谓模拟装置，一般是由低频电子线路组合而成的模拟系统。我们日常接触到的许多装置和仪器。如扩音器、录音机、温度控制装置、示波器等等，都是模拟装置。虽然它们的性能、用途各有不同，但就其电子线路部分而言，可以说都是由一些基本单元组成的。它们的基本结构方面有着共同的特点。一般来说，典型的模拟装置由3个组成部分：一是传感器件部分；二是信号放大和变换电路部分，三是执行机构部分。图4.1画出了典型模拟电路装置的方框图。图4.1 模拟装置组成框图
2、1传感器件传感器件主要用来把非电信息转换为电信号，例如话筒、磁头、热敏器件等。2信号放大与变换从传感器件送来的电信号，一般是比较微弱的，有的信号波形也不符合要求，往往不能直接推动执行机构正常工作，必须将这种信号加以放大或变换，再传送给执行结构。能实现信号的放大和变换功能的电路就是模拟电路。常见的一些基本功能电路有：放大器、振荡器、整流器以及各种波形发生电路等等。在这些基本功能电路中，以放大器的应用最为广泛，许多电子电路都是由它演变派生或进一步组合而成的。另外，由于单级放大器的电压(或功率 放大倍数有限，往往不能满足实际的需要，因此在许多模拟电路装置中，又要把若干个单级放大器连接起来构成多级放大
3、电路。显然，多级放大器既是模拟电路中的关键部分，内容又具有典型性，比较适合课程设计的要求。3执行机构执行机构则是把电能转换成其他形式的能量，以便完成人们所需要的功能。由于各种模拟装置用途不同，传感器件和执行机构两部分的器件需专门设置。因为它们不是模拟电子技术的主要内容，本书不作重点讨论。我们研究、设计的内容主要是信号放大和变换电路部分。二、模拟电路设计的基本要求课程设计是通过一阶段课程的各教案环节(课堂教案和实验之后进行的。内容的复杂性和工作量应适中。课程设计应使学生达到如下要求：(1初步掌握一般电子电路分析和设计的基本方法。包括：根据设计任务和指标，初选电路；通过调查研究，设计计算，确定电路
4、方案；选择元件，安装电路，独立安排实验，调试改进；分析实验结果，写出设计总结报告。(2培养一定的自学能力和独立分析问题、解决问题的能力。包括：学会自己分析解决问题的方法，对设计中遇到的问题，能通过独立思考，查阅工具书，参考文献，寻找答案。掌握一些电路调试的一般规律。实验中出现一般故障，能通过“ 观察、判断、实验、再判断” 的基本方法去解决；能对实验结果独立地进行分析、评价。 (3掌握普通电子电路的生产流程以及安装、布线、焊接等基本技能。(4巩固常用电子仪器的正确使用方法。包括：示波器、直流稳压电源、晶体管特性图示仪等仪器的正确使用；掌握常用电子器件和电路的测试技能。(5严格的科学训练和工程设计
5、实践，使学生逐步树立严肃认真，一丝不苟，实事求是的科学作风，并培养学生在实际工作中具有定的生产观点、经济观点和全局观点。4.1.2模拟电路的设计方法一、模拟电路设计的基本步骤由于电子电路的种类很多，设计方法也不完全相同。在一般情况下，整个设计过程可以分为课题分析、方案论证、方案论证、方案实现、安装调试四个阶段，详细内容参阅本书绪论中课程设计基本步骤。应当指出，一种较为理想的方案不是轻而易举就能很快提出来的，它往往需要设计者进行广泛调查研究，大量查问参考文献和资料，再进行反复比较和可行性论证才能最后确定下来。实践证明，由于生产实际的复杂性和电子元、器件的分散性，再加上设计者的经验不足，一个仅从理
6、论上设计出的电路往往是不成熟的，可能存在许多问题。但是，不通过实验就想把这些问题检查出来并加以解决是十分困难的。因此在完成方案设计以后总是要进行电路的装配和调试。通过调试发现实验现象与设计要求不相符合的情况。如果善于从理论与实践的结合上分析原因，就可能很快地找出解决问题的精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 1 页，共 18 页个人资料整理仅限学习使用方法和途径。从而完善设计方案使之达到规定的技术指标。如果说方案设计是搞好系统设计的先决条件的话，那么实验调整则可以说是解决问题的决定性步骤。在实际进行方案的实验时，往往还会出现预先估计不到的
