電子設(shè)計(jì)大賽模擬電子技術(shù)部分

電子設(shè)計(jì)大賽模擬電子技術(shù)部分..第一頁，共98頁。

一、關(guān)于競(jìng)賽每年的競(jìng)賽試題都有很多相似的地方，控制類的如簡(jiǎn)單的工業(yè)控制、小車；傳統(tǒng)題目如數(shù)據(jù)調(diào)理、數(shù)據(jù)采集，無線傳輸系統(tǒng)；電源設(shè)計(jì)；簡(jiǎn)單儀器、儀表設(shè)計(jì)（每年必要一題)如2005年的簡(jiǎn)易頻譜分析儀，2003年的簡(jiǎn)易邏輯分析器。建議為了奪獎(jiǎng)的朋友專注自己的強(qiáng)項(xiàng)。 第二頁，共98頁。以電子技術(shù)（包括模擬低頻、高頻和數(shù)字電路）應(yīng)用設(shè)計(jì)為主要內(nèi)容?？梢陨婕皢纹瑱C(jī)、可編程邏輯器件、EDA軟件工具和PC機(jī)（主要用于開發(fā)）的應(yīng)用。題目包括“理論設(shè)計(jì)”和“實(shí)際制作與調(diào)試”兩部分。競(jìng)賽題目應(yīng)具有實(shí)際意義和應(yīng)用背景，并考慮到目前教學(xué)基本內(nèi)容和新技術(shù)應(yīng)用趨勢(shì)。競(jìng)賽題目應(yīng)能測(cè)試學(xué)生運(yùn)用基礎(chǔ)知識(shí)的能力、實(shí)際設(shè)計(jì)能力和獨(dú)立工作能力。

第三頁，共98頁。題目原則上應(yīng)包括基本要求部分和發(fā)揮部分，從而使絕大多數(shù)參賽學(xué)生能在規(guī)定時(shí)間內(nèi)完成基本要求部分的設(shè)計(jì)工作，又能便一部分優(yōu)秀學(xué)生有發(fā)揮與創(chuàng)新的余地。

評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)：評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)按設(shè)計(jì)報(bào)告、實(shí)際制作兩部分提出具體評(píng)分細(xì)則，實(shí)際制作又分基本要求和發(fā)揮部分?？偡忠话闶?50分，其中設(shè)計(jì)報(bào)告占50分，基本要求占50分和發(fā)揮部分占50分。第四頁，共98頁。二、關(guān)于團(tuán)隊(duì)一個(gè)能在全國大學(xué)生電子競(jìng)賽中得獎(jiǎng)的團(tuán)隊(duì)必須具備這么幾個(gè)特征:1、絕對(duì)喜歡電子開發(fā)。2、在軟件、硬件、論文寫作中各有所長(zhǎng)。你想想3個(gè)只會(huì)C語言的家伙合一起能干什么。選好團(tuán)隊(duì)后就要確定團(tuán)隊(duì)核心人物。大家一定都能想得到，一旦進(jìn)入備戰(zhàn)階段，組員間的探討是必然的，各抒己見固然好，但往往也比較容易起爭(zhēng)執(zhí)。這時(shí)如果有個(gè)核心人物，他的話在非常時(shí)期大家必須絕對(duì)服從，他說了算。 要想獲得成功，就必須認(rèn)清自己團(tuán)隊(duì)的優(yōu)勢(shì)，充分調(diào)用組員中的優(yōu)勢(shì)資源，比如：某個(gè)組員在編程方面有優(yōu)勢(shì)，那么就應(yīng)該合理分配編程工作給他，這樣大家分工也就相對(duì)明確了，也都能充分發(fā)揮自己的所長(zhǎng)，將團(tuán)對(duì)協(xié)作的力量發(fā)揮到最大。第五頁，共98頁。一個(gè)獲得一等獎(jiǎng)的團(tuán)隊(duì)，必然有文筆不錯(cuò)善于表達(dá)的人物。一個(gè)團(tuán)隊(duì)的設(shè)計(jì)理念和思想需要通過他公布于眾，讓評(píng)委團(tuán)了解和認(rèn)同你們的觀點(diǎn)，論文的書寫也是考察寫作基本功的關(guān)鍵要素。切記現(xiàn)在不是酒香不怕巷子深的年代了，因?yàn)榭梢赃x擇的對(duì)象太多，要學(xué)會(huì)主動(dòng)出擊。所以說一個(gè)好的團(tuán)隊(duì)是成功的一半！ 第六頁，共98頁。三、怎樣備戰(zhàn)1、身體是革命的本錢這也是很容易忽略的一點(diǎn)。4天3夜是個(gè)什么概念，我想大家都要清楚點(diǎn)。既然下定決心參賽，就要調(diào)理好身體，以最佳的狀態(tài)來迎接挑戰(zhàn)。否則，千載難逢的機(jī)會(huì)就可能擦肩而過，留下的就將會(huì)是遺憾。 第七頁，共98頁。2、要有良好的心態(tài)競(jìng)賽不僅僅是技能的競(jìng)爭(zhēng)，更是良好心態(tài)的比拼。比賽期間，肯定都會(huì)遇到這樣那樣的問題，如果沒有善始善終，持之以恒的決心，三天打魚，兩天曬網(wǎng)，是走不到最后的。要切切實(shí)實(shí)按照制定好的進(jìn)程走，該做哪項(xiàng)任務(wù)，就要盡量克服一切困難做完，該今天做的，就不能留到明天。具備以上條件后，你還應(yīng)該做的就是自信了。 第八頁，共98頁。

