简易有线电报机的原理与制作课件

一、有线电报机的原理一、有线电报机的原理 人工电报机是由人来按动人工电报机是由人来按动电键，使电键接点开闭，形成电键，使电键接点开闭，形成“点点”、“划划”和和“间隔间隔”信信号，经电路传输出去，收报端号，经电路传输出去，收报端接到这种电信号后，接到这种电信号后，产生出产生出“嘀嘀”、“嗒嗒”声，声，“嘀嘀”声为声为“点点”，“嗒嗒”声为声为“划划”，供收报员收听抄报。供收报员收听抄报。1837年，莫尔斯设计出了著名且简单的电码，称为莫年，莫尔斯设计出了著名且简单的电码，称为莫尔斯电码，它是利用尔斯电码，它是利用“点点”、“划划”和和“间隔间隔”（实际上（实际上就是时间长短不一的电脉冲信号）的不同组合来表示字母、就是时间长短不一的电脉冲信号）的不同组合来表示字母、数字、标点和符号。数字、标点和符号。一、有线电报机的原理 人工电报机是由人来按动1简易无线光简易无线光通信机的原通信机的原理与制作理与制作 莫尔斯电码由报务员用电键发送。电键实际上是一个莫尔斯电码由报务员用电键发送。电键实际上是一个易于持久操作的开关，由按键时间的长短来决定点或划。易于持久操作的开关，由按键时间的长短来决定点或划。收报机在匀速前进的纸带上划出长短不同的符号，或者用收报机在匀速前进的纸带上划出长短不同的符号，或者用声响等方法来显示出所收到的电码，声响等方法来显示出所收到的电码，报务员由此录出字符报务员由此录出字符电文。这种通报方式称为人工电报。电文。这种通报方式称为人工电报。一、有线电报机的原理一、有线电报机的原理发报机发报机收报机收报机传输电缆传输电缆简易信号发简易信号发生器的原理生器的原理与制作与制作 简易有线电简易有线电报机的原理报机的原理与制作与制作 简易无线光通信机的原理与制作 莫尔斯电码由报2二、题目分解二、题目分解简易无线光简易无线光通信机的原通信机的原理与制作理与制作 发报机发报机收报机收报机传输电缆传输电缆简易信号发简易信号发生器的原理生器的原理与制作与制作 简易有线电简易有线电报机的原理报机的原理与制作与制作 小信号电小信号电压放大压放大功率功率放大放大几个几个mV几几V本质上就是制作本质上就是制作一个扩音器一个扩音器二、题目分解简易无线光通信机的原理与制作 发报机收报机传输电3小信号电小信号电压放大压放大功率功率放大放大几个几个mV几几V二、题目分解二、题目分解简易有线电报机简易有线电报机的原理与制作的原理与制作 简易信号发生器简易信号发生器的原理与制作的原理与制作 衰减网络衰减网络模拟传输模拟传输电缆电缆简易无线光通信简易无线光通信机的原理与制作机的原理与制作 光无线传光无线传输输考虑后期测试的可操作性，信号考虑后期测试的可操作性，信号发生器产生的源可直接发生器产生的源可直接用信号源用信号源提供，提供，也可以选择话筒信号代替，也可以选择话筒信号代替，感受听音效果。感受听音效果。小信号电压放大功率放大几个mV几V二、题目分解简易有线电报机4三、指标要求三、指标要求小信号电小信号电压放大压放大功率功率放大放大几个几个mV几几V采用分离元件设计一扩音装置，要求达到以下技术指标：采用分离元件设计一扩音装置，要求达到以下技术指标：负载阻抗：负载阻抗：RL=8 的扬声器（可用耳机），的扬声器（可用耳机），测试时考虑用测试时考虑用RL=8 的电阻代替的电阻代替音频信号频率范围：音频信号频率范围：20Hz 20kHz额定输出功率：额定输出功率：设计任务与要求：设计任务与要求：信号源输入信号源输入5mV的单频信号的单频信号 （话筒输入时：驻极体话筒输出信号约（话筒输入时：驻极体话筒输出信号约5mV）三、指标要求小信号电压放大功率放大几个mV几V采用分离元件设5四、基本原理四、基本原理1 1、设计方案、设计方案5mV50mVMICLINE90k 10k 