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1、电子设计与制作基础,内容三 简易有线电报机的原理与制作,主讲教师：李朝海、鲍景富,一、有线电报机的原理,人工电报机是由人来按动电键，使电键接点开闭，形成“点”、“划”和“间隔”信号，经电路传输出去，收报端接到这种电信号后，产生出“嘀”、“嗒”声，“嘀”声为“点”，“嗒”声为“划”，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，称为莫尔斯电码，它是利用“点”、“划”和“间隔”（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、数字、标点和符号。,简易无线光通信机的原理与制作,莫尔斯电码由报务员用电键发送。电键实际上是一个易于持久操作的开关，由按键时间的长短来决定点或划。
2、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，报务员由此录出字符电文。这种通报方式称为人工电报。,一、有线电报机的原理,发报机,收报机,传输电缆,简易信号发生器的原理与制作,简易有线电报机的原理与制作,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,传输电缆,简易信号发生器的原理与制作,简易有线电报机的原理与制作,小信号电压放大,功率放大,几个mV,几V,本质上就是制作一个扩音器,小信号电压放大,功率放大,几个mV,几V,二、题目分解,简易有线电报机的原理与制作,简易信号发生器的原理与制作,衰减网络模拟传输电缆,简易无线光通信机的原理与制作,光无
3、线传输,考虑后期测试的可操作性，信号发生器产生的源可直接用信号源提供，也可以选择话筒信号代替，感受听音效果。,三、指标要求,小信号电压放大,功率放大,几个mV,几V,采用分离元件设计一扩音装置，要求达到以下技术指标：, 负载阻抗：RL=8 的扬声器（可用耳机）， 测试时考虑用RL=8 的电阻代替, 音频信号频率范围：20Hz 20kHz, 额定输出功率：,设计任务与要求：, 信号源输入5mV的单频信号 （话筒输入时：驻极体话筒输出信号约5mV）,四、基本原理,1、设计方案,5mV,50mV,MIC,LINE,注意：制作时一定要考虑后期的测试，必须预留测试接口,调试时，用一个8欧姆的电阻代替,5
4、mV,1、设计方案,可以用你们已经制作的电源（如果满足本设计要求），否则就用实验室的直流稳压源,涉及甲乙类功率放大的原理与设计以及交越失真的克服方法,涉及BJT基本放大器、多级放大器以及负反馈放大器的分析设计方法,多级放大器的级联需要考虑电源去耦电路设计以及阻抗问题,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RD至少要在10k以上才能满足要求。,驻极体话筒：,约5mV,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（CC）,共基极接法（CB）,共发射极接法（CE）,四、基本原理,BJT三种基本组态放大器性能比较,四、基本原理,共集放大器
5、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。,，即CC放大器没有电压放大作用，,由于通常有：,故：,称为射极跟随器，简称射随器,2） Ri很大,，即从信号源获取的电压也越大；或者说,从信号源索取的功率小,常作为放大电路的第一级,3） Ro很小,，表明带负载能力强。,常作为放大电路的最末级,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,放大器的动态范围：,当输入信号的振幅不断增大时，BJT会进入截止区或饱和区。这时，放大器输出电压的波形会产生严重的失真现象。,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峰峰值,四、基本
