模拟电路课程设计.doc

模拟电子技术基础课程设计直流电源 功率放大电路 函数发生器 火灾报警器 模拟电子技术基础课程设计姓名：学院：学号：指导老师：一、设计任务设计一个直流稳压电路，将220V的交流电转变为5V的直流电，并满足：1.输出电压5V2.最大输出电流0.5A3.电压调整率4%4.电流调整率4%5.纹波系数5%二、设计思路输入的220V信号通过变压器变为较小的、接近5V的交流电，整流电路选用桥式整流，将交流电压变为脉动的直流电压。脉动的直流电压通过滤波电路变为平滑的直流电压，最终稳压电路将平滑的直流电变为稳定性好的直流电。三、单元设计1.电源变压器这里选用15:1的线圈，是变压后电压在17V左右。2.桥式整流电路这里采用的整流电路是桥式整流，由四个二极管组成电桥的形式，使得交流电流流过可以形成单方向的全波脉动电压。3.滤波电路在滤波电路中选择电解电容。由于整流后的输出波形中含有较多的纹波，因此在整流电路后接入滤波电路除去整流电路的纹波。一般取 （35）T/2，T为电源交流电压的周期。4.稳压电路在此用7805进行对电路的稳压作用。由于7805三端稳压IC内部有过压保护，过流保护、过热保护等功能，能够实现稳定输出电流。可以用此电路减少噪声影响，减小误差。四、电路仿真1. 输出电压值启动电路后，由电压表读熟得，输出电压为5V。且通过示波器可知，该输出信号为直流信号。2. 最大输出电流连接好电路，保持稳压电源的输入电压为220V=，接一个变阻器作为负载，串联一个毫安表，通过改变变阻器的阻值使输出电压降低5%左右，测量此时的电流I。计算得输出电压降低为4.75V左右时为最大输出电流。此时最大电流为476.55mA。3. 电压调整率和电流调整率测试方法：a.设置可调负载装置，使电源满载输出；b.调节ACSOURCE，使输入UI电压为下限值，记录对应的输出电压U1（这里分别测得输入电压比220V增大和缩小10%）；c.增大输入电压到额定值，记录对应的输出电压U0；d.调节输入电压为上限值，记录对应的输出电压U2；e.按下式计算：电压调整率=(U-U0)/U0100式中：U为U1和U2中相对U0变化较大的值，电流调整率Si=(U2-U1)/U0*100%。UIU1U2242+0.019-0.02122000198+0.022-0.020计算得电压调整率为0.01%,电流调整率为0.019%。4. 纹波系数纹波系数=纹波电压/输出电压。计算得，电路的纹波系数=317.774uV/5V，近似为0，满足设计要求。五、问题解答1.电容C1、CI、CO有什么要求，一般如何选择？答：电容放电的时间=LRC越大,放电过程越慢，输出电压中脉动（纹波）成分越少，滤波效果越好。一般取（35）T/2，T为电源交流电压的周期。2.电流调整率由什么参数决定，如何降低？答：通常以单位输出电压下的输出电压变化值的百分比来表示直流稳压电源的电流调整率。要降低电流调整率，降低空载电压，适当减小负载电流或降低工作频率。3.如何减小纹波？（1）低频纹波抑制的几种常用的方法：a、加大输出低频滤波的电感，电容参数，使低频纹波降低到所需的指标。b、采用前馈控制方法，降低低频纹波分量。（2）高频纹波抑制的目的是给高频纹波提供通路，常用的方法：a、提高开关电源工作频率，以提高高频纹波频率，有利于抑制输出高频纹波。b、加大输出高频滤波器，可以抑制输出高频纹波。c、采用多级滤波。六、心得体会本次实验的电路搭建并不复杂，关键是要计算出各个单元电路器件的合理参数，以满足设计要求。我从网上查到了电压调整率，电流调整率，以及纹波系数的意义和计算方法，然后自己试着搭建好了电路。仿真的过程加深了我对电源变压器、整流电路、滤波电路、稳压电路在直流稳压电源中的作用的了解。