7、许多现象，难免需要改变某些参数或更换元件，甚至修改方案。为入便起见，通常先把电路在实验箱或专用实验箱上组装起来进行。应当指出，由于许多系统往往比较复杂。因此在方案实验阶段般只能对其中的关键部分或采用的新电路、新技术进行实验，而对于那些很有把握或很成熟的内容，则可以不做实验。只有在方案比较简单时，才有可能在实验室里做总体实验。需要说明的是，随着集成电路的迅速发展，近年来采用线性集成元件组装模拟电路已日趋广泛。这种电路的设计方法，可以利用一些基本公式或经验来选择外接元件。只要熟悉了各种集成元件的性能和指标，设计起来是比较容易的。当然分立元件的电路还在大量地应用，而且这种电路的设计，往往需要运用基本
8、的电路设计方法。这种训练对于初学设计者来说还是十分必要的。因此，本书安排了一些分立元件模拟电路的设计。通过本书所列课题的设计，有助于学生熟悉各种电子器件，掌握电路的基本设计方法，得到布线，焊接，组装电路的训练。为了让学生了解和熟悉集成电路的应用，本书也安排了一些由集成电路组成的电路课题，以供教案选作。4.2模拟电子技术课程设计示例4.2.1集成电路音响放大器设计收录机和电视机、扩音机等电器设备中都有音响功率放大器，这类放大器过去大都由分立元件电路组成。随着集成功放器件的出现，集成音响功率放大器因具有工作稳定、性能好、易于安装调试、成本低等优点，故得到广泛应用。集成功放加上前置放大器、音调控制电
9、路就可构成音响放大器。一、设计任务书1.设计课题音响放大器设计。(1要求具有音调控制、卡拉OK伴唱，对话筒与录音机输出信号进行扩音。(2已知条件： =9V ，话筒 确定整机电路级数，分配各级电压增益。话筒输入信号较弱，根据题意，输入信号为5mV时，输出功率最大值为1W。因此电路系统总电压增益。由于实际电路中会有损耗，应留有裕量，故取。下面进行各级增益分配：音调控制级在。时，增益为 1电路论证分析1）功率放大电路常用音频集成功放有LA4100 系列、 TDA2030 、 SF404等。本课题设计采用LA4102 ，其典型输出功率为1.4W，闭环增益为 45dB，可满足要求。2）音调控制器音调控制
10、器是控制、调节音响放大器输出频率高低的电路，其控制曲线如图4.2.2中折线所示。图中 中音频率，要求增益； 低音转折频率，一般为几十赫芝； 中音频转折频率； 中音频转折频率； 高音频转折频率，一般为几十千赫芝。图4.2.2 音调控制曲线从图中可见，音调控制器只对低音频或高音频进行提升或衰减，中音频增益保持不变，音调控制器由低通滤波器和高通滤波器共同组成。实现此方案，可有两种形式。一种是用专用集成电路LA3600 ，外接发光二极管频段显示器，可看见各频段的增益提升与衰减的变化情况，在高中档收录机、汽车音响等设备中，一般采用专用音调控制集成电路。另一种是采用集成运放构成音调控制器，如图4.2.3所
11、示。图4.2.3 音调控制电路设，在中、低音频区，可视开路，在高音频区，、可视为短路。当时，音调控制器低频等效电路如图4.2.4所示，其中图4.2.4a）为的滑臂在最左端，对应于低音频提升最大的情况，图4.2.4b）为滑臂在最右端，对应于低音频衰减最大情况。图4.2.4a）实质上是一个一阶有源低通滤波器，其传递函数表达式为 图4.2.4 音调控制器低频等效电路(a低音频提升 ( b低音频衰减精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 3 页，共 18 页个人资料整理仅限学习使用 4.2.1 式中或或时，可视为开路，运放的反相输入端为虚地，因运放
12、输入电流，影响可忽略，此时电压增益为： 4.2.2 时，由式 4.2.1得 4.2.3 模为 4.2.4 此时电压增益相对下降了。时，由式 4.2.3得 4.2.5 模为 4.2.6 此时电压增益相对下降了。范围内，电压增益衰减速率为/10倍频程。同样可得出图4.2.4(b所示电路表达式，其增益相对于中频为衰减量。音调控制器工作在低音频时，幅频特性如图 4.2.2左半部虚线所示。当时，音调控制器高音频等效电路如图4.2.5(a所示。在高音频段、可视为短路，与、组成星形联接，为分析方便，将其转换成三角形联接后的等效电路如图4.2.5(b所示。 (a (b 图4.2.5 音调控制器高频等效电路(a
