模擬電子技術(shù) 課件 36 簡易電力線探測儀設計-40 擴音機電路組裝與調(diào)試

模擬電子技術(shù)梁長垠教授綜合項目設計與測試—簡易電力線探測儀梁長垠教授測量方案設計選型01放大濾波電路設計02精密整流電路設計03報警顯示電路設計04一、測量方案設計選型1.任務描述該任務來自于2013年全國大學生電子設計大賽（高職高專組K題）項目，要求設計并制作一種220V、60W白熾燈（11W節(jié)能燈探測功能未列入）照明線路探測儀，能在5mm厚度的五合板正面探測出背面照明電纜的位置走向，并要求探測到帶電電纜時蜂鳴器報警或發(fā)光二極管指示。電纜位置的布線如圖所示。電纜一端與交流電源220V插座相連，另一端連接大螺口（E27）燈座，燈座擰入60W白熾燈，燈的亮滅由開關(guān)控制。電纜以圖釘側(cè)邊壓扣或膠帶粘貼的方式布設，布線可在7X7方格組成的區(qū)域內(nèi)根據(jù)需要任意調(diào)整。一、測量方案設計選型2.任務分析對220V、60W白熾燈的照明線路，其信號輻射形式為交變的電磁場，信號的類型是50Hz正弦交流信號，信號幅度非常小，屬于微伏級信號。本項目的主要任務是首先要探測導照明線路的輻射信號，其次，將探測到的電力線輻射信號經(jīng)過濾波、放大等處理，最后通過聲光報警電路驅(qū)動點亮發(fā)光二極管或驅(qū)動蜂鳴器發(fā)出報警聲響。3.方案設計對照明線路輻射的交變電磁場信號的檢測方法有以下幾種：（1）測量交變的電場：用電容測量感應電荷在電阻上的感應電壓。（2）測交變磁場：用電感元件測量或用霍爾元件測量其感應電壓。（3）測交變電磁場：用電感測量感應電壓或用收音機模塊測量感應電壓。綜合分析，本項目采用電感元件作傳感器檢測照明線路上的感應電壓。一、測量方案設計選型4.系統(tǒng)框圖利用電感作為傳感器檢測照明線路輻射的50Hz正弦信號，由于該輻射信號非常小，易受干擾，因此后級需采用兩級低通放大電路(增益至少為80dB)對信號進行放大處理。放大以后的信號再經(jīng)過精密整流電路得到正極性信號，與基準電壓通過比較器進行比較后得到整形的脈沖波形，送發(fā)光二極管指示電路與蜂鳴器報警電路。測量方案設計選型01放大濾波電路設計02精密整流電路設計03報警顯示電路設計04二、放大濾波電路設計1.反相比例放大與低通濾波電路設計（1）反相比例放大與低通濾波電路設計圖示為反相比例放大電路，電壓放大倍數(shù)為-100倍（40dB）。由于傳感器檢測到的照明線路輻射信號為50Hz正弦信號，為防止干擾，在反饋電阻兩端并聯(lián)103電容實現(xiàn)低通濾波作用。該濾波器的通帶截止頻率為

由于來自傳感器的電力線輻射信號非常小，至少需要兩級放大器。在本系統(tǒng)中，由反相比例放大電路與同相比例放大電路級聯(lián)完成對傳感器檢測的照明線路輻射信號放大任務。二、單元電路設計調(diào)試2.同相比例放大與低通濾波電路設計（1）同相比例放大與低通濾波電路設計本系統(tǒng)的第二級放大電路采用同相比例運算放大器。與反相比例低通濾波器電路分析類似，在反饋電阻兩端仍需要并聯(lián)103電容實現(xiàn)低通濾波功能，電路參數(shù)如圖所示。測量方案設計選型01放大濾波電路設計02精密整流電路設計03報警顯示電路設計04三、精密整流電路設計1.精密整流電路設計經(jīng)兩級放大器放大后的信號雖然具有了一定的信號幅度（信號幅度大小取決于電力線檢測用工字電感的電感量大小，如果信號幅度不夠可適當增大單級放大器或兩級放大器的放大倍數(shù)），但該信號仍是50Hz的交流信號。