模擬電路課程設(shè)計

1、模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)課程設(shè)計直流電源 功率放大電路 函數(shù)發(fā)生器 火災(zāi)報警器 模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)課程設(shè)計姓名：學(xué)院：學(xué)號：指導(dǎo)老師：一、設(shè)計任務(wù)設(shè)計一個直流穩(wěn)壓電路，將220V的交流電轉(zhuǎn)變?yōu)?V的直流電，并滿足：1.輸出電壓5V2.最大輸出電流0.5A3.電壓調(diào)整率4%4.電流調(diào)整率4%5.紋波系數(shù)5%二、設(shè)計思路輸入的220V信號通過變壓器變?yōu)檩^小的、接近5V的交流電，整流電路選用橋式整流，將交流電壓變?yōu)槊}動的直流電壓。脈動的直流電壓通過濾波電路變?yōu)槠交闹绷麟妷?，最終穩(wěn)壓電路將平滑的直流電變?yōu)榉€(wěn)定性好的直流電。三、單元設(shè)計1.電源變壓器這里選用15:1的線圈，是變壓后電壓在17V左右。2.橋式整流

2、電路這里采用的整流電路是橋式整流，由四個二極管組成電橋的形式，使得交流電流流過可以形成單方向的全波脈動電壓。3.濾波電路在濾波電路中選擇電解電容。由于整流后的輸出波形中含有較多的紋波，因此在整流電路后接入濾波電路除去整流電路的紋波。一般取 （35）T/2，T為電源交流電壓的周期。4.穩(wěn)壓電路在此用7805進行對電路的穩(wěn)壓作用。由于7805三端穩(wěn)壓IC內(nèi)部有過壓保護，過流保護、過熱保護等功能，能夠?qū)崿F(xiàn)穩(wěn)定輸出電流。可以用此電路減少噪聲影響，減小誤差。四、電路仿真1. 輸出電壓值啟動電路后，由電壓表讀熟得，輸出電壓為5V。且通過示波器可知，該輸出信號為直流信號。2. 最大輸出電流連接好電路，保持穩(wěn)

3、壓電源的輸入電壓為220V=，接一個變阻器作為負載，串聯(lián)一個毫安表，通過改變變阻器的阻值使輸出電壓降低5%左右，測量此時的電流I。計算得輸出電壓降低為4.75V左右時為最大輸出電流。此時最大電流為476.55mA。3. 電壓調(diào)整率和電流調(diào)整率測試方法：a.設(shè)置可調(diào)負載裝置，使電源滿載輸出；b.調(diào)節(jié)ACSOURCE，使輸入UI電壓為下限值，記錄對應(yīng)的輸出電壓U1（這里分別測得輸入電壓比220V增大和縮小10%）；c.增大輸入電壓到額定值，記錄對應(yīng)的輸出電壓U0；d.調(diào)節(jié)輸入電壓為上限值，記錄對應(yīng)的輸出電壓U2；e.按下式計算：電壓調(diào)整率=(U-U0)/U0100式中：U為U1和U2中相對U0變化

4、較大的值，電流調(diào)整率Si=(U2-U1)/U0*100%。UIU1U2242+0.019-0.02122000198+0.022-0.020計算得電壓調(diào)整率為0.01%,電流調(diào)整率為0.019%。4. 紋波系數(shù)紋波系數(shù)=紋波電壓/輸出電壓。計算得，電路的紋波系數(shù)=317.774uV/5V，近似為0，滿足設(shè)計要求。五、問題解答1.電容C1、CI、CO有什么要求，一般如何選擇？答：電容放電的時間=LRC越大,放電過程越慢，輸出電壓中脈動（紋波）成分越少，濾波效果越好。一般取（35）T/2，T為電源交流電壓的周期。2.電流調(diào)整率由什么參數(shù)決定，如何降低？答：通常以單位輸出電壓下的輸出電壓變化值的百分

