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电子工程师基本硬件实践技能训练设计报告姓名：学号：班级：指导老师： 目录设计课题一 分立元件音频小信号放大器的设计与制作 312页设计课题二 RC正弦振荡器的设计与制作 1318页设计课题三 方波三角波信号发生器的设计与制作 1925页收获及心得体会 2627页设计课题一 分立元件音频小信号放大器的设计与制作1. 设计目的（1） 实现基本的三极管放大电路，熟悉和掌握直流工作点的确定和调试。（2） 掌握基本放大电路元器件参数的设计方法。（3） 熟悉三极管的截止、线性放大、饱和三种工作状态。（4） 了解电源电压对放大电路性能的影响和电路工作点的调整方法。（5） 制作一个可供自己今后实验中使用的放大电路。2. 设计内容及主要技术指标要求设计一个阻容耦合单极晶体管放大器，已知其=+12V，=1.5K，=10mV，f=1K的正弦波，要求：=40，放大器工作点稳定。3. 设计电路的工作原理晶体管放大器中，广泛应用工作点稳定的阻容耦合共射极放大器，如图1-1所示：图1-1静态工作点Q主要由及电源电压+所决定。该电路利用电阻的分压固定基极电位。如果满足如下条件，当温度升高时，结果抑制了的变化，从而获得稳定的静态工作点。只有当时，才能保证恒定。这是工作点稳定的必要条件，一般取 此放大器是交流放大器中最常用的一种基本单元电路。交流信号经耦合电容加到基极，引起基极电流作相应的变化，从而控制集电极电流作更大的变化。它将在上产生交流电压，通过电容馈送到负载电阻上。这个输出电压比输入电压放大了倍。为了使放大器正常放大，一定要设置合适的静态工作点Q。Q点应选择在三极管特性曲线的放大区的中间。对于小信号放大器，一般取=0.52mA，电路的静态工作点由下列关系式确定：阻容耦合放大器由于有耦合电容、及旁路电容的存在，将使放大器增益随信号频率下降而下降，幅频特性曲线如图1-2所示：图1-2中间区域放大倍数最大，且基本不变，即为中频放大倍数，而频率高于或低于该区域放大倍数都要下降，当下到0.707所对应的频率应为和，分别是放大器的上限频率和下限频率。、和可按下式计算：式中通常，可略去。又因为，、对的影响小于，可略去、。放大器的将取决于集电极负载，三极管本身极间电容和外部线路分布电容，为了消除分布电容大小不一的影响，又能满足的要求往往加上较大容量的。4. 电路参数计算、元器件选择（1） 确定电路及晶体管。因为只要求放大器工作点稳定及而无其它要求，因此可采用图1-1所示的分压式偏置共射极放大器，晶体管选用高频小功率管3DG8，通常要求，故选=60。（2） 计算元件参数。取mA，得：取标称值1.5K对于音频小信号放大器，输入、输出耦合电容、通常取（520）F，在此我们取10F，射极旁路电容通常取（50200）F，取2000pF。（3） 工具和元器件清单标号名称规格数量备注电阻40K1电阻20K1电阻1.5K1电阻1K1电阻1.5K1电容10u1电容10u1电容2000p1电容100u1三极管901315. 电路的安装和调试（1） 在面包板上安装电路，加+12V电源（2） 测量与调整静态工作点，使Q点处于三极管的放大区（3） 用低频信号发生器加输入信号，测同时用示波器观察波形应该不失真，计算（4） 测放大器的输入阻抗，输出阻抗测，在信号源与放大器电路之间串接一个10K电阻，如图1-3所示：图1-3测，如图1-4所示，可将放大器等效成一个电压源（即空载输出电压）和相串联的信号源：图1-4则 （5） 测出上限频率和下限频率时，将信号源频率由低向高改变，当减小到的0.707倍时，所对应的分别是、。以上各步骤的结果应该满足技术指标，若不满足应该调整修改元件参数值，并将修改后的元件参数值标在电路图上。（6） 测试与调整。按技术要求测试数据，并整理出表格，在方格纸上绘出波形，并分析误差。6. 指标测试结果：数据、曲线、图表（1） 静态工作点Q：3.02V3.53V10.02V（2） 中频放大倍数：测试中，输入电压，输出电压故，中频放大倍数（3） 输入阻抗，输出阻抗：测试中，输入电压，输出电压故，4.3K测试中，故，（4） 上限频率和下限频率：上限频率下限频率7. 调试中的所遇到的问题以及解决方法（1）测量放大器静态工作点时，如果测得 ，说明三极管处于什么工作状态？