南昌大学电子线路设计测试实验报告

三、实验方案
AD590 是美国 ANALOG DEVICES 公司的单片集成两端感温电流源，其输出电 流与绝对温度成比例。 在 4V 至 30V 电源电压范围内，该器件可充当一个高阻抗、 恒流调节器，调节系数为 1µA/K。AD590 适用于 150℃以下、目前采用传统电气 温度传感器的任何温度检测应用。 低成本的单芯片集成电路及无需支持电路的特 点，使它成为许多温度测量应用的一种很有吸引力的备选方案。应用 AD590 时， 无需线性化电路、精密电压放大器、电阻测量电路和冷结补偿。 主要特性：流过器件的电流(μA) 等于器件所处环境的热力学温度(K) 度数；AD590 的测温范围为- 55℃ ~+150℃；AD590 的电源电压范围为 4～30 V，可以承受 44V 正向电压和 20V 反向电压，因而器件即使反接也不会被损 坏；输出电阻为 710mΩ；精度高，AD590 在-55℃ ~+-150℃范围内，非线性 误差仅为±0.3℃。 基本使用方法如右图。 AD590 的输出电流是以绝对温度零度（-273℃）为基准， 每增加 1℃，它会增加 1μA 输出电流，因此在室温 25℃时，其 输出电流 Iout=（273+25）=298μA。 Vo 的 值 为 Io 乘 上 10K ， 以 室 温 25 ℃ 而 言 ， 输 出 值 为 10K×298μA=2.98V 。 测量 Vo 时，不可分出任何电流，否则测量值会不准。 温度控制电路设计框图如下：
温度控制电路框图 由于 Multisim 中没有 AD590 温度传感器，根据它的工作特性，可以采用恒 流源来替代该传感器， 通过改变电流值模拟环境温度变化。通过温度校正电路得
到实际摄氏温度电压值（可适当放大到几伏特，不超过 5V） ，再送温度判决电路 判决， 需根据报警温度确定门限比较电压值，电路均可用运算放大器及电压比较 器来实现。可采用三极管和继电器（RELAY）来控制驱动风扇与加热器，在仿真 中用 DC MOTOR 代替风扇、HEATER 代替加热器，并加上发光二极管来指示其是否 工作。温度显示部分可采用 ADC 模数转换芯片来实现，将实际温度电压值通过 ADC 芯片转换成数字逻辑信号再通过数码管显示。
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，RP1 调节三角波的幅度，RP2 调整电路的对称性，并联电阻 RE2 用 来减小差分放大器的线性区。C1、C2、C3 为隔直电容，C4 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 Up-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 tr。
音频功率放大电路设计
一、设计任务
设计一小功率音频放大电路并进行仿真。
二、设计要求
已知条件： 电源 9 V 或 12 V； 输入音频电压峰值为 5mV； 8 /0.5W 扬声器； 集成运算放大器（TL084） ；三极管（9012、9013） ；二极管（IN4148） ；电阻、电 容若干 基本性能指标：Po 200mW（输出信号基本不失真） ；负载阻抗 RL＝8 ；截 止频率 fL＝300Hz，fH＝3400Hz 扩展性能指标：Po 1W（功率管自选）
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) IOmax=200mA；(B3) 稳压系数 Sr≤5×10 ；
实
验
报
告
实验课程： 学生姓名： 学 号：
电子线路设计与测试
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 Up-p≤24V， 三角波 Up-p=6V，正弦波 Up-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 tr<30us（1kHz，最大输出时） ，三角波 r△<2%，正弦波 r～<5%。
四、电路仿真与分析 仿真结果： 仿真数据如下，实现温度控制功能，且符合实验设计要求。
温度小于 20℃低温警报 LED 亮并启动加热器
当 T 介于 20℃、30℃之间时，LED 全灭，加热器与风扇都不工作
当 T 大于 30℃时，高温警报 LED 亮并启动风扇
五、总结
通过一理论课程，使我明白了温度控制设计原理，并通过进一步了解，使我对温 度控制设计的焊接调试过程充满信心。但到了实践过程，我们遇到了一些困难。 焊接方面，首先，我们要掌握电烙铁的使用。从网上查阅资料查到了一些电烙铁 的使用技巧： 1．将烙铁头放置在焊盘和元件引脚处，使焊接点升温。 2．当焊点达到适当温度时，及时将松香焊锡丝放在焊接点上熔化。 3． 焊锡熔化后，应将烙铁头根据焊点形状稍加移动，使焊锡均匀布满焊点，并 渗入被焊面的缝隙。焊锡丝熔化适量后，应迅速拿开焊锡丝。 4. 拿开电烙铁，当焊点上焊锡已近饱满，焊剂(松香)尚未完全挥发，温度适当， 焊锡最亮，流动性最强时，将烙铁头沿元件引脚方向迅速移动，快离开时，快速 往回带一下，同时离开焊点，才能保证焊点光亮、圆滑、无毛刺。用偏口钳将元 件过长的引脚剪掉，使元件引脚稍露出焊点即可。 5．焊几个点后用金属丝擦擦烙铁头，使烙铁头干净、光洁。遵照上述 5 个步骤， 我们对电路板进行了焊接。 心得体会 经过了一个课程设计，我感想颇多。 首先，我明白了做事情一定要抓紧时间，不能一拖再拖。在制作过程中会遇到了 很多意想不到的问题，导致最后时间不够。经过这次课程设计，我们懂得只有抓 紧时间才能够适应快节奏的社会，拖拖拉拉最后会一事无成。 其次，我明白了实践的重要性。理论知识固然重要，但只有将理论投入到实践中 去检验，才能体现出理论的价值。电路元件只有焊接到电路板上，才能发挥其真 正的作用，单纯的研究理论知识，而不去动手实践，我们就不能全面发展，就不 能成为真正对社会有意义的人。 最后，我还明白了团队合作的重要性。二十一世纪是一个需要的是团队合作，而 不是单打独斗。一个大的项目，单纯靠一个人的力量是无法完成的。只有在一个 团队的共同努力下，才能最终走向成功。 这次课程设计，带给我很多的教训，但更多的是经验，我相信我会越来越成熟。
