电工课程设计

1 目录目录 1 设计任务与要求 3 1 1 设计任务 3 1 2 设计要求 3 1 3 方案分析 3 1 4 电路理论分析 4 2 设计指标要求 4 3 设计目的 4 4 设计步骤和方法 4 4 1 放大电路设计计算公式 4 4 2 功率放大器 5 4 3 选择电路方案 6 4 4 计算元器件参数 7 4 4 1 确定电源电压 EC 7 4 4 2 确定 T2 的集电极电阻和静态工作电流 7 4 4 3 确定 T2 发射级电阻 8 4 4 4 确定晶体管 T2 9 4 4 5 确定 T2 的基极电阻 9 4 4 6 确定 T1 的静态工作点 10 4 4 7 确定 T1 管的集电极电阻 发射级电阻 10 4 4 8 选择 T1 管 11 4 4 9 T1 管基极电阻的选取 11 4 4 10 耦合电容和旁路电容的选取 12 4 4 11 反馈网络的计算 12 4 4 12 作出电路的仿真图形 14 5 设计参数的理论验证 17 5 1 确定静态工作点 17 5 2 输入电阻 输出电阻及电压放大倍数的计算 18 电路设计综合仿真图 21 2 收音机音频放大电路仿真设计收音机音频放大电路仿真设计 1 设计任务与要求设计任务与要求 1 1 设计任务设计任务 设计一个晶体管功率放大器电路 输入信号600mV 输出功率达到5W以上 1 2 设计要求设计要求 1 输出功率在1W到5W之间可调 2 放大器工作频率范围100kHz 1MHz 3 带内增益平坦度小于1dB 4 效率大于40 越高越好 5 其它可任意发挥 1 3 方案分析方案分析 在多级放大电路中 输出的信号往往是送去驱动一定的装置 考虑到功率放大电路不同于电压放 大 电流放大电路 因此功率放大电路包含着一系列在电压器放大电路中没有出现过的特殊问题 这 些问题是 1 要求输出功率尽可能大 为了获得大的功率输出 因此功放管的电压和电流都有足够大的输出幅度 因此器件往往在接近 极限运用状态下工作 2 效率更高 由于输出功率大 因此直流电源消耗的功率也大 这就存在一个效率问题 所谓效率就是负载得 到的有用信号功率和电源供给的直流功率的比值 这个比值越大 意味着效率越高 3 非线性失真要小 功率放大电路是在大信号下工作 所以不可避免地产生非线性失真 而且同一功放管输出功率越 大 非线性失真往往越严重 这就使输出功率和非线性失真成为一对主要矛盾 但是 在不同的场合 下 对非线性失真的要求不同 例如 在测量系统和电声设备中 这个问题显得很重要 而在工业控 制系统等场合中 则以输出功率为主要目的 对非线性失真的要启用就将为次要问题了 4 功率器件的散热问题 在功率放大电路中 有相当的功率消耗在管子的集电极上 是结温和管壳温度升高 为了充分利 用允许的管耗而使管子输出足够大的功率 放大器件的散热就成为了一个重要问题 此外 在功率放大电路中 为了输出较大的信号频率 器件承受的电压要高 通过的电流要大 功率管损坏的可能性也就比较大 所以功率管的损坏与保护问题也不容忽视 3 1 4 电路理论分析电路理论分析 电压放大部分参照第 9 页电压两级放大理论图 功率放大部分参照第 13 也功率放大理论图 2 设计指标要求设计指标要求 1 1 电压放大倍数 Au 172 1 2 最大输出电压 Uo 4V 0 05V 1 3 频率响应 30Hz 30kHz 1 4 输入电阻 ri 15k 1 5 失真度 2Vcc Icm Vcc RL Pcm 0 2Pom Pom V2 2RL 4W Pcm 1 8W 3 复合管的小功率管选择 Pcm 1 1 1 5 4W 8 0 55 0 75 4 负载电阻的选取 R10 7k R12 max 2k 以上公式仅供参考以上公式仅供参考 4 2 功率放大器功率放大器 功率放大器理论图及仿真图 图 14 功率放大理论图 图 15 功率放大仿真图及 RL 值 功率放大 VCC R10 R11 D1 D2 R12 路线的电流要小于 10mA 确保二极管不 被烧坏 二极管导通压降选取为 0 7V 时 二极管导通的电流约为 1mA 并且功率放大电 路的等效电阻为 RL 2 0k 1 8k RL 22 6k 确保两个二极管能导通 R10 n 倍 