模拟电路设计方案大全

实验一 单级阻容耦合放大器设计
目的：
1：晶体管放大电路的设计方法； 2：晶体管放大电路的测试； 重点：
电路指标测试； 难点：
电路设计与测试； 课时：6学时
一、设计任务书
1．已知条件
电源电压V cc =+12V,信号源U s =10mV,内阻R s =600Ω,负载R L =2k Ω。

2．主要技术指标
输入电阻R i >2k Ω,频率响应20Hz ～500kHz,输出电压U o ≥0.3V,输出电阻R O <5k Ω,电路工作稳定。

3．实验用仪器
双踪示波器一台，信号发生器一台，直流稳压电源一台，万用表一台。

二、电路设计 1．电路形式讨论
由于电压增益A V =U O /U S =30,采用一级放大电路即可，要求电路工作稳定，采用分压式电流负反馈偏置电路，输入电阻比较大和频率响应比较宽，引入一定的串联负反馈，电路如图。

2．具体电路设计
（1）静态工作点选择
I CQ =2mA,V BQ =3V （选择硅管） （2）晶体管的选择
78)
(2
=+=L
s i V R R R A β取100,
U CEO >V CC =12V,I CM >2I CQ =4mA, P CM >I CQ V CC =24mW, f T >1.5βf H =75MHz
选择9014:U CEO >20V,I CM >100mA, P CM >300mW,f T >80MHz,Cb'c<2.5pF （3）元件参数的计算
R E =(V BQ -0.7)/I CQ ≈1.2k Ω I BQ =I CQ /β=20μA 则
Ω==
k I V R BQ
BQ B 15102，R B2=15k Ω
Ω=-=
k I V V R BQ
BQ CC B 45101，取标称值47k Ω
Ω≈++=k mA I mV
r EQ be 6.1)
(26)
1(300β,
取R F =10Ω.则Ω=++=k R r R F be i 16.2)1('β
Ω==k R R R R i B B i 12.2////'21，取A V =40,
由''
i L s i i V R R R R R A β⨯+=，得Ω=k R L
34.1'
Ω≈-=k R R R R R L
L L
L c 06.4'
'，取3.9k Ω. F f R R C L
s i B μπ3.29)(210
=+=
,取33μF.
F f R R C L
L c c μπ5.13)(210
=+=
，取C C =C B =33μF.
F f R R r R R R C L
E F be
B B s E μβ
π260]//)1//////[(21
21=++=
，取330μF.
（3）核算
V R R R V V B B B CC BQ 9.22
12
=+=
,V EQ =V BQ -0.7=2.2V.
mA R R V I F
E EQ CQ 82.1=+=
,V CQ =V CC -I CQ R C =4.90V,V CEQ =V CQ -V EQ =2.7V.
Ω≈++=k mA I mV
r EQ be 74.1)
(26)
1(300β,Ω=++=k R r R F be i 75.2)1('β。

Ω==k R R R R i
B B i 21.2////'21,R O =R
C =3.9k Ω，15.37''
=⨯+=i
L
s i i V R R R R R A β
Hz C R R f B
s i LB 7.1)(210
=+=
π
Hz C R R f C
L c LC 82.0)(210
=+=
π
Hz C R R r R R R f E
E F be
B B s LE 1.15]//)1//////[(21
21=++=
β
π
Hz f f f f LE LC LB L 22.15222=++=
g m =I EQ mA/26mV=70mS,pF f g C T
m e b 33.1392'==
π,pF C R g C C c b L m e b 19.373)1(''
'=++=∑ kHz C
r R R R f be B B S H 790)////(210
21=∑
+=
π 三、电路安装与调试
1、安装好电路并检查无误后，接通电源（测电源两端电阻）。

2、调试工作点基本与设计值相符（测V CEQ ）。

3、测量技术指标并调试使之满足要求。

四、电路参数的测量及记录
1、记录调试后的元件参数
2、测量工作点及技术指标 五、误差分析
=⨯∆=
%100V V AV A A γ ； =⨯∆=%100i i
R R R i γ =⨯∆=
%100O O R R R O
γ ； =⨯∆=%100H
H f f f
H γ 产生误差的原因
1、测量仪器不准及测量人员的读数误差。

2、元件参数的示值误差。

3、工程近似计算引入的理论误差。

实验二音频前置放大器的放大电路设计
目的：
1：集成放大电路的设计方法；
2：集成放大电路的测试；
重点：
电路指标测试；
难点：
电路设计与测试；
课时：6学时
一、设计任务书
设计一个卡拉OK混音电路，将话筒语音信号与放音机的音乐混合。