注意：制作时一定要考虑后期的测注意：制作时一定要考虑后期的测试，必须预留测试接口试，必须预留测试接口调试时，用一个调试时，用一个8欧欧姆的电阻代替姆的电阻代替四、基本原理1、设计方案5mV50mVMICLINE90k65mV1、设计方案、设计方案可以用你们已经制作的电源可以用你们已经制作的电源（如果满足本设计要求），否（如果满足本设计要求），否则就用实验室的直流稳压源则就用实验室的直流稳压源涉及甲乙类功率放大的涉及甲乙类功率放大的原理与设计以及交越失原理与设计以及交越失真的克服方法真的克服方法涉及涉及BJT基本放大器、多基本放大器、多级放大器以及负反馈放大级放大器以及负反馈放大器的分析设计方法器的分析设计方法多级放大器的级联需多级放大器的级联需要考虑电源去耦电路要考虑电源去耦电路设计以及阻抗问题设计以及阻抗问题四、基本原理四、基本原理5mV1、设计方案可以用你们已经制作的电源（如果满足本设计要72、话筒输入电路设计、话筒输入电路设计由于话筒的输出阻抗在由于话筒的输出阻抗在2k 左右左右，因此，因此RD至少要在至少要在10k 以上才能满足要求。以上才能满足要求。驻极体话筒：驻极体话筒：约约5mV四、基本原理四、基本原理2、话筒输入电路设计由于话筒的输出阻抗在2k左右，因此RD8简易有线电报机的原理与制作课件93、小信号电压放大电路设计、小信号电压放大电路设计BJTBJT三种基本组态三种基本组态:共集电极接法（共集电极接法（CC）共基极接法（共基极接法（CB）共发射极接法（共发射极接法（CE）四、基本原理四、基本原理3、小信号电压放大电路设计BJT三种基本组态:共集电极接法（10BJT三种基本组态放大器性能比较三种基本组态放大器性能比较四、基本原理四、基本原理BJT三种基本组态放大器性能比较四、基本原理11共集放大器电路特点：共集放大器电路特点：1）Av 1但仍具有电流放大作用，因而输出功率仍得到放大。但仍具有电流放大作用，因而输出功率仍得到放大。，即，即CC放大器没有电压放大作用，放大器没有电压放大作用，由于通常有：由于通常有：故：故：称为射极跟随器，简称称为射极跟随器，简称射随器射随器2）Ri很大很大，即从信号源获取的电压也越大；，即从信号源获取的电压也越大；或者说或者说从信号源索取的功率小从信号源索取的功率小 常作为放大电路的第一级常作为放大电路的第一级3）Ro很小很小，表明带负载能力强。，表明带负载能力强。常作为放大电路的最末级常作为放大电路的最末级四、基本原理四、基本原理共集放大器电路特点：1）Av 1但仍具有电流放大作用，12共射放大器的动态范围分析：共射放大器的动态范围分析：放大器不失真的最大输出电压放大器不失真的最大输出电压放大器的动态范围：放大器的动态范围：当输入信号当输入信号的振幅不断增大时，的振幅不断增大时，BJT会进入截止区或会进入截止区或饱和区。饱和区。这时，放大器输出电压的波形会产生严重的失这时，放大器输出电压的波形会产生严重的失真现象。真现象。放大器的动态范围到底有多大？如何确定？放大器的动态范围到底有多大？如何确定？放大器不失真的最大输出电压的放大器不失真的最大输出电压的峰峰峰值峰值四、基本原理四、基本原理共射放大器的动态范围分析：放大器不失真的最大输出电压放大器的13直流负载线确定工作点直流负载线确定工作点Q直流负载线方程直流负载线方程 在放大器输出特性中表现为在放大器输出特性中表现为一条直线，称为一条直线，称为直流负载线。直流负载线。直流负载线与直流负载线与IB所对应曲线所对应曲线的交点就是的交点就是Q点点。可得可得Q点坐标：点坐标：VCE、IC。共射放大器的动态范围分析：共射放大器的动态范围分析：四、基本原理四、基本原理直流负载线确定工作点Q直流负载线方程 在放大器14交流负载线交流负载线交流通路交流通路:RCRBRL+-vsRs+-vo交流负载电阻交流负载电阻 放大器工作时瞬时工作放大器工作时瞬时工作点的运动轨迹。点的运动轨迹。共射放大器的动态范围分析：共射放大器的动态范围分析：四、基本原理四、基本原理交流负载线交流通路:RCRBRL+-vsRs+-vo交流15 放大器工作时瞬时工作点放大器工作时瞬时工作点的运动轨迹。的运动轨迹。令令则有：则有：将该直线方程画在将该直线方程画在平面上就是交流负载线。平面上就是交流负载线。RB+-vsRs+-vo共射放大器的动态范围分析：共射放大器的动态范围分析：四、基本原理四、基本原理 放大器工作时瞬时工作点的运动轨迹。令则有：将该直线方16画法：画法：过过Q点点（VCE，IC），斜率为），斜率为交流负载线：交流负载线：其中：其中：的直线。的直线。