模擬電路課程設計

1、模擬電子技術(shù)基礎課程設計直流電源 功率放大電路 函數(shù)發(fā)生器 火災報警器 模擬電子技術(shù)基礎課程設計姓名：學院：學號：指導老師：一、設計任務設計一個直流穩(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闹绷麟妷海罱K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，記錄對應的輸出電壓U0；d.調(diào)節(jié)輸入電壓為上限值，記錄對應的輸出電壓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?。?5）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雜，關鍵是要計算出各個單元電路器件的合理參數(shù)，以滿足設計要求。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計。電子科技大學模擬電路基礎電子線路應用設計報告設計題目:功率放大電路學生姓名: 學號:指導教師: 日期 2016.12.271、設計任務設計要求：設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)。該集成電路廣泛應用于汽車立體聲收錄音機、中功率音響設備，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計，能夠更好地達到設計任務和要求。2.1.2 整體電路整體電路設計：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，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、件導出為PDF文檔格式，采用1：1導出將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計方法，對于仿真軟件Multisim也用得更加得心應手，此外我還新學會了利用軟件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)，并揣摩該電路的設計思路和意圖，最終看出了其中的道理。之后便是應用仿真軟件來實現(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計的同學如何實現(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，學會了如何利用軟件布線。學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習，掌握扎實的基礎，才有創(chuàng)新思考的能力。同時我也認識到，電子設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).模擬電路基礎課程設計函數(shù)發(fā)生器指導教師：學院：學號：姓名：1 設計任務要求：設計一個正弦波信號發(fā)生器 設計一個方波信號發(fā)生器設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 正反饋網(wǎng)絡 穩(wěn)幅網(wǎng)絡振蕩頻率 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，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？答：波形質(zhì)量與R9與C3的乘積有關，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？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，即輸出信號的質(zhì)量和電容放電的時間=LRC有關。6、 總結(jié)本次電路圖的設計符合要求。通過本次設計，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