為使交流電壓信號變換成具有一定直流分量的電壓信號，本系統(tǒng)中材料了精密全波整流電路。三、精密整流電路設計2.精密整流電路工作原理即：若輸入信號為正半周交流信號，則輸出端將得到與輸入信號系統(tǒng)幅度、相同相位的正半周信號；若輸入信號為負半周交流信號，則輸出端將得到與輸入信號幅度相同、相位相反的信號。當Vi>0時，D1截止，D2導通，A1為反相比例放大電路，A2為反相加法電路，此時當Vi<0時，D1導通，D2截止，V01=0，V0=-Vi測量方案設計選型01放大濾波電路設計02精密整流電路設計03報警顯示電路設計04四、顯示報警電路設計1.顯示報警電路設計本系統(tǒng)的聲光報警電路單限比較器來實現(xiàn)。利用發(fā)光二極管指示與蜂鳴器報警。2.顯示報警電路原理經(jīng)精密整流電路輸出的全波整流信號接到比較器的反相輸入端，在比較器的同相端接入基準電壓（由電源電壓經(jīng)電位器分壓得到）。當精密整流電路輸出信號的直流電壓（實際應該是峰值電壓）大于同相端直流電壓時，比較器輸出低電平，發(fā)光二極管比點亮，蜂鳴器發(fā)出報警聲響，表明傳感器檢測到照明線路的輻射信號并達到一定的強度。本次課程到此結(jié)束，再見梁長垠教授模擬電子技術(shù)梁長垠教授綜合項目設計與測試—簡易電力線探測儀梁長垠教授反相放大濾波電路調(diào)試01同相放大濾波電路調(diào)試02精密整流電路調(diào)試04報警電路與系統(tǒng)聯(lián)調(diào)05兩級放大濾波電路調(diào)試03一、反相放大與濾波電路調(diào)試反相比例放大與低通電路調(diào)試：（1）C1不接，信號發(fā)生器輸入幅度為20mV、頻率分別為50Hz、1kHz正弦交流信號，同時用示波器觀察輸入與輸出波形，分別計算放大倍數(shù)。一、反相放大與濾波電路調(diào)試反相比例放大與低通電路調(diào)試：（2）接上C1，信號發(fā)生器輸入幅度為20mV、頻率分別為50Hz、1kHz正弦交流信號，同時用示波器觀察輸入與輸出波形，分別計算放大倍數(shù)。反相放大濾波電路調(diào)試01同相放大濾波電路調(diào)試02精密整流電路調(diào)試04報警電路與系統(tǒng)聯(lián)調(diào)05兩級放大濾波電路調(diào)試03二、同相放大低通濾波電路調(diào)試同相比例放大與低通濾波電路測試：（1）C15不接，信號發(fā)生器輸入幅度為20mV、頻率分別為50Hz、1kHz正弦交流信號，同時用示波器觀察輸入與輸出波形，分別計算放大倍數(shù)。二、同相放大低通濾波電路調(diào)試同相比例放大與低通濾波電路測試：（2）接上C15，信號發(fā)生器輸入幅度為20mV、頻率分別為50Hz、1kHz正弦交流信號，同時用示波器觀察輸入與輸出波形，分別計算放大倍數(shù)。反相放大濾波電路調(diào)試01同相放大濾波電路調(diào)試02精密整流電路調(diào)試04報警電路與系統(tǒng)聯(lián)調(diào)05兩級放大濾波電路調(diào)試03三、兩級放大濾波電路調(diào)試兩級放大電路濾波級聯(lián)電路調(diào)試兩級放大濾波電路級聯(lián)方式，可以將反相比例放大器作第一級，也可將同相比例放大器作第一級放大器。