模拟电子技术课程设计资料

模拟电子技术课程设计指导书中原工学院电子信息学院电工电子教研组、八前言模拟电子技术课程设计是电子类及其相关专业最重要的专业基础课之一，也是电子类 专业整个知识和能力体系的重要支柱之一。它内容多，处理问题的方式多，理解难度大， 实践性要求高。模拟电子技术课程设计，将理论与实践紧密结合，培养学生综合运用所学 知识的能力，加深电路理论认识，初步具备简单电子产品的设计能力，掌握电子产品的设 计流程中电路的设计、器件的选择方法、电路仿真工具及仿真方法，实际电路的安装、调 试、指标检测，设计书的编写等基本实概述1什么是模拟电子技术课程设计 模拟电子技术课程设计是集电子线路设计、软件设计与编程、系统综合、元器件参 数计算和选择、电路仿真与调试、印刷电路板设计、电路安装与调试于一体，独立完成电 路的综合练习。电子技术课程设计不同于一般的基础实验。基础实验是验证基本理论和电路性能， 学生通过实验初步了解实验的步骤和基本方法，熟悉常用仪器设备的使用方法，达不到训 练学生动手解决电路问题的能力。课程设计是学生运用学过的知识，利用实验的手段检验 理论设计中的问题，指导电路的调试工作，从而使理论和实际有机的结合起来，锻炼解决 问题分析问题的实际能力，实现知识向技能转化。电子技术课程设计不能等同于电子产品设计，它是对电子产品设计的局部模拟和过 程仿真，其总体要求一般要低得多。让学生从理论学习的轨道逐渐引向实际方面来，把过 去熟悉的定性分析、定量计算的方法逐步和工程估算、实验调整等手段结合起来，逐步掌 握工程设计的步骤和方法，了解科学实验的程序和实施办法。这对今后从事技术工作无疑 是启蒙训练。2模拟电子技术课程设计的目的 课程设计目的在于巩固和加强电子技术理论的学习，促进其工程应用，着重于提高学 生的电子技术实践技能，培养学生综合运用所学知识分析问题和解决问题的能力，了解开 展科学实践的程序和基本方法，并逐步形成严肃、认真、一丝不苟、实事求是的科学作风 和一定的生产观、经济观和全局观。3课程设计要求1 模拟电子技术课程设计条件1）学生完成模拟电子技术和数字电子技术的课程，初步掌握电子技术的基本理论知识和单元电路的分析方法和设计方法。2）辅导教师应当熟悉电子技术理论，还要有一定的实践经验，并且要亲自做过所选课 题的设计和实验调试工作，掌握设计的重点和难点。3）应当具有完成设计、调试工作的基本实验条件。2 模拟电子技术课程设计的基本要求1） 掌握一般电子线路的分析和设计的基本方法，了解电子产品设计与制作的一般过程。2）在教师的指导下根据设计任务的要求，完成设计方案。掌握选学参考书籍、查阅手册、图表和文献资料的能力，了解与课题有关的电子线路 及元器件的工程技术规范。掌握设计计算、元件选取、简单实用电路的分析方法和工程设 计方法。能按课程设计任务书的要求编写设计说明书。3）掌握一般电子线路仿真调试的基本方法并能解决出现的问题。4）在仿真结果的基础上，实现实际电路方案。5） 掌握常用仪器设备的正确使用方法，学会简单的实验调试和整机指标测试方法，提高动手能力，在教师指导下完成课题任务。6） 能撰写课程设计报告书，分析和讨论调试中出现的异常现象，并能作简单流畅的答亠、丄 辩。课题一对讲机放大电路设计放大器由于具有对微弱信号进行放大的功能，所以得到了广泛的应用，但因单级放大 器的增益不高，实用的放大器一般均由多级放大器构成。本文以对讲机为例，通过设计安 装和调试掌握多级放大器的一般设计方法。一. 工作原理简易对讲机工作原理如图1-1所示，放大器是核心部分。它的作用是把话筒送来的微弱信号放大到足以使扬声器发出声音。Y1、丫2为扬声器，K为双刀双掷开关，利用开关K的切换作用，可以改变 丫1、Y2与放大电路连接的位置，使Y1、Y2交替作为话筒和扬声器使用。图中，K处在图中所示位置，Y2通过K接到放大器的输入端成为话筒，Y1则接到输出端为扬声器。此时有人对着Y2讲话时，Y2把声音信号转换成电信号加到放大器的输入端，经放大器放大后可带动扬声器Y1发出声音，从而可在 Y1处听到Y2处的讲话。当K拨到另一位置时，则可以在Y1处讲话，Y2处收听。通过K的开关控制，能够实现双 向有线通话，称为对讲机。Y2图1-1对讲机原理图对讲机放大器的电路组成方框图如图1-2，电路由输入级、中间级、输出级构成。前置级由两级放大器组成，放大器第一级输入端与传感器相连（作为话筒时的Y1和Y2），故也称为输入级，放大器的第二级把输入级的输出的电压信号进行放大再传给输出级，这一级也 称作中间级。输出级由 OTL功率放大器组成，把前置级的电压信号进行功率放大，带动扬 声器。