13、高音频等效电路 (b 三角形联接后的等效电路电阻关系式为若取，则这时高频等效电路如图4.2.6所示，图 4.2.6a）为的滑臂在最右端时，对应于高频提升最大的情况，图4.2.6b）为滑臂在最左端时，对应于高频衰减最大的情况。该电路为一阶有源高通滤波器，其传递函精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 4 页，共 18 页个人资料整理仅限学习使用数表达式为 4.2.7 或或a）b）图4.2.6 高频等效电路 a）高频提升 , 再根据下式求出转折频率和。即 4.2.9 4.2.10 3）话筒放大器与前置放大器根据增益分配，采用集成运放电路改变外接
14、电阻可方便实现增益调整。与音调控制器共采用一块LM324即可满足除功放外的所有电路功能，电路简单，价格低廉。虽然它的频带很窄增益为 1时，带宽 1MHz ），因放大倍数不大，代入公式，计算满足的要求。3.方案实现1）功放电路设计查阅手册，可选择功放外围元器件值。LA4102 功放集成电路其内部电路中有电压串联负反馈环节，内部电路反馈电阻为20,只要改变外接反馈电阻，即可改变集成功放增益。该电路接成电压串联负反馈形式，外接反馈电阻可由下式计算 4.2.11 取200起隔直作用，使电路组成交流电压串联负反馈电路，取33F。起相位补偿作用，用于消除高频自激振荡，一般取几十皮法。取51pF。为OTL
15、电路输出电容，两端充电电压为Vcc/2 ，一般取耐压大于Vcc/2 的几百微法电容。取耐压 25V，470F电解电容。为反馈电容，用于消除自激振荡，一般取几十几百皮法。取560 pF。为自举电容，使集成电路内部输出复合管的导通电流不随输出电压升高而减小。取耐压 25V ，220 F电解电容。、用于消除纹波，一般取几十几百微法。取 220F，取100F电解电容。精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 5 页，共 18 页个人资料整理仅限学习使用起电源退耦滤波作用，用于消除低频自激振荡，取100F电解电容。2）音调控制器设计音调控制器 N3及外
16、围电路组成。根据题意， 100Hz和10kHz处有 12dB调节范围。即，代入式 4.2.9）得 4.2.12 则 4.2.13 又代入式 4.2.10）得 4.2.14 则 4.2.14 因此 4.2.15 、不能取得太大，否则运放漂移电流影响不能忽略不计。同时也不能太小，否则流过电流将超出运放输出能力。一般取几千欧至几百千欧。取=470, =47，取值正确与否代入式4.2.12）进行验算。满足设计要求。由式 4.2.13）求得值取标称值 0.01F ，可得因此取标称值。由式 4.2.14）得取标称值。与等值取 470，级间耦合与隔直电容，取 10F。3）话筒放大器与混合前置级设计话筒放大电
17、路由及外围电路组成，耦合隔直电容取10F，为话筒放大后音量调节电位器，取10根据级间增益分配，该电路为同相输入放大器。取,代入算得,取标称值，这时。该电路为单电源供电交流放大器，在电源与同相输入端及同相输入端与地之间，各接入电阻给集成运放，以提供合适的偏压。取10F。混合前置放大器电路由运放组成，为反相输入加法器电路。根据增益分配，混合级输出电压，而话筒放大器输出已达到的要求。即，所以取。录音机插孔输出的信号一般为，已远大于要求，要对进行适当衰减，否则会产生限幅失真 截顶失真）。取为，为使音量可调，电位器取。4音响放大器电路图精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 -
18、- - - - - -第 6 页，共 18 页个人资料整理仅限学习使用根据以上设计，可画出音响放大器电路图如图4.2.7所示。图4.2.7音响放大器电路图图中各参数如下所示五安装调试注意四个电位器外壳接地，否则会引起自激振荡。话筒放大级、音调级、混合级其静态输出直流电压均为，功放级 OTL 电路）输出也为。其余参考集成运放调试部分。4.2.2 音乐彩灯控制器设计随着人们生活水平的提高，人们对提高文娱活动的质量提出了新的要求。现在用集成电路设计一个音乐彩灯控制器，每组彩灯的亮度随各路输入信号的不同而不同，以增加节日气氛。一、设计任务书1.设计课题音乐彩灯控制器。2.技术指标音乐信号分为三个频段，