要求：
1、单电源工作方式。

2、话筒：输出信号最大幅度为U S!=5mV，内阻R S!=20Ω，信号带宽为50Hz——10kHz。

3、放音机：输出信号最大幅度为U S2=100mV，内阻R S2=600Ω，信号带宽为20Hz——20kHz。

4、混音输出：输出最大电压幅度为U om=3V，负载为R L=4.7kΩ，信号带宽为20Hz——20kHz。

二、设计方案
话筒信号的放大倍数为A V1=3V/5mV=600，由两个运放完成：一个前置放大，一个混音放大。

放音信号的放大倍数为A V2=3V/100mV=30，由混音放大完成，电路基本框图和增益分配如下：
话筒混音输出放音机
三、具体电路设计
1、运放的选择
V CC>2U om+2=8V取9V
B·G>BW f·A Vf=f H·A vmax=20K×30=6×105Hz
S R>2πf H U om=2π×20k×3=0.38V/μs
I om>2U om/R L=1.28mAU omax>V om=3V
选用μA741,参数为:
V CC>30VV Rmax=13VI om=20mA
Av(dB)=100dB(105倍）BW=10Hz
B·G=A V·BW=106HzSR=0.5V/μs
r i=2MΩr o=75Ω
2、混音电路的设计
采用反相放大方式可减少串扰，电路如图
由于有强直流负反馈，
取R 21=R 22=10k Ω，分得中点电位
Ω=-=k A r r R vf o i 22.482/)1(25，取47k Ω
R 23=R 25/A V21=1.57k Ω取1.5k Ω R 24=R 23/A V22-R S2=0.97k Ω取910Ω
F R f C L μπ2.21210
23
121==
，取22μF
F R R f C S L μπ27.5)
(210
224222=+=
，取10μF
F R f C L
L μπ9.16210
222==
，取22μF
3、前置级的设计
由于输入信号较小，需高输入电阻，采用同相放大方式，电路如图。

由于有强直流负反馈，
取R 11=R 12=10k Ω，分得中点电位
Ω==k A r r R vf o i 73.382/13，取39k Ω
R 14=R 13/(A V11-1)=2.05k Ω取2k Ω
F R R R f C S L μπ63.0)
//(21
11211111=+=
，取1μF
649)1(////23
2514131121112
1121111=⨯+⨯+=
⨯=R R R R R R R R R A A A S V V V ,U om1=A V1U S1=3.2V
31.3124
2524224
222=⨯+=
=R R R R R A A S V V ,U om2=A V2U S2=3.11V
Hz R R R C f S L 7.31)//(21112111111=+=
π,Hz R C f L L 8.421
2121==π
Hz R R C f S L 55.10)(212242222=+=
π,Hz R C f L
L 54.121
2323==π
Hz f f f f L L L L 1.322232212111=++=
,Hz f f f L L L 66.102232222=+=
kHz A G B f V H 50111=∙=
,kHz A G
B f V H 33.3322
2=∙= Hz f
f
f H H H 73.27/1/1122
2
1
11=+=
四、安装调试
1、安装电路，检查无误后接通电源。

2、调试运放，使其工作于放大状态，（测量静态输出V O ≈0.5V CC ）。

3、测量性能指标，并调试使之满足要求。

五、性能指标
实验三直流稳压电路设计
目的：
1：整流滤波电路的设计方法；
2：稳压电路的设计方法；
重点：
电路指标和电路器件的选择；
难点：
电路器件的选择；
课时：6学时
设计要求：
设计一集成直流稳压电源。

指标要求：U O=+3V～＋9V,I Omax=800mA，∆U O≤3mV，S r=≤3×10-3。

一、理论设计：
(1)选定集成稳压器，确定电路型式
图5.5.17 设计举例题的实验电路
选可调式三端稳压器CW317(LM317)，其特性参数为：U O=1.2～37V，I Omax=1.5A，最小输入输出压差(U I-U O)min=3V，最大输出压差(U I-U O)min= 40V，均满足性能指标要求。

所组成的稳压电源的电路如图5.5.17所示。

取R1=240Ω，则U O=1.25(1+RW／R1)，则
RW min=(U Omin/1.25-1)R1=(3/1.25-1)×240＝336Ω
RW max=(U Omax/1.25-1)R1=(9/1.25-1)×240＝1.49KΩ
故取RW为4.7KΩ的精密线绕可调电位器。