5、比來表示直流穩(wěn)壓電源的電流調(diào)整率。要降低電流調(diào)整率，降低空載電壓，適當減小負載電流或降低工作頻率。3.如何減小紋波？（1）低頻紋波抑制的幾種常用的方法：a、加大輸出低頻濾波的電感，電容參數(shù)，使低頻紋波降低到所需的指標。b、采用前饋控制方法，降低低頻紋波分量。（2）高頻紋波抑制的目的是給高頻紋波提供通路，常用的方法：a、提高開關(guān)電源工作頻率，以提高高頻紋波頻率，有利于抑制輸出高頻紋波。b、加大輸出高頻濾波器，可以抑制輸出高頻紋波。c、采用多級濾波。六、心得體會本次實驗的電路搭建并不復(fù)雜，關(guān)鍵是要計算出各個單元電路器件的合理參數(shù)，以滿足設(shè)計要求。我從網(wǎng)上查到了電壓調(diào)整率，電流調(diào)整率，以及紋波系數(shù)的

6、意義和計算方法，然后自己試著搭建好了電路。仿真的過程加深了我對電源變壓器、整流電路、濾波電路、穩(wěn)壓電路在直流穩(wěn)壓電源中的作用的了解。盡管模擬電路這門課程結(jié)束了，但我希望以后能嘗試著更多地使用仿真軟件參與電子設(shè)計。電子科技大學(xué)模擬電路基礎(chǔ)電子線路應(yīng)用設(shè)計報告設(shè)計題目:功率放大電路學(xué)生姓名: 學(xué)號:指導(dǎo)教師: 日期 2016.12.271、設(shè)計任務(wù)設(shè)計要求：設(shè)計并制作用晶體管和集成運算放大器組成的音頻功率放大電路，負載為揚聲器，阻抗RL=8。性能指標：頻率：20Hz20kHz 輸出功率：8W 放大倍數(shù)：30dB 失真：10%2、電路原理2.1 電路整體方案2.1.1 方案的確定及論證 一、OCL互

7、補對稱功率放大器如圖所示放大電路是由兩個射極輸出器組成的，T1和T2分別為NPN型管和PNP型管，兩管的材料和參數(shù)相同（即特性對稱），且電源由對稱的雙電源+VCC和-VCC提供。圖中，兩管基極沒有偏置電流，靜態(tài)損耗為0，電路工作在乙類狀態(tài)，信號從基極輸人，從射極輸出，RL為負載，輸出端沒有耦合電容。所以，把圖4-35所示的電路稱為無輸出電容的功率放大電路，簡稱OCL電路。圖 2.1.11 OCL電路靜態(tài)時，UEQUBQ0輸入電壓的正半周：VCCT1RL地輸入電壓的負半周：地RLT2VCCOCL電路的輸出功率的計算公式如下：最大輸出功率：轉(zhuǎn)換效率：二、用集成器件實現(xiàn)TDA2030集成功放芯片：T

8、DA2030是德律風根生產(chǎn)的音頻功放電路，采用V型5腳單列直插式塑料封裝結(jié)構(gòu)。該集成電路廣泛應(yīng)用于汽車立體聲收錄音機、中功率音響設(shè)備，具有體積小、輸出功率大、失真小等特點。并具有內(nèi)部保護電路。圖 2.1.1-2 TDA2030芯片TDA2030管腳功能：1腳是正相輸入端；2腳是反向輸入端；3腳是負電源輸入端；4腳是功率輸出端；5腳是正電源輸入端。圖 2.1.1-3 TDA2030芯片圖 2.1.1-4 TDA2030典型參數(shù)TDA2030特點:1.開機沖擊極小。2.外接元件非常少。3.TDA2030輸出功率大，Po=18W(RL=4)。4.采用超小型封裝(TO-220),可提高組裝密度。5.內(nèi)

9、含各種保護電路，因此工作安全可靠。主要保護電路有：短路保護、熱保護、地線偶然開路、電源極性反接(Vsmax=12V)以及負載泄放電壓反沖等。6TDA2030A能在最低6V最高22V的電壓下工作在19V、8阻抗時能夠輸出16W的有效功率，THD0.1%。運用集成芯片TDA2030完成音頻功率放大電路的設(shè)計，能夠更好地達到設(shè)計任務(wù)和要求。2.1.2 整體電路整體電路設(shè)計：使用TDA2030加少量外圍元件，輸入端使用高通濾波。圖 2.1.2-1 音頻功放電路2.2 各部分電路原理一、輸入部分圖 2.2-1 輸入部分電路R3是直流平衡電阻，同時與C3構(gòu)成高通響應(yīng)，用以濾除低頻信號。二、放大部分圖 2.

