电子工程师训练报告(下)

《电子工程师基本硬件实践技能训练》

设

计

报

告

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学号：

班级：

指导老师：

目录

设计课题一

分立元件音频小信号放大器的设计与制作3~12页

设计课题二

RC正弦振荡器的设计与制作13~18页

设计课题三

方波三角波信号发生器的设计与制作19~25页收获及心得体会26~27页

设计课题一

分立元件音频小信号放大器的设计与制作1.设计目的

（1）实现基本的三极管放大电路，熟悉和掌握直流工作点的确定和调试。

（2）掌握基本放大电路元器件参数的设计方法。

（3）熟悉三极管的截止、线性放大、饱和三种工作状态。

（4）了解电源电压对放大电路性能的影响和电路工作点的调整方法。

（5）制作一个可供自己今后实验中使用的放大电路。

2.设计内容及主要技术指标要求

设计一个阻容耦合单极晶体管放大器，已知其=+12V，=1.5KΩ，=10mV，f=1K的正弦波，要求：>=40，放大器工作点稳定。

3.设计电路的工作原理

晶体管放大器中，广泛应用工作点稳定的阻容耦合共射极放大器，如图1-1所示：

图1-1

静态工作点Q主要由及电源电压+所决定。该电路利用电阻的分压固定基极电位。如果满足如下条件，当温度升高时，↑→↑→↓→↓→↓，结果抑制了的变化，从而获得稳定的静态工作点。只有当时，才能保证恒定。这是工作点稳定的必要条件，一般取

此放大器是交流放大器中最常用的一种基本单元电路。交流信号经耦合电容加到基极，引起基极电流作相应的变化，从而控制集电极电流作更大的变化。它将在上产生交流电压，通过电容馈送到负载电阻上。这个输出电压比输入电压放大了倍。为了使放大器正常放大，一定要设置合适的静态工作点Q。Q点应选择在三极管特性曲线的放

大区的中间。对于小信号放大器，一般取=0.52mA，电路的静态工作

点由下列关系式确定：

阻容耦合放大器由于有耦合电容、及旁路电容的存在，将使放大器增益随信号频率下降而下降，幅频特性曲线如图1-2所示：

图1-2

中间区域放大倍数最大，且基本不变，即为中频放大倍数，而频率高于或低于该区域放大倍数都要下降，当下到0.707所对应的频率应为和，分别是放大器的上限频率和下限频率。、和可按下式计算：

式中通常，可略去。又因为，、对的影响小于，可略去、。放大器的将取决于集电极负载，三极管本身极间电容和外部线路分布电容，为了消除分布电容大小不一的影响，又能满足的要求往往加上较大容