19、分别控制红、黄、蓝三种颜色的彩灯。 高频段： 20004000Hz 控制蓝灯。 中频段： 5001200Hz 控制黄灯。 低频段： 50250Hz 控制红灯。 每组彩灯的亮度随各路输入信号的大小分八个等级。输入信号最大时，彩灯最亮。 输入音乐信号大于10mV ，当输入音乐信号幅度小于10mA时，要求彩灯全亮。二、设计过程举例1.课题分析图4.2.8为控制波形图。如果输入交流220V正弦波电压过零点时，在双向晶闸管的控制极与阴极之间连续加入3V,1ms的同步触发脉冲，晶闸管就可以连续导通，忽略其导通压降，正弦波电压将全部加到灯泡上，灯泡最亮，如图4.2.8 b图4.2.8 双向晶闸管控制灯泡亮度
20、电路和控制波形图 a）控制电路 控制波形图把音乐信号分成三个频段可用带通滤波器去实现。组成该电路的形式有很多，其中最简单的并且上、下限截止频率分别可调的是由低、高通滤波器电路串联而成的带通滤波器。这种电路的缺点是所用元件较多，优点是调整方便，很容易实现指标要求。通过带通滤波器选出所需要的频率段的音乐信号，经过精密整流电路变为直流，其直流电平随音乐信号的大小而上下浮动，此电平作为参考电压加在电压比较器的同相端，由同步触发脉冲作为计数信号的A/D 转换器。输出阶梯波作为比较电压加在电压比较器的反相端，使电压比较器输出的电压高电平的时间与参考电压成正比，并控制与门打开的时间，以决定放过同步脉冲的个数
21、去触发晶闸管，从而控制灯泡的亮度。由此可见，音乐彩灯控制器大致由以下几部分组成： 同步脉冲发生器。 阶梯波发生器。 带通滤波器和放大器。 精密整流电路。 电压比较器。 与门、或门和双向可控硅执行机构等组成。框图如图4.2.9 所示。2.方案论证从图4.2.9中可以看出，除三个频率通道滤波器外，其他部分都相同。下面就一个频率通道的电路，简述器电路组成、工作原理及设计方法。图 4.2.9 音乐彩灯控制器框图0这个条件，由此得到如果设定 R3和R4的比值和其中一个电阻值，则UTH1和UTH2即可算出。此外，为使晶闸管可靠触发，同步触发脉冲宽度不应小于1ms。由图 4.2.11可知，脉冲宽度TW=,按
22、照正弦波变化规律，可以列出UTH1和UTH2的表达式。其中， Um为变压二次绕组输出正弦波峰值电压。如果设定的R1和R2比值并把已算出的UTH1和UTH2代入以上公式求出的 ）1ms为止。图4.2.10中CD40163 是4位二进制计数器和运算放大器N2组成阶梯波发生器。用反馈置零法使CD40163构成八进制计数器。R7R10为权电阻，如使，就可以使 N2输出的UF为八个台阶的阶梯电压。如设计数器Q端输出高电平为5V，低电压为 0V，那么每个台阶的高度为5V/8=0.625V，为了减轻 CD40163的负载， R11的选择不应小于10k。因为计数器用同步触发脉冲作计数脉冲，所以每个台阶的宽度为
23、10ms。2）带通滤波器的工作原理和设计音乐通道电路原理如图4.2.12所示。 N3和N4分别为低通和高通滤波器。只要这两种滤波器相串联，并且使通频带相重叠，就可组成带通滤波器，其上限截止频率取决于低通滤波器，下限截止频率取决于高通滤波器。如果选，其上、下限频率分别由下式决定是技术指标给定的已知量，如设定C7和C9的值，运用以上二式可以很方便地求出R12和R16的值。为了避免自激振荡，R14/R15和R18/R19的比值均应小于2。图4.2.12 音乐通道电路原理3）精密整流器的工作原理和设计图4.2.12中， N5、N6组成半波精密整流电路。VD8、VD9为整流二极管。当N5的同相输入端输入
24、信号为正半波时， VD8导通，使 R20形成强烈的负反馈，N5工作在电压跟随状态，其输出电压为正。N6的同相输入端输入为负半波时，VD8截止， VD9导通，并通过R21和N6串联组成两级电压跟随器使N6输出为负半波波形，由于运用了理想运放条件，使整流输出电压克服了二极管死区电压的影响，即使输入电压的幅度小于0.7V，只要大于 0V，该整流器也可以进行精密整流，音乐信号被整流后，就会在RP上形成音乐信号幅度成正比的负的直流电压。 C11是滤波电容，以减小输出波形的脉动。VD8、VD9以选用管压降小的锗管为宜。R20和R21的作用主要是在输入正半波时，限制通过VD8流入 N6输出端的电流，因此R2