3、了解你正在做的事競(jìng)賽采用“半封閉、相對(duì)集中”的組織方式進(jìn)行。競(jìng)賽期間學(xué)生可以查閱有關(guān)文獻(xiàn)資料，隊(duì)內(nèi)學(xué)生集體商討設(shè)計(jì)思想，確定設(shè)計(jì)方案，分工負(fù)責(zé)、團(tuán)結(jié)協(xié)作，以隊(duì)為基本單位獨(dú)立完成競(jìng)賽任務(wù)；競(jìng)賽期間不允許任何教師或其他人員進(jìn)行任何形式的指導(dǎo)或引導(dǎo)；競(jìng)賽期間參賽隊(duì)員不得與隊(duì)外任何人員討論商量。參賽學(xué)校應(yīng)將參賽學(xué)生相對(duì)集中在一個(gè)或幾個(gè)實(shí)驗(yàn)室內(nèi)進(jìn)行競(jìng)賽，便于組織人員巡查。為保證競(jìng)賽工作，競(jìng)賽所需設(shè)備、元器件等均由各參賽學(xué)校負(fù)責(zé)提供。第九頁，共98頁。四、關(guān)于題型全國大學(xué)生電子設(shè)計(jì)競(jìng)賽從1994年的首屆試點(diǎn)到如今電子設(shè)計(jì)競(jìng)賽的試題來看，可以歸納成7類，即：（1）電源類：簡(jiǎn)易數(shù)控直流電源，直流穩(wěn)壓電源（2）信號(hào)源類：實(shí)用信號(hào)源的設(shè)計(jì)和制作，波形發(fā)生器，電壓控制LC振蕩器（A題）；（3）高頻無線電類：簡(jiǎn)易無線電遙控系統(tǒng)，調(diào)幅廣播收音機(jī)，短波調(diào)頻接收機(jī)，調(diào)頻收音機(jī)，（4）放大器類：實(shí)用低頻功率放大器，高效率音頻功率放大器，寬帶放大器（B題)（5）儀器儀表類：簡(jiǎn)易電阻、電容和電感測(cè)試儀，簡(jiǎn)易數(shù)字頻率計(jì)，頻率特性測(cè)試儀，數(shù)字式工頻有效值多用表，簡(jiǎn)易數(shù)字存儲(chǔ)示波器，低頻數(shù)字式相位測(cè)量?jī)x（C題，簡(jiǎn)易邏輯分析儀（D題，（6）數(shù)據(jù)采集與處理類：多路數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，數(shù)字化語音存儲(chǔ)與回放系統(tǒng)，數(shù)據(jù)采集與傳輸系統(tǒng)。（7）控制類：水溫控制系統(tǒng)，自動(dòng)往返電動(dòng)小汽車，簡(jiǎn)易智能電動(dòng)車（E題，液體點(diǎn)滴速度監(jiān)控裝置（F題)第十頁，共98頁。五、單元電路之——放大器設(shè)計(jì)