三、兩級放大濾波電路調(diào)試（1）C1、C15均不接，信號發(fā)生器輸入幅度為20mV或更小一點（輸出不失真）、頻率分別為1kHz正弦交流信號，同時用示波器觀察輸入與輸出波形?？梢姡捎谳斎胄盘栠^大，輸出信號出現(xiàn)嚴重失真現(xiàn)象（變成方波脈沖）。三、兩級放大濾波電路調(diào)試（1）C1、C15均接上，信號發(fā)生器輸入幅度為20mV或更小一點（輸出不失真）、頻率為1kHz正弦交流信號，同時用示波器觀察輸入與輸出波形，仿真電路與仿真波形如圖所示?？梢姡瑑杉壏糯笃鞯目偡糯蟊稊?shù)約為248倍（未加濾波前約為10000倍）。反相放大濾波電路調(diào)試01同相放大濾波電路調(diào)試02精密整流電路調(diào)試04報警電路與系統(tǒng)聯(lián)調(diào)05兩級放大濾波電路調(diào)試03四、精密全波整流電路調(diào)試當輸入信號為正弦交流信號時，電路輸出端得到的是一個完整的全波整流正半周信號。在精密整流電路的信號輸入端輸入正弦電壓Vi=4V（有效值）、f=1kHz，用萬用表測試OUT端的輸出直流電壓,用示波器CH1、CH2同時觀測輸入輸出波形，并記錄。反相放大濾波電路調(diào)試01同相放大濾波電路調(diào)試02精密整流電路調(diào)試04報警電路與系統(tǒng)聯(lián)調(diào)05兩級放大濾波電路調(diào)試03五、聲光報警電路與系統(tǒng)聯(lián)調(diào)1.聲光報警電路調(diào)試比較器LM311的同相端2腳電平由電位器對直流電源分壓得到，反向端3腳信號來自于精密全波整流信號，仿真波形如圖所示。五、聲光報警電路與系統(tǒng)聯(lián)調(diào)2.系統(tǒng)聯(lián)調(diào)（1）傳感器與電路級聯(lián)將工字電感連接到反相比例放大低通濾波器的輸入端，反相放大器輸出與同相放大器輸入端連接；再將同相放大器輸出與精密整流電路輸入端相連，精密直流輸出連接到比較器的反相輸入端。（2）系統(tǒng)調(diào)試①將工字電感沿接通負載（100W白熾燈）的電力線移動，用示波器觀察精密直流電路的輸出波形。

②調(diào)節(jié)比較器同相端連接的電位器，觀察聲光報警電路的工作狀態(tài)。本次課程到此結(jié)束，再見梁長垠教授模擬電子技術(shù)梁長垠教授綜合項目設計與測試—波形發(fā)生器梁長垠教授任務描述與要求01脈沖波電路設計02鋸齒波電路設計03一次諧波電路設計04三次諧波電路設計05一、任務描述與要求1.任務描述該任務來自于2013年全國大學生電子設計大賽綜合測評項目，要求使用555芯片和一片通用四運放324芯片，設計制作一個頻率可變的同時輸出脈沖波、鋸齒波、正弦波1、正弦波2的波形產(chǎn)生電路。2.任務要求按照給定電子元器件，設計制作出能同時四通道輸出，并且每通道輸出脈沖波、鋸齒波、正弦波1、正弦波2中的一種波形，每通道輸出的負載電阻均為600歐姆。四種波形頻率關(guān)系為1：1：1：3（3次諧波）；脈沖波、鋸齒波、正弦波1輸出的頻率范圍為8kHz~10kHz,輸出電壓幅度峰峰值為1V；正弦波2輸出的頻率范圍為24kHz~30kHz,輸出電壓幅度峰峰值為9V。同時要求輸出波形無明顯失真，頻率誤差不大于10%；通帶內(nèi)輸出電壓幅度峰峰值誤差不大于5%，脈沖占空比可調(diào)整。特殊說明：電源只能用10V單電源，由穩(wěn)壓電源供給。任務描述與要求01脈沖波電路設計02鋸齒波電路設計03一次諧波電路設計04三次諧波電路設計05二、脈沖波電路設計1.