尽管模拟电路这门课程结束了，但我希望以后能尝试着更多地使用仿真软件参与电子设计。电子科技大学模拟电路基础电子线路应用设计报告设计题目:功率放大电路学生姓名: 学号:指导教师: 日期 2016.12.271、设计任务设计要求：设计并制作用晶体管和集成运算放大器组成的音频功率放大电路，负载为扬声器，阻抗RL=8。性能指标：频率：20Hz20kHz 输出功率：8W 放大倍数：30dB 失真：10%2、电路原理2.1 电路整体方案2.1.1 方案的确定及论证 一、OCL互补对称功率放大器如图所示放大电路是由两个射极输出器组成的，T1和T2分别为NPN型管和PNP型管，两管的材料和参数相同（即特性对称），且电源由对称的双电源+VCC和-VCC提供。图中，两管基极没有偏置电流，静态损耗为0，电路工作在乙类状态，信号从基极输人，从射极输出，RL为负载，输出端没有耦合电容。所以，把图4-35所示的电路称为无输出电容的功率放大电路，简称OCL电路。图 2.1.11 OCL电路静态时，UEQUBQ0输入电压的正半周：VCCT1RL地输入电压的负半周：地RLT2VCCOCL电路的输出功率的计算公式如下：最大输出功率：转换效率：二、用集成器件实现TDA2030集成功放芯片：TDA2030是德律风根生产的音频功放电路，采用V型5脚单列直插式塑料封装结构。该集成电路广泛应用于汽车立体声收录音机、中功率音响设备，具有体积小、输出功率大、失真小等特点。并具有内部保护电路。图 2.1.1-2 TDA2030芯片TDA2030管脚功能：1脚是正相输入端；2脚是反向输入端；3脚是负电源输入端；4脚是功率输出端；5脚是正电源输入端。图 2.1.1-3 TDA2030芯片图 2.1.1-4 TDA2030典型参数TDA2030特点:1.开机冲击极小。2.外接元件非常少。3.TDA2030输出功率大，Po=18W(RL=4)。4.采用超小型封装(TO-220),可提高组装密度。5.内含各种保护电路，因此工作安全可靠。主要保护电路有：短路保护、热保护、地线偶然开路、电源极性反接(Vsmax=12V)以及负载泄放电压反冲等。6TDA2030A能在最低6V最高22V的电压下工作在19V、8阻抗时能够输出16W的有效功率，THD0.1%。运用集成芯片TDA2030完成音频功率放大电路的设计，能够更好地达到设计任务和要求。2.1.2 整体电路整体电路设计：使用TDA2030加少量外围元件，输入端使用高通滤波。图 2.1.2-1 音频功放电路2.2 各部分电路原理一、输入部分图 2.2-1 输入部分电路R3是直流平衡电阻，同时与C3构成高通响应，用以滤除低频信号。二、放大部分图 2.2-2 放大部分电路R1、R2和C2构成负反馈电路，决定电路的电压增益及低端截止频率。Au=R1/R2三、输出部分输出部分负载为扬声器，阻抗RL=8。四、保护部分图 2.2-3 保护部分电路R4和C7可以稳定频率，防止电路自激。D1、D2用以保护集成块2.3 电路参数选择依据阐述电路整体方案、各部分电路原理和电路参数选择依据3、电路仿真和结果根据要求，仿真软件选用multisim，在软件中连接电路如图4.1所示：图 3-1 电路仿真图一、波特图输出图 3-2 波特图由图可以看出，其仿真的结果，在20Hz-20kHz内中后段的波形放大能力基本保持不变化，且放大倍数约为30dB。符合题目要求。二、输出功率 图 3-3 输出回路上探针数据 图 3-4 输出功率图输出功率为8.662W，8W，满足要求。三、失真分析图 3-5 失真分析图失真为0.014%，10%。满足要求。选择的器件及其参数给出部分和整体电路仿真截图，给出仿真结果及结论。