25、0和R21的电阻值应选在10k 以上。C11和R22起平滑作用以减小输出波形的脉动，但还必须保证输出电压能跟随输入音乐信号的变化，所以C11和R22的乘积不能太大。它们的数值可以在调试中确定。4）电压比较器和同步脉冲控制电路在图 4.2.12中， N7和V2组成电压比较器和同步触发脉冲控制电路。由N6输出反映音乐信号大小的负直流精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 10 页，共 18 页个人资料整理仅限学习使用电压的变化要比阶梯波的变化缓慢，因此可把uG看成比较器的参考电压。阶梯波uF作为被比较电压，当时， N7输出低电压，V2饱和导通，
26、集电极输出为高电平，与门打开，同步触发脉冲uE通过与门，由射极跟随器输出uH去触发晶闸管，当阶梯波的变化为时， N7输出高电平， V2截止，其集电极输出为低电平，与门被封锁，同步触发脉冲通不过，晶闸管截止。由此可见，的大小决定了N7输出低电平的时间，同时也决定了通过与门同步触发脉冲的个数及彩灯的亮度。、和的波形如图 4.2.13所示， R23和R26分别为 V2和V3的基极偏流电阻和N7的与门输出端得限流电阻，他们的阻值选择关系到电路能否正常工作，R25在V2截止时是与门的接地电阻，要保证相应的与门输入端为低电平，R25应小于与门的开门电阻RON。图4.2.13 、和的电压波形图5）10mV音
27、乐信号鉴别器的原理与设计技术指标要求，输入音乐信号小于10mV时，彩灯全亮。当输入音乐信号大于10mW时彩灯的亮度随输入音乐信号的大小分八个等级。为实现此项要求，电路中必须设有10mV音乐信号鉴别电路，如图4.2.14 所示。图4.2.14 10mV 音乐信号鉴别电路如图 4.2.14 所示。 N8为电压放大器，N9为电压比较器。音乐信号通过耦合电容经N8放大后由 R31和VD10进行半波整流。当整流输出负电压的值高于N9反相端输入阀值电压-0.7V时， N9输出 uL为高电平，此时V4饱和导通，并通过R26给V2提供偏流， V2也饱和导通，集电极输出高电平，与门打开，同步触发脉冲连续通过与门
28、，彩灯全亮。当输入信号高于10mV时， uL为低电平， V4截止，N7输出低电平的时间受音乐信号的强弱控制，是彩灯亮度随输入音乐信号的大小而变化。由以上分析可知，合理选择 R30和R29的比值，是设计10mV音乐信号鉴别电路的关键。N9的阀值电压为-0.7V，使输入音乐信号高于10mV 时， N9翻转使 uL为低电平， N8的电压放大倍数必须大于70。3.方案实现,二是二极管所承受的最大反相电压U精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 11 页，共 18 页个人资料整理仅限学习使用RM。在图 4.2.10 中， VD1VD4每个二极管所承受
29、的最大反相电压为在全部电路中，九只运放、四只晶体三极管和三块数字集成块，设每个元件的工作电流都是10mA，则整流器的负载电流为流过每只整流二极管的平均电流为所以选择整流二极管为1N4001型，其技术指标为，+5V 电源主要供给三片数字集成块和四只晶体管，工作电流为700mA ，选塑封 W7805集成稳压块，最大输出电流为 1A，输入电压可在735V之间变化。2）滤波电容的选择可用计算法，但比较繁琐，一般按经验数值选择。C1、 C2、C3、C5选 1000/16V 电解电容， C4、C6选0.033/63V 的薄膜电容。同步脉冲发生器电路参数选择R5为VD6的限流电阻，如选，,选标称值为保证 N
30、1比较器的阀值电压UTH为正值，应满足R3/R4）0.7/10），如选 R3/R4）=1ms。根据公式如设 R1/R2=3，并选,代入二上式可得满足要求。2 阶梯波发生器电路参数的选择使阶梯波发生器输出八个台阶的阶梯波，4位二进制计数器的输出端、应接四个权电阻，他们的阻值应满足，如选则(3音乐通道电路参数的计算1）带通滤波器电路参数的选择如图4.2.9 所示，如选，带通滤波器的上、下限截止频率分别为电路如选择的是中频段，根据技术指标已知，并设，可计算出，选标称值。，选标称值。2）精密整流器电路参数的选择VD8、VD9为整流管。因在小信号下工作，工作电流不大，但工作频率较高，所以选择适合在高频下