電路設計利用NE555產(chǎn)生8kHz~10kHz脈沖波形，要求占空比為50%。NE555是8時基集成電路，屬于模擬數(shù)字混合型器件，NE555由兩個電壓比較器、一個RS觸發(fā)器、一個RS鎖存器、一個輸出緩沖器和一個模擬控制電路組成。它能夠在單穩(wěn)態(tài)、雙穩(wěn)態(tài)和多諧振蕩器等多種工作模式下工作。其中單穩(wěn)態(tài)模式最為常用，可以用于產(chǎn)生短脈沖和延時信號。由NE555構(gòu)成的占空比接近50%的脈沖信號發(fā)生器電路如圖所示。調(diào)整Rp3，輸出頻率不變，輸出占空比改變；調(diào)整Rp1，輸出頻率改變，輸出占空比也會改變；NE555芯片電源端需加上電容濾波，否則輸出波形頂部會稍微失真。二、脈沖波電路設計2.電路調(diào)試接通電路供電電源，用示波器測試NE555的3腳輸出電壓波形。為解決輸出脈搏的毛刺問題，可在電源端分別接上0.1、100μF電容，并在信號輸出與地之間接上一個小濾波電容。任務描述與要求01脈沖波電路設計02鋸齒波電路設計03一次諧波電路設計04三次諧波電路設計05三、鋸齒波電路設計1.鋸齒波產(chǎn)生原理通常情況下，對矩形脈沖進行積分運算就可以得到鋸齒波（對方波積分得到三角波）。2.鋸齒波產(chǎn)生電路設計用10V單電源的LM324設計制作一個積分電路，將NE555輸出的方波變換為三角波（特殊的鋸齒波）。采用反相積分器進行積分，只需調(diào)整555輸出的占空比就可以得到不同的鋸齒波，而當輸入脈沖占空比為50%時，輸出就是標準的三角波。受運放的失調(diào)電壓影響，實際應用中應把積分電容盡量取小，把積分電阻盡量取大（1MΩ以內(nèi)。三、鋸齒波電路設計3.鋸齒波電路工作原理因單電源供電，所以在同相端加入直流偏置電壓，C6為濾波電容；C3為隔直電容，使電路不受前級直流工作點影響，同時使同相的直流偏置跟隨到輸出端；使用兩個積分電容是為了方便參數(shù)調(diào)整；調(diào)整Rp4，輸出幅值改變。任務描述與要求01脈沖波電路設計02鋸齒波電路設計03一次諧波電路設計04三次諧波電路設計05四、一次諧波電路設計1.正弦波產(chǎn)生電路設計按照任務要求，首先利用LM324（單電源10V供電）設計制作一個將NE555產(chǎn)生的8kHz~10kHz方波脈沖，變換成同頻率的三角波輸出。將方波脈沖直接變換成同頻率的正弦波，或把方波脈沖先變換成三角波，再把三角波變換成同頻率的正弦波輸出。電路設計：（1）直接將三角波進行兩次積分，得到同頻率的正弦波（2）采用二階壓控低通濾波器將三角波變換成同頻率的正弦波。2.正弦波產(chǎn)生電路原理（1）二階積分電路，得到同頻率的正弦波積分電路具有低通特性，二階積分電路的截至頻率為

四、一次諧波電路設計2.正弦波產(chǎn)生電路原理（2）二階壓控低通濾波器電路，得到同頻率的正弦波