量的。

4.电路参数计算、元器件选择

（1）确定电路及晶体管。

因为只要求放大器工作点稳定及而无其它要求，因此可采用图1-1所示的分压式偏置共射极放大器，晶体管选用高频小

功率管3DG8，通常要求>，故选β=60。

（2）计算元件参数。

取mA，得：

取标称值1.5KΩ

对于音频小信号放大器，输入、输出耦合电容、通常取（5~20）μF，在此我们取10μF，射极旁路电容通常取（50~200）μF，取2000pF。

（3）工具和元器件清单

5.电路的安装和调试

（1）在面包板上安装电路，加+12V电源

（2）测量与调整静态工作点，使Q点处于三极管的放大区

（3）用低频信号发生器加输入信号，测同时用示波器观察波形应该不失真，计算

（4）测放大器的输入阻抗，输出阻抗

测，在信号源与放大器电路之间串接一个10KΩ电阻，如图1-3所示：

图1-3

∵

∴

测，如图1-4所示，可将放大器等效成一个电压源（即空载输出电压）和相串联的信号源：

图1-4

则

∴

（5）测出上限频率和下限频率

时，将信号源频率由低向高改变，当减小到的0.707倍时，所对应的分别是、。

以上各步骤的结果应该满足技术指标，若不满足应该调整修改元件参数值，并将修改后的元件参数值标在电路图上。

（6）测试与调整。

按技术要求测试数据，并整理出表格，在方格纸上绘出波形，并分析误差。

6.指标测试结果：数据、曲线、图表（1）静态工作点Q：

（2）中频放大倍数：

测试中，输入电压，输出电压

故，中频放大倍数

（3）输入阻抗，输出阻抗：

测试中，输入电压，输出电压

故，4.3KΩ

测试中，，

故，

（4）上限频率和下限频率：

上限频率

下限频率

7.调试中的所遇到的问题以及解决方法

（1）测量放大器静态工作点时，如果测得，说明三极管处于什么工作状态？如果，三极管又处于什么工作状态？

答：如果，说明三极管处于饱和区；如果，说明三极管处于截止区。

（2）本实验中若出现图1-5所示失真波形，试判断它们各属于哪种类型的失真？

图1-5

答：图a是截止失真和饱和失真同时存在；图b和图c是非线性失真。

（3）在实验过程中，放大倍数没有达到40倍以上。

答：这时需要调节电阻，才能让放大倍数超过40倍。

（4）静态工作点特别低，中频带增益很小。

答：经仔细排查，发现是电阻未接入电路，排除故障后，电路恢复正常，得到相应的技术指标。

设计课题二

RC正弦振荡器的设计与制作

1.设计目的

（1）掌握RC正弦波振荡器的设计方法

（2）掌握RC正弦波振荡器的调试方法

2.设计内容及主要技术指标要求

复习RC正弦波振荡电路的工作原理，掌握RC桥式振荡电路参数的确定方法。设计一个RC正弦波振荡电路。其正弦波输出要求：

（1）振荡频率：1KHz，振幅稳定，波形对称，无明显非线性失真。

（2）在实验中设法使文氏桥电阻R=10K+20K，调节电位器输出电压，使无明显失真，用示波器观察输出信号的波形

变化，同时进行测量。

实验要求如下：

（1）简述电路的工作原理和主要元件的作用。

（2）电路参数的确定。

（3）整理实验数据，并与理论值比较，分析误差产生的原因。

（4）调试中所遇到的问题以及解决方法。

3.设计电路的工作原理

RC正弦波振荡电路有桥式振荡电路、移相式振荡电路和双T 网络式振荡电路等多种形式。其中应用最广泛的是RC桥式振荡电路，电路如图2-1所示：

图2-1

RC桥式振荡电路由RC串并联选频网络和同相放大电路组成，图中RC选频网络形成正反馈电路，决定振荡频率形成负反馈回路，决定起振的幅值条件，是稳幅元件。

该电路的振荡频率

起振幅值条件

式中，为二极管的正向动态电阻

4.电路参数计算、元器件选择

电路参数确定：

（1）确定R、C值

根据设计所要求的振荡频率，则RC之积为

为了使选频网络的选频特性尽量不受集成运算放大器的输入电

阻和输出电阻的影响，应使R满足下列关系式：。一般约为几百千欧以上，而仅为几百欧以下，初步选定R之后，可以计算出电容C的值，然后再算出R取值能否满足振荡频率的要求。

（2）确定

电阻应由起振的幅值条件来确定，且通常取，这样既能保证起振，也不致产生严重的波形失真。此外，为了减小输入失调电流和漂移的影响，电路还应满足直流平衡条件，即：

（3）确定稳幅电路

通常的稳幅方法是利用随输出电压振幅上升而下降的自动调节

作用实现稳幅。图2-1中稳幅电路由两只正反并联的二极管和电阻并联组成，利用二极管正向动态电阻的非线性以实现稳幅，为了减小因二极管特性的非线性而引起的波形失真，在二极管两端并联小电阻.。实验证明，取时，效果最佳。

工具和元器件清单：

图2-2

5.电路的安装和调试

（1）在面包板上安装电路，LM741的7脚和4脚分别接12V 直流电源，6脚接输出。

（2）测量RC正弦波振荡电路的振荡频率与输出波形是否符合技术要求。

6.指标测试结果：数据、曲线、图表等

振荡频率：1.121KHz

输出波形：振幅稳定在1.70V，波形对称，无明显非线性失真。

7.调试中的所遇到的问题以及解决方法

（1）在RC桥式振荡电路中，若电路不能起振，应调整哪个参数？

若输出波形失真，应如何调整？

答：电路未起振，应该调节电位器Rp；输出波形失真，应该调节选频网络中的电阻R。

（2）简述图2-1中的稳幅过程。

答：当↑→中正向导通的那个二极管两端的电压↑→二极管的正向电阻↓→通过二极管的电流↑→二极管两端的电压↓→↓。（3）在本实验中，对的选取有何要求？

答：的反向击穿电压都要高于30V，防止被击穿。

（4）起初输出信号并非正弦波。

答：电路没有起振，调节可调电阻Rp，使得电路满足起振条件，输出正弦波。

（5）即使输出正弦波，输出信号的频率也不符合预期要求。

答：继续调节可调电阻Rp，使得频率达到预期的值。

（6）电路在调整过程中频率始终不符合需求。

答：经排查是由于运放在焊接过程中损坏，重新更换后电路各项指标恢复正常。

设计课题三

方波三角波信号发生器的设计与制作

1.设计目的

（1）学习方波、三角波发生器的设计方法。

（2）进一步培养电路的安装与调试能力。

（3）进一步熟悉示波器的使用。

2.设计内容及主要技术指标要求

设计一个方波、三角波发生器，设计指标要求如下：（1）输出电压：，

（2）输出频率：100Hz~1kHz，1kHz~10kHz

（3）波形特征：方波tr<10μs（1kHz，最大输出时），三角波γΔ<2%

3.设计电路的工作原理

方波、三角波发生器由电压比较器和基本积分器组成，如图4-1所示。运算放大器与、、及、、组成电压比较器；运算放大器与、、、、及组成反相积分器，比较器与积分器首尾相连，形成闭环电路，构成能自动产生方波、三角波的发生器。

图4-1

电路参数：

（1）方波的幅度：

（2）三角波的幅度：

（3）方波、三角波的频率：

其中C可以选择从上式可以看出，调节电位器可以改变三角波的幅度，但会影响方波。三角波的频率；调节电位器

可以改变方波、三角波的频率，但不会影响方波、三角波的

幅度。

4.电路参数计算、元器件选择

（1）确定电路，选择元器件。

选择如图4-1所示电路，其中：、为UA741（或HA1741）集成运算放大器，为电位器；取电源电压+，—，由于方波电压的幅度由稳压管、的值决定。指标要求方波电压的峰-峰值，而稳压管的正向压降为0.7V，因此选用稳压值分别为4.3V和-4.3V的稳压管。。

（2）计算元器件的参数。

由上述公式可知：

取，则，取，为47KΩ的电位器，平衡电阻。将带入方波、三角波的频率公式中：

当100Hz<=f<=1KHz时，取C==0.1μF，则，取标称值：=3KΩ，取47KΩ的电位器，。当1KHz<=f<=10KHz时，为了实现波段的转换，取C==0.1μF，取值不变。

（3）工具和元器件清单