放大器是電子線路系統(tǒng)最基本、也是最重要的單元。它的種類繁多。按使用頻段分：直流放大器、低頻放大器、中頻放大器、高頻放大器和微波放大器。按功率大小分：小信號(hào)放大器、功率放大器、大功率放大器和超大功率放大器。按導(dǎo)通角分：甲類放大器、甲乙類放大器、乙類放大器、丙類放大器、丁類放大器和戊類放大器。按頻帶寬窄分：選頻放大器、窄帶放大器、寬帶放大器。按集成度分：分立元件組成的放大器和集成放大器。按有無反饋分：開環(huán)放大器、閉環(huán)放大器（有四種組態(tài)），等等。在工程設(shè)計(jì)和電子設(shè)計(jì)競(jìng)賽中應(yīng)根據(jù)不同的要求和用途選擇放大器的類型。第十一頁，共98頁。功率放大器的主要技術(shù)指標(biāo)輸入阻抗和輸出阻抗；集電極效率；輸出功率；頻帶寬度；失真度；放大器的效率。第十二頁，共98頁。一、功率放大電路基礎(chǔ)例：擴(kuò)音系統(tǒng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)功率放大器的作用：

用作放大電路的輸出級(jí)，以驅(qū)動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)。如使揚(yáng)聲器發(fā)聲、繼電器動(dòng)作、儀表指針偏轉(zhuǎn)等。功率放大電壓放大信號(hào)提取第十三頁，共98頁。分析功放電路應(yīng)注意的問題(1)功放電路中電流、電壓要求都比較大，必須注意電路參數(shù)不能超過晶體管的極限值:ICM、UCEM

、PCM。ICMPCMUCEMIcuce第十四頁，共98頁。(2)電流、電壓信號(hào)比較大，必須注意防止波形失真。(3)電源提供的能量盡可能轉(zhuǎn)換給負(fù)載，減少晶體管及線路上的損失。即注意提高電路的效率（）。Pomax

:負(fù)載上得到的交流信號(hào)功率。PE：電源提供的直流功率。第十五頁，共98頁。不合適，因?yàn)樾侍?。uotuo射極輸出器輸出電阻低，帶負(fù)載能力強(qiáng)，可以用做功率放大器嗎？問題討論:ibRbuoUSCuiRE估算射極輸出器的效率：QicuceUSC(設(shè)RL=RE)第十六頁，共98頁。為使輸出信號(hào)的幅值盡可能大(要保證不失真)，靜態(tài)工作點(diǎn)（Q）設(shè)置較高（靠近負(fù)載線的中部）。若忽略晶體管的飽和壓降和截止區(qū)，輸出信號(hào)uo的峰值最大只能為：uo的取值范圍QIcuCEUSC直流負(fù)載線交流負(fù)載線UCEQ=0.5USC

靜態(tài)工作點(diǎn)：第十七頁，共98頁。放大電路的輸出沒有失真的工作方式稱為甲類放大。1.直流電源輸出的功率2.最大負(fù)載功率3.最大效率(RL=RE時(shí))第十八頁，共98頁。如何解決效率低的問題？辦法：降低Q點(diǎn)。既降低Q點(diǎn)又不會(huì)引起截止失真的辦法：采用推挽輸出電路，或互補(bǔ)對(duì)稱射極輸出器。缺點(diǎn)：但又會(huì)引起截止失真。第十九頁，共98頁?！?、乙類互補(bǔ)對(duì)稱功率放大電路互補(bǔ)對(duì)稱功放的類型無輸出變壓器形式（OTL電路）無輸出電容形式（OCL電路）OTL:OutputTransformerLessOCL:OutputCapacitorLess互補(bǔ)對(duì)稱：電路中采用兩支晶體管，NPN、PNP各一支；兩管特性一致。類型：第二十頁，共98頁。無輸出電容的互補(bǔ)對(duì)稱功放電路一、工作原理（設(shè)ui為正弦波）電路的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：ui-USCT1T2uo+USCRLiL1.由NPN型、PNP型三極管構(gòu)成兩個(gè)對(duì)稱的射極輸出器對(duì)接而成。2.雙電源供電。3.輸入輸出端不加隔直電容。第二十一頁，共98頁。ic1ic2動(dòng)態(tài)分析：ui