31、工作的接触型锗管 2AP9型为宜。R20、R21为限流电阻，其值不应太小，选R20=R21=10。C11和R22组成滤波电路，以减小整流后的纹波电压，初选,，最后根据实际情况在调试中确定。精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 12 页，共 18 页个人资料整理仅限学习使用R25是与门接地电阻，也是V2的集电极负载电阻。要保证在V2截止时，与门的输入端为低电平，所以R25要小于与门的开门电阻，因此选。在电压比较器N7输出低电平时 V2应饱和导通，其饱和集电极电流，如设，则饱和基极电流，设 N7输出低电平为-10V，为使 V2可靠饱和必须使基
32、极电流，可算出，现选。R27为电压跟随器的射极电阻，其值一般选在以下，现选。4）10mV音乐信号鉴别电路参数的计算如图 4.2.11所示，电压跟随器N9的阀值电压为 -0.7V ，要使其翻转输出为低电平，其输入电压必须小于-0.7，所以 N8的电压放大倍数必须大于70倍，如选，则，选标称值，C12是耦合电容，选。R32为VD11的限流电阻，如选，则，选标称值。4.安装调试注意事项1）合理安排布局本电路使用元器件较多，装接设计布局要合理。2）分级调试调试同步触发脉冲发生器时注意以下两点：要使滞回电压比较器可靠翻转，则R3/R41/20。要满足同步触发脉冲宽度的条件，R1/R2比值选得越小越易达到
33、。3）时刻观察电压波形在调整精密整流电路时，应注意滤波后输出电压波形，使其纹波要小，不能使比较器输出电压产生局部震荡现象，消除办法是适当增大值。此值也不能过大，否则产生彩灯亮度变化滞后音乐信号大小的变化。4.2.3 函数信号发生器的设计函数信号发生器一般是指能自动产生正弦波、三角波、方波及锯齿波、阶梯波等电压波形的电压或仪器。根据用途不同，有产生三种或多种波形的函数发生器，使用的器件可以是分立器件如视频信号函数发生器S101全部采用晶体管），也可以采用集成电路 输出电压：方波Up-p=24V，三角波 Up-p=6V，正弦波 U1V ；4 波形特征：方波tr10s1kHz ，最大输出时），三角波
34、失真系数THD2% ，正弦波失真系数THD5% 。二、设计过程举例1.课题分析根据任务，函数信号发生器一般基本组成框图如图4.2.15所示。读者可参阅有关参考资料。图4.2.15 函数信号发生器框图2方案论证1）确立电路形式及元器件型号1）方波 -三角波电路图4.2.16所示为产生方波-精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 13 页，共 18 页个人资料整理仅限学习使用三角波电路。工作原理如下：若a点短开，运算放大器A1与R1、 R2及R3、RP1组成电压比较器，C1为加速电容，可加速比较器的翻转。图 4.2.16 方波 -三角波产生电路
35、由图 4.2.16分析可知比较器有两个门限电压运放 A2与R4、RP2、C2及 R5组成反相积分器，其输入信号为方波Uo1时，则输出积分器的电压为当Uo1=+VCC时当Uo1=-VEE时可见积分器输入方波时，输出是一个上升速率与下降速率相等的三角波，其波形如图4.2.17所示。图4.2.17 方波 -三角波波形A点闭合，即比较器与积分器首尾相连，形成闭环电路，则自动产生方波-三角波。三角波的幅度为方波 -三角波的频率为由上分析可知：电位器 RP2在调整方波 -三角波的输出频率时，不会影响输出波形的幅度。方波的输出幅度应等于电源电压。三角波的输出幅度应不超过电源电压。电位器RP1可实现幅度上午微
36、调，但会影响波形的频率。2）三角波 正弦波的变换三角波 正弦波的变换主要有差分放大器来完成。差分放大器具有工作点稳定，输入阻抗高、抗干扰能精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 14 页，共 18 页个人资料整理仅限学习使用力强等优点。特别是做直流放大器时，可以有效的抑制零点漂移，因此可将频率很低的三角波变换成正弦波。波形变换的原理是利用差分放大器传输特性的非线性。其非线性及变换原理如图4.2.18所示。图4.2.18 三角波 正弦波的变换原理传输特性曲线越对称，线性区越窄越好；三角波的幅度Um应正好使晶体管接近饱和区或截止区。图4.2.1