該電路將第一階的RC的電容不直接接地，而是接在運放的輸出端，通過引入反饋以改善截止頻率附近的幅頻特性。因電路引入正反饋后使電壓放大倍數(shù)在一定程度上受輸出電壓控制，且輸出電壓近似為恒壓源，所以該電路也稱壓控電壓源二階低通濾波器。特征頻率為任務描述與要求01脈沖波電路設計02鋸齒波電路設計03一次諧波電路設計04三次諧波電路設計05五、三次諧波電路設計1.三次諧波產(chǎn)生電路設計按照任務要求，首先利用LM324（單電源10V供電）設計制作一個將NE555產(chǎn)生的8kHz~10kHz方波脈沖，變換成同頻率的三角波輸出。將方波脈沖直接變換成三倍頻率的正弦波，或把方波脈沖先變換成三角波，再把三角波變換成三倍頻率的正弦波輸出。2.正弦波產(chǎn)生電路原理本設計使用兩級壓控帶通串上二階無源低通的結(jié)構(gòu)。五、三次諧波電路設計3.三次諧波產(chǎn)生電路仿真波形由于壓控帶通并不能跟隨前級的直流信號，因此通過R17、R18和R19、R20來抬升壓控帶通的直流工作點，同時也起到濾波作用。本次課程到此結(jié)束，再見梁長垠教授模擬電子技術(shù)梁長垠教授綜合項目設計與測試—擴音機電路設計梁長垠教授擴音機電路框圖01擴音機方案設計02擴音機技術(shù)指標03擴音機說明書04一、擴音機電路框圖1.擴音機電路結(jié)構(gòu)主要包括：前置放大器、功率放大器和直流電源三部分，有些功能稍復雜的擴音機電路中還包含有均衡器、混合放大器、推動放大電路等。從各種信號源送來的音頻信號，經(jīng)前置放大器的選擇、均衡、混合與放大，經(jīng)過推動級送到功率放大器加以放大以得到足夠功率推動揚聲器，電源的作用是為前置放大器和功率放大器等電路提供直流電源。一、擴音機電路框圖2.擴音機各電路作用（1）前置放大器前置放大部分又分為話筒放大器、拾音放大器及線路放大器等，作用分別是將話筒、電唱機、收音機或其他線路輸出的微弱音頻信號進行放大，然后饋送給混合放大器，由于輸入的信號一般都很微弱，因此輸入級常采用射隨器或集成運算放大器組成。（2）混合放大器混合放大器作用是將前置放大輸出的各種信號混在一起并進行放大處理。在混合放大部分一般裝有各種音量調(diào)節(jié)器，用于控制各種音量（3）推動級任務是供給功率放大器足夠大的激勵信號，一般由單級放大器組成。（4）功率放大器功率放大器對推動級輸出的信號進行功率放大，為揚聲器發(fā)聲提供一定的輸出功率。擴音機電路框圖01擴音機方案設計02擴音機技術(shù)指標03擴音機說明書04二、擴音機方案設計方案一：晶體管電路擴音機擴音機電路包括電子管式、晶體管式、晶體管與集成電路混合式、全集成電路式的擴音機，電路形式不同，相應的特點也不同。信號輸入端是話筒輸入和線路輸入轉(zhuǎn)換電路，第一級采用射隨器。射隨器輸出通過兩級阻容耦合放大器后，經(jīng)推動級激勵送給OCL功率放大器，推動揚聲器發(fā)聲。為穩(wěn)定放大器的工作，在電路中采用了負反饋技術(shù)。主要指標：電源±15V，不失真輸出功率8W，輸入靈敏度為10mV（傳聲器）和100mV，負載阻抗8Ω。二、擴音機方案設計方案二：晶體管與集成電路混合式擴音機主要指標：電源電壓±15V，不失真輸出功率10W，輸入靈敏度為10mV（傳聲器）和100mV，負載阻抗8Ω。二、擴音機方案設計方案三：集成電路擴音機主要指標：電源電壓±15V，不失真輸出功率10W，輸入靈敏度為10mV（傳聲器）和100mV，負載阻抗8Ω。由集成運放作前置和推動，集成功放做輸出級的集成電路擴音機電路。二、擴音機方案設計方案四：集成電路擴音機主要指標：電源電壓±18V，不失真輸出功率50W，輸入靈敏度為10mV（傳聲器）和100mV，負載阻抗8Ω。由集成運放作推動，傻瓜型集成功放做輸出級。無外圍元件，免安裝調(diào)試。擴音機電路框圖01擴音機方案設計02擴音機技術(shù)指標03擴音機說明書04三、擴音機技術(shù)指標1.最大不失真輸出功率在不失真情況下放大器能夠輸出的最大功率。2.