(2)选电源变压器
一般根据变压器的副边输出功率P2来选定变压器。

CW317的输入电压U I的范围为
U Omax+(U I-U O)min≤U I≤U Omin+(U I-U O)max
9V+3V≤U I≤3V十40V
故 12V≤U I≤43V
变压器副边电压
U2≥U Imin/(1.1～1.2)=12/1.1=12V
I2= (1.1～3)I O>I Omax=0.8A
取I 2=lA ，变压器副边输出功率
P 2≥I 2U 2=llW
取得变压器的效率可δ＝0.7，则原边输入功率
P 1≥P 2/δ=15.7W 。

故选副边输出电压为12V ，电流为1A 的变压器，为留有余地，选功率为20W 的变压器。

(3)选桥式整流二极管及滤波电容 整流二极管承受的最大反向电压为
15.4V U 2U 2RM =≥
0.8A 2
0.8A
22I 3)~(2I O F =⨯=≥
根据上述的条件，选整流二极管1N4001，其参数为U RM ≥50V ，I F ≥1A 。

由稳压系数计算式
常数
常数，==∆∆=
T I U U U U S O i i
O O r
式中，代入U O =9V ，U I =12V ，∆U OPP =5mV ，S r =3×10-3
则
2.2V S U U ΔU ΔU r
O I
OPP I ==
得滤波电容C 1的容量为
)(3636max 1uF U t
I U t I C I
O I C =∆=∆=
电容C 1的耐压大于
16.9V U 21.1U 2M =≥
故选两个2200uF/25V 的电容相并联。

二、电路安装于调试
1、按安装布线图进行安装。

安装完毕后应认真检查电路中各器件有无接错、漏接和接触不良。

特别是下列检查事项必须认真进行。

(1)对电源变压器的绝缘电阻进行检测，以防止变压器漏电，危及人身和设备的安全。

一般采用兆欧表测量一、二次绕组之间、各绕组与接地屏蔽层之间，以及绕组与铁心之间的绝缘电阻，其值不应小于1000Mrl ，如果用万用表高电阻档检测，则其指示电阻均应为无穷大。

(2)二极管的引脚(或整流硅桥的引脚)和滤波电容器的极性不能接反，否则将会损坏元器件。

(3)检查负载端不应该有短路现象。

(4)集成稳压器的各引脚要识别清楚，不能接错。

特别是公共端不能开路，一旦开路，输出电压U O 很可能接近U I ，导致负载损坏。

(5)电源变压器的原、副边不能搞错，否则将会造成变压器损坏或电源故障。

2、直流稳压电源的调整测试
(1)首先应在变压器的副边接人保险丝，其额定电流要略大于I Omax ，以防电源输出端短路损坏变压器或其它器件。

(2)空载检查测试
a、直流稳压电源安装后的组成框图如图5.5.18所示。

将图5.5.18中的A点断开，接通220V交流电压，测量变压器副边交流电压值U2，应满足设计要求。

若偏高或偏低，则可通过改变电源变压器副边的抽头进行调整。

然后检查变压器的温升，若变压器短期通电后温度明显升高，甚至发烫，则说明变压器质量比较差，不能使用。

这是由于一次侧绕组过少(或铁心叠厚不够)，致使变压器一次侧空载电流过大而引起的。

若变压器性能正常，则可以进行下一步测试。

b、将图5.5.18中A点接通，B点断开，并接通220V交流电压，观察电路有无异常现象(如整流二极管是否发烫等)，然后用万用表直流电压档测整流滤波电路输出的直流电压U I，其值应接近于1.4U2(U2为电源变压器二次侧交流电压的有效值)。

否则应断开220V交流电压，检查电路，消除故障后再进行通电测试。

c、B点电压测量正常后，应断开负载R L，接通B点后再接通220V交流电压，测量集成稳压器的电压U O，其值应为设计值。

若集成稳压电路采用三端固定输出集成稳压器，则U O应为集成稳压器的额定输出电压；若采用三端可调输出集成稳压器，则调节取样电路可变电阻时，U O应跟随变化，且其变化范围应符合设计值。

否则应切断电源进行检查，消除故障后再进行测试。

最后检查稳压器输入、输出端之间的电压差，其值应大于最小电压差。

图5.5.18 直流稳压电源测试框图
(3)加载检查测试
上述检查符合要求后，则稳压电路工作基本正常，此时可接上额定负载R L。

并调节输出电压，使其为额定值(固定输出稳压器不需调节)，测量U2、U I、U O的大小，观察其是否符合设计值(此时U2、U I的测量值要比空载测量值略小，且U I≈1.2U2，而U0基本不变)，并根据U I、U O及负载电流I O核算集成稳压电路的功耗是否小于规定值。