交流负载线交流负载线四、基本原理四、基本原理画法：过Q点（VCE，IC），斜率为交流负载线：其中：的直17输入交流信号时的图解分析输入交流信号时的图解分析:四、基本原理四、基本原理输入交流信号时的图解分析:四、基本原理18iCuCEuo Q点过低，信号进入截止区点过低，信号进入截止区输出波形输出波形输入波形输入波形ib放大电路产生截止失真放大电路产生截止失真四、基本原理四、基本原理iCuCEuo Q点过低，信号进入截止区输出波形输入波形ib19iCuCE Q点过点过高，信高，信号进入号进入饱和区饱和区放大电路产生饱和失真放大电路产生饱和失真ib输入波形输入波形uo输出波形输出波形四、基本原理四、基本原理iCuCE Q点过高，信号进入饱和区放大电路产生饱和失真ib20四、基本原理四、基本原理含电源引脚的符号含电源引脚的符号一般符号一般符号 反相输入端反相输入端 u同相输入端同相输入端 u+输出端输出端uo o国内符号：国内符号：国际符号：国际符号：四、基本原理集成运放的符号：含电源引脚的符号一般符号21输入电阻：输入电阻：很大很大 主要特性参数：主要特性参数：通用运放通用运放741：通用运放通用运放741：输出电阻：输出电阻：很小很小电压增益：电压增益：很大很大通用运放通用运放741：最大输出电压：最大输出电压：l实际上最大输出，一般低实际上最大输出，一般低于电源电压左右。于电源电压左右。l理想条件下，理想条件下，vomax=VCC四、基本原理四、基本原理输入电阻：很大 主要特性参数：通用运放741：通用运放74122同相放大器同相放大器注意对注意对此种电路有：此种电路有：R1viRfvoRPR1v+Rfvo可以推广到：可以推广到：四、基本原理四、基本原理同相放大器注意对此种电路有：R1viRfvoRPR1v+Rf23结论：结论：此种电路形式，在此种电路形式，在满足满足Rp=Rn条件下有：条件下有：四、基本原理四、基本原理同相放大器同相放大器结论：此种电路形式，在满足Rp=Rn条件下有：四、基本原理244、功率放大电路设计、功率放大电路设计 功率放大器的分类功率放大器的分类:信号在整个周期内信号在整个周期内BJT均导通。均导通。主要有四种基本类型：甲类、乙类、甲乙类和丙类主要有四种基本类型：甲类、乙类、甲乙类和丙类l 甲类功率放大器甲类功率放大器:l 乙类功率放大器乙类功率放大器:晶体管只在输入信号的半个周期内导通晶体管只在输入信号的半个周期内导通（另外半个周期截止）。（另外半个周期截止）。四、基本原理四、基本原理l 甲乙类功率放大器甲乙类功率放大器:l 丙类功率放大器丙类功率放大器:晶体管有一个很小的静态电流，导通晶体管有一个很小的静态电流，导通时间略大于输入信号的半个周期内导通。时间略大于输入信号的半个周期内导通。晶体管的导通时间小于输入信号的半个晶体管的导通时间小于输入信号的半个周期。周期。4、功率放大电路设计 功率放大器的分类:25四、基本原理四、基本原理 甲类功率放大器甲类功率放大器Q点设在放大器中间位置点设在放大器中间位置RL+-RB信号在整个周期内信号在整个周期内BJT均导通。均导通。四、基本原理 甲类功率放大器Q点设在放大器中间位置RL+-R26VP 输出电压振幅，输出电压振幅，忽略忽略VCES：考虑考虑VCES：VP 最大？最大？四、基本原理四、基本原理 甲类功率放大器甲类功率放大器RL+-RBVP 输出电压振幅，忽略VCES：考虑VCES：VP 最27四、基本原理四、基本原理 甲类功率放大器甲类功率放大器l 最大输出功率最大输出功率PLmax:最大振幅：最大振幅：RL+-RB四、基本原理 甲类功率放大器 最大输出功率PLmax:最大28四、基本原理四、基本原理 甲类功率放大器甲类功率放大器最大振幅：最大振幅：RL+-RBl 直流电源提供的平均功率直流电源提供的平均功率:假设输入正弦信号假设输入正弦信号:四、基本原理 甲类功率放大器最大振幅：RL+-RB 直流电29l 最大效率最大效率:说明说明:电源提供的功率在静态时和工作时相同。电源提供的功率在静态时和工作时相同。静态时静态时:晶体管反而安全。晶体管反而安全。最大输出时最大输出时:则则BJT的管耗：的管耗：则则BJT的管耗：的管耗：四、基本原理四、基本原理 甲类功率放大器甲类功率放大器RL+-RB 最大效率:说明:电源提供的功率在静态时和工作时相同。