0VT1截止，T2導(dǎo)通ui>0VT1導(dǎo)通，T2截止iL=ic1

;ui-USCT1T2uo+USCRLiLiL=ic2T1、T2兩個(gè)晶體管都只在半個(gè)周期內(nèi)工作的方式，稱為乙類放大。因此，不需要隔直電容。靜態(tài)分析：ui=0VT1、T2均不工作

uo=0V第二十二頁，共98頁。二、最大輸出功率及效率的計(jì)算假設(shè)ui為正弦波且幅度足夠大，T1、T2導(dǎo)通時(shí)均能飽和，此時(shí)輸出達(dá)到最大值。ULmax負(fù)載上得到的最大功率為：iL-USCRLuiT1T2UL+USC若忽略晶體管的飽和壓降，則負(fù)載（RL)上的電壓和電流的最大幅值分別為：第二十三頁，共98頁。電源提供的直流平均功率計(jì)算：每個(gè)電源中的電流為半個(gè)正弦波，其平均值為:兩個(gè)電源提供的總功率為：USC1=USC2=USCtic1第二十四頁，共98頁。理論最高效率為：第二十五頁，共98頁。考慮功放管的飽和壓降Uces后:電源提供的直流平均功率計(jì)算：負(fù)載（RL)上的電壓和電流的最大幅值分別為：第二十六頁，共98頁。實(shí)際效率為：第二十七頁，共98頁。無輸出變壓器的互補(bǔ)對(duì)稱功放電路一、特點(diǎn)1.單電源供電；2.輸出加有大電容。二、靜態(tài)分析則T1、T2特性對(duì)稱，令：0.5USCRLuiT1T2+USCCAUL+-UC第二十八頁，共98頁。三、動(dòng)態(tài)分析設(shè)輸入端在0.5USC直流電平基礎(chǔ)上加入正弦信號(hào)。若輸出電容足夠大，UC基本保持在0.5USC，負(fù)載上得到的交流信號(hào)正負(fù)半周對(duì)稱，但存在交越失真。ic1ic2交越失真RLuiT1T2+USCCAUL+-時(shí)，T1導(dǎo)通、T2截止；時(shí)，T1截止、T2導(dǎo)通。0.5USCuit第二十九頁，共98頁。四、輸出功率及效率若忽略交越失真的影響，且ui幅度足夠大。則：uLULmaxuitt第三十頁，共98頁?？紤]功放管的飽和壓降Uces后:電源提供的直流平均功率計(jì)算：負(fù)載（RL)上的電壓和電流的最大幅值分別為：第三十一頁，共98頁。實(shí)際效率為：LcesSCSCEEERUUUPPPp-×=+=22221第三十二頁，共98頁。乙類放大器產(chǎn)生交越失真的原理:ui-USCT1T2uo+USCRLiL交越失真死區(qū)電壓uiuou"ou′o

′tttt交越失真：輸入信號(hào)ui在過零前后，輸出信號(hào)出現(xiàn)的失真便為交越失真。第三十三頁，共98頁。§2、甲乙類準(zhǔn)互補(bǔ)對(duì)稱功率放大電路交越失真產(chǎn)生的原因：在于晶體管特性存在非線性，ui

<uT時(shí)晶體管截止。iBiBuBEtuitUT第三十四頁，共98頁。克服交越失真的措施：電路中增加R1、D1、D2、R2支路。R1D1D2R2+USC-USCULuiiLRLT1T2

靜態(tài)時(shí):