信号源前置级图1-2放大器方框图设计任务1 .前置放大级技术指标.电压放大倍数：Av=100 ；.最大输出电压Vo-1V ；.频率响应:30Hz30KHz ；.输入电阻:A 15K Q;.失真度：丫 50% .输入阻抗：R i 100 K Q三. 设计要求1. 画出电路原理图（或仿真电路图）；2. 元器件及参数选择；3. 电路仿真与调试；4. PCB文件生成与打印输出；5. 实验室自行装配和调试；6. 编写设计报告；包括设计与制作的全过程，附上有关资料和图纸，有心得体会。7. 答辩，在规定时间内完成叙述并回答冋题。四. 基本设计方案1确定前置放大级电路方案的几个方面： .根据总的电压放大倍数，确定放大电路的级数，实际电路中，为使放大电路的性 能稳定，都引入一定深度的负反馈，所以，放大倍数应留有一定余量。 根据输入、输出阻抗及频率响应等方面的要求，确定晶体管的组态（共射、共基、 共集）及静态偏置电路。本电路电压增益为100倍，考虑到电路的输入电阻不很高（ri 15K Q）,输出阻抗也不太低，负载取的电流也不大（Rl=2KQ）,因此前置级电路采用共射极电路。由于单级放大器的电压增益为 35db左右，两级放大器的增益为65db左右，考虑到要引入一定深度的负反馈（一般为1+AF=10左右），而电路的增益要求为 100倍，所以前置级用两级共射极电 路组成。静态偏置采用典型的工作点稳定电路。 根据三种耦合方式（阻容耦合、变压器耦合、直接耦合）的不同特点，选用适当 的耦合方式。本电路级间耦合采用阻容耦合方式。图1-3前置放大级原理图2 .确定功率放大器电路方案：功率放大器的电路形式很多，有双电源的OCL互补对称功放电路、 单电源供电的 OTL功放电路、BTL桥式推挽功放电路和变压器耦合功放电路等。这些电路各有特点，可根据 要求和具备的实验条件综合考虑，作出选择。本方案的输出功率较小，可采用单电源供电的OTL功放电路，OTL功率放大器由推动级、输出级组成。推动级采用普通的共射极放大电路，输出级由互补推动输出，工作在 甲乙类状态下，得到较大的输出功率。图1-4是一个OTL功放电路，T4是前置放大级，只要适当调节Rp,就可以使Irii、Ub5和UB6达到所需数值，给T5、T6提供一个合适的偏置，从而使A点电位Ua=Uc6=Vcc/2。当Uj=UmSin 3时，在信号的负半周，经T4放大反相后加到T5、T6基极，使T6截止、T5导通，这时有电流通过Rl，同时电容C5被充电，形成输出电压 Uo的正半周波形，在信号的正半周，经 T4放大反相后加到 T5、T6基极，使T5导通、T6截至，则已充电的电 容C5起着电源的作用，并通过Rl，和T5放电，形成输出电压U。的负半周波形。当Ui周而复始变化时，T5、T6交替工作，负载 Rl上就可以得到完整的正弦波。为使输出电压达到最大峰值Ucc/2，采用自举电路的 OTL功放电路。当 Ui=0 时，Ua=Vcc/2 ,Ub=Vcc - iRii R2，电容 C3 两端电压 Uc3=Ub-Ua=Vcc/2 iRii R2。当RiiC4乘积足够大时，则可以认为Uc4基本为常数，不随 Ui而变化。这样，当 Ui为负半周时，T5导通，Ua向Vcc/2向更正的方向变化。由于B点电位Ub=Uc4+Ua，B点电位也将自动随着 A点电位升高。因而，即使输出电压U。幅度升的很高也有足够的电流流过T5基极，使T5充分导电。这种工作方式称为H自举II,意思是电路本身把Ub提高了。R13图1-4功放输出级原理图五. 计算元件参数电路方案确定以后，要根据给定的技术要求进行元件参数的选择。在确定元件参数时，可以先从后级开始，根据负载条件确定后级的偏置电路，然后再计算前级的偏置电路，进 一步由放大电路的频率特性确定耦合电容和旁路电容的电量，最后由电压放大倍数确定负 反馈网络的参数。1. 确定电源电压：为保证输出电压幅度达到指标要求，电源电压Vcc应满足如下要求：Vcc 2Vom+VE+VcEsVom为最大输出幅度，Vom= -2Vo =1.4V , Ve为三极管发射极电压， 一般取13V , Vces 为晶体管饱和压降，一般取1V。2. 前置放大级参数确定1）确定T2级的参数a. 确定T2级发射极、集电极电阻参数及静态工作点：因为T2级是放大电路的输出级，输出电压比较大，为使负载得到最大的输出幅度，静 态工作点应设在负载线的中点，如图所示。