R12 此处 5 n2Vom VE VCES 式中 Vom为最大输出幅度 VE为晶体管发射级电压 取 VE 1 3V VCES为晶体管饱和压降 取 VCES 1V 指标要求的最大输出电压 Vo 1V 给定电源电压 EC 24V 可以满足要求 4 4 2 确定确定 T2 的集电极电阻和静态工作电流的集电极电阻和静态工作电流 因为这级的输出电压比较大 为使负载得到最大幅度的电压 静态工作点应设在交流负载线的 中点 如图 1 所示 由图可知 Q 点在交流负载线的中点 因此的 T2静态工作点满足下列条件 1 1 因在晶体管的饱和区和截止区 信号失真很 大 为了使电路不产生饱和失真和截止失真 VCEQ2应满足 图 2 静态分析图 图 3 静态工作点分析图 VCEQ2 Vom VCES 1 2 由 1 1 式消去 ICQ2 并将 1 2 式代入可得 L CESom EC R VV VE R 2 2 8 取 VE 3V VCES 1V 由 1 1 式消去 VCEQ2可得 kkR31 2 2 2 120 4 324 8 则 取 R8 2k mA kRRR VE I L EC CQ 0 7 2 22 324 88 2 2 L L CQCEQ ECQCEQC RR RR IV VRIVE 8 8 22 2822 3 2 由图 由图 7 4 4 3 确定确定 T2 发射级电阻发射级电阻 57 428 0 7 3 2 2 9 mA V I V R CQ E 取 R9 430 4 4 4 确定晶体管确定晶体管 T2 选取晶体管时主要依据晶体管的三个极限参数 BVCEO 晶体管 c e 间最大电压 VCEmax 管子截止时 c e 间电压 ICM 晶体管工作时的最大电流 ICmax 管子饱和时 c e 回路电流 PCM 晶体管工作时的最大功耗 PCmax 由图 1 可知 IC2最大值为 IC2max 2ICQ2 VCE的最大值 VCE2max EC 根据甲类电路的特点 T2的最大功耗为 PCmax VCEQ2 ICQ2 因此 T2的参数应满足 BVCEO EC 15V ICM 2ICQ2 5 747mA PCM VCEQ2 ICQ2 172 14mW 选用 S9011 其参数为 BVCEO 30V ICM 30mA PCM 400mW 满足要求 4 4 5 确定确定 T2 的基极电阻的基极电阻 在工作点稳定的电路中 基极电压 VB越稳定 则电路的稳定性越好 因此 在设计电路时应尽量 使流过 R6和 R7的 IR大些 以满足 IR IB的条件 保证 VB不受 IB变化的影响 但是 IR并不是越大 越好 因为 IR大 则 R6和 R7的值必然要小 这时将产生两个问题 第一增加电源的消耗 第二使第 二级的输入电阻降低 而第二级的输入电阻是第一级的负载 所以 IR太大时 将使第一级的放大倍 数降低 为了使 VB稳定同时第二级的输入电阻又不致太小 一般计算时 按下式选取 IR的值 IR 5 10 IBQ 硅管 IR 10 15 IBQ 锗管 在上式中 IR的选取原则对硅管和锗管是不同的 这是因为锗管的 ICBO随温度变化大 将会影响基 极电位的稳定 因此 IR取值一般比较大 对硅管来说 ICBO很小 因此 IR的值可取得小些 本电路 T2选用的是硅管 取 IR 5IBQ 8 图 4 基极电阻 R6 R7 分析图 则 由图 4 知 k II VV I V R BQR BEE R BQ 57 10 5 7 03 22 2 7 kR I E R R C 58 76 取 R7 10 5k R6 58k 4 4 6 确定确定 T1 的静态工作点的静态工作点 因为第一级是放大器的输入级 其输入信号比较小 放大后的输出电压也不大 所以对于第一级 失真度和输出幅度的要求比较容易实现 主要应考虑如何减小噪声 因输入级的噪声将随信号一起被 逐级放大 对整机的噪声指标影响极大 晶体管的噪声大小与工作点的选取有很大的关系 减小静态 电流对降低噪声是有利的 但对提高放大倍数不利 所以静态电流不能太小 在工程计算中 一般对 小信号电路的输入级都不详细计算 而是凭经验直接选取 ICQ1 0 1 1mA 锗管 ICQ1 0 1 2mA 硅管 VCEQ 2 3 V 