10、2-2 放大部分電路R1、R2和C2構(gòu)成負反饋電路，決定電路的電壓增益及低端截止頻率。Au=R1/R2三、輸出部分輸出部分負載為揚聲器，阻抗RL=8。四、保護部分圖 2.2-3 保護部分電路R4和C7可以穩(wěn)定頻率，防止電路自激。D1、D2用以保護集成塊2.3 電路參數(shù)選擇依據(jù)闡述電路整體方案、各部分電路原理和電路參數(shù)選擇依據(jù)3、電路仿真和結(jié)果根據(jù)要求，仿真軟件選用multisim，在軟件中連接電路如圖4.1所示：圖 3-1 電路仿真圖一、波特圖輸出圖 3-2 波特圖由圖可以看出，其仿真的結(jié)果，在20Hz-20kHz內(nèi)中后段的波形放大能力基本保持不變化，且放大倍數(shù)約為30dB。符合題目要求。二、

11、輸出功率 圖 3-3 輸出回路上探針數(shù)據(jù) 圖 3-4 輸出功率圖輸出功率為8.662W，8W，滿足要求。三、失真分析圖 3-5 失真分析圖失真為0.014%，10%。滿足要求。選擇的器件及其參數(shù)給出部分和整體電路仿真截圖，給出仿真結(jié)果及結(jié)論。4、電路加工及測試（可選）闡述制作電路（畫圖、焊接）的過程及注意事項，給出PCB版圖、實物圖。闡明所用的測試儀表、測試方法，給出測試結(jié)果。在最后，針對這次DIY，也有些收獲和感悟。其中最重要的一點就是功放單點接地的問題！一定得慎之慎之處理處理不好功放會有底噪。圖中R1、R2是輸入落地電阻，C2是直流反饋電容，接地點是小信號地，標記為藍色，；C3、C4、C6

12、、C7是退耦電容，接地端標記為紅色，屬電源地。正確的接地方式為：三個小信號接地點可混合在一條地線上，四個電源地匯集為另一條地線，電源地與小信號地在總接地點處匯合，除總接地點外，兩種地不得有其他連通點。5、問題解答1、為什么共射放大電路不宜用作功率放大電路？共射主要用于放大電壓信號，其輸出功率和效率都很低；而功放不僅需要有放大的電壓信號，還需要有放大的電流信號，只有電壓信號和電流信號都足夠大，才能滿足功放的要求，所以共射放大不宜用作功率放大電路。2、TDA2030使用時對電路有什么要求？TD2030使用時類似于集成運放，需要用負反饋電路。3、如何實現(xiàn)電路的實物制作？根據(jù)電路圖繪制PCB將PCB文

13、件導(dǎo)出為PDF文檔格式，采用1：1導(dǎo)出將PDF打印到菲林上，采用實際大小打印將打印好PCB菲林平鋪在感光板上，準備曝光用11W的日光臺燈曝光約15分鐘曝光完畢后用顯影液進行顯影準備好腐蝕溶液進行腐蝕腐蝕結(jié)束，鉆孔，準備焊接焊接元件6、總結(jié)通過此次的課程設(shè)計，我增進了對功率放大電路的了解、掌握了音頻功率放大電路的基本設(shè)計方法，對于仿真軟件Multisim也用得更加得心應(yīng)手，此外我還新學(xué)會了利用軟件Altium Designer繪出PCB版圖。同時對于模電的課程的內(nèi)容也有了更加深刻的認識。電子設(shè)計和需要扎實的理論基本功，同時也需要有一定的動手能力。理論加上實踐，才能做等更好。從選擇題目到開始著手去