满足条件:VCC-V CEQ2 = ICQ2 R8+V E2V CEQ2 = I CQ2R8 RLr8 亠RLV ceq2 Vom+V CESR9=VE2ICQ236R8=3.5K Q, R9=1.5K Q,取标称值,指标中，Rl=2K Q,取 Ve2=3V , Vces=1V ;确定R8=3.3K Q, R9=1.5K Q,则静态值 lcQ=2mA , Vceq2=2.4V。b. 确定T2级三极管参数：晶体管的选取主要依据晶体管的三个极限参数：BV CEO 三极管c-e间最大电压VcEmax, cq i0.5mACM三极管工作时的最大电流Icmax ； PCM 三极管工作时的最大功耗Pcmax。由图1-5可知，Ic2的最大值为Ic2max=2l CQ2, V CE最大值为V cE2max=VCC，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：BV ceo 12V, Icm2I cq2 = 4mA ; Pcm Vceq2 -Icq2 = 4.8mW。选用3DG系列小功率三极管可以满足要求，站80。c. 确定T2级基极电阻参数：在工作点稳定的电路中，基极电压Vb2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基极电阻的电流大些，以满足IrIb的条件，保证 VB2不受Ib变化的影响。但是Ir并不是越大越好，因为Ir大，则R6、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；第二是第二级的输入电阻降低，而第二级的输入电阻是第级的负载，所以Ir太大时，将使第一级的放大倍数降低。为了使VB2稳定同时第二级的输Ir的值:入电阻又不致太小，一般的计算时，按下式选取Ir= （ 5 10） I BQ 硅管Ir=（ 10 15）Ibq 锗管本电路选用硅管，取lR= 5 Ibq则R7 =VBQ2 Ve2 ：Vbe2IrI R3 0.651 BQ 2=2 8.8Ki 1,IBQ2ICQ22mA=_80-=0.025mAR6 =Vcc1 R_R7 =67.8K1取标称值，R7=30K Q, R9=68K Qo2）确定Ti级的参数a.确定Ti级发射极、集电极电阻参数及静态工作点：因为T1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，对整机噪声指标影响极大。三极管的噪声大小与工作点的选 取有很大关系，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，一般对小信号的输入级都不详细计算，而是凭经验直接选取：IcQi =0.11 mA 硅管l CQ1 =0.12 mA 锗管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。取：Vei = 3V , VCEQ1=3V;Icq1 =0.5 mAR3 =12KJVCCVE1 VCEQ1)12-6 IR4 +R5 =止136KI cq 10.5 mA取标称值，R3=12K Q, R4=56 Q, R5=5.6K Qob.确定T1级三极管参数：;Pcm 1.5 mW ;选用 3DG T1 的参数应满足：BVceo 12V, Icm 0.5 mA三极管可以满足要求。确定T1级基极电阻参数：取 Ir= 10 l BQ1 , V E1 = 3VR2=VbqiVei Vbe1Ir3 0.610I BQ1=57.6K ；： ,IR T BQ1CQ1 _0.5mA2 矿=0.00625mAR1 = Vcc -R2 =134.4K；： IR取 R1 = 130K , R2 = 56K3）耦合电容和旁路电容的选取fl决定。这些电容的容量越大则各级耦合电容及旁路电容应根据放大器的下限频率放大器的低频相响应越好。但容量越大电容漏电也越大，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。工程计算中，常凭经验选取：耦合电容： 210 F发射极旁路电容：150200 H选取耦合电容10 uF发射极旁路电容100yF,电容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) 反馈网络的计算Rf 丄 _Rf R4 =100f FVR4Rf = 100R4-R4=5.5K取 Rf = 5.6K , Cf=10 犷根据上述的计算结果，得到电路图1-6,可将电路仿真，如不能达到设计要求，修改电路使其达到设计要求。然后将仿真后的电路实际安装调试。