如果输入信号较大或输出幅度较大时不能用此方法 而应该具体计 算 计算方法与计算第二 级的方法相同 9 4 4 7 确定确定 T1 管的集电极电阻 发射级电阻管的集电极电阻 发射级电阻 图 5 电阻 R3 R4 R5 分析图 由图 5 知 1 11 3 CQ CEQEC I VVE R 取 VE1 3V VCEQ1 3V ICQ1 1mA 则 k mA V R18 1 3324 3 取 R3 18k 电 k mA V I V RR CQ E 3 1 3 1 1 54 取 R4 40 R5 2 95k 10 4 4 8 选择选择 T1 管管 图 6 T1 管电阻选取分析图 选取原则与 T2相同 BVCE0 Ec 15V ICM 2mA PCM 1 5mW 根据现有条件选用 S9011 4 4 9 T1 管基极电阻的选取管基极电阻的选取 取 IR 10IBQ VE1 3V 由图 6 知 k I VV R BQ BEE 37 100 1 10 7 03 10 1 11 2 kR I Ec R R 203 21 取 R1 205k R2 37k 4 4 10 耦合电容和旁路电容的选取耦合电容和旁路电容的选取 各级耦合电容及旁路电容应根据放大器的下限频率 f1决定 这些电容的容量越大 则放大器的低 频响应越好 但容量越大电容漏电越大 这将造成电路工作不稳定 因此要适当的选择电容的容量 以保证收到满意的效果 在设计时一般按下式计算 其中 RS是信号源内阻 ri1是第一级输入电阻 其中 r01是第一级输出电阻 ri2是第二级输入电阻 2 1 1 1 isl rRf C 2 1 201 2 il rrf C 2 1 2 3 Lol Rrf C 11 其中 ro2是第二级输出电阻 其中 Rb R6 R7 R3 由于这些公式计算繁琐 所以在工程计算中 常凭经验选取 耦合电容 2 10 F 发射极旁路电容 150 200 F 现在用第二种方法确定 C1 C2 C3 Ce1和 Ce2 取 C1 C2 C3 10 F Ce1 Ce2 100 F 电容器的耐压值只要大于可能出现在电容两端的最大电压即可 4 4 11 反馈网络的计算反馈网络的计算 根据深反馈的计算方法 由图 7 知 图 7 深反馈网络图 5 187 1 4 4 R RR F f vv Rf 187R4 R4 7 5k 取 Rf 7 5k Cf 10 F 2 411 1 1 Rrf C bel e 2 2 2 2 bebl e rRf C 12 图 8 电压两级放大理论图 4 4 12 作出电路的仿真图形作出电路的仿真图形 图 9 multisim 电路仿真图 13 利用示波器 作出电路的仿真波形图 图 10 multisim 示波器输入输出波形图 图 11 相位差波形图 14 图 12 幅频响应曲线 图 13 相频响应波形图 幅频特性 随着频率的增加 电压幅值也随之增加 当频率达到 100Hz 时 幅值趋于稳定 相频特性 随着频率的增加 相位角随之减小 当频率达到 1KHz 时 相位角趋于稳定 15 5 设计参数的理论验证设计参数的理论验证 5 1 确定静态工作点确定静态工作点 图 16 T1 管静态图 图 17 T2 管静态图 根据静态分析图静态工作点分析图 如下 图 18 T1 管静态工作点 16 图 19 T2 管静态工作点 求得 T1 T2 管的静态工作点 IB1 0 00965mA IC1 0 965mA VCE1 3 726V IB2 0 063645mA IC2 6 3645mA VCE2 8 522V 5 2 输入电阻 输出电阻及电压放大倍数输入电阻 输出电阻及电压放大倍数的计算的计算 根据小信号模型法 其小信号模型图 如下 图 20 电路小信号模型图 17 图 21 T1 管放大仿真图 图 22 T2 管放大仿真图 18 计算输入电阻 输出电阻及电压放大倍数 ri1 2 70K ro1 18K Av1 218 7 ri2 571 5 ro2 1k Av2 303 9 Av Av1 Av2 66462 93 有反馈电路得实际放大 172 倍 ri 471 67 187 1 FA A A V V Vf 66 167 1 krFAr iVif 