然后用示波器观察B点和C点的纹波电压，若纹波电压过大，则应检查滤波电容是否接好，容量是否偏小或电解电容是否已失效。

此外，还可检查桥式整流电路四个二极管特性是否一致，如有干扰或自激振荡(其频率与50Hz、100Hz不同)，则应设法消除。

(4)质量指标测量
按前面讨论过的质量指标测量方法，测试所安装电路的各项质量指标。

三、报告
实验四流水灯控制电路
目的：
1：数字逻辑电路的设计方法；
2：电路调试；
重点：
电路调试；
难点：
电路构成；
课时：9学时
设计要求：
功能：（1）单向向前移动。

（2）单向向后移动。

（3）向前向后交替移动。

（4）能调节点亮灯的盏数（1--3盏）。

条件：74LS194（四位双向移位寄存器）一片
74LS00（四2输入与非门）两片
LM555定时器一片
适当的电阻、电容和发光二极管
一、电路设计
1、脉冲发生器
用一片LM555定时器U4形成多谐振荡器产生1Hz的矩形脉冲信号。

电路如图。

由于T=1/f=1S。

负脉冲维持时间：
T=0.7C1(R1+2R2)=1S
取C1=10μF，则R1+2R2=142.86kΩ
取R1=47kΩ，得R2=47.93kΩ。

取R2=47kΩ。

取C2=0.01μF作滤波。

核算频率：
f=1/[0.7C1(R1+2R2)]=1.013Hz
CP
1
u
F
1
u
F
4
7
K 47K
2、用74LS194双向移位寄存器U3的双向移位功能实现前后移动，U3启动时自动清零。

电阻R5和C在接通电源时，产生负脉冲对U3清零。

3、用一片74LS00与非门电路U1实现移动方向的控制。

a、U1构成RS触发器控制U3左移或右移。

b、当开关K1断开时，双向交替移位。

c、当开关K1闭合时，单向移位。

K1在左移时闭合，就置左移。

K1在右移时闭合，就置右移。

4、用一片74LS00与非门电路U2实现调节点亮灯的盏数功能。

K2为轻触式常开开关。

正常工作时，K2断开；
在移位时闭合K2，点亮灯的盏数将逐步增加；
重新设置时，必须重新开机。

三、控制电路图
实验五 函数发生器设计
目的：
1：函数发生器设计方法； 2：整机电路调试； 重点：
电路构成； 难点：
电路调试； 课时：9学时 设计要求：
1、可调频率范围为10Hz~100Hz 。

2、可输出三角波、方波、正弦波。

3、三角波、方波、正弦波信号输出的峰-峰值0~5V 可调。

4、三角波、方波、正弦波信号输出的直流电平-3V~3V 可调。

5、输出阻抗约600Ω。

一、理论设计
1、振荡器
由于指标要求的振荡频率不高，对波形非线性无特殊要求。

采用图1.7.1所示的电路。

同时产生三角波和方波。

图1.7.1 振荡电路
根据输出口的信号幅度要求，可得最大的信号幅度输出为：
V M =5/2+3=5.5V
采用对称双电源工作（±V CC ），电源电压选择为： V CC ≥V M +2V=7.5V 取V CC =9V
选取3.3V 的稳压二极管，工作电流取5mA ，则：
V Z =V DZ +V D =3.3+0.7=4V 为方波输出的峰值电压。

OM Z CC Z 3Z Z V -V V -1.5V-V 9-1.5-4R ==700ΩI I 5
≈=（）
取680Ω。

取8.2K Ω。

R 1=R 2/3=8.2/1.5=5.47（K Ω）
取5.1K Ω。

三角波输出的电压峰值为： V OSM =V Z R 1/R 2=4×5.1/8.2=2.489（V ） R 4=R 1∥R 2=3.14 K Ω
取3K Ω。

Z Z V 4
RW=8K 0.1~0.2I 0.15
==Ω⨯（）（）
取10K Ω。

R 6=RW/9=10/9=1.11（K Ω）
取1K Ω。

积分时间常数：
取C=0.1uF ，则：
R5=4.019/0.1=40.19K Ω
取39K Ω。

取R 7=R 5= 39K Ω。

转换速率
Z 1max OSM max 24V R f 44 5.1100
SR 4V f =0.995mS R 8.2
⨯⨯⨯≥=
=（V/）
一般的集成运算放大电路都能满足要求。

兼顾波形转换电路集成电路的使用。

集成电路选用四运放
LM324。

LM324内含四个相同的运算放大器，其中两个用于振荡器，两个用于波形变换。

2、波形转换电路
波形转换电路选用图1.7.2的电路，该电路将三角波转换成正弦波。

正弦波输出幅度可调容易与输出电路连接。

RW2
Z 2Z V 4R 8K 0.1I 0.15≥==Ω⨯（）
251MAX R 8.2
R C= 4.019mS 4R f 4 5.1100
==⨯⨯（）
图1.6.2 三角波转换成正弦波电路
考虑到该电路是通过输入三角波幅度的调节来调整正弦波的波形和减少对振荡器的影响，加入一级增益可调整的放大电路，如图1.7.3所示。