C133 ifR1130 kOtimR312 kCtim0210lfR668 k OhmRB 心m尹122N2222 T33N2222Vcc12VHiT12N2222 Rf5.6 k Ohtn VvVR456 OhmR2 *SBkOlWlS R5 I CelR728kOhrrR1D3kOIW10UFSJSkOhm100 UF图1-6前置放大级电路图3 功放级参数确定1) 确定电源电压：为了保证电路安全可靠地工作，通常使电路的最大输出功率Pom比额定输出功率 Po要大些，一般取：Pom= ( 1.5 2 ) Po所以最大输出电压应根据Pom来计算，为：Vom =. 2PomRL 二.2 0.5 8 =2.8V电源电压必须大于 Vom，因为输出电压为最大值时，输出管已经接近饱和，考虑到管子的饱和压降，以及发射极电阻的降压作用，我们用下式表示电源电压和输出电压最大值 的关系：Vom=n Vcc/21 1即：VCC=2 Vom =2%j2PmRL其中n称为电源利用效率，一般取：n =0.6 0.8n值。如果上述因素使输出电要根据管子的材料、发射极电阻值和扬声器阻抗来选定 压降低很多时，n可选低些；反之可选高些。此设计中 Pom=0.25W, Rl = 8 Q,效率 n 50%所以，VCC= 2Vom =2 2PomR L =2 ：2 025 8 =8V由此可确定12V的电源可满足放大电路和OTL功率放大电路的要求。2）确定输出级功放管参数：选择合适的功率管，并使两管传=6，参数尽量对称，大功率管还应考虑其工作环境的温度以及散热片的问题，为了满足电路性能要求，并便于设计计算，本课题功率管选择 硅管，其极限参数应满足：厂 BV CEO V CEmax,ICM I Cmax ； Pc max。j BV CEO V CEmax2 Vcc/2=12VVccICM I Cmax =VomRL2 -Vces 6_1625mARl8Pcm Pc max = 0.2Pom=0.2 0.25W=50mW。因此选用一般大功率管三极管可以满足要求。3）计算推动级电路：确定T4的工作电流：为保证信号不失真，T4工作在甲类放大状态，静态工作点应设在负载线的中点要求：ICQ4 3 B6 max：、3竺 mX般取Icq4 = 2 10 mA此设计中取值 Icq4 = 10 mA。1静态时，OTL电路的A点电位 Va= 2 Vcc = 6V，所以，Vces4取2 3V。Vc4=6 V BE6 = 5.5VVc4= V CES4 + I CQ4 Rl5 确定 Ri5=250 Q。厂 I RF= ( 5 10 ) I BQ4 =(5 10 )ICQ4VB4=V E4+ V BE4 = I CQ4 Rl5+ V BE4=3.1VRl4 =Vb43.1TRP0.625mA-4.96K： 1Rp =Va -VB41 RP6 _3.1ICQ4厂6 3.10.625mA=4.64K价取80,选取电阻 标称值R15为270 Q、R14为5.1K Q、RP为10K电位器。4）确定输出级静态工作点及电阻参数：静态时，OTL 电路的 A 点电位 Va= - Vcc = 6V，则 Vbq5=6.5V , Vbq6=5.5V。则:R13_VbQ5 VbQ6I CQ46.5 -5.510mA=1 0R11 R12 气BQ51 CQ412 510mA=550，*R11 12Q Ohm R125430 OhmB iI C4| 10 uFC310 uF5.1RM k OhmtoT4 2N2222RP(RJ/10 k Ohm /BO%T5-UBD243CC5 470 uF AVCU12 V4 T6 、BD244CRlEt OhmCe41DD uF27图1-7功放输出级电路图六. 调试方法1 仿真调试步骤：通过仿真测试，如不能达到设计要求，则应修改电路，使其满足要 求。1）使用仿真软件画出电路原理图，标出节点。2）对电路进行直流分析，判断放大电路及功放级的电路状态。3）对电路进行交流分析，通过对不同节点的分析观察其幅频特性和相频特性是否满 足设计要求。4）对电路进行瞬态分析 （示波器），观察放大级输出的波形， 波形不失真， 输出电压、 失真度、带宽等指标达到要求。2实际电路调试 在仿真的基础上，焊好电路并检查无误后，即可进行调试。如果设计正确，前置放大 级一般不必调整就可以正常工作。3OTL 输出级的简单调整方法：1）调解 Rp 使 A 点电位为 Vcc/2 。2）调解 R13 使 I CQ4、5 = （ 5 10） m A其中 1）、 2）两步要反复调解，直到达到要求为止。经上述调试后，放大器就能正常工作。按图 1-1 接好线路， K 拨在图中位置，对着 Y2 讲话时， Y1 处应能听到 Y1 放出的清晰、宏亮的声音。