6、原理,直流负载线确定工作点Q,直流负载线方程,在放大器输出特性中表现为一条直线，称为直流负载线。,直流负载线与IB所对应曲线的交点就是Q点。,可得Q点坐标：VCE、IC。,共射放大器的动态范围分析：,四、基本原理,交流负载线,交流通路:,交流负载电阻,放大器工作时瞬时工作点的运动轨迹。,共射放大器的动态范围分析：,四、基本原理,放大器工作时瞬时工作点的运动轨迹。,令,则有：,将该直线方程画在,平面上就是交流负载线。,共射放大器的动态范围分析：,四、基本原理,画法：,过Q点（VCE，IC），斜率为,交流负载线：,其中：,的直线。,交流负载线,四、基本原理,输入交流信号时的图解分析:,四、基本原理
7、,uo,Q点过低，信号进入截止区,放大电路产生截止失真,四、基本原理,Q点过高，信号进入饱和区,放大电路产生饱和失真,四、基本原理,四、基本原理,集成运放的符号：,含电源引脚的符号,一般符号,国内符号：,国际符号：,输入电阻：很大,主要特性参数：,通用运放741：,通用运放741：,输出电阻：很小,电压增益：很大,通用运放741：,最大输出电压：,实际上最大输出，一般低于电源电压左右。,理想条件下，vomax=VCC,四、基本原理,同相放大器,注意对此种电路有：,R1,vi,Rf,vo,可以推广到：,四、基本原理,结论： 此种电路形式，在满足Rp=Rn条件下有：,四、基本原理,同相放大器,4、
8、功率放大电路设计,功率放大器的分类:,信号在整个周期内BJT均导通。,主要有四种基本类型：甲类、乙类、甲乙类和丙类,甲类功率放大器:,乙类功率放大器:,晶体管只在输入信号的半个周期内导通（另外半个周期截止）。,四、基本原理,甲乙类功率放大器:,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周期。,四、基本原理,甲类功率放大器,Q点设在放大器中间位置,信号在整个周期内BJT均导通。,VP 输出电压振幅，,忽略VCES：,考虑VCES：,VP 最大？,四、基本原理,甲类功率放大器,四、基本原理,甲类功率放大器,最大输出功率
9、PLmax:,最大振幅：,四、基本原理,甲类功率放大器,最大振幅：,直流电源提供的平均功率:,假设输入正弦信号:,最大效率:,说明:,电源提供的功率在静态时和工作时相同。, 静态时:,晶体管反而安全。, 最大输出时:,则BJT的管耗：,则BJT的管耗：,四、基本原理,甲类功率放大器,四、基本原理,甲类功率放大器,乙类功率放大器:,1）工作原理,电路结构特点:,静态分析:,双管：双CC电路，极性相反、特性相同；,双对称电源供电；,输入、输出不加隔直电容。,vi=0时，两个BJT均截止，输出电压vo=0,动态分析:,假设VON=0.7V，则当输入电压为正弦波时：,当,，输出电压vo仍为零,四、基本
10、原理,当,，输出电压vo仍为零;,0.7V,-0.7V,乙类功率放大器:,四、基本原理,当,0.7V,-0.7V,，则Qn导通，Qp截止，电路类似于射极跟随器，此时通过Qn提供的负载电流iL为正。,乙类功率放大器:,四、基本原理,当,0.7V,-0.7V,，则Qp导通，Qn截止，电路类似于射极跟随器，此时通过Qp提供的负载电流iL为负。,乙类功率放大器:,四、基本原理,0.7V,-0.7V,Qp、Qn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是一个BJT导通，另一个截止，因此，该电路称为互补推挽功率放大电路。,乙类功率放大器:,四、基本原理,0.7V,-0.7V,存在的问题：
11、,没有一个BJT导通，即输入电压在负载上的电压为零，导致输出的波形失真。,当 时，,失真是由晶体管交替工作时产生的，所以称为交越失真。,乙类功率放大器:,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的所有值上都在负载上产生输出。这样的功率放大器称为甲乙类功率放大器。其效率略小于乙类功率放大器。,利用用二极管偏置的甲乙类功率放大器,采用VBE倍增器提供偏量的甲乙类功率放大器。,常用的实现电路：,四、基本原理,最大集射电压（ BVCEO） 避免反偏的集电结击穿,最大集电极电流（ICmax）,最大管耗功率（PTmax）,即：要求VCE=2VCC BVCEO,四、基本原理,功率管的极限参数:,小信号电压放大,功率放大,几个mV,几V,五、本次设计建议,采用甲类功放,采用运放实现,Thank You !,
