電子設(shè)計(jì)大賽模擬電子技術(shù)部分

1、 電子設(shè)計(jì)大賽培訓(xùn)電子設(shè)計(jì)大賽培訓(xùn)模擬電子技術(shù)模擬電子技術(shù) 2013年年8月月3-4日日一、關(guān)于競賽一、關(guān)于競賽n每年的競賽試題都有很多相似的地方，每年的競賽試題都有很多相似的地方，n控制類的如簡單的工業(yè)控制、小車；控制類的如簡單的工業(yè)控制、小車；n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)；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)；n電源設(shè)計(jì)；電源設(shè)計(jì)；n簡單儀器、儀表設(shè)計(jì)（每年必要一題簡單儀器、儀表設(shè)計(jì)（每年必要一題)如如2005年的年的簡易頻譜分析儀，簡易頻譜分析儀，2003年的簡易邏輯分析器。年的簡易邏輯分析器。n建議為了奪獎的朋友專注自己的強(qiáng)項(xiàng)。建議為了奪獎的朋友專注自己的強(qiáng)項(xiàng)。n

2、以電子技術(shù)（包括模擬低頻、高頻和數(shù)字電路）應(yīng)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。用設(shè)計(jì)為主要內(nèi)容。n可以涉及單片機(jī)、可編程邏輯器件、可以涉及單片機(jī)、可編程邏輯器件、EDA軟件工具軟件工具和和PC機(jī)（主要用于開發(fā)）的應(yīng)用。機(jī)（主要用于開發(fā)）的應(yīng)用。n題目包括題目包括“理論設(shè)計(jì)理論設(shè)計(jì)”和和“實(shí)際制作與調(diào)試實(shí)際制作與調(diào)試”兩部兩部分。分。n競賽題目應(yīng)具有實(shí)際意義和應(yīng)用背景，并考慮到目競賽題目應(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。前教學(xué)基本內(nèi)容和新技術(shù)應(yīng)用趨勢。n競賽題目應(yīng)能測試學(xué)生運(yùn)用基礎(chǔ)知識的能力、實(shí)際競賽題目應(yīng)能測試學(xué)生運(yùn)用基礎(chǔ)知識的能力

3、、實(shí)際設(shè)計(jì)能力和獨(dú)立工作能力。設(shè)計(jì)能力和獨(dú)立工作能力。n題目原則上應(yīng)包括基本要求部分和發(fā)揮部分，從題目原則上應(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)定時間內(nèi)完成基本而使絕大多數(shù)參賽學(xué)生能在規(guī)定時間內(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。發(fā)揮與創(chuàng)新的余地。n評分標(biāo)準(zhǔn)：評分標(biāo)準(zhǔn)按設(shè)計(jì)報告、實(shí)際制作兩部評分標(biāo)準(zhǔn)：評分標(biāo)準(zhǔn)按設(shè)計(jì)報告、實(shí)際制作兩部分提出具體評分細(xì)則，實(shí)際制作又分基本要求和分提出具體評分細(xì)則，實(shí)際制作又分基本要求和發(fā)揮部分。總分一般是發(fā)揮部分?？偡忠话闶?50分，其中設(shè)計(jì)報告占分，其中設(shè)計(jì)報告占50

4、分，基本要求占分，基本要求占50分和發(fā)揮部分占分和發(fā)揮部分占50分。分。二、關(guān)于團(tuán)隊(duì)二、關(guān)于團(tuán)隊(duì)n 一個能在全國大學(xué)生電子競賽中得獎的團(tuán)隊(duì)必須具備這么幾一個能在全國大學(xué)生電子競賽中得獎的團(tuán)隊(duì)必須具備這么幾個特征個特征: 1、絕對喜歡電子開發(fā)。、絕對喜歡電子開發(fā)。 2、在軟件、硬件、論文寫作中各有所長。你想想、在軟件、硬件、論文寫作中各有所長。你想想3個只個只會會C語言的家伙合一起能干什么。語言的家伙合一起能干什么。n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，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，各抒己見固然一旦進(jìn)入備戰(zhàn)階段，組員間

5、的探討是必然的，各抒己見固然好，但往往也比較容易起爭執(zhí)。這時如果有個核心人物，他好，但往往也比較容易起爭執(zhí)。這時如果有個核心人物，他的話在非常時期大家必須絕對服從，他說了算。的話在非常時期大家必須絕對服從，他說了算。n要想獲得成功，就必須認(rèn)清自己團(tuán)隊(duì)的優(yōu)勢，充分調(diào)用組員要想獲得成功，就必須認(rèn)清自己團(tuán)隊(duì)的優(yōu)勢，充分調(diào)用組員中的優(yōu)勢資源，比如：某個組員在編程方面有優(yōu)勢，那么就中的優(yōu)勢資源，比如：某個組員在編程方面有優(yōu)勢，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明確了，應(yīng)該合理分配編程工作給他，這樣大家分工也就相對明確了，也都能充分發(fā)揮自己的所長，將團(tuán)對協(xié)作的力量發(fā)揮到最大。也都能充分發(fā)