30RL+-RB四、基本原理四、基本原理 甲类功率放大器甲类功率放大器RE+-RBRLRRL+-RB四、基本原理 甲类功率放大器RE+-RBRLR31乙类功率放大器乙类功率放大器:1）工作原理）工作原理l 电路结构特点电路结构特点:l 静态分析静态分析:双管：双管：双双CC电路，电路，极性相反、特性相同；极性相反、特性相同；双对称电源供电；双对称电源供电；输入、输入、输出不加隔直电容。输出不加隔直电容。vi=0时，两个时，两个BJT均截止，输出电压均截止，输出电压vo=0l 动态分析动态分析:假设假设VON=0.7V，则当输入电压为正弦波时：，则当输入电压为正弦波时：当当，输出电压，输出电压vo仍为零仍为零+-QnRLQp四、基本原理四、基本原理乙类功率放大器:1）工作原理 电路结构特点:静态分析:32+-QnRLQp当当，输出电压，输出电压vo仍为零仍为零;vit0.7V-0.7Vvot乙类功率放大器乙类功率放大器:四、基本原理四、基本原理+-QnRLQp当，输出电压vo仍为零;vit0.7V-0.33当当vit0.7V-0.7Vvot ，则，则Qn导通，导通，Qp截止，电路类似于射极跟随截止，电路类似于射极跟随器，此时通过器，此时通过Qn提供的负载电流提供的负载电流iL为正。为正。+-QnRLQp乙类功率放大器乙类功率放大器:四、基本原理四、基本原理当vit0.7V-0.7Vvot 34当当vit0.7V-0.7Vvot ，则，则Qp导通，导通，Qn截止，电路类似于射极跟随截止，电路类似于射极跟随器，此时通过器，此时通过Qp提供的负载电流提供的负载电流iL为负。为负。+-QnRLQp乙类功率放大器乙类功率放大器:四、基本原理四、基本原理当vit0.7V-0.7Vvot 35vit0.7V-0.7VvotQp、Qn都只在半个周期内工作，称为乙类放大。都只在半个周期内工作，称为乙类放大。由于该电路在任何时刻总由于该电路在任何时刻总是一个是一个BJT导通，另一个截导通，另一个截止，因此，该电路称为止，因此，该电路称为互互补推挽功率放大电路补推挽功率放大电路。+-QnRLQp乙类功率放大器乙类功率放大器:四、基本原理四、基本原理vit0.7V-0.7VvotQp、Qn都只在半个周期内工作36vit0.7V-0.7Vvot存在的问题：存在的问题：没有一个没有一个BJT导通导通，即，即输入电压在负载上的电压为零，导致输出的波形失真。输入电压在负载上的电压为零，导致输出的波形失真。当当 时，时，失真是由晶体管交替失真是由晶体管交替工作时产生的，所以工作时产生的，所以称为交越失真。称为交越失真。+-QnRLQp乙类功率放大器乙类功率放大器:四、基本原理四、基本原理vit0.7V-0.7Vvot存在的问题：37甲乙类功率放大器甲乙类功率放大器 为了消除交越失真，为了消除交越失真，需要在静态时给每个晶体管加上需要在静态时给每个晶体管加上一个很小的直流偏置，以使输入交流电压在整个周期内一个很小的直流偏置，以使输入交流电压在整个周期内的所有值上都在负载上产生输出。这样的功率放大器称的所有值上都在负载上产生输出。这样的功率放大器称为为甲乙类功率放大器。其效率略小于乙类功率放大器。甲乙类功率放大器。其效率略小于乙类功率放大器。l 利用用二极管偏置的甲乙类功率放大器利用用二极管偏置的甲乙类功率放大器l 采用采用VBE倍增器提供偏量的甲乙类功率放大器。倍增器提供偏量的甲乙类功率放大器。常用的实现电路：常用的实现电路：四、基本原理四、基本原理甲乙类功率放大器 为了消除交越失真，需要在静态时38l 最大集射电压（最大集射电压（BVCEO）避免反偏的集电结击穿避免反偏的集电结击穿l 最大集电极电流（最大集电极电流（ICmax）l 最大管耗功率（最大管耗功率（PTmax）即：要求即：要求VCE=2VCC BVCEO+-QnRLQp四、基本原理四、基本原理功率管的极限参数功率管的极限参数:最大集射电压（BVCEO）避免反偏的集电结击穿 最39小信号电小信号电压放大压放大功率功率放大放大几个几个mV几几V五、本次设计建议五、本次设计建议采用甲类功放采用甲类功放采用运放实现采用运放实现小信号电压放大功率放大几个mV几V五、本次设计建议采用甲类功40Thank You!41