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1、沈阳理工大学课程设计1 反相比例运算电路1.1 综述 反相比例运算电路实际上是深度的电压并联负反馈电路。在理想情况下，反相输入端的电位等于零，称为“虚地”。因此加在集成运放输入端的共模电压很小。输出电压与输入电压的幅值成正比，但相位相反，因此，电路实现了反相比例运算。比例系数的数值决定于电阻RF与R1之比，而与集成运放内部各项参数无关。只要RF和R1的阻值比较准确和稳定，即可得到准确额比例运算关系。比例系数的数值可以大于或等于1，也可以小于1。由于引入了深度电压并联负反馈，因此电路的输入电阻不高，而输出电阻很低。1.2 工作原理 1.2.1 原理图说明图1.2.1.1 反相比例运算电路如图所示
2、，输入电压V1经电阻R1接到集成运放的反相输入端，运放的同相输入端经电阻R2接地。输出电压经反馈电阻RF引回到反相输入端。集成运放的反相输入端和同相输入端，实际上是运放内部输入级两个差分对管的基极。为使差分放大电路的参数保持对称，应使两个差分对管基极对地的电阻尽量一致，以免静态基流流过这两个电阻时，在运放输入端产生附加的偏差电压。因此，通常选择R2的阻值为R2=R1RF经过分析可知，反相比例运算电路中反馈的组态是电压并联负反馈。由于集成运放的开环差模增益很高，因此容易满足深度负反馈的条件，故可以认为集成运放工作在线性区。所以，可以利用理想运放工作在线性区时“虚短”和“虚断”的特点来分析反相比例
3、运算电路的输出输入关系。由于“虚断”，U+=0 又因“虚短”，可得 U-=U+=0由于 I-=0 , 则由图可见 II=IF即 （UI-U-）/R1=(UU0)/RF 上式中U-=0,由此可求得反相比例运算电路的输出电压与输入电压的关系为U0=-RFUI/R11.2.2 元件表元件名称大小数量集成运算放大器7411直流电源1V1电阻6.8K110K120K11.3 仿真结果分析 图1.3.1 仿真分析结果图由于输入电压为1V，所以根据公式可得输出电压为-1.997，符合理论。2 音频功率放大器2.1 综述功率放大器，简称“功放”。很多情况下主机的额定输出功率不能胜任带动整个音响系统的任务，这时
4、就要在主机和播放设备之间加装功率放大器来补充所需的功率缺口，而功率放大器在整个音响系统中起到了“组织、协调”的枢纽作用，在某种程度上主宰着整个系统能否提供良好的音质输出。音频放大电路是典型应用电路， 由一块TDA 2030和较少元件组成的音频放大电路、装置调整方便、性能指标好等突出的优点。特别是集成块内部设计有完整的保护电路，能自我保护。TDA2030是一块性能十分优良的功率放大集成电路，其主要特点是上升速率高、瞬态互调失真小，在目前流行的数十种功率放大集成电路中，规定瞬态互调失真指标的仅有包括TDA2030在内的几种。我们知道，瞬态互调失真是决定放大器品质的重要因素，该集成功放的一个重要优点
5、。2.2 工作原理 2.2.1 原理图说明图2.2.1.1 原理图此电路图中，利用了TDA2030的反相输出来稳定输出，同时正反馈中来进行放大，并且利用了二极管VD1、VD2来单向导电，然后在输出端口利用一个电阻和电容的并联关系来选择输出。另外元件数目也不是很多，操作实际可行。在总体网络中，我使用的是桥式振荡电路的原理电路，这个电路由两部分构成，即放大电路和选频网络电路。其中放大电路是有输入阻抗高和输出阻抗低的特点。而选频网络同时兼作正反馈网络。四臂电桥中，对角线顶点接到放大电路的两个输入端，桥式振荡电路的名称由此得来。图2.1.1.2 桥式振荡电路图2.3中所表示的RC串并联选频网络具有选频