6、揮自己的所長，將團(tuán)對協(xié)作的力量發(fā)揮到最大。n一個獲得一等獎的團(tuán)隊(duì)，必然有文筆不錯善于一個獲得一等獎的團(tuán)隊(duì)，必然有文筆不錯善于表達(dá)的人物。一個團(tuán)隊(duì)的設(shè)計(jì)理念和思想需要表達(dá)的人物。一個團(tuán)隊(duì)的設(shè)計(jì)理念和思想需要通過他公布于眾，讓評委團(tuán)了解和認(rèn)同你們的通過他公布于眾，讓評委團(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)鍵觀點(diǎn)，論文的書寫也是考察寫作基本功的關(guān)鍵要素。要素。n切記現(xiàn)在不是酒香不怕巷子深的年代了，因?yàn)榍杏洭F(xiàn)在不是酒香不怕巷子深的年代了，因?yàn)榭梢赃x擇的對象太多，要學(xué)會主動出擊。所以可以選擇的對象太多，要學(xué)會主動出擊。所以說一個好的團(tuán)隊(duì)是成功的一半！說一個好的團(tuán)隊(duì)是成功的一半！ 三、

7、怎樣備戰(zhàn)三、怎樣備戰(zhàn)1、身體是革命的本錢、身體是革命的本錢n這也是很容易忽略的一點(diǎn)。這也是很容易忽略的一點(diǎn)。4天天3夜是個什夜是個什么概念，我想大家都要清楚點(diǎn)。既然下定么概念，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)。態(tài)來迎接挑戰(zhàn)。n否則，千載難逢的機(jī)會就可能擦肩而過，否則，千載難逢的機(jī)會就可能擦肩而過，留下的就將會是遺憾。留下的就將會是遺憾。2、要有良好的心態(tài)、要有良好的心態(tài)n競賽不僅僅是技能的競爭，更是良好心態(tài)的比競賽不僅僅是技能的競爭，更是良好心態(tài)的比拼。拼。n比賽期間，肯定都會遇到這樣那樣的問題，如比賽期間，肯定都

8、會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，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。兩天曬網(wǎng)，是走不到最后的。n要切切實(shí)實(shí)按照制定好的進(jìn)程走，該做哪項(xiàng)任要切切實(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，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。就不能留到明天。n具備以上條件后，你還應(yīng)該做的就是自信了。具備以上條件后，你還應(yīng)該做的就是自信了。 3、了解你正在做的事、了解你正在做的事n競賽采用競賽采用“半封閉、相對集中半封閉、相對集中”的組織方式進(jìn)行。的組織方式進(jìn)行。競賽期間學(xué)生可以查閱有關(guān)文獻(xiàn)資料，

9、隊(duì)內(nèi)學(xué)生競賽期間學(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)、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)立完成競賽任務(wù)；團(tuán)結(jié)協(xié)作，以隊(duì)為基本單位獨(dú)立完成競賽任務(wù)；n競賽期間不允許任何教師或其他人員進(jìn)行任何形競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)；式的指導(dǎo)或引導(dǎo)；n競賽期間參賽隊(duì)員不得與隊(duì)外任何人員討論商量。競賽期間參賽隊(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)生相對集中在一個或幾個實(shí)參賽學(xué)校應(yīng)將參賽學(xué)生相對集中在一個或幾個實(shí)驗(yàn)室內(nèi)進(jìn)行競賽，便于組織人員巡查。驗(yàn)室內(nèi)進(jìn)行競賽，便于組織人員巡查。n為保證競賽工作，競賽

10、所需設(shè)備、元器件等均由為保證競賽工作，競賽所需設(shè)備、元器件等均由各參賽學(xué)校負(fù)責(zé)提供。各參賽學(xué)校負(fù)責(zé)提供。四、關(guān)于題型四、關(guān)于題型 全國大學(xué)生電子設(shè)計(jì)競賽從全國大學(xué)生電子設(shè)計(jì)競賽從1994年的首屆試點(diǎn)到如今電子設(shè)計(jì)競賽的年的首屆試點(diǎn)到如今電子設(shè)計(jì)競賽的試題來看，可以歸納成試題來看，可以歸納成7類，即：類，即：n（1）電源類：電源類：簡易數(shù)控直流電源，直流穩(wěn)壓電源簡易數(shù)控直流電源，直流穩(wěn)壓電源n（2）信號源類：信號源類：實(shí)用信號源的設(shè)計(jì)和制作，波形發(fā)生器，電壓控制實(shí)用信號源的設(shè)計(jì)和制作，波形發(fā)生器，電壓控制LC振振蕩器（蕩器（A題）；題）；n（3）高頻無線電類：高頻無線電類：簡易無線電遙控系統(tǒng)，調(diào)

11、幅廣播收音機(jī)，短波調(diào)頻接簡易無線電遙控系統(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)，收機(jī)，調(diào)頻收音機(jī)，n（4）放大器類：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（器（B題題)n（5）儀器儀表類：儀器儀表類：簡易電阻、電容和電感測試儀，簡易數(shù)字頻率計(jì)，頻率簡易電阻、電容和電感測試儀，簡易數(shù)字頻率計(jì)，頻率特性測試儀，數(shù)字式工頻有效值多用表，簡易數(shù)字存儲示波器，低頻數(shù)字特性測試儀，數(shù)字式工頻有效值多用表，簡易數(shù)字存儲示波器，低頻數(shù)字式相位測量儀（式相位測量儀（C題，簡易邏輯分析儀（題，簡易邏輯分析儀（D題，題，n（6）數(shù)據(jù)采