37、9为三角波 正弦波的变换的电路。其中RP1调节三极管的幅度，RP2调整电路的对称性，其并联电阻RE2用来减少差分放大器的线性区。电容C1、C2、 C3为隔直电容，C4为滤波电容，以减少滤波分量，改善输出波形。图4.2.19 三角波 正弦波变换电路整个设计电路采用如图所示。其中运算放大器A1、A2用一只双运放A747 ，差分放大器采用单入、单出方式，四只晶体管用集成电路差分对管BG319 或双三极管 S3DG6等。取电源电压为 12V。2）计算元件参数比较器 A1与积分器 A2的元件参数计算如下：由于因此取R3=10k , 则 R3+RP1=30k ，取 R3=20k , RP1为47 k 的电
38、位器。取平衡电阻R1=R2/R3+RP1） 10 k 。因为当1Hzf10Hz 时，取 C2=10 F，则 R4+RP2=757.5 ）k ，取 5.1k，RP2为100 k 电位器。当 19Hz f 100Hz ，取 C2=1F 以实现频率波段的转换，R4、RP2的值不变。取平衡电阻R5=10 k。三角波 正弦波变换电路的参数选择原则是：隔直电容C3、C4、C5要取得大，因为输出频率较低，取C3=C4=C5=470 F，滤波电容 C6一般为几十皮法至0.1 F。RE2=100 与RP4=100 ，相并联，以减少差分放大器的精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - -
39、 - - - - -第 15 页，共 18 页个人资料整理仅限学习使用线性区。差分放大器的静态工作点可通过观测传输特性曲线，调整RP4及电阻 R* 确定。3方波 -三角 -正弦波函数发生器电路图根据以上设计，可画出方波-三角 -正弦波函数发生器电路图如图4.2.20所示。图4.2.20方波 -三角 -正弦波函数发生器电路图4安装与调试图4.2.20所示方波 -三角 -正弦波函数发生器电路是由三级单元电路组成的，在装调多级电路时，通常按照单元电路的先后顺序进行分级装调与级联。1）方波 -三角波发生器的装调由于比较器 A1与积分器 A2组成正反馈闭环电路，同时输出方波与三角波，这两个单元电路可以同
40、时安装。需要注意的是，安装电位器RP1与RP2之前，要先将其调整到设计值，如设计举例题中，应先使RP1=10K ，RP2取2.570）内的任一阻值 ,否则电路可能会不起振.只要电路接线正确,上电后 ,U01的输出为方波,U02的输出为三角波 ,微调 RP1,使三角波的输出幅度满足设计指标要求,调节 RP2,则输出频率在对应波段内连续可变.2）三角波 -正弦波变换电路的装调按照图 4.2.20所示电路，装调三角波-正弦波变换电路，其中差分放大器可利用课题三设计完成的电路。电路的调试步骤如下：1）经电容 C4输入差模信号电压uid=500mV ，fi=100Hz的正弦波。调节RP4及电阻 R* ，
41、使传输特性曲线对称。再逐渐增大 uid，直到传输特曲线形状如图3-73所示，记下此时对应的uid，即 uidm值。移去信号源，再将C4左端接地，测量差分放大器的静态工作点I0、Uc1、Uc2、Uc3、Uc4。2）将RP3与C4连接，调节 RP3使三角波的输出幅度经RP3后输出等于 uidm值，这时 U03的输出波形应接近正弦波，调整 C6大小可以改善输出波形。如果U03的波形出现如图4.2.21所示的几种正弦波失真，则应调整和修改电路参数，产生失真的原因及采取的相应措施有：钟形失真如图4.2.21a）所示，传输特性曲线的线性区太宽，应减小RE2。半波圆顶或平顶失真如图 4.2.21b）如示，传
42、输特性曲线对称性差，工作点Q偏上或偏下，应调整电阻R* 。非线性失真如图图 4.2.21c）所示，三角波的线性度较差引起的非线性失真，主要受运放性能的影响。可在输出端加滤波网络 如 C6=0.1mF）改善输出波形。图4.2.21 几种正弦波失真3）性能指标测量与误差分析方波输出电压UP-P2 VCC是因为运放输出级由NPN型与 PNP型两种晶体管组成复补对称电路，输出方波时，两管轮流截止与饱和导通，由于导通时输出电阻的影响，使方波输出度小于电源电压值。方波的上升时间tr，主要受运算放大器转换速率的限制。如果输出频率较高，可接入加速电容C1图4.2.16），一般取 C1为几十皮法。用示波器或脉冲