14、做，我才發(fā)現(xiàn)自己的模電知識掌握得并不牢固，于是花了很多時間去讀教材相關(guān)內(nèi)容，包括基本放大電路的知識，多級放大器，放大電路的反饋和功率放大器等章節(jié)，總算是有了大概的想法和思路。而后便查閱各種論文和書籍資料，瀏覽各樣的電子、電工論壇，看到別人的一些見解和討論，啟發(fā)了我的思路。最終發(fā)現(xiàn)了TDA2030的集成運放具有很大的優(yōu)點，便想用集成運放來實現(xiàn)。我選擇了TDA2030典型電路中的雙電源電路來實現(xiàn)，并揣摩該電路的設(shè)計思路和意圖，最終看出了其中的道理。之后便是應(yīng)用仿真軟件來實現(xiàn)。制作實物電路圖又是一次挑戰(zhàn)。首先我詢問了一些搞電子設(shè)計的同學(xué)如何實現(xiàn)實物，得知要先繪出PCB布線再印制、最終把元件焊上去并調(diào)

15、試。軟件Altium Designer的使用對我來說又是一項新鮮事物，我不斷嘗試，學(xué)會了如何利用軟件布線。學(xué)校開放實驗室給了我們很大的支持和鼓勵，元件的找尋以及板子的印制都不再成為困擾我們的問題。我在沒課的時候就呆在那里焊板子，最終做出了實物。雖然我做出來的電路滿足了設(shè)計要求，但是我仍覺得有些遺憾，那就是這個電路圖我是直接用的TDA2030典型電路，并沒有在此基礎(chǔ)上做什么改進和變化。我想，以后我要更加注重模電這樣的課程的學(xué)習(xí)，掌握扎實的基礎(chǔ)，才有創(chuàng)新思考的能力。同時我也認識到，電子設(shè)計也需要有一定的動手能力。理論加上實踐，才能做得更好。電路設(shè)計、仿真、加工、測試過程中的收獲和體會，對課程的理解

16、，對實際電路的認識等等。說明：正文小四號宋體。圖表采用五號宋體，圖表分別按順序編號。表1 選用的元器件型號和數(shù)量參考文獻1. 童詩白，華成英.模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)M.第四版.北京：高等教育出版社，2006.2. 周文. 淺談TDA2030集成音頻功率放大器的制作J.課程教育研究,2013，(2).3. 朱李明.線性集成電路TDA2030AJ. 集成電路應(yīng)用，1986,(3).4. 張燕玉，陳國志.實用OCL集成音頻功率放大器的分析方法J. 科技資訊，2010，(3).5. 芮新芳，朱朝霞，牛耀國.使用Altium Designer Winter 09設(shè)計印刷電路板之常見問題及使用技巧J. 電腦與電

17、信,2011，(9).6. 吳中華. Altium Designer 10使用快速入門J. 電子制作,2012，(6).模擬電路基礎(chǔ)課程設(shè)計函數(shù)發(fā)生器指導(dǎo)教師：學(xué)院：學(xué)號：姓名：1 設(shè)計任務(wù)要求：設(shè)計一個正弦波信號發(fā)生器 設(shè)計一個方波信號發(fā)生器設(shè)計一個能同時輸出正弦波、方波和三角波的函數(shù)發(fā)生器指標： 頻率：1kHz 幅度：正弦波大于10Vpp，方波10Vpp， 三角波6Vpp。二、電路原理函數(shù)發(fā)生器一般是指能自動產(chǎn)生正弦波、方波、三角波的電壓波形的電路或者儀器。電路形式可以采用由運放及分離元件構(gòu)成；也可以采用單片集成函數(shù)發(fā)生器。根據(jù)用途不同，有產(chǎn)生三種或多種波形的函數(shù)發(fā)生器。函數(shù)信號發(fā)生器在電