頻率響應放大器的電壓增益對于中音頻f0（1kHz）的電壓增益下降3dB時所對應的低音頻率fl和高音頻率fh。3.輸入阻抗從擴音機放大器輸入端（如話筒放大器輸入端）看進去的阻抗即為其輸入阻抗。4.輸入靈敏度使擴音機輸出額定功率時所需輸入電壓的有效值即為輸入靈敏度。擴音機電路框圖01擴音機方案設計02擴音機技術(shù)指標03擴音機說明書04四、擴音機說明書擴音機的說明書包括設計說明書與產(chǎn)品說明書。1.設計說明書對電子產(chǎn)品設計說明書的要求，主要應包括以下幾個方面的內(nèi)容：（1）項目名稱（2）設計內(nèi)容與要求（3）設計方案的比較與選型（4）畫出完整的電路圖，并說明電路的工作原理（5）整機的組裝調(diào)試過程（6）調(diào)試中出現(xiàn)的故障、原因及排除方法（7）總結(jié)所設計電路的特點及方案的優(yōu)缺點，有哪些創(chuàng)新點，并提出改進方案（8）列出整機所用的元器件表及清單（9）收獲與體會四、擴音機說明書2.產(chǎn)品說明書對產(chǎn)品說明書的要求，主要包括以下幾個方面的內(nèi)容：（1）產(chǎn)品用途與特點（2）技術(shù)性能指標（3）使用方法與注意事項（4）日常保養(yǎng)須知（5）常見故障及處理方法（6）整機原理圖（7）售后服務本次課程到此結(jié)束，再見梁長垠教授模擬電子技術(shù)梁長垠教授項目六綜合項目設計與測試—擴音機組裝與調(diào)試梁長垠教授元器件選用檢測01擴音機安裝工藝02擴音機電路調(diào)試03擴音機整機試聽04一、元器件選用與檢測在擴音機電路中，使用較多的元器件包括電阻、電容、晶體二極管、晶體三極管、集成運算放大器、集成功率放大器、變壓器等。對電阻性元件的選用，主要依據(jù)是其阻值與額定功率；對帶開關(guān)的電位器的檢查，除檢查其阻值外，還應檢查其開關(guān)狀態(tài)是否完好；對電容的選用，主要考慮的是電容器的電容量與耐壓值，使用時更應注意點解電容的極性；對集成運放的選擇主要應考慮其性能指標，例如失調(diào)電壓、頻率響應、帶寬等；對集成功放的選用主要應考慮輸出功率的大小、頻率響應等。元器件選用檢測01擴音機安裝工藝02擴音機電路調(diào)試03擴音機整機試聽04二、擴音機安裝工藝1、整機布局整機布局是指擴音機內(nèi)各主要部件的位置安排。對一臺擴音機，從結(jié)構(gòu)上看通常由輸入回路、前置放大、中間放大、功率放大電路、電源變壓器、整流濾波電路、面板控制電路和大功率散熱片等主要部件組成，對這些主要部件的布局原則如下：（1）發(fā)熱元件要便于散熱。變壓器、大功率管散熱器必須放在通風的地方。（2）盡可能縮短各部件間的連線。（3）盡可能減少各部件間的有害干擾，如輸入級不能靠近輸出級，電壓變壓器要遠離輸入級等。（4）便于調(diào)整、操作與維修。（5）適當考慮美觀、大方。二、擴音機安裝工藝2、焊接與安裝焊