43、示波器测量tr。4.3 模拟电子技术课程设计课题精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 16 页，共 18 页个人资料整理仅限学习使用431 集成音响放大器设计一、题目概述本课题采用集成功放器件设计一个收录机和电视机、扩音机等电器设备中使用的音响功率放大器。二、设计任务1、设计内容要求具有话筒、录音机两路输入，具有音调控制电路，功放电路由TDA2030 组成。自制印制电路板，安装调试并写出设计说明书。2、主要技术指标输出功率 Po=8WTHD 3%）。负载阻抗。频率响应。输入阻抗。音调控制特性：处增益为，处和有调节范围，。3、设计要求1）调
44、研、查找并收集有关资料。2）总体设计，画出电路框图。3）单元电路设计。4）电气原理设计 绘电路原理 用Protel绘标准图）。5）列写元器件明细表。6）撰写设计说明书字数 5000左右）。7）参考资料目录。4、参考提示参考本书 4.2.1设计内容。432 简易函数信号发生器设计一、题目概述设计一个能够产生正弦波、三角波、方波等电压波形的信号发生器。二、设计任务1设计内容为方波-三角波 -正弦波函数发生器。2给定条件为采用双运放747运算放大器或单片函数发生器模块5G8038电路完成。通过查找资料，选定两个以上方案，进行方案比较论证，确定一个较好的方案。3设计参数性能指标要求：1）频率范围： 1
45、00Hz1kHz ，110kHz；1V ；3）波形特征：方波tr10s1kHz ，最大输出时），三角波失真系数THD2% ，正弦波失真系数5%。三、设计要求：1）调研，查找并收集资料；2）总体设计，画出框图；3）单元电路设计，进行必要的计算；4）电气原理设计，绘原理图列元器件明细表。(6撰写设计说明书参考资料目录。四、参考提示参考本书 4.2.3设计内容。4.3.2小功率限电器的设计一、题目概述本课题针对学生公寓或宾馆等公共用电场所的用电管理情况，设计一个输出功率可控制的限电装置，用电器超过限用电功率，该装置能自动切断电源。对于电网电压不稳出现的超电压、欠电压现象，也能够起到保护作用。二、设计
46、任务设计一个限制室内用电功率的装置，要求当室内用电功率超过设定值时，该装置能自动切断电路，停止供电。只有当室内用电小于设定值后，才允许电路接通。该装置还具有防雷击、超电压欠电压保护、来电延时接通等多项保护用电器的功能。三、设计要求1）调研、查找并收集资料。精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 17 页，共 18 页个人资料整理仅限学习使用2）总体设计，画方框图。试提出合理的具体技术指标，如：延时接通时间s）、输入超电压、欠电压值V ）、输出限电值或限电范围W ）等。3）单元电路设计。包括 雷击保护电路。 输入值、欠电压采样电路。 阈值电平
47、生产电路。输出功率采样电路。输出控制电路。定时电路。内部直流电源电路。4）电气原理设计 绘原理图 用Protel绘标准图）。5）参数计算 列元器件明细表。6）印制电路板设计及工艺设计可根据具体情况不设计此项）。7）撰写设计说明书其中包括调试说明，总字数3000左右）。8）参考资料目录。4设计提示1）限电器参考框图见图4.3.1。图4.3.1 限电器参考框图2）理解本课题设计要求，调研、查找相关资料。市售的家用电器保护器。常用电压检测电路。常用过载检测电路。常用开关电路知识。常用电子元器件。3）雷击保护电路一般为不可逆击穿保护电路，为不使本装置影响整个电网，应在设计时增加熔断器。4）输入超、欠电
48、压检测电路应考虑回差电压，以避免限电器在临界保护点频繁通断可采用施密特触发器充当比较器）。5）输出功率采样电路最好设计成限电值可调也可规定为输出功率限定为500W），以便适应各种场合。6）输出控制电路中增加人工复位功能，要求在输出过载断电后只有先拆出负载并通过人工复位才能再次接通输出。4.3.3 简易数控直流电源的设计一、题目概述简易数控直流电源实施连续范围可调、输出数码显示的功能。二、设计任务设计出有一定输出电压范围和功能的数控电源。性能要求如下：1）输出电压：范围0 9.9V ，步进 0.1V，纹波不大于10mV；2）输出电流：500mA；3）输出电压值由数码管显示；4）由 “ ” 、“ ” 两键分别控制输出电压步进增减；5）为实现上述几部件工作，自制一稳压直流电源，输出 15V， 5V 。三、设计要求1）调研、查找并收集有关资料。2）总体设计，画出电路框图。3）单元电路设计。精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 18 页，共 18 页