T1、T2兩管發(fā)射結(jié)電位分別為二極管D1、D2的正向?qū)▔航担率箖晒芫幱谖⑷鯇?dǎo)通狀態(tài)；兩管導(dǎo)通時(shí)間均比半個(gè)周期大一些的工作方式稱為“甲乙類放大”。動(dòng)態(tài)時(shí)：設(shè)ui加入正弦信號(hào)。正半周T2截止，T1基極電位進(jìn)一步提高，進(jìn)入良好的導(dǎo)通狀態(tài)；負(fù)半周T1截止，T2基極電位進(jìn)一步提高，進(jìn)入良好的導(dǎo)通狀態(tài)。第三十五頁，共98頁。實(shí)用OTL互補(bǔ)輸出功放電路調(diào)節(jié)R,使靜態(tài)UAQ=0.5USCD1、D2使b1和b2之間的電位差等于2個(gè)二極管正向壓降，克服交越失真。Re1、Re2：電阻值1~2，射極負(fù)反饋電阻，也起限流保護(hù)作用。D1D2ui+USCRLT1T2T3CRBRe1Re2b1b2A第三十六頁，共98頁。+24VuiRLT7T8RC8-24VR2R3T6Rc1T1T2Rb1Rb2C1RfR1D1D2T3Re3T4Re4C2T5Re5C3C4T9T10Re10Re7Re9C5R4BX差動(dòng)放大級(jí)反饋級(jí)偏置電路共射放大級(jí)UBE倍增電路恒流源負(fù)載準(zhǔn)互補(bǔ)功放級(jí)保險(xiǎn)管負(fù)載實(shí)用的OCL準(zhǔn)互補(bǔ)功放電路：第三十七頁，共98頁?！?、丁類（D類）功率放大電路功率放大器的主要問題就是如何盡可能提高功放管的輸出功率。甲、乙、丙類放大器是通過不斷減小電流導(dǎo)通角來不斷提高放大器功率的。但導(dǎo)通角減小使有限度的，太小時(shí)Ic1m下降太多，輸出功率反而下降。要想維持Ic1m不變，可以加大激勵(lì)電壓，但這可能導(dǎo)致管子的擊穿。丁類(雙管)、戊類(單管)放大器采用固定導(dǎo)通角為90o，盡量降低晶體管的耗散功率的辦法，來提高功率放大器的功率的。具體說，讓晶體管工作在開關(guān)狀態(tài)：導(dǎo)通時(shí)進(jìn)入飽和區(qū)，器件內(nèi)阻接近零；截止時(shí)，電流為零，器件內(nèi)阻接近無窮大。第三十八頁，共98頁。功放類型比較A類：25%B類：78.5%AB類：50～70%（消除了交越失真）D類:理論效率100%。(優(yōu)先選擇)第三十九頁，共98頁。

D類功放

實(shí)際上只具有開關(guān)功能，早期僅用于繼電器和電機(jī)等執(zhí)行元件的開關(guān)控制電路中。然而，開關(guān)功能（也就是產(chǎn)生數(shù)字信號(hào)的功能）隨著數(shù)字音頻技術(shù)研究的不斷深入，用與Hi-Fi音頻放大的道路卻日益暢通。20世紀(jì)60年代，設(shè)計(jì)人員開始研究D類功放用于音頻的放大技術(shù)，70年代Bose公司就開始生產(chǎn)D類汽車功放。一方面汽車用蓄電池供電需要更高的效率，另一方面空間小無法放入有大散熱板結(jié)構(gòu)的功放，兩者都希望有D類這樣高效的放大器來放大音頻信號(hào)。其中關(guān)鍵的一步就是對(duì)音頻信號(hào)的調(diào)制。第四十頁，共98頁。圖中所示是D類功放的基本結(jié)構(gòu)，可分為三個(gè)部分：