18、路實驗和設(shè)備檢測中具有十分廣泛的用途。1 RC正弦振蕩電路起振條件：振蕩平衡條件：4個組成部分： 放大電路 選頻網(wǎng)絡(luò) 正反饋網(wǎng)絡(luò) 穩(wěn)幅網(wǎng)絡(luò)振蕩頻率 若時：運放的放大倍數(shù)2 方波信號發(fā)生器滯回比較器：引入正反饋，產(chǎn)生振蕩RC電路： 作為延遲環(huán)節(jié)和反饋網(wǎng)絡(luò)，通過對電容的充放電實現(xiàn)兩種狀態(tài)的轉(zhuǎn)換。穩(wěn)壓管：輸出需要的方波電壓。 滯回比較器：提高了比較器的響應(yīng)速度，同時輸出電壓的躍變不是發(fā)生在同一門限電平上，具有抗干擾能力。同相輸入端反相輸入端方波信號發(fā)生器當UiUp時，Uo=-Uz，當Ui小于-UT時，輸出發(fā)生翻轉(zhuǎn)Uo=+Uz。3 函數(shù)發(fā)生器采用RC橋式正弦振蕩電路產(chǎn)生正弦信號正弦信號通過比較器電路產(chǎn)

19、生方波方波信號利用反相積分電路變換為三角波通過開關(guān)選擇需要的輸出波形總體電路仿真結(jié)果五、問題解答1.RC正弦振蕩電路中（1）使用10F、1F的電容能否振蕩出所需的正弦信號？答：不可以，10F、1F的電容太大，會使輸出波形的頻率變低，從而不能達到輸出頻率為1kHz的標準。所以，加入兩個二極管的作用是限制輸出幅度和改善輸出波形（3）固定R1，分析R2的大小對振蕩幅度、波形失真的影響？答：R1減小時，輸出波形幅度減小，減小到一定程度時，波形開始失真；R1增大時，輸出幅度增大，增大到一定程度時發(fā)生失真。2. 方波發(fā)生器3. （1）R4如何選擇？答：在本次設(shè)計的電路中R8在1k到10k之間最合適，超過或

20、者太小均會有較大程度的失真。（2） 振蕩頻率主要受那些因素影響？（3） 答；由公式可知，震蕩頻率主要受到電阻R7,R9和C3的影響。（3）信號波形質(zhì)量與那些參數(shù)有關(guān)？答：波形質(zhì)量與R9與C3的乘積有關(guān)，當兩者乘積和電路周期相近時，不容易發(fā)生失真，輸出信號的波形質(zhì)量較高。3.函數(shù)發(fā)生器（1）Rf、R1有何作用，大小如何選擇？答：Rf與R1比值不同，輸出幅值不同。所以Rf和R1應(yīng)該根據(jù)輸出波形所需幅值進行選擇。（2）如何調(diào)節(jié)輸出信號幅度？答：如上題，可通過調(diào)節(jié)Rf和R1比值進而調(diào)節(jié)輸出幅度，也可通過改變電路中反饋電阻的阻值來改變輸出信號幅度。（3）信號波形質(zhì)量與那些參數(shù)有關(guān)？答：輸出信號的質(zhì)量和信號源的建立時間還有時間基準有關(guān)，即輸出信號的質(zhì)量和電容放電的時間=LRC有關(guān)。6、 總結(jié)本次電路圖的設(shè)計符合要求。通過本次設(shè)計，對函數(shù)發(fā)生器的工作原理有了更好的理解，也對運算放大電路的使用有了進一步的認識，通過查閱資料，翻看教科書以及查看課件，做出了上面的函數(shù)發(fā)生器電路，并在仿真上進行測試，而且獲得成功，達到了設(shè)計制定的標準，可以穩(wěn)定的輸出我們需要的波形。但是也有不足，真正的函數(shù)發(fā)生器可以對輸出電壓和輸出頻率進行調(diào)節(jié)，而本次所設(shè)計的電路并沒有以上功能，所以還可以對電路進行優(yōu)化，如把一些決定輸出幅度的電阻或者電容做成可調(diào)節(jié)的電阻和