12、集與處理類：數(shù)據(jù)采集與處理類：多路數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，數(shù)字化語音存儲與回放系統(tǒng)，多路數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，數(shù)字化語音存儲與回放系統(tǒng)，數(shù)據(jù)采集與傳輸系統(tǒng)。數(shù)據(jù)采集與傳輸系統(tǒng)。n（7）控制類：控制類：水溫控制系統(tǒng)，自動往返電動小汽車，簡易智能電動車（水溫控制系統(tǒng)，自動往返電動小汽車，簡易智能電動車（E題，液體點(diǎn)滴速度監(jiān)控裝置（題，液體點(diǎn)滴速度監(jiān)控裝置（F題題)五、單元電路之五、單元電路之放大器設(shè)計(jì)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。類繁多。 按按使用頻段使用頻段分：直流放大器、低頻放大器、中頻放大器、高分：直流放大器、低頻放

13、大器、中頻放大器、高頻放大器和微波放大器。頻放大器和微波放大器。 按按功率大小功率大小分：小信號放大器、功率放大器、大功率放大器分：小信號放大器、功率放大器、大功率放大器和超大功率放大器。和超大功率放大器。 按按導(dǎo)通角導(dǎo)通角分：甲類放大器、甲乙類放大器、乙類放大器、丙分：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。類放大器、丁類放大器和戊類放大器。 按按頻帶寬窄頻帶寬窄分：選頻放大器、窄帶放大器、寬帶放大器。分：選頻放大器、窄帶放大器、寬帶放大器。 按按集成度集成度分：分立元件組成的放大器和集成放大器。分：分立元件組成的放大器和集成放大器。 按按有無反饋有無反饋分

14、：開環(huán)放大器、閉環(huán)放大器（有四種組態(tài)），分：開環(huán)放大器、閉環(huán)放大器（有四種組態(tài)），等等。等等。 在工程設(shè)計(jì)和電子設(shè)計(jì)競賽中應(yīng)根據(jù)不同的要求和用途選擇在工程設(shè)計(jì)和電子設(shè)計(jì)競賽中應(yīng)根據(jù)不同的要求和用途選擇放大器的類型。放大器的類型。功率放大器的主要技術(shù)指標(biāo)功率放大器的主要技術(shù)指標(biāo)n輸入阻抗和輸出阻抗；輸入阻抗和輸出阻抗；n集電極效率；集電極效率；n輸出功率；輸出功率；n頻帶寬度；頻帶寬度；n失真度；失真度；n放大器的效率。放大器的效率。一、功率放大電路基礎(chǔ)一、功率放大電路基礎(chǔ)例：例： 擴(kuò)音系統(tǒng)擴(kuò)音系統(tǒng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)執(zhí)行機(jī)構(gòu)功率放大器的作用：功率放大器的作用： 用作放大電路的用作放大電路的輸出級輸出級，以

15、，以驅(qū)驅(qū)動動執(zhí)行機(jī)構(gòu)。如使揚(yáng)聲器發(fā)聲、繼電器動作、執(zhí)行機(jī)構(gòu)。如使揚(yáng)聲器發(fā)聲、繼電器動作、 儀表儀表指針偏轉(zhuǎn)等。指針偏轉(zhuǎn)等。 功功率率放放大大電電壓壓放放大大信信號號提提取取分析功放電路應(yīng)注意的問題分析功放電路應(yīng)注意的問題(1) 功放電路中電流、電壓要求都比較大，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必須注意電路參數(shù)不能超過晶體管的極限值限值: ICM 、UCEM 、 PCM 。 ICMPCMUCEMIcuce(2) 電流、電壓信號比較大，必須注意防止電流、電壓信號比較大，必須注意防止波形失真。波形失真。(3) 電源提供的能量盡可能轉(zhuǎn)換給負(fù)載，減少電源提供的能量盡可

16、能轉(zhuǎn)換給負(fù)載，減少 晶體管及線路上的損失。即注意提高電路晶體管及線路上的損失。即注意提高電路的效率（的效率（ ）。）。Pomax : 負(fù)載上得到的交流信號功率。負(fù)載上得到的交流信號功率。PE ： 電源提供的直流功率。電源提供的直流功率。%100maxEoPP不合適，因不合適，因?yàn)樾侍蜑樾侍?。 uotuo射極輸出器輸出電阻低，帶負(fù)載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能力強(qiáng)，可以用做功率放大器嗎？問題討論問題討論:ibRbuoUSCuiRE估算射極輸出器的效率估算射極輸出器的效率 ：QicuceUSCESCRU(設(shè)設(shè)RL=RE)為使輸出信號的幅值盡可能大為使輸出信號