圖１D類功放基本結(jié)構(gòu)第四十一頁，共98頁。第一部分為調(diào)制器，最簡(jiǎn)單的只需用一只運(yùn)放構(gòu)成比較器即可完成。把原始音頻信號(hào)加上一定直流偏置后放在運(yùn)放的正輸入端，另通過自激振蕩生成一個(gè)三角形波加到運(yùn)放的負(fù)輸入端。當(dāng)正端上的電位高于負(fù)端三角波電位時(shí)，比較器輸出為高電平，反之則輸出低電平。若音頻輸入信號(hào)為零、直流偏置三角波峰值的1/2，則比較器輸出的高低電平持續(xù)的時(shí)間一樣，輸出就是一個(gè)占空比為1：1的方波。當(dāng)有音頻信號(hào)輸入時(shí)，正半周期間，比較器輸出高電平的時(shí)間比低電平長(zhǎng)，方波的占空比大于1：1；負(fù)半周期間，由于還有直流偏置，所以比較器正輸入端的電平還是大于零，但音頻信號(hào)幅度高于三角波幅度的時(shí)間卻大為減少，方波占空比小于1：1。這樣，比較器輸出的波形就是一個(gè)脈沖寬度被音頻信號(hào)幅度調(diào)制后的波形，稱為PWM（PulseWidthModulation脈寬調(diào)制）或PDM（PulseDurationModulation脈沖持續(xù)時(shí)間調(diào)制）波形。音頻信息被調(diào)制到脈沖波形中。第四十二頁，共98頁。第二部分就是D類功放，這是一個(gè)脈沖控制的大電流開關(guān)放大器，把比較器輸出的PWM信號(hào)變成高電壓、大電流的大功率PWM信號(hào)。能夠輸出的最大功率有負(fù)載、電源電壓和晶體管允許流過的電流來決定。第三部分需把大功率PWM波形中的聲音信息還原出來。方法很簡(jiǎn)單，只需要用一個(gè)低通濾波器。但由于此時(shí)電流很大，RC結(jié)構(gòu)的低通濾波器電阻會(huì)耗能，不能采用，必須使用LC低通濾波器。當(dāng)占空比大于1：1的脈沖到來時(shí)，C的充電時(shí)間大于放電時(shí)間，輸出電平上升；窄脈沖到來時(shí)，放電時(shí)間長(zhǎng)，輸出電平下降，正好與原音頻信號(hào)的幅度變化相一致，所以原音頻信號(hào)被恢復(fù)出來。實(shí)際證明，當(dāng)失真要求在0.5%以下時(shí)，用二階Butterworth最平坦響應(yīng)低通濾波器就能達(dá)到要求。如要求更高則需用四階濾波器，這時(shí)成本和匹配等問題都必須加以考慮。第四十三頁，共98頁。電流開關(guān)型D類放大器的工作原理特點(diǎn)：效率接近100%第四十四頁，共98頁。fAuAum0.7AumfL下限截止頻率fH上限截止頻率通頻帶：fbw=fH–fL放大倍數(shù)隨頻率變化曲線二、功放電路的性能指標(biāo)1、通頻帶第四十五頁，共98頁。阻容耦合多級(jí)放大電路的頻率特性：fA耦合電容造成三極管結(jié)電容造成采用直接耦合的方式可降低放大電路的下限截止頻率，擴(kuò)大通頻帶。下面將要介紹的差動(dòng)放大器即采用直接耦合方式。第四十六頁，共98頁。展寬通頻帶的方法：引入負(fù)反饋（增益下降）；增大放大器輸入耦合電容或增大回路輸入電阻；高頻電路的一些常用方法（略）第四十七頁，共98頁。2、輸入電阻放大電路一定要有前級(jí)（信號(hào)源）為其提供信號(hào)，那么就要從信號(hào)源取電流。輸入電阻是衡量放大電路從其前級(jí)取電流大小的參數(shù)。輸入電阻越大，從其前級(jí)取得的電流越小，對(duì)前級(jí)的影響越小。AuIi~USUi第四十八頁，共98頁。3、輸出電阻Au~US放大電路對(duì)其負(fù)載而言，相當(dāng)于信號(hào)源，我們可以將它等效為戴維南等效電路，這個(gè)戴維南等效電路的內(nèi)阻就是輸出電阻。~roUS'第四十九頁，共98頁。如何確定電路的輸出電阻ro？步驟：1.所有的電源置零(將獨(dú)立源置零，保留受控源)。2.加壓求流法。UI方法一：計(jì)算。第五十頁，共98頁。方法二：測(cè)量。Uo1.測(cè)量開路電壓。~roUs'2.測(cè)量接入負(fù)載后的輸出電壓。~roUs'RLUo'步驟：3.計(jì)算。第五十一頁，共98頁。4、諧波失真THD

失真有多種：諧波失真、互調(diào)失真、相位失真等等。我們平常所說的失真度的技術(shù)術(shù)語為總諧波失真，英文為：TotalHarmonicDistortion，簡(jiǎn)稱THD。一般在多媒體音箱的功放電路上，THD的指標(biāo)是指在fo＝1KHz正弦波輸入，功率在1/2額定輸出功率時(shí)的總諧波失真，這個(gè)指標(biāo)我們可以很容易地做到0.5%以下。但是，當(dāng)音量開大，功放的功率達(dá)接近額定功率時(shí)，THD會(huì)開始急劇增加，這主要是由于電源功率的限制，使功放輸出出現(xiàn)了削波現(xiàn)象，也就是我們所說的削波失真，這個(gè)時(shí)候它是THD中的最主要成分。第五十二頁，共98頁。諧波失真是由放大器的非線性引起的，失真的結(jié)果是使放大器輸出產(chǎn)生了原信號(hào)中沒有的諧波分量，使聲音失去了原有的音色，嚴(yán)重時(shí)聲音會(huì)發(fā)破、刺耳。多媒體音箱的諧波失真在標(biāo)稱額定功率時(shí)的失真度均為10%，要求較高的一般應(yīng)該在1%以下。諧波失真還有奇、偶次之分，人們通過試驗(yàn)和分析發(fā)現(xiàn)：奇次諧波使人煩躁不愛聽，而少量的偶次諧波則能使音色更好聽。第五十三頁，共98頁。第五十四頁，共98頁。三、功放設(shè)計(jì)舉例2001年D題：高效率音頻功率放大器的設(shè)計(jì)一般地，如果音頻功放題目有諸如“高效”之類的字眼，均應(yīng)采用D類功放。以下介紹一個(gè)D類功放的實(shí)例電路以資設(shè)計(jì)參考：1、D類功放總體設(shè)計(jì)框圖：第五十五頁，共98頁。整機(jī)電路第五十六頁，共98頁。2、音頻前置放大電路第五十七頁，共98頁。3、三角波（鋸齒波）產(chǎn)生電路第五十八頁，共98頁。第五十九頁，共98頁。第六十頁，共98頁。第六十一頁，共98頁。第六十二頁，共98頁。第六十三頁，共98頁。第六十四頁，共98頁。4、SSPWM單邊正弦脈寬調(diào)制電路第六十五頁，共98頁。第六十六頁，共98頁。5、脈沖功放設(shè)計(jì)第六十七頁，共98頁。6、低通濾波器（四階巴特沃斯濾波器）第六十八頁，共98頁。相信以上的分析對(duì)大家理解2001年D題有幫助。