当 K 拨到另一位置时， ，对着 Y1 讲话时， Y2 处应能听到 Y1 放出的清晰、宏亮的声音。最后需要说明的是，如按图 1-1 接好线路后，扬声器中有广播电台的声音，则应放在 放大器的输入端与地之间接一电容，其容量为0.01 uF,也可由试验确定。七 . 所用仪器设备1计算机及电路仿真软件。2/亠 口 4 z-k信号发生器。3示波器。4稳压电源。5晶体管毫伏表。6万用表。课题二直流稳压电源与充电电源一.直流稳压电源与充电电源的任务：设计一直流稳压电源与充电电源电路，输出电压有3V、6V两档，且正负极性可以转换。整机直流稳压电源与充电电源电路整体电路框图，如图2-1所示。图2-1整体电路框图1 整流滤波电路采用桥式整流电容滤波电路。2稳压电路采用带有限流型保护电路的晶体管串联稳压电路。3充电电路采用两个晶体管恒流源电路。二. 主要技术指标：1. 输出电压：3V、6V两档，且正负极性可以转换。2. 输出电流：额定电流为 150mA，最大电流 500 mA。3. 额定电流输出时， Uo/Uo小于0%。4. 能对4节5号或7号可充电电池曼充I或快充llo慢充的充电电流为 50mA60mA ，快充的充电电流为 110mA130mA 。三. 直流稳压电源与充电电源的设计方案：整体电路的设计应由后级往前级进行。即先设计稳压电路，再设计充电电路，最后设 计整流滤波电路。2-2所示。1. 稳压电路设计。稳压电路采用带有限流保护电路的晶体管串联稳压电路，其方框图如图图2-2稳压电路原理框图Uo电路基本设计方案如下：1) .由于稳压输出电流Io100mA，因此调整管采用复合管。2） 提供基准电压的稳压管可以用发光二极管LED代替（工作电压约为 2V）,兼做电 源指示灯使用。3）由于Uo为3V、6V两档固定值，且不要求可调，因此可将取样电路的取样电阻分 为两个，用1X2波段开关进行转换。4）输出端用2 X波段开关来转换Uo极性。5） 过载保护电路采用二极管限流保护电路，且二极管用发光二极管LED代替，兼做 过流指示灯使用。稳压电源原理如图2-3所示。R2?R4LED1 旬图2-3稳压电源原理图:6FUoS2辍性转换2. 元件参数计算方法：1） 确定输入电压 Ui （整流滤波电路输出电压Uo）。当忽略检测电阻 R2上的电压时，有Ui=Uo =Uomax+UcEi=6+ U cei式中，调整管压降 Ucei 一般在3V8V间选取，以保证 T1能工作在放大区。当市电电 网电压波动不大时，Ucei可选小一些，此时调整管和电源变压器的功耗也可以小一些。2）确定晶体管。估算出晶体管的Icmax、Ucemax和Pcmax值，再根据晶体管的极限参数 Icm、BUceo、 Pcm来选择晶体管。Icmax lo=150nAUcemax = Ui -Uomin = Ui -3Pcmax = Icmax Ucemax查晶体管手册，只要Icm、BUceo、Pcm大于上述计算值的晶体管都可以作为调整管T1所用。T2、T3由于电流电压都不大，功耗也小，因此不需要计算其值，一般可选用小功率管。3）确定基准电压电路的基准电压。因为 Uo =1（UZ UBE3），所以 Uz =nUo -UBE3n贝U Uz nUo式中，n为取样电路的取样比(分压比)，且n 1 一般为0.60.8之间，所以Uz应小 于Uomin (3V)。LED的工作电压约为1.8 2.4V，且其正向特性曲线较陡，因此它可以代 替稳压管提供基准电压。4) 计算基准电压电路的限流电阻R3。限流电路如图 2-4所示。1 DR3 亠1 E3UO -UzR3JE3式中，UZ为LED的工作电压，其值可取 2V ; ID为LED的工作电流，在 2mA10 mA 间取值；lE3为T3的工作电流，可在 0.5mA2 mA间取值。当lE3的值选定后，为保证 LED能完全可靠的工作，R3的取值应满足条件:2 mA Id 2mA3 _UZ2E3当Uo =Uomax=6V 时，lD最大，即UO max -uzR36 _U：zIE3R3 JE3 ：10mA得 R3F _上3因此有旦生:：:R3 ：丄吃10E32七3在取值范围内，R3因尽量取大一些，这样有利于 应取标称值。5)计算基准电压电路的功率。可依据以下公式计算出相关功率的值。“(UomaxUz)2 (6-JUz)2PR3 =R3= R3需要注意的是，计算出的电阻功率也应取标称值。3RL1V ;其次，Uce选定后，再用下式计算电阻R11的值。1 O2R1。