17、的幅值盡可能大(要保證不失真要保證不失真)，靜，靜態(tài)工作點(diǎn)（態(tài)工作點(diǎn)（Q）設(shè)置較高（靠近負(fù)載線的中部）。）設(shè)置較高（靠近負(fù)載線的中部）。若忽略晶體管的飽和若忽略晶體管的飽和壓降和截止區(qū)，輸出壓降和截止區(qū)，輸出信號信號uo的峰值最大只的峰值最大只能為：能為：uo的取的取值范圍值范圍QIcuCEUSCESCRU直流負(fù)直流負(fù)載線載線交流負(fù)交流負(fù)載線載線UCEQ = 0.5USC 靜態(tài)工作點(diǎn)：靜態(tài)工作點(diǎn)：LSCESCCQRURUI5 . 05 . 0SComUU5 . 0maxTCSCEdtiUTP01LSCLSCLomORURURUP825 . 02222maxmax%25maxmaxEOPP放大電

18、路的輸出沒有失真的工作方式稱為放大電路的輸出沒有失真的工作方式稱為甲類放大甲類放大。)sin(tIIiIicmCQcCQCLSCCQSCTCSCTCSCERUIUdtiTUdtiUTP212001. 直流電源輸出的功率直流電源輸出的功率2. 最大負(fù)載功率最大負(fù)載功率3. 最大效率最大效率(RL=RE時時)如何解決效率低的問題？如何解決效率低的問題？辦法：辦法：降低降低Q點(diǎn)。點(diǎn)。既降低既降低Q點(diǎn)又不會引起截止失真的辦法：點(diǎn)又不會引起截止失真的辦法：采用采用推挽輸出電路，推挽輸出電路，或或互補(bǔ)對稱射極輸互補(bǔ)對稱射極輸出器。出器。缺點(diǎn)：缺點(diǎn)：但又會引起截止失真。但又會引起截止失真。1、乙類互補(bǔ)對稱功

19、率放大電路、乙類互補(bǔ)對稱功率放大電路 互補(bǔ)對稱功放的類型互補(bǔ)對稱功放的類型 無輸出變壓器形式無輸出變壓器形式 （ OTL電路）電路）無輸出電容形式無輸出電容形式 （ OCL電路）電路）OTL: Output TransformerLessOCL: Output CapacitorLess互補(bǔ)對稱：互補(bǔ)對稱：電路中采用兩支晶體管，電路中采用兩支晶體管，NPN、 PNP各一支；兩管特性一致。各一支；兩管特性一致。類型：類型： 無輸出電容的互補(bǔ)對稱功放電路無輸出電容的互補(bǔ)對稱功放電路一、工作原理（設(shè)一、工作原理（設(shè)ui為正弦波）為正弦波）電路的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：電路的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：ui-USCT1T2uo+US

20、CRLiL1. 由由NPN型、型、PNP型三極型三極管構(gòu)成兩個對稱的射極管構(gòu)成兩個對稱的射極輸出器對接而成。輸出器對接而成。2. 雙電源供電。雙電源供電。3. 輸入輸出端不加隔直電輸入輸出端不加隔直電容。容。ic1ic2動態(tài)分析：動態(tài)分析：ui 0VT1截止，截止，T2導(dǎo)通導(dǎo)通ui 0VT1導(dǎo)通，導(dǎo)通，T2截止截止iL= ic1 ;ui-USCT1T2uo+USCRLiLiL=ic2T1、T2兩個晶體管都只在半個周期內(nèi)工作的方兩個晶體管都只在半個周期內(nèi)工作的方式，稱為式，稱為乙類放大乙類放大。因此，不需要隔直電容。因此，不需要隔直電容。靜態(tài)分析：靜態(tài)分析：ui = 0V T1、T2均不工作均不

21、工作 uo = 0V二、最大輸出功率及效率的計(jì)算二、最大輸出功率及效率的計(jì)算假設(shè)假設(shè) ui 為正弦波且幅度足夠大，為正弦波且幅度足夠大，T1、T2導(dǎo)通時均能飽和，此時輸出導(dǎo)通時均能飽和，此時輸出達(dá)到最大值。達(dá)到最大值。ULmax負(fù)載上得到的最大功率為：負(fù)載上得到的最大功率為：iL-USCRLuiT1T2UL+USC若忽略晶體管的飽和若忽略晶體管的飽和壓降，壓降，則負(fù)載（則負(fù)載（RL)上的電上的電壓和電流的最大幅值分別壓和電流的最大幅值分別為：為：LSCLmSCLmRUIUUmaxmaxLSCLSCSCoRURUUP21222max電源提供的直流平均功率計(jì)算：電源提供的直流平均功率計(jì)算： 每個電

22、源中的電流為半個正弦波，其平均值為每個電源中的電流為半個正弦波，其平均值為:兩個電源提供的總功率為：兩個電源提供的總功率為：USC1 =USC2 =USC01)(sin21LSCLSCavRUttdRUILSCavavRUII12LSCLSCSCEEERURUUPPP22122 tic1LSCRU%5 .7842222maxLSCLSCEoRURUPP理論最高效率為：理論最高效率為：LSCLSCSCEEERURUUPPP22122LSCLSCSCoRURUUP21222max考慮功放管的飽和壓降考慮功放管的飽和壓降Uces后后: 01)(sin21LcesSCLcesSCavRUUttdRUU

