第四章 模拟电子技术课程设计

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第四章模拟电子技术课程设计

4.1模拟电子技术设计基础

4.1.1概述

一、模拟电路的组成

电子产品大多是由一些模拟装置或者数字模拟混合装置组成的。所谓模拟装置,一般是由低频电子线路组合而成的模拟系统。我们日常接触到的许多装置和仪器。如扩音器、录音机、温度控制装置、示波器等等,都是模拟装置。虽然它们的性能、用途各有不同,但就其电子线路部分而言,可以说都是由一些基本单元组成的。它们的基本结构方面有着共同的特点。一般来说,典型的模拟装置由3个组成部分:一是传感器件部分;二是信号放大和变换电路部分,三是执行机构部分。图4.1画出了典型模拟电路装置的方框图。

图4.1 模拟装置组成框图

1.传感器件

传感器件主要用来把非电信息转换为电信号,例如话筒、磁头、热敏器件等。

2.信号放大与变换

从传感器件送来的电信号,一般是比较微弱的,有的信号波形也不符合要求,往往不能直接推动执行机构正常工作,必须将这种信号加以放大或变换,再传送给执行结构。能实现信号的放大和变换功能的电路就是模拟电路。常见的一些基本功能电路有:放大器、振荡器、整流器以及各种波形发生电路等等。在这些基本功能电路中,以放大器的应用最为广泛,许多电子电路都是由它演变派生或进一步组合而成的。另外,由于单级放大器的电压(或功率)放大倍数有限,往往不能满足实际的需要,因此在许多模拟电路装置中,又要把若干个单级放大器连接起来构成多级放大电路。显然,多级放大器既是模拟电路中的关键部分,内容又具有典型性,比较适合课程设计的要求。

3.执行机构

执行机构则是把电能转换成其他形式的能量,以便完成人们所需要的功能。

由于各种模拟装置用途不同,传感器件和执行机构两部分的器件需专门设置。因为它们不是模拟电子技术的主要内容,本书不作重点讨论。我们研究、设计的内容主要是信号放大和变换电路部分。

二、模拟电路设计的基本要求

课程设计是通过一阶段课程的各教学环节(课堂教学和实验)之后进行的。内容的复杂性和工作量应适中。课程设计应使学生达到如下要求:

(1)初步掌握一般电子电路分析和设计的基本方法。包括:根据设计任务和指标,初选电路;通过调查研究,设计计算,确定电路方案;选择元件,安装电路,独立安排实验,调试

改进;分析实验结果,写出设计总结报告。

(2)培养一定的自学能力和独立分析问题、解决问题的能力。包括:学会自己分析解决问题的方法,对设计中遇到的问题,能通过独立思考,查阅工具书,参考文献,寻找答案。掌握一些电路调试的一般规律。实验中出现一般故障,能通过“观察、判断、试验、再判断”的基本方法去解决;能对实验结果独立地进行分析、评价。

(3)掌握普通电子电路的生产流程以及安装、布线、焊接等基本技能。

(4)巩固常用电子仪器的正确使用方法。包括:示波器、直流稳压电源、晶体管特性图示仪等仪器的正确使用;掌握常用电子器件和电路的测试技能。

(5)严格的科学训练和工程设计实践,使学生逐步树立严肃认真,一丝不苟,实事求是的科学作风,并培养学生在实际工作中具有—定的生产观点、经济观点和全局观点。

4.1.2模拟电路的设计方法

一、模拟电路设计的基本步骤

由于电子电路的种类很多,设计方法也不完全相同。在一般情况下,整个设计过程可以分为课题分析、方案论证、方案论证、方案实现、安装调试四个阶段,详细内容参阅本书绪论中课程设计基本步骤。

应当指出,一种较为理想的方案不是轻而易举就能很快提出来的,它往往需要设计者进行广泛调查研究,大量查问参考文献和资料,再进行反复比较和可行性论证才能最后确定下来。实践证明,由于生产实际的复杂性和电子元、器件的分散性,再加上设计者的经验不足,一个仅从理论上设计出的电路往往是不成熟的,可能存在许多问题。但是,不通过实验就想把这些问题检查出来并加以解决是十分困难的。因此在完成方案设计以后总是要进行电路的装配和调试。通过调试发现实验现象与设计要求不相符合的情况。如果善于从理论与实践的结合上分析原因,就可能很快地找出解决问题的方法和途径。从而完善设计方案使之达到规定的技术指标。如果说方案设计是搞好系统设计的先决条件的话,那么实验调整则可以说是解决问题的决定性步骤。

在实际进行方案的实验时,往往还会出现预先估计不到的许多现象,难免需要改变某些参数或更换元件,甚至修改方案。为入便起见,通常先把电路在试验箱或专用实验箱上组装起来进行。

应当指出,由于许多系统往往比较复杂。因此在方案试验阶段—般只能对其中的关键部分或采用的新电路、新技术进行试验,而对于那些很有把握或很成熟的内容,则可以不做试验。只有在方案比较简单时,才有可能在实验室里做总体试验。

需要说明的是,随着集成电路的迅速发展,近年来采用线性集成元件组装模拟电路已日趋广泛。这种电路的设计方法,可以利用一些基本公式或经验来选择外接元件。只要熟悉了各种集成元件的性能和指标,设计起来是比较容易的。当然分立元件的电路还在大量地应用,而且这种电路的设计,往往需要运用基本的电路设计方法。这种训练对于初学设计者来说还是十分必要的。因此,本书安排了一些分立元件模拟电路的设计。通过本书所列课题的设计,有助于学生熟悉各种电子器件,掌握电路的基本设计方法,得到布线,焊接,组装电路的训练。为了让学生了解和熟悉集成电路的应用,本书也安排了一些由集成电路组成的电路课题,以供教学选作。

4.2模拟电子技术课程设计示例

4.2.1集成电路音响放大器设计

收录机和电视机、扩音机等电器设备中都有音响功率放大器,这类放大器过去大都由分立元件电路组成。随着集成功放器件的出现,集成音响功率放大器因具有工作稳定、性能好、易于安装调试、成本低等优点,故得到广泛应用。集成功放加上前置放大器、音调控制电路就可构成音响放大器。

一、设计任务书

1.设计课题

音响放大器设计。

(1)要求具有音调控制、卡拉OK 伴唱,对话筒与录音机输出信号进行扩音。

(2)已知条件:cc V + =9V ,话筒(低阻20Ω)的输出电压5 mV ,录音机输出信号200mV 。

2.主要技术指标

①输出功率γ(1W P o ≤≤3﹪)。

②负载阻抗Ω=8L R 。

③频率响应kHz Hz f f H L 10~40~=。

④音调控制特性1kHz 处增益为0dB ,100Hz 和10kHz 处有±12dB 的调节范围,

uH uL A A =≥+20dB 。

⑤输入阻抗Ω>>k R i 20。

二、设计过程举例

1.课题分析

根据任务,音响放大器一般基本组成框图如图4.2.1所示。为使卡拉OK 伴唱效果更好,还可加接电子混音器,读者可参阅有关参考资料。

图4.2.1 音响放大器框图

2.方案论证

(1)确定整机电路级数,分配各级电压增益。 话筒输入信号较弱,根据题意,输入信号为5mV 时,输出功率最大值为1W 。因此电路系统总电压增益 )55(556/dB u R P A i L o u ==∑。由于实际电路中会有损耗,应留有裕量,故取)6.55(600dB A u =∑。

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