亠Uce _0.7IO2R9UoI DR7iReLED3( L JI01IbUoIReAAAr_LED4( 亠IdIbIO2RIDih图2-8慢充电路原理图图2-9快充电路原理图2-10所示。3. 整流滤波电路 流滤波电路部分的设计采用桥式整流、电容滤波电路，如图I21) 确定整流电路的输出电流 Io由整流输出电路如图 2- 11所示，当稳压电源和充电电路同时工作时:Io =o+ (I1+I2+I3) +14 ( 1.1 - 1.2 ) Io + ( Io1 + Io2 )式中，(11+I2+I 3)的取值范围是(0.1- 0.2 ) Io、I01、I02为慢充和快充的充电电流。2) 取定电源变压器参数次级线圈电压:U2二 U。一1.1 1.2次级线圈电流：I2 = ( 1.0 1.1 ) Io功率：P=U2 I23) 确定整流二极管额疋整流电流： Idm最高反向工作电压：U RM 2 U24）确定滤波电容容量：C1 （3 5）丄2RlI式中，T=20ms （输入交流电流的周期），Rl=-（整流滤波电路的负载）IO耐压：U沁1.5 UO 和C1的容量耐压均应取标称值。I o=150mA11Uo1如3IoT1图2-11整流输岀电路4. 整机电路_才C1 T 470 uF6VR61 h OhmCZS3T47LED3 (社?1N400I十冋19.1 Olwnii-AA/LiD4 ( 9. iri帧 RI11N40&1肿冷24 OhmI_W-|图2-12直流稳压电源与充电电源主体电路四电路仿真调试完成电路初步设计后，再对电路进行仿真调试，目的是为了观察和测量电路的性能指 标并调整部分元器件参数，从而达到各项指标的要求。五.PCB图设计与生成1 由仿真电路直接生成网络表；2 .调用Protel-PCB，并进行元件合理布局；3调用网络表，并自动布线；4PCB 图的人工调整； 5打印输出。六电路焊接与装配 1元件老化与抽样检验； 2元器件预处理； 3基于 PCB 板的元器件焊接与电路装配。七实际电路测试与改进选择测量仪表与仪器，对电路进行实际测量与调试。八所用仪器设备1. 计算机及电路仿真软件。2. 示波器。3. 万用表。课题三函数信号发生器一、函数信号发生器设计任务：设计一函数信号发生器，能输出方波和三角波两种波形。二、主要技术指标：1输出为方波和三角波两种波形，用开关切换输出；2 输出电压均为双极性；3 .输出阻抗均为 50 Q;4输出为方波时输出电压峰值为05V可调，输出信号频率为 200Hz 2KHz可调。5输出为三角波时输出电压峰值为05V可调，输出信号频率为 200Hz 2KHz可调。三函数信号发生器的设计方案：1方波发生器原理图方波发生器原理电路如图 3-1所示，在方波信号发生器电路的基础上增加了一级放大 器，目的是为了实现输出电压可调和输出阻抗为50QO2三角波发生器原理图三角波发生器原理电路如图3-2所示，在三角波信号发生器电路的基础上增加了一级放大器，目的是为了实现输出电压可调和输出阻抗为50Qo四、元器件及参数选择1方波信号发生器元器件及参数选择1) 运算放大器的选择根据指标要求，主要考虑双电源、通用、无需调零型的运放，可选择741、MC4558等即可。2) 电源电压的选择：选择正常的电源电压15V左右。3) .稳压二极管的选择：考虑输出电压和电源电压的要求，可选择稳压值约为10V的稳压管，例如IN4740等。R7R1rAAAiK3R2 -AAA/rEdR0R1CR8V2图3-2三角波发生器原理图4) .频率参数选择：输出信号的频率为 2002KHz可调，决定信号的频率的元件为Rfi、Rf2、C、R2、Ri。T =2RfCln(1 ：2虫)R1Rf = Rfi + Rf21R2-2RfCln(1 U22)Ri可取一0.47，则,R1 十 R 21 .f =2RfC =2(Rf1 +Rf2)C ，即 Rl=4.7k 外 R2=5.1K(Do电容可取Rf可取几千欧到几百千欧之间，为使频率可调，选择Rf2为电Rf2f -2000 Hz2RfC 2Rf1C,Rf2最大时，应有f2RfC200Hz 。2(Rf1 Rf2)C若取 C=0.033F,计算出 Rfi=7.6k Q Rf2=68.4k Q5) .幅度参数选择：输出信号的幅度为05V可调，决定信号的幅度的元件为R4、R5的参数，由于输出稳压管的电压幅度为 10V，所以要使R5是R4的一半，达到降压的目的，选择R4=10k Q, R5为4.7k Q的电位器。图3方誠发生器电路图2 三角波信号发生器元器件及参数选择1) .运算放大器、电源电压、稳压二极管的选择 同方波信号发生器的选择相同。2) .