23、ILcesSCSCEEERUUUPPP221電源提供的直流平均功率計(jì)算：電源提供的直流平均功率計(jì)算： LcesSCLmcesSCLmRUUIUUU)(maxmax負(fù)載（負(fù)載（RL)上的電壓和電流的最大幅值分別為：上的電壓和電流的最大幅值分別為：LcesSCSCEEERUUUPPP221LcesSCLcesSCcesSCoRUURUUUUP2)(1222max實(shí)際效率為：實(shí)際效率為：SCcesSCSCcesSCLcesSCSCLcesSCEoUUUUUURUUURUUPP%5 .784)(22)(2max無輸出變壓器的互補(bǔ)對稱功放電路無輸出變壓器的互補(bǔ)對稱功放電路一、特點(diǎn)一、特點(diǎn)1. 單電源供電

24、；單電源供電；2. 輸出加有大電容。輸出加有大電容。二、靜態(tài)分析二、靜態(tài)分析則則 T1、T2 特性對稱，特性對稱，,2SCAUU2SCCUU2SCiUu 令：令：0.5USCRLuiT1T2+USCCAUL+-UC三、動態(tài)分析三、動態(tài)分析設(shè)輸入端在設(shè)輸入端在 0.5USC 直流電平直流電平基礎(chǔ)上加入正弦信號。基礎(chǔ)上加入正弦信號。若輸出電容足夠大，若輸出電容足夠大， UC基本基本保持在保持在0.5USC ，負(fù)載上得到的，負(fù)載上得到的交流信號正負(fù)半周對稱，但存交流信號正負(fù)半周對稱，但存在交越失真。在交越失真。ic1ic2交越失真交越失真RLuiT1T2+USCCAUL+-時，時，T1導(dǎo)通、導(dǎo)通、T

25、2截止；截止；2SCiUu 時，時，2SCiUu T1截止、截止、 T2導(dǎo)通。導(dǎo)通。0.5USCuit四、輸出功率及效率四、輸出功率及效率若忽略交越失真的影響，且若忽略交越失真的影響，且 ui 幅度足夠大。則：幅度足夠大。則：LSCLmSCLmRUIUU22maxmax、LSCLmLmLRUIUP8222maxmaxmaxLSCavSCERUIUP22)(sin2210ttdRUILSCav%5 .784maxELPPuLULmaxui2SCUtt考慮功放管的飽和壓降考慮功放管的飽和壓降Uces后后: 012)(sin221LcesSCLcesSCavRUUttdRUUILcesSCSCLce

26、sSCSCEEERUUURUUUPPP222221電源提供的直流平均功率計(jì)算：電源提供的直流平均功率計(jì)算： LcesSCLmcesSCLmRUUIUUU)2(2maxmax負(fù)載（負(fù)載（RL)上的電壓和電流的最大幅值分別為：上的電壓和電流的最大幅值分別為：實(shí)際效率為：實(shí)際效率為：22%5 .78224)2(2)2(2maxSCcesSCSCcesSCLcesSCSCLcesSCEoUUUUUURUUURUUPPLcesSCLcesSCcesSCoRUURUUUUP2)2(122222maxLcesSCSCEEERUUUPPP22221乙類放大器產(chǎn)生交越失真的原理乙類放大器產(chǎn)生交越失真的原理:ui

27、-USCT1T2uo+USCRLiL交越失真交越失真死區(qū)電壓死區(qū)電壓uiuouou o tttt交越失真：交越失真：輸入信號輸入信號 ui在過零在過零前后，輸出信號出現(xiàn)的失真便前后，輸出信號出現(xiàn)的失真便為交越失真。為交越失真。2、甲乙類、甲乙類 準(zhǔn)互補(bǔ)對稱功率放大電路準(zhǔn)互補(bǔ)對稱功率放大電路交越失真產(chǎn)生的原因：交越失真產(chǎn)生的原因： 在于晶體管特性存在在于晶體管特性存在非線性，非線性，ui uT時晶體管截止。時晶體管截止。iBiBuBEtuitUT克服交越失真的措施：克服交越失真的措施：電路中增加電路中增加 R1、D1、D2、R2支路。支路。R1D1D2R2+USC-USCULuiiLRLT1T2

28、 靜態(tài)時靜態(tài)時: T1、T2兩管發(fā)射結(jié)電位兩管發(fā)射結(jié)電位分別為二極管分別為二極管D1、 D2的正向的正向?qū)▔航?，致使兩管均處于?dǎo)通壓降，致使兩管均處于微弱導(dǎo)通狀態(tài)；微弱導(dǎo)通狀態(tài)；兩管導(dǎo)通時間均比半個周期大一些的工作方式稱為兩管導(dǎo)通時間均比半個周期大一些的工作方式稱為“甲乙類放大甲乙類放大” 。 動態(tài)時：動態(tài)時：設(shè)設(shè) ui 加入正弦信號。加入正弦信號。正半周正半周 T2 截止，截止，T1 基極電基極電位進(jìn)一步提高，進(jìn)入良好的位進(jìn)一步提高，進(jìn)入良好的導(dǎo)通狀態(tài)；負(fù)半周導(dǎo)通狀態(tài)；負(fù)半周T1截止，截止，T2 基極電位進(jìn)一步提高，進(jìn)基極電位進(jìn)一步提高，進(jìn)入良好的導(dǎo)通狀態(tài)。入良好的導(dǎo)通狀態(tài)。實(shí)用實(shí)用OTL

