研究生電類綜合實(shí)驗(yàn)

研究生電類綜合實(shí)驗(yàn)（B類）南京理工大學(xué)

電工電子教學(xué)實(shí)驗(yàn)中心內(nèi)容概要實(shí)驗(yàn)?zāi)繕?biāo)和要求實(shí)驗(yàn)原理實(shí)驗(yàn)技術(shù)指標(biāo)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)方法實(shí)驗(yàn)仿真和調(diào)試實(shí)驗(yàn)驗(yàn)收實(shí)驗(yàn)報(bào)告要求實(shí)驗(yàn)參考書和資料歡迎你,同學(xué)實(shí)驗(yàn)?zāi)繕?biāo)和要求通過(guò)學(xué)習(xí)和訓(xùn)練，掌握基于計(jì)算機(jī)和現(xiàn)代EDA技術(shù)的電路系統(tǒng)設(shè)計(jì)、仿真和實(shí)驗(yàn)調(diào)試方法。要求：能夠運(yùn)用Multisim等EDA軟件對(duì)常規(guī)模擬、數(shù)字電路進(jìn)行設(shè)計(jì)、性能仿真和分析，掌握基于EDA技術(shù)的電路設(shè)計(jì)基本方法和步驟。掌握小型模/數(shù)綜合電路的設(shè)計(jì)、硬件電路搭建、實(shí)驗(yàn)調(diào)試和參數(shù)測(cè)試方法。實(shí)驗(yàn)原理小型音響放大器的設(shè)計(jì)、仿真與調(diào)試嘿，知道什么是音響嗎？音響系統(tǒng)是指用傳聲器把聲波信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，經(jīng)過(guò)一些電路的處理，最終用揚(yáng)聲器將電信號(hào)再轉(zhuǎn)換為聲波信號(hào)重放的系統(tǒng)。簡(jiǎn)單音響系統(tǒng)的組成實(shí)驗(yàn)原理本實(shí)驗(yàn)音頻放大器的組成有一定增益、輸入阻抗比較高（遠(yuǎn)高于話筒輸出阻抗）、輸出阻抗比較低（不影響音調(diào)控制電路的正常工作）、噪聲系數(shù)盡可能小，可采用基于集成運(yùn)放的同相輸入比例運(yùn)算電路實(shí)驗(yàn)原理本實(shí)驗(yàn)音頻放大器的組成對(duì)低音（幾十幾百赫茲）或高音（幾千幾十千赫茲）的增益進(jìn)行提升或衰減，而保持中音（幾百幾千赫茲）的增益不變，達(dá)到補(bǔ)償聲學(xué)特性，美化音色等目的。音頻范圍：20Hz-20kHz實(shí)驗(yàn)原理本實(shí)驗(yàn)音頻放大器的組成使輸出電壓和電流都得到放大，輸出足夠大的功率，驅(qū)動(dòng)喇叭發(fā)聲實(shí)驗(yàn)原理前置放大器實(shí)驗(yàn)原理音調(diào)控制器這部分有些小難度，耐心閱讀喔！10uF10uF實(shí)驗(yàn)原理音調(diào)控制器的頻率響應(yīng)fL1：低音轉(zhuǎn)折頻率，一般為幾十赫磁fL2：中音轉(zhuǎn)折頻率，fL2=10fL1f0：中音頻率或稱中心頻率f0=1KHzfH1：中音轉(zhuǎn)折頻率fH2：高音轉(zhuǎn)折頻率，fH2=10fH1，一般為幾十千赫磁實(shí)驗(yàn)原理音調(diào)控制器中頻區(qū)等效電路設(shè)