频率参数选择：输出信号的频率为 2002KHz可调，决定信号的频率的元件为R7、R4、C、4R1(R4 R7)CR2二R2_4R1(R4 R7)C可取R1 =i，则,r24 R7)C取Ri=10k Q, R2=10 k Q则UomhJuzuUz。电容可取1 uF以下的，R4+R7可取几千欧R2到几百千欧之间，为使频率可调，选择 R7为电位器。R7最小时，应有1初只4 R7)C12000 Hz4R4CR7最大时，应有1f200Hz4(R4 R7)C若取 C=0.033F,计算出 R7=3.8k Q、R4=34.2k Q。3) .幅度参数选择：输出信号的幅度为05V可调，决定信号的幅度的元件为R8、R9的参数，由于输出稳压管的电压幅度为 10V，所以要使R9是R8的一半，达到降压的目的，选择R8=10k Q, R9 为4.7k Q的电位器。15 V图曲三角波发生器电路图五电路仿真调试完成电路初步设计后，再对电路进行方正调试，目的是为了观察和测量电路的性能指 标并调整部分元器件参数，从而达到各项指标的要求。六. PCB图设计与生成1由仿真电路直接生成网络表；2 .调用Protel-PCB，并进行元件合理布局；3调用网络表，并自动布线；4. PCB图的人工调整；5打印输出。七. 电路焊接与装配1.元件老化与抽样检验；2元器件预处理；3. 基于PCB板的元器件焊接与电路装配。八. 实际电路测试与改进选择测量仪表与仪器，对电路进行实际测量与调试。附录：1晶体管知识一二极管1.特性参数：If正向直流电流：他定义为二极管低阻方向流过的电流，对整流管定义为，规定使用 条件下载阻性负载的正旋半波整流电路中允许连续通过的最大工作电流平均值，对硅开关 管，则规定为额定功率下允许通过二极管的最大正向脉冲电流。Ifm正向峰值电流：定义为额定功率下允许通过二极管的最大正向脉冲电流。Vf正向电压降：他定义为二极管通过额定电流时的电压降平均值。最高反向工作电压：对硅整流管，为击穿电压的2/3，对硅堆，规定为正旋半波阻性负载电路中正常工作时所加的最大反向峰值电压值。对锗检波管， 硅开关管规定为反向电流在极间产生的电压值。击穿电压：对于发生软击穿的如 ，锗检波，开关管，是指在给给定的反向电流的极间电 压值，对于硬击穿的整流开关管，则指反向特性曲线急剧转弯电的电压峰值。2 半导体分立器件的型号国标命名方法：半导体器件有5部分组成第一部分：用数字表示器件的电极数目。2, 二极管。3,三极管第二部分：用汉语拼音表示器件的材料极性。二极管：A,N锗材料，B,P锗材料，C,N硅材料，D,P硅材料， 三极管：A,PNP锗材料，B,NPN锗材料，C,PNP硅材料，D,NPN硅材料，E,化合物材料。第三部分：用汉语拼音表示器件的类型。P普通管，V微波管，W稳压管，C参量管，Z整流管，L整流堆，S隧道管，N阻尼 管，U光电管，X低频小功率，G高频小功率，D低频大功率，A高频大功率，T体效应 管，B雪崩管，J阶跃恢复管，CS场效应管，BT半导体特殊器件，FH复合管，PIN,PIN 管，JG激光管。第四部分：用数字表示器件的序号。第五部分：用汉语拼音表示规格号。（一）国产二极管的型号命名及含义第一部分：主称第二部分：材料与极性第三部分：类别第四部分：序号第五部分：规格号数字含义字母含义字母含义用数字表示同 一类别产品序 号用字母表示产品规 格、档次2二极 管AN型错材料P小信号管（普通管）W电压调整管和电压基准管 （稳压管）L整流堆BP型锗材料N阻尼管Z整流管U光电管CN型硅材料K开关管B或C变容管V混频检波管DP型硅材料JD激光管S遂道管CM磁敏管E化合物材料H恒流管Y体效应管EF发光二极管例如：2AP9（N型锗材料普通二极管）2二极管、A N型锗材料、P普通型、9序号2CW56（N型硅材料稳压二极管）2二极管、C N型硅材料、W稳压管、56序号3半导体二极管的简易判别半导体二极管上如果没有标记，可根据正向电阻较小、反向电阻较大这一特性利用多用电表的电阻挡，判断它的极性和好坏。对于耐压较低、电流较小的二极管只能用RX 1k或RX 100挡，不能用 RX 10k或RX 1挡，因为RX 10k挡电压较高，RX 1挡电流较大，可 能使二极管损坏。被测二极管正反向电阻相差越大越好。如果相差不大，表明二极管性能 不好或损坏。二三极管1特性参数：Hfe共发射极直流放大系数：当集电极电压与电流为规定值时，Ic与lb之比。Fhfe共发射极截止频率：定义为当hfe下降至1khz时的0.707 （即3db）的频率。F0特征频率：当频率足够高时，hfe将以每被频程下降6db的速度下降，ft定义为hfe=1 的频率。