南昌大学电子线路设计测试实验报告

实验报告

实验课程：电子线路设计与测试学生姓名：

学号：

专业班级：通信工程

2014年 5月

目录

信号发生器设计

直流稳压电源设计

音频功率放大电路设计

温度控制电路设计

信号发生器设计

一、实验任务

设计一信号发生器，能产生方波、三角波和正弦波并进行仿真。

二、实验要求

基本性能指标：(1)频率范围100Hz~1kHz；(2)输出电压：方波U p-p≤24V，三角波U p-p=6V，正弦波U p-p>1V。

扩展性能指标：频率范围分段设置10Hz~100Hz, 100Hz~1kHz，1kHz~10kHz；波形特性方波t r<30u s（1kHz，最大输出时），三角波r△<2%，正弦波r～<5%。三、实验方案

信号发生器设计方案有多种，图1是先产生方波、三角波，再将三角波转换为正弦波的组成框图。

图1 信号发生器组成框图

主要原理是：由迟滞比较器和积分器构成方波——三角波产生电路，三角波在经过差分放大器变换为正弦波。方波——三角波产生基本电路和差分放大器电路分别如图2和图4所示。

图2所示，是由滞回比较器和积分器首尾相接形成的正反馈闭环系统，则比较器A1输出的方波经积分器A2积分可得到三角波，三角波又触发比较器自动翻转形成方波，这样即可构成三角波、方波发生器。其工作原理如图3所示。

图2 方波和三角波产生电路

图3 比较器传输特性和波形

利用差分放大器的特点和传输特性，可以将频率较低的三角波变换为正弦波。其基本工作原理如图5所示。为了使输出波形更接近正弦波，设计时需注意：

应接近差分放大器的传输特性曲线越对称、线性区越窄越好；三角波的幅值V

m

晶体管的截止电压值。

图4 三角波→正弦波变换电路

图5 三角波→正弦波变换关系

在图4中，RP

1调节三角波的幅度，RP

2

调整电路的对称性，并联电阻R

E2

用

来减小差分放大器的线性区。C

1、C

2

、C

3

为隔直电容，C

4

为滤波电容，以滤除谐

波分量，改善输出波形。

波形发生器的性能指标：

①输出波形种类：基本波形为正弦波、方波和三角波。

②频率范围：输出信号的频率范围一般分为若干波段，根据需要，可设置n 个波段范围。

③输出电压：一般指输出波形的峰-峰值U p-p。

④波形特性：表征正弦波和三角波特性的参数是非线性失真系数r～和r△；表征方波特性的参数是上升时间t r。

四、电路仿真与分析

仿真电路图如下：

仿真结果：

仿真数据如下，方波----三角波----正弦波，且符合实验设计要求。

直流稳压电源设计

一、实验任务

设计一直流稳压电源并进行仿真。

二、实验要求

基本性能指标：

(A1)输出直流电压＋5V，负载电流200mA。

(B1) +3V~ +9V，连续可调；(B2) I Omax=200mA；(B3) 稳压系数S r≤5×10-3；(B4) △U O≤5mV。

扩展性能指标：扩展直流稳压电源的输出电流使10mA≤I O≤1.5A。

三、实验方案

直流稳压电源设计框图和直流稳压电源基本电路分别如图1和图2所示：

图1 直流稳压电源框图

图2 直流稳压电源基本电路

主要原理是：

电源变压器将交流电网220V的电压降压为所需的交流电压，然后通过整流电路将交流电压变成单极性电压，再通过滤波电路加以滤除，得到平滑的直流电压。但这样的电压还随电网电压波动（一般有±10%左右的波动）、负载和温度的变化而变化。因而在整流、滤波电路之后，还需接稳压电路。稳压电路的作用是当电网电压波动、负载和温度变化时，维持输出直流电压稳定。

一般情况下，选用降压的电源变压器。

整流电路主要有半波整流电路、桥式整流电路和全波整流电路，一般情况下多用桥式整流电路，桥式整流输出脉动电压平均值为：

2

222

00

11

090

2

O o

U u t d t td t U

|()|sin.

ππ

ωωω

πππ

===≈

⎰⎰

通过每只二极管的平均电流为：

2

045

2

O

O

L L

U U

I

R R

.

=≈

每只二极管承受的最大反向电压为：

2

RM

U=

滤波电路亦可分为电容滤波、电感滤波、Π型滤波等多种滤波电路，而在小功率电源电路设计中多用电容滤波电路。当在接上滤波电容后，U O会明显增大，

其大小与时间常数R

L

C有关，通常情况下，R

L

C＝(3~5)T/2（T为电网电压周期）。

稳压电路有二极管稳压电路、串联型稳压电路和集成稳压电路等，可根据具体要求选择合适的电路形式（具体原理可查阅相关资料）。

稳压电源的性能指标：

最大输出电流I Omax：电源的输出电压U O应不随负载电流I OL而变化，随着负载R L阻值的减少，I OL增大，U O减小，当U O的值下降5%时，此时流经负载的电流定义为I Omax（记下I Omax后迅速增大R L，以减小稳压电源的功耗）。

输出电压：指稳压电源的输出电压，也是稳压器的输出电压。当输入电压为额定值时，可直接用电压表测量。

纹波电压：指叠加在输出电压U O上的交流分量。可用示波器观测其峰-峰值或者有效值。

稳压系数：指在负载电流、环境温度不变的情况下，输入电压的相对变化引起输出电压的相对变化，即

O

I

O I

r T

O I

U U

S

U U

/|

∆∆

=

=

=常数

常数

输出电阻：稳压电路输入电压一定时，输出电压变化量△U O与输出电流变化量△I O之比，即

O

O

o I

U

R

∆

∆

=(U I为常数)

四、电路仿真与分析