若采用两级电压放大和一级功率放大不能满足要求 则可以采用四级电压放大和一 级功率放大满足要求 偶级电压放大波形同相位 奇级电压放大造成电压波形图相差 90 度 电路中所使用的电阻阻值必须是计算值 否则会造成输出波形和输入波形造成一定 的相位差 调节相位差 修改电路中计算不正确的电阻阻值可以调节相位差 或直接问 老师 最好选择前者 19 电路设计电路设计综合仿真图综合仿真图 20 21 22 收音机设计心得收音机设计心得 熟悉电路元件 掌握烙笔的使用方法 发收音机装配零件 检查和熟悉各种零件 熟悉收音机的装配图 焊接各种零件并交收音机 写实习报告实习内容 老师发给我每人一块电路板 先自我熟练使用 使我熟练掌握烙笔的使用方法 同 时使我熟悉电路元件的焊接过程 发收音机装配零件 检查和熟悉各种零件 老师让我多次熟悉收音机的电路图和熟 悉电路元件 并调试元器件的好坏 进行学习使用电子仪器仪表是很得心应手的 电压 表电流表的使用 注意量程即可 其他的操作规程已经烂熟于心 电压表 电流表和示 波器同以前使用的没什么区别 但是万用表就与以前用过的有些不同了 以前我使用的 万用表是指针式的 只要调到相应的档位 测量读数即可 而我现在使用的是数字式的 用它测量时 有写不适应 常用电子元件的识别和检测 常见的电子元件就是电阻 电容 二极管和三极管 先说电阻 直到这天我才知道电阻上的色带是什么意思 以前只是看到过一个一个的电 阻 不知道把这些电阻做成花花绿绿的作用 这样做就是电阻的色环标记法 通过色环 来表示电阻的大小 有效数字 倍率和允许误差 现在见到的电阻的色环有四道和五道 的 四道环的有效数字是前两道环所代表 而五道环是由前三道所代表 接着识别电容 器 电容用于交流耦合 滤波 隔断直流 交流旁路和组成振荡电路等 电容的标注分 为直接标注和色标法 通过学习 我明白了直接标注的电容是用数字直接表示电容量 不标单位 标注 1 4 位整数时 其单位是 pF 标注为小数时 其单位是 F 也有用三 位数字表示容量大小 默认单位是 pF 前两位是有效数字 第三位是有效倍率 10m 当第三位是 9 时 则对有效数字乘以 0 1 而色标法则同电阻器的标注 检测电容的方法 是利用电容的充放电特性 一般用万用表电阻档测试电容的充放电现象 两只表笔触及 被测电容的两条引线时 电容将被充电 表针偏转后返回 再将两表笔调换一次测量 表针将再次偏转并返回 用相同的量程测不同的电容器时 表针偏转幅度越大说明容量 越大 测试过程中 万用表指针偏转表示充放电正常 指针能回到 说明电容没短路 可视为电容完好 现在说明在模拟电路中常见的二极管 通常二极管有整流 检波 稳 压 发光 发电 变容 和开关二极管等 检测二极管我利用的是二极管的正向导电性 正向导通反向截止 可以判断管子的好坏 最后说明三极管的识别和检测 很明显 一 般的三极管就是三个管脚 很容易识别 所以识别三极管重要的是识别三极管是 NPN 或 PNP 型 以及各管脚所代表的极性 而这些的判断都需要使用万用表 判断极性 对圆 柱型三极管 若管脚处接头有突出物 则将管脚冲上 顺时针依次为 EBC 极若没有突出 物 则管脚根处间隙较大的两跟管脚对向自己 顺时针依次为 EBC 极 对半圆型三极管 将管脚向上 半圆向自己 顺时针为 EBC 极 判断三极管的类型 在基于以上极性判断 的前提下 NPN 管 基极接黑表笔 测得电阻较小 PNP 管正好相反 以上就是我对常 用电子元件的识别和检测方法 这些都是从老师那里学来的 熟练掌握还需要以后广泛 的接触使用 熟能生巧 就是这样的 熟悉收音机的装配图 焊接各种零件并交收音机 但毕竟没有实际操作过 总是怀 有几分敬畏之心 而电子电路主要是基于电路板的 元器件的连接都需要焊接在电路板 上 所以焊接质量的好坏直接关系到以后制作收音机的成败 因此对电烙铁这一关我是 不敢掉以轻心的 影响焊接质量主要取决于焊接工具 助焊剂 焊料和焊接技术 对焊接工具 助焊 剂 焊料这样的物品我是没任何办法的 唯一可以改善的就是我的焊接技术 所以焊接 技术就直接决定了我实习的成败 由于我使用的电烙铁是新的 所以我就免除了除锈的 23 工序 直接将电烙铁预热 后上锡 以达到最佳焊接效果 焊接了几个元件