I cbo发射极开路，集电极与基极电压为规定值时的集电极电流。 Iceo基极开路，集电极与发射极电压为规定值时的集电极电流。 ICM集电极的最大允许电流。Pcm集电极最大允许耗散功率。Vcbo发射极开路，集电极，基极的击穿电压。VCEO基极开路，集电极，发射极的击穿电压。Vebo集电极开路，发射机，基极的击穿电压。1）日本半导体器件的命名方法： 第一部分：用数字表示器件的电极数， 第二部分：S:已在日本电子工业协会（ 第三部分：用字母表示材料的类型：0,光电管，1二极管，2三极管。JEIA）注册的标志。2 三极管的型号命名方法（二）国产三极管的型号命名方法第一部分： 主称第二部分： 三极管的材料和特性第三部分：类别第四部分： 序号第五部分： 规格号数字含义字母含义字母含义用数字表示冋 一类型产品的 序号用字母A或B、C、D等表示同一型 号的器件的档 次等3三极管A错材料、PNP型G高频小功率管X低频小功率管B错材料、NPN型A高频大功率管D低频大功率管C硅材料、NPN型T闸流管K开关管D硅材料、NPN型V微波管B雪崩管E化合物材料J阶跃恢复管U光敏管（光电管）J结型场效应晶体管A,PNP 高频， B,PNP 低频， C,NPN 高频， D,NPN 低频， F, P 控制极可控硅， G, N 控制极可控硅，H, N基极单结晶体管，J, P沟道场效应管，K, N沟道场效应管，M,双向 可控硅。第四部分：器件在 JEIA 的登记号，性能相同，但不同厂家的产品可用同号。 第五部分： A,B,C, 表示该型号是原型号的改进型号。 除以上基本符号外，有时还附有一些后缀，如：M:表示器件符合日本海上自卫队参谋部有关标准。N,（外加圈）符合日本广播协会标准。 H,（外加圈）日立通信用， K,（外加圈）日立通信用， Z,（外加圈）松下通信用G,（外加圈）东芝通信用S,（外加圈）三洋通信用。后缀的第二个字母通 常表示 HEF 分档标志。2）美国半导体器件的命名方法：美国半导体器件的命名比较混乱，这里介绍的是美国电子工业协会（EIA ）规定的晶体管分立器件的命名法。第一部分：用符号表示用途和类别，JAN,或J军用。无，民用。第二部分：用数字表示 PN 结数， 1，二极管， 2 ，三极管。第三部分： 美国电子工业协会（ EIA ）注册标志 ,N 第四部分： 美国电子工业协会（ EIA ）登记序号。第五部分： 同型号的不同档别， A,B,C美国半导体器件的命名特点：a 除前缀以外， 凡以 1N,2N,3N 开头的器件， 大多为美国制造，或美国专利。b.第四部分只是登记序号，无其他意义，所以相邻号参数也许相差很大。C.不同厂家生产性能一致的器件使用同一登记号，故可以通用。3）欧洲半导体分立器件的型号命名方法： 目前欧洲各国没有明确统一的型号命名方法，但大部分欧洲共同体的国家一般使用国际电子联合会的标准版导体分立器件的型号命名方法。第一部分：用字母表示材料： A 锗材料， B 硅材料， C 砷化钾， D 锑化铟， R 复合材 料。第二部分：用字母表示类型。A检波开关和混频二极管，B变容二极管，C低频小功率三极管，D低频大功率三极管， E 隧道二极管， F 高频小功率三极管， H 磁敏二极管， K 开放磁路霍尔器件， M 密封磁路 霍尔器件， P 光敏器件， Q 发光器件， R 小功率可控硅， T 大功率可控硅， U 大功率开关管，X倍增二极管， Y整流二极管，Z齐纳二极管丄高频大功率管,S小功率开关管 第三部分：通用半导体器件的登记序号。第四部分：同一型号器件的分档标志。3.中、小功率三极管的检测方法1）已知型号和管脚排列的三极管，可按下述方法来判断其性能好坏（a）测量极间电阻。将万用表置于 RX100或Rxik挡，按照红、黑表笔的六种不同接 法进行测试。其中，发射结和集电结的正向电阻值比较低，其他四种接法测得的电阻值都 很高，约为几百千欧至无穷大。但不管是低阻还是高阻，硅材料三极管的极间电阻要比锗材料三极管的极间电阻大得多。(b) 三极管的穿透电流 ICEO的数值近似等于管子的倍数3和集电结的反向电流ICBO的乘积。ICBO随着环境温度的升高而增长很快，ICBO的增加必然造成ICEO的增大。而ICEO的增大将直接影响管子工作的稳定性，所以在使用中应尽量选用ICEO小的管子。通过用万用表电阻直接测量三极管e c极之间的电阻方法，可间接估计ICEO的大小，具体方法如下：万用表电阻的量程一般选用RX100或RX1k挡，对于PNP管，黑表管接e极，红表笔接c极，对于NPN型三极管，黑表笔接 c极，红表笔接e极。要求测得的电阻越大