如果，三极管又处于什么工作状态？ 答：如果，说明三极管处于饱和区；如果，说明三极管处于截止区。（2）本实验中若出现图1-5所示失真波形，试判断它们各属于哪种类型的失真？图1-5 答：图a是截止失真和饱和失真同时存在；图b和图c是非线性失真。（3）在实验过程中，放大倍数没有达到40倍以上。答：这时需要调节电阻，才能让放大倍数超过40倍。（4）静态工作点特别低，中频带增益很小。 答：经仔细排查，发现是电阻未接入电路，排除故障后，电路恢复正常，得到相应的技术指标。设计课题二 RC正弦振荡器的设计与制作1. 设计目的（1） 掌握RC正弦波振荡器的设计方法（2） 掌握RC正弦波振荡器的调试方法2. 设计内容及主要技术指标要求复习RC正弦波振荡电路的工作原理，掌握RC桥式振荡电路参数的确定方法。设计一个RC正弦波振荡电路。其正弦波输出要求：（1） 振荡频率：1KHz，振幅稳定，波形对称，无明显非线性失真。（2） 在实验中设法使文氏桥电阻R=10K+20K，调节电位器输出电压，使无明显失真，用示波器观察输出信号的波形变化，同时进行测量。实验要求如下：（1） 简述电路的工作原理和主要元件的作用。（2） 电路参数的确定。（3） 整理实验数据，并与理论值比较，分析误差产生的原因。（4） 调试中所遇到的问题以及解决方法。3. 设计电路的工作原理RC正弦波振荡电路有桥式振荡电路、移相式振荡电路和双T网络式振荡电路等多种形式。其中应用最广泛的是RC桥式振荡电路，电路如图2-1所示：图2-1RC桥式振荡电路由RC串并联选频网络和同相放大电路组成，图中RC选频网络形成正反馈电路，决定振荡频率形成负反馈回路，决定起振的幅值条件，是稳幅元件。该电路的振荡频率起振幅值条件式中，为二极管的正向动态电阻4. 电路参数计算、元器件选择电路参数确定：（1） 确定R、C值根据设计所要求的振荡频率，则RC之积为为了使选频网络的选频特性尽量不受集成运算放大器的输入电阻和输出电阻的影响，应使R满足下列关系式：。一般约为几百千欧以上，而仅为几百欧以下，初步选定R之后，可以计算出电容C的值，然后再算出R取值能否满足振荡频率的要求。（2） 确定电阻应由起振的幅值条件来确定，且通常取，这样既能保证起振，也不致产生严重的波形失真。此外，为了减小输入失调电流和漂移的影响，电路还应满足直流平衡条件，即：（3）确定稳幅电路通常的稳幅方法是利用随输出电压振幅上升而下降的自动调节作用实现稳幅。图2-1中稳幅电路由两只正反并联的二极管和电阻并联组成，利用二极管正向动态电阻的非线性以实现稳幅，为了减小因二极管特性的非线性而引起的波形失真，在二极管两端并联小电阻.。实验证明，取时，效果最佳。工具和元器件清单：标号名称规格数量备注R电阻10K2电阻2K1电阻22K1电位器电阻3K1电容0.1u2二极管11N4001二极管11N4001运放1LM741图2-25. 电路的安装和调试（1） 在面包板上安装电路，LM741的7脚和4脚分别接 12V直流电源，6脚接输出。（2） 测量RC正弦波振荡电路的振荡频率与输出波形是否符合技术要求。6. 指标测试结果：数据、曲线、图表等振荡频率：1.121KHz输出波形：振幅稳定在1.70V，波形对称，无明显非线性失真。7. 调试中的所遇到的问题以及解决方法（1） 在RC桥式振荡电路中，若电路不能起振，应调整哪个参数？若输出波形失真，应如何调整？ 答：电路未起振，应该调节电位器Rp；输出波形失真，应该调节选频网络中的电阻R。（2） 简述图2-1中的稳幅过程。 答：当中正向导通的那个二极管两端的电压二极管的正向电阻通过二极管的电流二极管两端的电压。（3） 在本实验中，对的选取有何要求？ 答：的反向击穿电压都要高于30V，防止被击穿。（4） 起初输出信号并非正弦波。答：电路没有起振，调节可调电阻Rp，使得电路满足起振条件，输出正弦波。（5） 即使输出正弦波，输出信号的频率也不符合预期要求。答：继续调节可调电阻Rp，使得频率达到预期的值。（6） 电路在调整过程中频率始终不符合需求。答：经排查是由于运放在焊接过程中损坏，重新更换后电路各项指标恢复正常。设计课题三方波三角波信号发生器的设计与制作1. 设计目的（1） 学习方波、三角波发生器的设计方法。（2） 进一步培养电路的安装与调试能力。（3） 进一步熟悉示波器的使用。2. 