C1

＝C2>>C3

；R1

＝R2；并且在低、中音頻區(qū)C3

可視為開路，在中、高音頻區(qū)C1

、C2

可視為短路，在整個(gè)音頻區(qū)C4

、C5

可視為短路實(shí)驗(yàn)原理音調(diào)控制器低頻區(qū)等效電路C3

可視為開路，C4

、C5

可視為短路，Rw1

的滑臂在左端實(shí)驗(yàn)原理音調(diào)控制器低頻區(qū)等效電路C3

可視為開路，C4

、C5

可視為短路，Rw1

的滑臂在右端實(shí)驗(yàn)原理音調(diào)控制器低頻提升區(qū)頻率特性通常情況下，取1/

2=f

L1/f

L2=0.1實(shí)驗(yàn)原理音調(diào)控制器低頻提升區(qū)頻率特性當(dāng)<<1

時(shí)，當(dāng)=

1

時(shí)，考慮到1/

2=0.1，得：其模為：可見，當(dāng)=1

（f=fL1）時(shí)，電壓增益Au1相對(duì)于AuL下降了3dB實(shí)驗(yàn)原理音調(diào)控制器低頻提升區(qū)頻率特性當(dāng)<<1

時(shí)，當(dāng)=

2

時(shí)，考慮到2/

1=10，得：其模為：可見當(dāng)=2

（f=fL2）時(shí)，電壓增益Au2相對(duì)于AuL下降了17dB實(shí)驗(yàn)原理音調(diào)控制器低頻提升區(qū)頻率特性當(dāng)fL1<

f<fL2時(shí)，電壓增益的衰減速率為－20dB/10倍頻，即－6dB/倍頻實(shí)驗(yàn)原理音調(diào)控制器低頻衰減區(qū)頻率特性衰減區(qū)頻率特性可以用和提升區(qū)類似的方法得到實(shí)驗(yàn)原理音調(diào)控制器高頻區(qū)等效電路設(shè)

C1

＝C2>>C3

；R1

＝R2；并且在低、中音頻區(qū)C3

可視為開路，在中、高音頻區(qū)C1

、C2

可視為短路，在整個(gè)音頻區(qū)C4

、C5

可視為短路實(shí)驗(yàn)原理音調(diào)控制器高頻區(qū)等效電路采用星形三角形連接轉(zhuǎn)換，并假設(shè)：則有：實(shí)驗(yàn)原理音調(diào)控制器高頻提升區(qū)頻率特性Rw2

的滑臂滑到最左端時(shí)：實(shí)驗(yàn)原理音調(diào)控制器高頻提升區(qū)頻率特性通常情況下，取3/

4=f

H1/f

H2=0.1實(shí)驗(yàn)原理音調(diào)控制器高頻提升區(qū)頻率特性當(dāng)<<3

或f<<fH1時(shí)，(0dB)當(dāng)=

3

或f=fH1時(shí)，(3dB)當(dāng)=

4

或f=fH2時(shí)，(17dB)當(dāng)>>4

或f>>fH2時(shí)，6dB/倍頻實(shí)驗(yàn)原理音調(diào)控制器高頻衰減區(qū)頻率特性Rw2

的滑臂滑到最右端時(shí)，可以用和提升區(qū)類似的方法得到衰減區(qū)頻率特性實(shí)驗(yàn)原理音調(diào)控制器轉(zhuǎn)折頻率計(jì)算假設(shè)低頻區(qū)頻率為fLX

