电子线路设计实验教案(DOC)

电子电路设计制版与仿真设计实验教案编写：王少杰二〇一三年四月实验一、功率放大电路仿真设计一、实验目的1、利用仿真软件proteus设计功率放大电路2、进一步理解OTL功率放大器的工作原理。

3、学会OTL电路的仿真软件调试及主要性能指标的测试方法。

4、进一步熟悉虚拟仪器如示波器、函授信号发生器、电压表和电流表等的使用二、实验工具PC、proteus7.5仿真软件三、实验原理图4－1所示为OTL低频功率放大器。

其中由晶体三极管T1组成推动级，T2 ,T3是一对参数对称的NPN和PNP型晶体三极管，他们组成互补推挽OTL功放电路。

由于每一个管子都接成射极输出器形式，因此具有输出电阻低，负载能力强等优点，适合于作功率输出级。

图4－1 OTL功率放大器实验电路T1管工作于甲类状态，它的集电极电流I c1的一部分流经电位器R W2及二极管D，给T2.T3提供偏压。

调节R W2，可以使T2.T3得到适合的静态电流而工作于甲.乙类状态，以克服交越失真。

静态时要求输出端中点A的电位U A=1/2U CC，可以通过调节R W1来实现，又由于R W1的一端接在A点，因此在电路中引入脚.直流电压并联负反馈，一方面能够稳定放大器的静态工作点，同时也改善了非线性失真。

当输入正弦交流信号U i时,经T1放大.倒相后同时作用于T2.T3的基极,U i的负半周使T2管导通(T3管截止),有电流通过负载R L,同时向电容C0充电,在U i的正半周,T3导通(T2截止),则已充好的电容器C0起着电源的作用,通过负载R L放电,这样在R L上就得到完整的正弦波.C2和R构成自举电路,用于提高输出电压正半周的幅度,以得到大的动态范围.OTL电路的主要性能指标1.最大不失真输出功率P om理想情况下,P om=U CC2/8R L,在实验中可通过测量RL两端的电压有效值,来求得实际的P OM=U O2/R L。

2.效率=P OM/P E 100% P E－直流电源供给的平均功率理想情况下,功率M ax=78.5%.在实验中,可测量电源供给的平均电流I dc,从而求得P E=U CC I dc,负载上的交流功率已用上述方法求出,因而也就可以计算实际效率了。

3.频率响应祥见实验二有关部分内容4.输入灵敏度输入灵敏度是指输出最大不失真功率时,输入信号U i之值。

四、实验内容1．按图4－1画出仿真实验电路，电源进入中串人直流毫安表，电位器R W2置为最小值，R W1置中间位置。

接通+5V电源，观察毫安表指示，同时要手触摸输出级管子，若电流过大，或管子温升显著，应立即断开电源检查原因（如R W2开路，电路自激，或管子性能不好等）。

如无异常现象，可开始调试。

1）调节输出端中点电位U A调节电位器R W1，用直流电压表测量A点电位，使R A＝1/2U CC。

2）调整输出极静态电流用测试各级静态工作点调节R W2，使T2、T2管的I C2＝I C3＝5－10mA。

从减小义越失真角度而言，应适当加大输出极静态电流，但该电流过大，会使效率降低，所以一般以5－10mA左右为宜。

由于毫安表是串在电源进线中，因此测量得的是整个放大器的电流。

但一般T1的集电极电流I C1较小，从而可以把测得的总电流近似当作示末级的静态电流。

如要准确得到末级静态电流，则可以从总晾中减去I C1之值。

调整输出级静态电流的另一方法是动态调试法。

先使R W2＝0，在输入端接入F=1KHZ 的正弦信号U i。

逐渐加大输入信号的幅值，此时，输出波形应出现较严重的交越失真（注意：没有饱和和载止失真），然后缓慢增大R W2，当交越失真刚好消失时，停止调节R W2，恢复U i＝0，此时直流毫安表计数即为输出级静态电流。

一般数值也应在5－10mA左右，如过大，则要检查电路。

输出级电流调好以后，测量各级静态工作点，记入表4－1。

表4－1注意：①在调整R W2时，一是要注意旋转方向，不要调得过大，更不能开路，以免损坏输出管。

②输出管静态电流调好，如无特殊情况，一得随意旋动R W2的位置。

2．最大输出功率P OM和效率n的测试1）测量P OM输入端接F=1KHZ的正弦信号U i，输出端用示波器观察输出电压U O波形。

逐渐增大U i，使输出电压达到最大不失真输出，用交流毫伏表没出负载R L上的电压U OM，则P OM＝U OM2/R L2）测量n当输出电压为最大不失真输出时，读出直流毫安表中的电流值，此电流即为直流电源供给的平均电流I ac（有一定误差），即此可近似求得P E＝U CC I CC，再根据上面没得的P OM，即可求出n=P OM/P E。