29、互補(bǔ)輸出功放電路互補(bǔ)輸出功放電路調(diào)節(jié)調(diào)節(jié)R,使靜態(tài)使靜態(tài)UAQ=0.5USCD1 、 D2使使b1和和b2之間的之間的電位差等于電位差等于2個二極管正個二極管正向壓降，克服交越失真。向壓降，克服交越失真。Re1 、 Re2：電阻值：電阻值12 ，射極負(fù)反饋電阻，也起射極負(fù)反饋電阻，也起限流保護(hù)作用。限流保護(hù)作用。D1D2ui+USCRLT1T2T3CRBRe1Re2b1b2A+24VuiRLT7T8RC8-24VR2R3T6Rc1T1T2Rb1Rb2C1RfR1D1D2T3Re3T4Re4C2T5Re5C3C4T9T10Re10Re7Re9C5R4BX差動放大級差動放大級反饋級反饋級偏置電路偏

30、置電路共射放大級共射放大級UBE倍增倍增電路電路恒流源恒流源負(fù)載負(fù)載準(zhǔn)互補(bǔ)功放級準(zhǔn)互補(bǔ)功放級保險管保險管負(fù)載負(fù)載實(shí)用的實(shí)用的OCL準(zhǔn)互補(bǔ)功放電路：準(zhǔn)互補(bǔ)功放電路：3、丁類（、丁類（D類）功率放大電路類）功率放大電路n功率放大器的主要問題就是如何盡可能提高功放管的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輸出功率。甲、乙、丙類放大器是通過不斷減小電流導(dǎo)通角導(dǎo)通角 來不斷提高放大器功率的。來不斷提高放大器功率的。n但導(dǎo)通角但導(dǎo)通角 減小使有限度的，減小使有限度的， 太小時太小時Ic1m下降太多，輸下降太多，輸出功率反而下降。要想維持出功率反而下降。

31、要想維持Ic1m不變，可以加大激勵電不變，可以加大激勵電壓，但這可能導(dǎo)致管子的擊穿。壓，但這可能導(dǎo)致管子的擊穿。n丁類丁類(雙管雙管)、戊類、戊類(單管單管)放大器采用固定導(dǎo)通角放大器采用固定導(dǎo)通角 為為90，盡量降低晶體管的耗散功率的辦法，來提高功率放大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)器的功率的。具體說，讓晶體管工作在開關(guān)狀態(tài)：導(dǎo)通時進(jìn)入飽和區(qū)，器件內(nèi)阻接近零；截止時，電流為通時進(jìn)入飽和區(qū)，器件內(nèi)阻接近零；截止時，電流為零，器件內(nèi)阻接近無窮大。零，器件內(nèi)阻接近無窮大。功放類型比較功放類型比較n A類： 25%n B類： 78.5%n

32、 AB類： 5070%（消除了交越失真）n D類:理論效率100%。(優(yōu)先選擇) D類功放類功放 實(shí)際上只具有開關(guān)功能，早期僅用于實(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，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)字信號的功能）隨著數(shù)字開關(guān)功能（也就是產(chǎn)生數(shù)字信號的功能）隨著數(shù)字音頻技術(shù)研究的不斷深入，用與音頻技術(shù)研究的不斷深入，用與Hi-Fi音頻放大的音頻放大的道路卻日益暢通。道路卻日益暢通。 20世紀(jì)世紀(jì)60年代，設(shè)計(jì)人員開始研究年代，設(shè)計(jì)人員開始研究D類功放類功放用用于音頻的放大技術(shù)，于音頻的放大技術(shù)，70年代年代Bose公司

33、就開始生產(chǎn)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，兩者都希望有的功放，兩者都希望有D類這樣高效的放大器來放類這樣高效的放大器來放大音頻信號。其中關(guān)鍵的一步就是對音頻信號的調(diào)大音頻信號。其中關(guān)鍵的一步就是對音頻信號的調(diào)制。制。 圖中所示是圖中所示是D類功放類功放的基本結(jié)構(gòu)，可分為三個部分：的基本結(jié)構(gòu)，可分為三個部分： 圖圖D類功放類功放基本結(jié)構(gòu)基本結(jié)構(gòu)第一部分為第一部分為調(diào)制器調(diào)制器，最簡單的只需用一只，最簡單的只需用一只運(yùn)放構(gòu)成比較器運(yùn)放構(gòu)