4、电路加工及测试（可选）阐述制作电路（画图、焊接）的过程及注意事项，给出PCB版图、实物图。阐明所用的测试仪表、测试方法，给出测试结果。在最后，针对这次DIY，也有些收获和感悟。其中最重要的一点就是功放单点接地的问题！一定得慎之慎之处理处理不好功放会有底噪。图中R1、R2是输入落地电阻，C2是直流反馈电容，接地点是小信号地，标记为蓝色，；C3、C4、C6、C7是退耦电容，接地端标记为红色，属电源地。正确的接地方式为：三个小信号接地点可混合在一条地线上，四个电源地汇集为另一条地线，电源地与小信号地在总接地点处汇合，除总接地点外，两种地不得有其他连通点。5、问题解答1、为什么共射放大电路不宜用作功率放大电路？共射主要用于放大电压信号，其输出功率和效率都很低；而功放不仅需要有放大的电压信号，还需要有放大的电流信号，只有电压信号和电流信号都足够大，才能满足功放的要求，所以共射放大不宜用作功率放大电路。2、TDA2030使用时对电路有什么要求？TD2030使用时类似于集成运放，需要用负反馈电路。3、如何实现电路的实物制作？根据电路图绘制PCB将PCB文件导出为PDF文档格式，采用1：1导出将PDF打印到菲林上，采用实际大小打印将打印好PCB菲林平铺在感光板上，准备曝光用11W的日光台灯曝光约15分钟曝光完毕后用显影液进行显影准备好腐蚀溶液进行腐蚀腐蚀结束，钻孔，准备焊接焊接元件6、总结通过此次的课程设计，我增进了对功率放大电路的了解、掌握了音频功率放大电路的基本设计方法，对于仿真软件Multisim也用得更加得心应手，此外我还新学会了利用软件Altium Designer绘出PCB版图。同时对于模电的课程的内容也有了更加深刻的认识。电子设计和需要扎实的理论基本功，同时也需要有一定的动手能力。理论加上实践，才能做等更好。从选择题目到开始着手去做，我才发现自己的模电知识掌握得并不牢固，于是花了很多时间去读教材相关内容，包括基本放大电路的知识，多级放大器，放大电路的反馈和功率放大器等章节，总算是有了大概的想法和思路。而后便查阅各种论文和书籍资料，浏览各样的电子、电工论坛，看到别人的一些见解和讨论，启发了我的思路。最终发现了TDA2030的集成运放具有很大的优点，便想用集成运放来实现。我选择了TDA2030典型电路中的双电源电路来实现，并揣摩该电路的设计思路和意图，最终看出了其中的道理。之后便是应用仿真软件来实现。制作实物电路图又是一次挑战。首先我询问了一些搞电子设计的同学如何实现实物，得知要先绘出PCB布线再印制、最终把元件焊上去并调试。软件Altium Designer的使用对我来说又是一项新鲜事物，我不断尝试，学会了如何利用软件布线。学校开放实验室给了我们很大的支持和鼓励，元件的找寻以及板子的印制都不再成为困扰我们的问题。我在没课的时候就呆在那里焊板子，最终做出了实物。虽然我做出来的电路满足了设计要求，但是我仍觉得有些遗憾，那就是这个电路图我是直接用的TDA2030典型电路，并没有在此基础上做什么改进和变化。我想，以后我要更加注重模电这样的课程的学习，掌握扎实的基础，才有创新思考的能力。同时我也认识到，电子设计也需要有一定的动手能力。理论加上实践，才能做得更好。电路设计、仿真、加工、测试过程中的收获和体会，对课程的理解，对实际电路的认识等等。说明：正文小四号宋体。图表采用五号宋体，图表分别按顺序编号。表1 选用的元器件型号和数量参考文献1. 童诗白，华成英.模拟电子技术基础M.第四版.北京：高等教育出版社，2006.2. 周文. 浅谈TDA2030集成音频功率放大器的制作J.课程教育研究,2013，(2).3. 朱李明.线性集成电路TDA2030AJ. 集成电路应用，1986,(3).4. 张燕玉，陈国志.