三、设计方案
音频功率放大电路基本组成框图如下：
音频功放组成框图 由于话筒的输出信号一般只有 5mV 左右， 通过话音放大器不失真地放大声音 信号， 其输入阻抗应远大于话筒的输出阻抗；滤波器用来滤除语音频带以外的干 扰信号；功率放大器在输出信号失真尽可能小的前提下，给负载 RL（扬声器）提 供一定的输出功率。 应根据设计要求，合理分配各级电路的增益，功率计算应采用有效值。基于 运放 TL084 构建话音放大器与宽带滤波器，频率要求详见基本性能指标。功率放 大器可采用使用最广泛的 OTL（Output Transformerless）功率放大电路和 OCL （Output Capacitorless）功率放大电路，两者均采用甲乙类互补对称电路，这 种功放电路在具有较高效率的同时，又兼顾交越失真小，输出波形好，在实际电 路中得到了广泛的应用。 对于负载来说，OTL 电路和 OCL 电路都是射极跟随器，且为双向跟随，它们 利用射极跟随器的优点——低输出阻抗，提高了功放电路的带负载能力，这也正 是输出级所必需的。由于射极跟随器的电压增益接近且小于 1，所以，在 OTL 电 路和 OCL 电路的输入端必须设有推动级，且为甲类工作状态，要求其能够送出完 整的输出电压； 又因为射极跟随器的电流增益很大， 所以， 它的功率增益也很大， 这就同时要求推动级能够送出一定的电流。推动级可以采用晶体管共射电路，也 可以采用集成运算放大电路，请自行查阅相关资料。 在 Multisim 软件仿真时，用峰值电压为 5mV 的正弦波信号代替话筒输出的 语音信号；用性能相当的三极管替代 9012 和 9013；用 8 电阻替代扬声器。由 于三极管（9012、9013）最大功率为 500mW，要特别注意工作中三极管的功耗， 过大会烧毁三极管，最好不超过 400mW。如制作实物，因扬声器呈感性，易引起 高频自激，在扬声器旁并入一容性网络（几十欧姆电阻串联 100nF 电容）可使等
效负载呈阻性，改善负载为扬声器时的高频特性。
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，实现音频功率放大，且符合实验设计要求。
温度控制电路设计
一、实验任务
设计一温度控制电路并进行仿真。
二、实验要求
基本功能：利用 AD590 作为测温传感器，TL 为低温报警门限温度值，TH 为高 温报警门限温度值。当 T 小于 TL 时，低温警报 LED 亮并启动加热器；当 T 大于 TH 时，高温警报 LED 亮并启动风扇；当 T 介于 TL、TH 之间时，LED 全灭，加热器 与风扇都不工作（假设 TL＝20℃，TH＝30℃） 。 扩展功能：用 LED 数码管显示测量温度值（十进制或十六进制均可） 。
-3
(B4) △UO≤5mV。 扩展性能指标：扩展直流稳压电源的输出电流使 10mA≤IO≤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 主要原理是：
直流稳压电源基本电路
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。
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。
Sr U O U I IO 常数 / | U O U I T 常数
输出电阻：稳压电路输入电压一定时，输出电压变化量△UO 与输出电流变化 量△IO 之比，即
Ro U O (UI 为常数) I O
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，产生+5V 直流电压，且符合实验设计要求。
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：
UO 1 2

2 0
| uo (t ) | d t

1

0
2U 2 sin td t
2 2

U 2 0. 90U 2
通过每只二极管的平均电流为：
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： 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 Vm 应接近 晶体管的截止电压值。
IO UO 0.45U 2 2 RL RL
每只二极管承受的最大反向电压为：
U RM 2U 2
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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，UO 会明显增大， 其大小与时间常数 RLC 有关，通常情况下，RLC＝(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 IOmax：电源的输出电压 UO 应不随负载电流 IOL 而变化，随着负 载 RL 阻值的减少，IOL 增大，UO 减小，当 UO 的值下降 5%时，此时流经负载的电流 定义为 IOmax（记下 IOmax 后迅速增大 RL，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 UO 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