處對(duì)應(yīng)的提升或衰減為XdB，則:假設(shè)高頻區(qū)頻率為fHX

處對(duì)應(yīng)的提升或衰減為XdB，則:求出fL1、fL2、fH1和fH2后，再確定相關(guān)阻抗和容抗器件值實(shí)驗(yàn)原理功率放大器TDA2030是意法半導(dǎo)體公司生產(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(jī)、中功率音響設(shè)備，其電路體積小，采用超小型封裝（TO-220），可提高組裝密度。同時(shí)輸出功率大，Po=18W(RL=4Ω)，Po=12W(RL=8Ω)（VCC=±16V）；諧波失真和交越失真小（±14V/4Ω，THD=0.5%）；較寬頻響，能有10Hz~140kHz；并具有完善的內(nèi)部保護(hù)措施，因此工作安全可靠。實(shí)驗(yàn)原理TDA2030典型外圍接線路實(shí)驗(yàn)原理附加電路--音量調(diào)節(jié)器實(shí)驗(yàn)中，采用基于X9511W芯片的數(shù)字電位計(jì)實(shí)現(xiàn)揚(yáng)聲器音量的調(diào)節(jié)。X9511內(nèi)部由計(jì)數(shù)器、存儲(chǔ)器、譯碼器、模擬開關(guān)和電阻陣列等電路組成，其中計(jì)數(shù)器對(duì)控制信號(hào)PU（或PD）進(jìn)行加（或減）計(jì)數(shù)，該數(shù)值經(jīng)過(guò)32選1譯碼器譯碼后用于控制32路模擬開關(guān)的通和斷，模擬開關(guān)一端連接電阻陣列，另一端并聯(lián)構(gòu)成數(shù)字電位器的滑動(dòng)端（VW）。該電路計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)值還可以在ASE的控制下存儲(chǔ)進(jìn)可改寫只讀存儲(chǔ)器（E2PROM）中。實(shí)驗(yàn)原理X9511內(nèi)部原理圖原理講完啰！實(shí)驗(yàn)技術(shù)指標(biāo)音頻放大器使用12V雙電源供電，揚(yáng)聲器阻抗8Ω，其它技術(shù)指標(biāo)如下：輸入信號(hào)幅度峰值為10mV時(shí)，輸出功率Po>1W