实用OCL集成音频功率放大器的分析方法J. 科技资讯，2010，(3).5. 芮新芳，朱朝霞，牛耀国.使用Altium Designer Winter 09设计印刷电路板之常见问题及使用技巧J. 电脑与电信,2011，(9).6. 吴中华. Altium Designer 10使用快速入门J. 电子制作,2012，(6).模拟电路基础课程设计函数发生器指导教师：学院：学号：姓名：1 设计任务要求：设计一个正弦波信号发生器 设计一个方波信号发生器设计一个能同时输出正弦波、方波和三角波的函数发生器指标： 频率：1kHz 幅度：正弦波大于10Vpp，方波10Vpp， 三角波6Vpp。二、电路原理函数发生器一般是指能自动产生正弦波、方波、三角波的电压波形的电路或者仪器。电路形式可以采用由运放及分离元件构成；也可以采用单片集成函数发生器。根据用途不同，有产生三种或多种波形的函数发生器。函数信号发生器在电路实验和设备检测中具有十分广泛的用途。1 RC正弦振荡电路起振条件：振荡平衡条件：4个组成部分： 放大电路 选频网络 正反馈网络 稳幅网络振荡频率 若时：运放的放大倍数2 方波信号发生器滞回比较器：引入正反馈，产生振荡RC电路： 作为延迟环节和反馈网络，通过对电容的充放电实现两种状态的转换。稳压管：输出需要的方波电压。 滞回比较器：提高了比较器的响应速度，同时输出电压的跃变不是发生在同一门限电平上，具有抗干扰能力。同相输入端反相输入端方波信号发生器当UiUp时，Uo=-Uz，当Ui小于-UT时，输出发生翻转Uo=+Uz。3 函数发生器采用RC桥式正弦振荡电路产生正弦信号正弦信号通过比较器电路产生方波方波信号利用反相积分电路变换为三角波通过开关选择需要的输出波形总体电路仿真结果五、问题解答1.RC正弦振荡电路中（1）使用10F、1F的电容能否振荡出所需的正弦信号？答：不可以，10F、1F的电容太大，会使输出波形的频率变低，从而不能达到输出频率为1kHz的标准。所以，加入两个二极管的作用是限制输出幅度和改善输出波形（3）固定R1，分析R2的大小对振荡幅度、波形失真的影响？答：R1减小时，输出波形幅度减小，减小到一定程度时，波形开始失真；R1增大时，输出幅度增大，增大到一定程度时发生失真。2. 方波发生器3. （1）R4如何选择？答：在本次设计的电路中R8在1k到10k之间最合适，超过或者太小均会有较大程度的失真。（2） 振荡频率主要受那些因素影响？（3） 答；由公式可知，震荡频率主要受到电阻R7,R9和C3的影响。（3）信号波形质量与那些参数有关？答：波形质量与R9与C3的乘积有关，当两者乘积和电路周期相近时，不容易发生失真，输出信号的波形质量较高。3.函数发生器（1）Rf、R1有何作用，大小如何选择？答：Rf与R1比值不同，输出幅值不同。所以Rf和R1应该根据输出波形所需幅值进行选择。（2）如何调节输出信号幅度？答：如上题，可通过调节Rf和R1比值进而调节输出幅度，也可通过改变电路中反馈电阻的阻值来改变输出信号幅度。（3）信号波形质量与那些参数有关？答：输出信号的质量和信号源的建立时间还有时间基准有关，即输出信号的质量和电容放电的时间=LRC有关。6、 总结本次电路图的设计符合要求。通过本次设计，对函数发生器的工作原理有了更好的理解，也对运算放大电路的使用有了进一步的认识，通过查阅资料，翻看教科书以及查看课件，做出了上面的函数发生器电路，并在仿真上进行测试，而且获得成功，达到了设计制定的标准，可以稳定的输出我们需要的波形。但是也有不足，真正的函数发生器可以对输出电压和输出频率进行调节，而本次所设计的电路并没有以上功能，所以还可以对电路进行优化，如把一些决定输出幅度的电阻或者电容做成可调节的电阻和