6、作用，它的频率响应特征曲线具有明显的峰值。由图2.3有： 反馈网络的反馈系数为就实际的频率而言，可用替换，则得故当，则上式变为这就是说，当时，输出电压的幅值最大（当输入电压的幅值一定，而频率可调时），并且输出电压是输入电压的，同时输出电压与输入电压同相。在输出端中放置一个电位器（滑动变阻器），以此来选择信号的输入大小，这样就可以避免在电路中因为信号的过强而导致的饱和失真。因此在这里放置的一个滑动变阻器需要一个较大的阻值，以达到分压的目的，所以我们这里选择一个最大值为10K的滑动变阻器。在集成块TDA2030中正负输入端的两个电阻R1、R2，则是作为一个分压作用，以此对集成块进行电压信号的输入，
7、和反馈中的反馈网络的一部分。这样来进行工作。在正负工作电压旁接一个电容来抵消工作电流对于电路中的而影响，体现了电容“隔直流，通交流”的特点。这是由于它的阻抗是随电压频率变化所致，如其阻抗变化为：可以看出，其阻抗与频率成反比。在R3构成的负反馈网络中，由于R3R2，故在这里是基本上的原样输出，没有进行缩小，因为在输入端口的那里，就已经进行了分压调试。我们是做的是音频功率放大，则放大的倍数是我们所关心的，因而在R3与R4组成的负反馈的网络中，放大倍数为：通常这种音频功率放大中，放大倍数为300-1000倍左右，为了保证音频的带宽，我就选择较小的300倍，同时结合市面上常见电阻的阻值，故定，。本图中
8、还有两个为了稳压的稳压二极管D1和D2，因它们在运算放大器的集成块上进行工作，故要求其工作电压在12V上下。这样来确定他们最终是否能够正常工作。在信号输入端口中，由一个为了隔离直流噪声的电容C1。这个电容是工作在信号源旁，直接介入输入端，因而需要一个较高的击穿电压的电容，而且电容的取值不能太大，因而定为1uf同样，在电容中，在工作电压V1和V2的旁边分别有一个旁置电容，这两个电容都是为了隔离直流电源的电流，为了增加它的效率，因而我的电容的容抗取值较小，都是0.1uf。最后在输出端并联上一个电阻电容的串联，其中电阻是为了保证输出阻抗比较小，因而取值为 ，然后电容是为了隔离直流噪声信号，所以不需要
9、太大的容抗，选择了 。还可以防止在输出端的自激振荡，以造成意外结果。2.2.2 元件表元件名称大小数量(个)集成运算放大器TDA20301二极管MBR60452正弦波交流电源100mv1滑动变阻器1k1电阻1欧1680欧11k110k222k2电容0.1uf20.22uf11uf110uf222uf12.3 仿真结果分析在本电路图的软件仿真上，我使用的是Multisim 10.0的版本，进行了放大模拟分析，以正弦波信号源代替了音源，以一个电阻代替了喇叭。图2.3.1 仿真分析结果曲线可以看出来，输入是100mV（最大值）的电压，经过功率放大之后得到的是3.2-3.3V（最大值）的输出电压。30
10、0多倍的放大倍数可以满足我们的需求，并且同时也满足理论上的设计。3 心得体会这次模拟电子基础课程设计的学习，学到了很多关于模电理论方面和实践方面的知识，受益匪浅。我对这门课程设计非常感兴趣。不仅锻炼了自己的动手能力，也从一定程度上巩固了Multisim仿真软件的应用，亦加深了对模电功率放大器方面知识的理解。期间我发现了很多问题，经过反复思考与分析，发现原来许多理论的功率放大器原理图都与实践有很大的区别，我耐心的一个个对原理图进行分析，最后我们确定了自己的合理的原理图，进行了分析和元件参数的一定程度的修改。之后我们又对电路图进行了仿真。完成这次课程设计我觉得收获很多，不但进一步掌握了模电的知识及
11、一门专业仿真软件的基本操作，还提高了自己的设计能力及动手能力。更多的是让我看清了自己，明白了凡事需要耐心，实践是检验真理的唯一标准。理论知识的不足在这次实习中表现的很明显。这将有助于我今后的学习，端正自己的学习态度，从而更加努力的学习。4 参考文献1 邱关源.电路原理（五版）。北京:高等教育出版社,20062 曹丙霞.protel原理图设计。北京:电子工业出版社,20073 周开利,邓春晖.MATLAB基础及应用教程。北京:北京大学出版社，20074 张威.MATLAB6.0基础与编程与入门。西安:西安电子科技大学出版社，20075 张智星.MATLAB程序设计与应用。北京:清华大学出版社，20023