輸入信號(hào)頻率范圍fL

～fH＝40Hz～20kHz；音調(diào)控制器特性1kHz處增益為0dB，100Hz和10kHz處有±12dB的調(diào)節(jié)范圍，AuL=AuH=±20dB前置放大器輸入電阻Ri>20kΩ實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)方法電壓增益的分配10mV250mV5V25倍20倍1倍A741CP運(yùn)放的-3dB增益帶寬積約為：1MHzTDA2030-3dB增益帶寬積約為：50kHz同學(xué)們，開始加油啰！250mV實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)方法前置放大器設(shè)計(jì)要點(diǎn)電路總輸入阻抗電路開環(huán)輸入電阻電路開環(huán)增益電路反饋系數(shù)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)方法音調(diào)控制器設(shè)計(jì)要點(diǎn)1、轉(zhuǎn)折頻率點(diǎn)計(jì)算實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)方法音調(diào)控制器設(shè)計(jì)要點(diǎn)2、由各頻段增益確定電阻值阻值一般取幾十千歐姆到幾百千歐姆比較合適實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)方法音調(diào)控制器設(shè)計(jì)要點(diǎn)3、由轉(zhuǎn)折頻率點(diǎn)確定電容值隔離直流耦合交流的C4、C5一般取10F實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)方法功率放大器設(shè)計(jì)要點(diǎn)其余電容、電阻和二極管等元器件盡量采用廠家推薦值實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)方法音量調(diào)節(jié)器設(shè)計(jì)要點(diǎn)X9511外圍接線示意圖①3、6管腳接聲源信號(hào)，5、6管腳接前置放大器輸入端②5V供電電源可以采用電阻分壓或集成穩(wěn)壓芯片7805提供實(shí)驗(yàn)仿真和調(diào)試電路的仿真使用Multisim軟件，對(duì)電路進(jìn)行分級(jí)和整體仿真：(1)編輯前置放大器原理圖，信號(hào)源選擇峰值10mV的正弦信號(hào)，頻率為1kHz，使用示波器觀察前置放大電路的輸入、輸出波形，并計(jì)算電壓增益。(2)編輯音調(diào)控制器原理圖，改變電位計(jì)RW1和Rw2的指針位置，使用交流分析，得到音調(diào)控制器高、中、低頻段的頻率特性曲線，確定電路轉(zhuǎn)折頻率，并檢驗(yàn)音調(diào)控制器特性：1kHz處增益為0dB，100Hz和10kHz處有±12dB的調(diào)節(jié)范圍。實(shí)驗(yàn)仿真和調(diào)試電路的仿真(3)編輯功率放大電路的原理圖，輸入信號(hào)幅度調(diào)至前置放大器輸出信號(hào)幅度，頻率為1kHz，使用示波器觀察輸出信號(hào)波形，在波形不失真的前提下檢驗(yàn)輸出功率是否大于1W。(4)將各級(jí)電路連接起來(lái)，整體調(diào)試，確保電路最終輸出波形不失真，并檢驗(yàn)頻率特性參數(shù)是否達(dá)標(biāo)。實(shí)驗(yàn)仿真和調(diào)試電路的調(diào)試硬件調(diào)試時(shí)先分級(jí)調(diào)試，最后聯(lián)調(diào)，具體步驟和仿真類似，電路連接和測(cè)試時(shí)要注意以下幾點(diǎn)：(1)電路連接前，電阻、電容、二極管等元件要先測(cè)試參數(shù)值，確保沒有損壞；集成器件要注意引腳標(biāo)號(hào)，確保外圍元器件和正負(fù)供電電源連接正確；(2)注意面包板上各個(gè)插孔之間的通、斷路，電路在面包板上排布時(shí)：窄條用于正負(fù)供電電源線、地線；寬條用于電路主體；導(dǎo)線排布要盡量橫平豎直。元器件時(shí)要垂直插入插孔并確保元器件管腳和面包板接觸緊密。注意喔實(shí)驗(yàn)仿真和調(diào)試電路的調(diào)試(3)每位同學(xué)要確保自己會(huì)正確使用電源、信號(hào)源、示波器、毫伏表等測(cè)量?jī)x器，通過(guò)助教的檢驗(yàn)，方可開展電路測(cè)試；(4)功放電路調(diào)試和測(cè)試時(shí)，輸入信號(hào)幅度和直流供電電源值都要緩慢加大，并隨時(shí)注意觀察輸出信號(hào)波形。實(shí)驗(yàn)中，如果出線散熱板過(guò)熱、水泥電阻過(guò)燙或有較大的電流聲時(shí)，應(yīng)立即關(guān)閉電源，檢查線路。注意喔實(shí)驗(yàn)驗(yàn)收指標(biāo)參數(shù)驗(yàn)收電路連接完整，負(fù)載采用8/20W水泥電阻：(1)輸入信號(hào)峰值10mV，頻率1kHz，測(cè)試輸出信號(hào)波形，要求波形不失真，峰值大于4V；(2)輸入信號(hào)峰值1mV，頻率分別為100Hz、10kHz，改變電位計(jì)指針RW1和Rw2的指針位置，測(cè)試輸出信號(hào)波形，要求波形不失真，峰值幅度為(1)情況下的0.4倍或0.025倍。展示實(shí)力的時(shí)間到了！注：上述測(cè)試要求拍下示波器波形照片，放入實(shí)驗(yàn)報(bào)告中實(shí)驗(yàn)驗(yàn)收音樂試聽驗(yàn)收電路連接完整，負(fù)載采用8/15W喇叭：(1)電路無(wú)輸入信號(hào)時(shí)，輸出不應(yīng)有嚴(yán)重的交流聲。(2)輸入信號(hào)改為計(jì)算機(jī)內(nèi)指定的音樂輸入，調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器Rw1和Rw2，輸出高低音應(yīng)有明顯變化，且沒有噪聲。展示實(shí)力的時(shí)間到了！實(shí)驗(yàn)報(bào)告要求給出完整的電路原理圖和面包板連接圖的照片。簡(jiǎn)述電路各級(jí)的工作原理和設(shè)計(jì)方法。給出電路Multisim分級(jí)仿真測(cè)試結(jié)果：前置放大器接峰值10mV、頻率1kHz的正弦信號(hào)時(shí)的輸出波形圖，要求有標(biāo)尺指示出波峰、波谷的值；音調(diào)控制器高、中、低三個(gè)頻段的頻率響應(yīng)圖，要求標(biāo)示出幅頻響應(yīng)分別為3dB、12dB、17dB對(duì)應(yīng)的頻率值。功放電路接峰值10mV、頻率1kHz的正弦信號(hào)時(shí)的輸出波形圖，要求有標(biāo)尺指