34、成比較器即即可完成。把可完成。把原始音頻信號原始音頻信號加上加上一定直流偏置一定直流偏置后放在運(yùn)放的正后放在運(yùn)放的正輸入端，另通過自激振蕩生成一個輸入端，另通過自激振蕩生成一個三角形波三角形波加到運(yùn)放的負(fù)輸加到運(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，比較器輸出入端。當(dāng)正端上的電位高于負(fù)端三角波電位時，比較器輸出為高電平，反之則輸出低電平。若音頻輸入信號為零、直流為高電平，反之則輸出低電平。若音頻輸入信號為零、直流偏置三角波峰值的偏置三角波峰值的1/2，則比較器輸出的高低電平持續(xù)的時，則比較器輸出的高低電平持續(xù)的時間一樣，輸出就是一個占空比為間一樣，輸出就是一個占空比為1：1的方波。

35、當(dāng)有音頻信號的方波。當(dāng)有音頻信號輸入時，正半周期間，比較器輸出高電平的時間比低電平長，輸入時，正半周期間，比較器輸出高電平的時間比低電平長，方波的占空比大于方波的占空比大于1：1；負(fù)半周期間，由于還有直流偏置，；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，但音頻信號幅度高所以比較器正輸入端的電平還是大于零，但音頻信號幅度高于三角波幅度的時間卻大為減少，方波占空比小于于三角波幅度的時間卻大為減少，方波占空比小于1：1。這。這樣，比較器輸出的波形就是一個脈沖寬度被音頻信號幅度調(diào)樣，比較器輸出的波形就是一個脈沖寬度被音頻信號幅度調(diào)制后的波形，稱為制后的波形，稱為PWM（Puls

36、e Width Modulation脈寬調(diào)脈寬調(diào)制）或制）或PDM（Pulse Duration Modulation脈沖持續(xù)時間調(diào)脈沖持續(xù)時間調(diào)制）波形。音頻信息被調(diào)制到脈沖波形中。制）波形。音頻信息被調(diào)制到脈沖波形中。 第二部分就是第二部分就是D類功放類功放，這是一個，這是一個脈沖控制的大電流開脈沖控制的大電流開關(guān)放大器關(guān)放大器，把比較器輸出的，把比較器輸出的PWM信號變成高電壓、大電流信號變成高電壓、大電流的大功率的大功率PWM信號信號。能夠輸出的最大功率有負(fù)載、電源電。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。壓和晶體管允許流過的電流來決定。 第三部分需把大功率第

37、三部分需把大功率PWM波形中的聲音信息還原出來。波形中的聲音信息還原出來。方法很簡單，只需要用一個低通濾波器。但由于此時電流很方法很簡單，只需要用一個低通濾波器。但由于此時電流很大，大，RC結(jié)構(gòu)的低通濾波器電阻會耗能，不能采用，必須使結(jié)構(gòu)的低通濾波器電阻會耗能，不能采用，必須使用用LC低通濾波器低通濾波器。當(dāng)占空比大于。當(dāng)占空比大于1：1的脈沖到來時，的脈沖到來時，C的充的充電時間大于放電時間，輸出電平上升；窄脈沖到來時，放電電時間大于放電時間，輸出電平上升；窄脈沖到來時，放電時間長，輸出電平下降，正好與原音頻信號的幅度變化相一時間長，輸出電平下降，正好與原音頻信號的幅度變化相一致，所以原音頻

38、信號被恢復(fù)出來。實(shí)際證明，當(dāng)失真要求在致，所以原音頻信號被恢復(fù)出來。實(shí)際證明，當(dāng)失真要求在0.5%以下時，用二階以下時，用二階Butterworth最平坦響應(yīng)低通濾波器就最平坦響應(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，這時成本和匹能達(dá)到要求。如要求更高則需用四階濾波器，這時成本和匹配等問題都必須加以考慮。配等問題都必須加以考慮。電流開關(guān)型電流開關(guān)型D類放大器的工作原理類放大器的工作原理%100)(2)(2222CCcesCCEoCCcesCCLEcesCCLoVUVPPVUVRPUVRP特點(diǎn)：效率接近特點(diǎn)：效率接近100%fAuAum0.7AumfL下限截下限截止頻率止頻率fH上

39、限截上限截止頻率止頻率通頻帶：通頻帶：fbw=fHfL放大倍數(shù)放大倍數(shù)隨頻率變隨頻率變化曲線化曲線二、功放電路的性能指標(biāo)二、功放電路的性能指標(biāo)1、通頻帶、通頻帶阻容耦合多級放大電路的頻率特性：阻容耦合多級放大電路的頻率特性：fA耦合電耦合電容造成容造成三極管結(jié)三極管結(jié)電容造成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放大器即采率，擴(kuò)大通頻帶。下面將要介紹的差動放大器即采用直接耦合方式。用直接耦合方式。展寬通頻帶的方法：展寬通頻帶的方法：n引入負(fù)反饋（增益下降）；引入負(fù)反饋（增益下降）；n增大放大器輸入耦合電