要求输出三角波的峰峰电压从1V~3V 可调，以满足波形变换输入的幅度要求。

图1.7.3 三角波幅度调节电路
电路的放大倍数为：
由于输入三角波的峰值为V OPM =2V OSM =4.978V ，为减少对振荡电路的影响，R 1的取值一般较大。

取R 1= 39K Ω。

取R 2= 7.5K Ω
平衡电阻：
R 3=R 1∥（R 2+RW/2）=12.89（K Ω） 取微调电位器RW= 50K Ω 取R 3=12K Ω 3、输出电路
输出电路采用图1.7.4所示的电路，由于输出幅度和输出电流要求不高，集成电路选用LM318。

2V 1
R +RW A =R omin 12Vmin 1OPM V R 139
R =A R =7.83K V 4.978
⨯=
=Ω（）omax 1Vmax 1OPM V R 339
RW=A R =23.5K V 4.978
⨯==Ω（）
图1.7.4 输出电路
电路中，选取R 1=1K Ω。

电位器RW 3取10 K Ω。

由于波形变换电路中正弦波峰值电压可调，RW 1
微调电位器可用1 K Ω的电阻代替。

方波的峰峰值电压为V MP □=8V 。

设三角波峰峰值电压V MP △约为2V ，则：
RW 2`= V MP□（RW 3+R 1）/ V MP △-RW 3=8（10+1）/2-10=24（K Ω）
取50 K Ω的微调电位器。

取输入电阻R 2=50 K Ω。

输出电压最大峰峰值V MP =5V ，反馈电阻R 3：
MP 3132MP 3V RW +R 5101R =
R 50137.5K V RW 210
⨯+=⨯=Ω⨯（）（）
（）
取反馈电阻R 3=150 K Ω。

考虑运算放大器输出电阻一般几十欧姆，取R 8=560Ω 取R 6=R 3=150KΩ，直流调节电路的电流取1mA 。

则：
-42V 23
RW =
6I 1
⨯==Ω（K ）
取RW 4=10K Ω。

CC 4452V -RW I 29-101
R =R =
42I 21
⨯⨯==Ω⨯（K ）
取3.9K Ω
平衡电阻R 7≈R 2∥R 3∥R 6=30 K Ω
把各部分电路汇总成图，元件重新排序，的完整电路见后面总体的函数发生器电路图。

二、电路的调试 1、振荡电路的调试
（1）连接好电路，检查电路和电源电压是否正确。

然后通电。

（2）观察波形是否对称，否则检查稳压二极管是否接对或更换特性比较一致的稳压二极管。

（3）观察三角波的线性是否良好，可适当减少比较器的分压电阻R 1，看波形是否有所改善，也可加大积分时间常数改善波形。

（4）分别测量电路的最高和最低频率是否覆盖所要求的频率范围。

否则调整积分时间常数和相关的电路。

（5）反复调整直至频率范围和波形都满足要求为止。

（6）三角波和方波的输出口分别接上后级的输入等效电阻，记录方波和三角波的输出幅度。

2、波形转换电路的调试
（1）连接好波形转换电路，检查无误后通电调试。

（2）调节频率至中间位置，将振荡器的三角波接入电路，一边观察正弦波的波形，调节三角波的幅度使正弦波的失真最小。

（3）调节频率电位器使频率发生变化，观察正弦波波形的变化，出现失真，则调节三角波的幅度使正弦波的失真最小。

（4）反复调节直至频率范围内正弦波的波形满足要求为止。

（5）接上后级负载电阻，记录正弦波输出的幅度。

3、输出级的调试接好输出电路。

（1）检查无误后接入电源。

（2）调节直流电位电位器，使输出直流偏移在要求的范围内可调。

否则调整分压电阻，直到满足要求为止。

（3）接入三角波，调节输出幅度到最大，观察输出幅度是否满足要求，否则调整输入电阻，到满足要求为止。

（4）调节直流偏移到最大，观察波形是否失真，若失真，更换集成电路或调整直流偏移电路。

（5）接入正弦波，调整正弦波的最大输出幅度与三角波相同。

（6）接入方波，调整方波的最大输出幅度与三角波相同。

（7）调整输出电阻。

输出接入负载电阻600Ω，改变输出口串接电阻，使输出电压下降到一半。

三、报告。