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1、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 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
2、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
3、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。
4、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
5、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. 工作原理放大器abcdKY2Y1图1-1 对讲机原理图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
6、扬声器发出声音。Y1、Y2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Y1、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。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
7、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。输入级中间级输出级前置级信号源负载图1-2 放大器方框图二. 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：ri 15K；. 失真度： 15K），输出阻抗也不太低，负载取的电流也不大（RL=2K），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
8、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
9、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IR11、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Ui=Uimsint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
10、，形成输出电压UO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 -iR11 R2 ，电容C3两端电压UC3=UB-UA=Vcc/2iR11 R2 。当R11C4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UO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
11、为“自举”，意思是电路本身把UB提高了。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=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
12、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-VCEQ2=ICQ2 R8+VE2VCEQ2=ICQ2 VCEQ2 Vom+VCESR9=指标中，RL=2K，取VE2=3V，VCES=1V；确定R8=3.5K，R9=1.5K，取标称值，R8=3.3K，R9=1.5K，则静态值ICQ=2mA，VCEQ2=2.4V。VomVomQ（VCEQ，ICQ）2VCEQ Ec VCEVCEQICQ2ICQIC0VCES图1-5 交直流负载线b确定T2级三极管参数：晶体管的选取主
13、要依据晶体管的三个极限参数：BVCEO 三极管c-e间最大电压VCEmax，ICM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=2ICQ2，VCE最大值为VCE2max=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：BVCEO 12V ，ICM2ICQ2 = 4mA ；PCM VCEQ2 ICQ2 = 4.8mW。选用3DG系列小功率三极管可以满足要求，2=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IR IB 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VB2稳定同时第二级的输入电阻又不致太小，一般的计算时，按下式选取IR的值：IR=（5 10）IBQ 硅管IR=（10 15）