40、容或增大回路輸入增大放大器輸入耦合電容或增大回路輸入電阻；電阻；n高頻電路的一些常用方法（略）高頻電路的一些常用方法（略）2、輸入電阻、輸入電阻放大電路一定要有前級（信號源）為其提供信號，放大電路一定要有前級（信號源）為其提供信號，那么就要從信號源取電流。那么就要從信號源取電流。輸入電阻輸入電阻是衡量放大是衡量放大電路從其前級取電流大小的參數(shù)。輸入電阻越大，電路從其前級取電流大小的參數(shù)。輸入電阻越大，從其前級取得的電流越小，對前級的影響越小。從其前級取得的電流越小，對前級的影響越小。AuIiUSUiiiiIUr 3、輸出電阻、輸出電阻AuUS放大電路對其放大電路對其負(fù)載負(fù)載而言，相當(dāng)于信號源，

41、我們而言，相當(dāng)于信號源，我們可以將它等效為戴維南等效電路，這個戴維南可以將它等效為戴維南等效電路，這個戴維南等效電路的內(nèi)阻就是輸出電阻。等效電路的內(nèi)阻就是輸出電阻。roUS如何確定電路的輸出電阻如何確定電路的輸出電阻ro ？步驟：步驟：1. 所有的電源置零所有的電源置零 (將獨(dú)立源置零，保留受控源將獨(dú)立源置零，保留受控源)。2. 加壓求流法。加壓求流法。UIIUro方法一：方法一：計(jì)算。計(jì)算。方法二：方法二：測量。測量。Uo1. 測量開路電壓。測量開路電壓。roUs2. 測量接入負(fù)載后的輸出電壓。測量接入負(fù)載后的輸出電壓。LoooR)UU(r1roUsRLUo步驟：步驟：3. 計(jì)算。計(jì)算。4、

42、諧波失真、諧波失真THD 失真失真有多種：有多種：諧波失真諧波失真、互調(diào)失真互調(diào)失真、相位失相位失真真等等。我們平常所說的失真度的技術(shù)術(shù)語為等等。我們平常所說的失真度的技術(shù)術(shù)語為總總諧波失真諧波失真，英文為：，英文為：Total Harmonic Distortion，簡稱簡稱THD。 一般在一般在多媒體音箱多媒體音箱的的功放功放電路上，電路上，THD的指的指標(biāo)是指標(biāo)是指在在fo1KHz正弦波輸入，功率在正弦波輸入，功率在1/2額定額定輸出功率輸出功率時的總諧波失真時的總諧波失真，這個指標(biāo)我們可以很，這個指標(biāo)我們可以很容易地做到容易地做到0.5%以下。但是，當(dāng)音量開大，功放以下。但是，當(dāng)音量開

43、大，功放的功率達(dá)接近的功率達(dá)接近額定功率額定功率時，時，THD會開始急劇增加，會開始急劇增加，這主要是由于電源功率的限制，使功放輸出出現(xiàn)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，這個了削波現(xiàn)象，也就是我們所說的削波失真，這個時候它是時候它是THD中的最主要成分。中的最主要成分。 諧波失真是由諧波失真是由放大器放大器的的非線性非線性引起的，失引起的，失真的結(jié)果是使放大器輸出產(chǎn)生了原真的結(jié)果是使放大器輸出產(chǎn)生了原信號信號中沒有中沒有的的諧波諧波分量，使聲音失去了原有的音色，嚴(yán)重分量，使聲音失去了原有的音色，嚴(yán)重時聲音會發(fā)破、刺耳。時聲音會發(fā)破、刺耳。 多媒體音

44、箱的諧波失真在標(biāo)稱額定功率時多媒體音箱的諧波失真在標(biāo)稱額定功率時的失真度均為的失真度均為10%，要求較高的一般應(yīng)該在，要求較高的一般應(yīng)該在1%以下。以下。 諧波失真還有奇、偶次之分，人們通過試諧波失真還有奇、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。少量的偶次諧波則能使音色更好聽。 三、功放設(shè)計(jì)舉例三、功放設(shè)計(jì)舉例2001年年D題：題：高效率音頻功率放大器的設(shè)計(jì)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一般地，如果音頻功放題目有諸如“高效高效”之類之類的字眼，均應(yīng)采用的字眼，均應(yīng)采用D類功

45、放。類功放。 以下介紹一個以下介紹一個D類功放的實(shí)例電路以資設(shè)計(jì)參考：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：類功放總體設(shè)計(jì)框圖：整機(jī)電路整機(jī)電路2、音頻前置放大電路、音頻前置放大電路3、三角波（鋸齒波）產(chǎn)生電路、三角波（鋸齒波）產(chǎn)生電路4、SSPWM單邊正弦脈寬調(diào)制電路單邊正弦脈寬調(diào)制電路5、脈沖功放設(shè)計(jì)、脈沖功放設(shè)計(jì)6、低通濾波器（四階巴特沃斯濾波器）、低通濾波器（四階巴特沃斯濾波器） 相信以上的分析對大家理解相信以上的分析對大家理解2001年年D題有幫助。題有幫助。 該題具體任務(wù)及解答請翻閱電子工該題具體任務(wù)及解答請翻閱電子工業(yè)出版社業(yè)出版社 高吉祥主編高吉祥主編全國大學(xué)生電子全國大學(xué)生電子設(shè)計(jì)競賽培訓(xùn)系列