设计内容及主要技术指标要求设计一个方波、三角波发生器，设计指标要求如下：（1） 输出电压：，（2） 输出频率：100Hz1kHz，1kHz10kHz（3） 波形特征：方波tr10s（1kHz，最大输出时），三角波2%3. 设计电路的工作原理方波、三角波发生器由电压比较器和基本积分器组成，如图4-1所示。运算放大器与、及、组成电压比较器；运算放大器与、及组成反相积分器，比较器与积分器首尾相连，形成闭环电路，构成能自动产生方波、三角波的发生器。图4-1电路参数：（1） 方波的幅度： （2） 三角波的幅度：（3） 方波、三角波的频率：其中C可以选择从上式可以看出，调节电位器可以改变三角波的幅度，但会影响方波。三角波的频率；调节电位器可以改变方波、三角波的频率，但不会影响方波、三角波的幅度。4. 电路参数计算、元器件选择（1） 确定电路，选择元器件。 选择如图4-1所示电路，其中：、为UA741（或HA1741）集成运算放大器，为电位器；取电源电压+，由于方波电压的幅度由稳压管、的值决定。指标要求方波电压的峰-峰值，而稳压管的正向压降为0.7V，因此选用稳压值分别为4.3V和-4.3V的稳压管。（2） 计算元器件的参数。 由上述公式可知：取，则，取，为47K的电位器，平衡电阻。将带入方波、三角波的频率公式中：当100Hz=f=1KHz时，取C=0.1F，则，取标称值：=3K，取47K的电位器，。当1KHz=f=10KHz时，为了实现波段的转换，取C=0.1F，取值不变。（3） 工具和元器件清单标号名称规格数量备注R1电阻22k1R2电阻40k1R3电阻20k1R4电阻3k1R5电阻3k1RW1电位器50k1RW2电位器50k1C1电容0.1u1C2电容0.01u1A1,A2运放ua7412DZ1二极管1N47311稳压二极管DZ2二极管1N47311稳压二极管5. 电路的安装和调试按图4-1所示安装好电路，将电位器调到30K，稳压电源输出的+15V电压接到集成运放UA741的7脚，-15V接到集成运放UA741的4脚，示波器的CH1接，CH2接，调节电位器，使三角波的输出幅度满足设计指标要求；然后调节电位器,，从示波器的屏幕上观察和的输出频率是否联系变化，波形是否正常（若无波形显示或波形不是方波-三角波，应重新检查电路）。测试方波、三角波发生器的性能指标。（1） 记录输出波形：方波，三角波。（2） 频率范围：1Hz10Hz，10Hz100Hz，100Hz1KHz，1KHz10KHz等。（3） 计算输出电压：一般指输出波形的峰-峰值。（4） 描述波形特征：表征方波特性的参数是上升时间tr，一般要求tr100ns（1KHz，最大输出时）；表征三角波特性的参数是非线性失真系数，=2%。6. 指标测试结果：数据、曲线、图表等由图可知：1. 输出电压：，2. 输出频率：方波1KHz，三角波1KHz3. 波形特征：方波tr=12.67接近10s（1kHz，最大输出时），三角波2%7. 调试中的所遇到的问题以及解决方法（1） 输出方波和三角波的幅值均不满足指标要求，且幅值较大，接近输入直流电压幅值，达到了26V左右。答：仔细分析电路原理之后，初步判断是稳压二极管被击穿。用万用表对稳压二极管进行正反向电阻的测量，发现其中一个稳压二极管被击穿，更换后，电路恢复正常，得到的幅值满足指标要求。 （2） 示波器上无波形。答：首先检查电路，看电路是否连接正确。如电路正确，再逐个检查焊接点，是否短路或者断路。收获及心得体会这次的电子工程师基本硬件实践技能训练一共完成了三块电路板，这次的实训让我们复习了模电的一些知识，比如小信号放大电路，正弦波振荡器，方波三角波信号发生器等等。虽然在实践的过程中也遇到了很多问题，但是这次实践最终让我对电路的工作原理加深了理解。这期间遇到过一些问题，但是最后都得到了解决，而解决的过程也正是一个自我提高的一个过程。在完成第一块电路板的时候，我们先是在面包板上搭好了电路然后再将电路焊制到电路板上，首先最开始是学会了在面包板上搭电路，这期间的感受就是在面包板上搭出的电路的排版和在电路板上焊制的电路的差异还是蛮大的，但是在面包板上搭电路不需要连导线，这个是比较方便的。在完成第二块电路板的时候，我在面包板上搭电路的时候就出现了一些问题，在面包板上搭好电路，结果出来的是一堆杂波，当时有点不知所措， 后来静下心