3．输入灵敏度测试根据输入灵敏度的定义，只要测出功率P O＝P OM时的输入电压值U i即可。

4．频率响应的测试测试方法同实验二。

记入表7－2。

表4－2U在测试时，为保证电路的安全，应在较低电压下进行，通常取输入信号为输入灵敏度的50%。

在整个测试过程中，应保持U i为恒定值，且输出波形不得失真。

5．研究自举电路的作用1）测量有自举电路，且P O＝P OMAX时的电压增益A V＝U OM/U i。

2）半C2开路，R短路（无自举），再测量P O＝P OMAX的A V。

用示波器观察1）、2）两种情况下的输出电压波形，并将以上两项测量结果进行比较，分析研究自举电路的作用。

6．噪声电压的测试测量时将输入端短路（U i＝0）,观察输出噪声波形，并用交流毫伏表测量输出电压，即为噪声电压U N，本电路若U N＜15mV，即满足要求。

7．试听输入信号改为录音机输出，输出端接试听音箱及示波器。

开机试听，并观察语言和音乐信号的输出波形。

五、实验报告1．整理实验数据，计算静态工作点、最大不失真输出功率P OM、效率n等，并与理论值进行比较。

画频率响应曲线。

2．分析自举电路的作用。

3．讨论实验中发生的问题及解决办法。

六、预习要求1．复习有关OTL工作原理的内容。

2．为什么收入自举电路能够扩大输出电压的动态范围？3．交越失真产生的原因是什么？怎样克服交越失真？4．电路中电位器R W2，如果开路或短路，对电路工作有何影响？5．为了不损坏三级管，调试中应注意什么问题？6．如电路有自激现象，应如何消除？实验二、串联可调稳压电源设计实验实验目的：经过一系列的分析、准备、设计、焊接、调试…除了在布局与焊接美观方面之外，设计的电路基本符合设计要求。

实验设任务和要求“：输出直流电压1.5—10可调；输出电流Iom=300mA;(有电流扩展功能)稳压系数Sr≤0.05；具有过流保护功能。

实验原理：先是家用电源经过变压器得到一个大约十五伏的电压U1，然后U1经过一个桥堆进行整流，再采用可调阻值的滑动变阻器进行分压，在桥堆的输出端加一电容C进行滤波，滤波后再通过LM317（具体参数参照手册）输出一个负电压，在LM317的输出端加一个电阻R1，调整端加一个固定电阻R2和R3，这样输出的电压就可以在某一范围内可调。

因为电源的设计中要求输出电流可以扩展，在LM317的输出端加一个晶体管。

实验方案：本电路包括四部分：变压电路、整流电路、滤波电路、稳压电路。

变压电路：本电路使用的降压电路是单向交流变压电路，家用交流电源先经过变压器得到一个副边电压U1，然后U1经过桥式整流和滤波电路得到UI,UI再经过一个来自比较的放大电路进行限流保护电路，把U2通过限流保护电路和一个基准电压电路及取样电路来输出一个稳压电压整流电路中利用二极管的单向导电性将电源变压器副边交流电压变换成脉动的直流电压，整流电路有半波整流电路和全波整流电路之分。

滤波电路将整流电路输出的单向脉动电压中的交流成分滤掉，输出表较平滑的直流电压UI。

采样电路由电阻R3、R4组成，R3变化反应输出电压U0的变化量，并将这种变化输入到放大电路的反相输入端。

放大电路的同相输入端接稳压管的稳定电压Uz,提供基准电压，基本不变。

取样电压U2与Uz比较放大，放大电路的输出电压与U2反相。

当UI升高或Io减小二导致输出电压Uo升高，则U2升高，从而使放大电路的输出电位（即调整管的基极电位）降低；输出电压Uo必将随之减小，而调整管的管压降必将随之增大，使Uo必将随之减小，而调整管的管压降必将随之增大，使Uo保持基本不变。

实验步骤：本实验的主器件有LM317一个，桥堆一个，电阻五个（其中滑动变阻器阻值1K 欧姆，固定阻值电阻240欧姆,3欧姆，5100欧姆，33欧姆），电容两个（10pF和10pF）,晶体管2N1711一个，变压线圈一个（匝数比为10:1）导线若干。

因为本设计要求输出稳压负电源，并且在一定范围内可调，根据设计的要求，LM317符合这一设计，对于LM317来说，输出电压U0随输出端与调整端之间的总电阻R4与调整端与地的总电阻R3的改变而改变，设输出端的电势为U（相对地），在一定范围内，调整端的电势U0满足U1= [ (R3／R4) +1 ]由于U0几乎不变，（不同的规格其值略有不同）。

根据设计的要求：可选取R3为5.1K欧，R4为240欧一个可调电位器R1为1k来达到设计要求，还有其他一些设计细节在实物电路图中有添入（比如滤波、限流保护）。

（后附仿真图）上图为最小输出电压仿真图，下图为最大输出电压仿真图实验三、数字频率计的仿真设计一、实验目的1、利用仿真软件proteus设计一个数字频率计系统2、加深我们对数字电路应用技术方面的了解与认识3、进一步熟悉数字电路系统仿真设计、制作与调试的方法和步骤4、进一步熟悉虚拟仪器（示波器、音频信号发生器、逻辑分析仪、电压表和电流表）使用二、实验工具PC、proteus7.5仿真软件三、实验要求用仿真软件proteus设计并制作出一种数字频率计，其技术指标如下：（1）频率测量范围：10 ～9999Hz 。

（2）输入电压幅度>300mV 。

（3）输入信号波形：任意周期信号。

（4）显示位数： 4 位。

（5）电源：220V 、50Hz四、实验内容与步骤：1、设计内容1）数字频率计的基本原理数字频率计的主要功能是测量周期信号的频率。

频率是单位时间（1S ）内信号发生周期变化的次数。

如果我们能在给定的1S 时间内对信号波形计数，并将计数结果显示出来，就能读取被测信号的频率。

数字频率计首先必须获得相对稳定与准确的时间，同时将被测信号转换成幅度与波形均能被数字电路识别的脉冲信号，然后通过计数器计算这一段时间间隔内的脉冲个数，将其换算后显示出来。

这就是数字频率计的基本原理。

2）系统框图从数字频率计的基本原理出发，根据设计要求，得到如图3.1 所示的电路框图。

下面介绍框图中各部分的功能及实现方法（1）电源与整流稳压电路框图中的电源采用50Hz 的交流市电。

市电被降压、整流、稳压后为整个系统提供直流电源。