該題具體任務(wù)及解答請(qǐng)翻閱電子工業(yè)出版社高吉祥主編《全國大學(xué)生電子設(shè)計(jì)競(jìng)賽培訓(xùn)系列教程——模擬電子線路》P228-246.第六十九頁，共98頁。四、補(bǔ)充知識(shí)——場(chǎng)效應(yīng)管場(chǎng)效應(yīng)管與雙極型晶體管不同，它是多子導(dǎo)電，輸入阻抗高，溫度穩(wěn)定性好。結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管JFET絕緣柵型場(chǎng)效應(yīng)管MOS場(chǎng)效應(yīng)管有兩種:第七十頁，共98頁。N基底：N型半導(dǎo)體PP兩邊是P區(qū)G(柵極)S源極D漏極一、結(jié)構(gòu)1、結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管:導(dǎo)電溝道第七十一頁，共98頁。NPPG(柵極)S源極D漏極N溝道結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管DGSDGS第七十二頁，共98頁。二、工作原理（以P溝道為例）UDS=0V時(shí)PGSDUDSUGSNNNNIDPN結(jié)反偏，UGS越大則耗盡區(qū)越寬，導(dǎo)電溝道越窄。第七十三頁，共98頁。PGSDUDSUGSNNIDUDS=0V時(shí)NNUGS越大耗盡區(qū)越寬，溝道越窄，電阻越大。但當(dāng)UGS較小時(shí)，耗盡區(qū)寬度有限，存在導(dǎo)電溝道。DS間相當(dāng)于線性電阻。第七十四頁，共98頁。PGSDUDSUGSNNUDS=0時(shí)UGS達(dá)到一定值時(shí)（夾斷電壓VP）,耗盡區(qū)碰到一起，DS間被夾斷，這時(shí)，即使UDS0V，漏極電流ID=0A。ID第七十五頁，共98頁。PGSDUDSUGSUGS<Vp且UDS>0、UGD<VP時(shí)耗盡區(qū)的形狀NN越靠近漏端，PN結(jié)反壓越大ID第七十六頁，共98頁。PGSDUDSUGSUGS<Vp且UDS較大時(shí)UGD<VP時(shí)耗盡區(qū)的形狀NN溝道中仍是電阻特性，但是是非線性電阻。ID第七十七頁，共98頁。GSDUDSUGSUGS<VpUGD=VP時(shí)NN漏端的溝道被夾斷，稱為予夾斷。UDS增大則被夾斷區(qū)向下延伸。ID第七十八頁，共98頁。GSDUDSUGSUGS<VpUGD=VP時(shí)NN此時(shí)，電流ID由未被夾斷區(qū)域中的載流子形成，基本不隨UDS的增加而增加，呈恒流特性。ID第七十九頁，共98頁。三、特性曲線UGS0IDIDSSVP飽和漏極電流夾斷電壓轉(zhuǎn)移特性曲線一定UDS下的ID-UGS曲線第八十頁，共98頁。予夾斷曲線IDUDS2VUGS=0V1V3V4V5V可變電阻區(qū)夾斷區(qū)恒流區(qū)輸出特性曲線0第八十一頁，共98頁。N溝道結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管的特性曲線轉(zhuǎn)移特性曲線UGS0IDIDSSVP第八十二頁，共98頁。輸出特性曲線IDUDS0