2022年2022年江苏大学自动化专业电子技术课程设计 .pdf

电子技术课程设计报告专业班级：自动化 1302 姓名学号：指导老师：2015 年*月* 日名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 1 页，共 27 页 - - - - - - - - - 学年学期： 2014 年2015年第二学期设计题目 : 音频小信号前置放大电路设计；信号发生器设计设计同学： * 学号： * 同组同学： * 学号： * 分工情况：* ：选定课题，查阅资料，音频小信号前置放大电路设计，信号发生器参数设计及性能调试* ：资料查阅，参与音频小信号前置放大电路性能调试，信号发生器电路设计及性能调试。名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 2 页，共 27 页 - - - - - - - - - 一、音频小信号前置放大电路设计1设计要求设计音频小信号前置放大电路，并用合适软件模拟，。具体要求如下：（） 放大倍数 Au1000；（） 通频带 20Hz20KHz ；（） 放大电路的输入电阻RI1M ;输出电阻 RO 600 ；（） 绘制频响扫描曲线。说明：设计方案和器件根据题目要求自行选择，但要求在通用器件范围内。测试条件：技术指标在输入正弦波信号峰峰值Vpp=10mv 的条件进行测试（输入输出电阻通过设计方案保证） 。 【难度系数 0.7 】2. 设计方案方案一、采用分立式元件前置放大级：以单端输入双端输出且带恒流源的的差动放大电路作为第一级，以双端输入单端输出的差动放大电路作为第二级。优点： 双端输出的差动放大电路利用其电路的高度对称性以及局部交流负反馈可以很好的将共模干扰信号屏蔽。 之后利用单端输出的差动放大电路将双端浮地输出转化为单端输出。中间级：采用带射极旁路电容的共射放大电路。优点：共射放大电路具有良好的优良的电压放大和电流放大作用。输出级：采用共集组态的射极输出器电路。优点：共集组态的射极输出器具有高输入电阻和低输出电阻，可以很好地降低对前置级电路的负荷，并具有良好的带负载能力。方案二、采用两级运算放大器NE5532组成的放大电路。优点：运算放大器 NE5532具有体积小，噪音低，功耗小，一致性好等优点。特别的，运算放大器具有理想的输入输出稳定性，外部电路易调试。 输出效果理想，失真度小。考虑到电子课程设计安排时间较短，并且期间有概论论考试。 总体时间较为名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 3 页，共 27 页 - - - - - - - - - 紧迫。而采用分立式元件搭建电路时，各元件对电路影响较大，参数难以确定，电路调试颇为耗时， 工作时间要求较长。 在前两天采用方案一进行设计时，进度缓慢，难以在规定时间完成任务；因而综合考虑决定采用方案二进行电路设计。3. 主体设计关于音频小信号前置放大电路设计，现主要分为两大部分。第一部分、高低通滤波电路考虑到音频放大电路需要放大的频率范围为20Hz-20kHz。因而决定在放大电路的前级加上滤波电路，将频率高于20kHz以及低于 20Hz的信号滤去。滤波电路选用二阶压控电压源低通滤波电路和二阶压控电压源高通滤波电路。第二部分、放大部分电路采用两级 NE5532放大电路。4. 电路设计低通滤波电路部分电路图名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 4 页，共 27 页 - - - - - - - - - 低通滤波 10kHz波形低通滤波 20kHz波形低通滤波 30kHz波形名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 5 页，共 27 页 - - - - - - - - - 理论计算：根据相关知识：该低通滤波电路的上限截止频率的平方与R1、R2 、C1、C2的乘积成反比。代入数据算得上限截止频率为12.5kHz。之所以调到这个值是因为在将电路组合后能够在20kHz后将增益衰减到 1000 倍以下。高通滤波电路部分高通滤波 10Hz波形名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 6 页，共 27 页 - - - - - - - - - 高通滤波 20Hz波形高通滤波 30Hz波形理论计算：经过理论计算，该电路的下限截止频率约为20Hz 。放大部分电路名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 7 页，共 27 页 - - - - - - - - - 放大部分电路运行参数放大部分电路工作原理输入信号由 C1左端进入，经 C1滤波后一部分经1M 电阻接地，这样可以保证输入电阻为 1M 。另一部分接入 NE5532进行第一级放大，放大倍数由电阻R3和 R4的倍数进行控制，第二级放大同理是由电阻R5和 R6的倍数进行控制，其名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 8 页，共 27 页 - - - - - - - - - 中 R3=R4=10k ,R5=R6=1500k ，每一级都可以放大16倍，两级一共可以放大256倍左右，又因为滤波电路每级放大两倍，总共放大倍数达到1024 倍，满足放大倍数达到 1000 倍的要求，两级放大之间的电容C2起到滤波作用， 最后一级的输出经滤波电容 C3后接 600 的电阻最后接地。 这样输出电阻可以达到600 。通频带由滤波电路控制在20Hz-20kHz之间，可以满足条件。完整电路名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 9 页，共 27 页 - - - - - - - - - 完整电路 10Hz运行结果名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 10 页，共 27 页 - - - - - - - - - 完整电路 20Hz运行结果名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 11 页，共 27 页 - - - - - - - - - 完整电路 10kHz运行结果完整电路 20kHz运行结果名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 12 页，共 27 页 - - - - - - - - - 名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 13 页，共 27 页 - - - - - - - - - 完整电路 30kHz运行结果名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 14 页，共 27 页 - - - - - - - - - 二、信号发生器设计1、设计任务和要求设计一个能够输出正弦波、 三角波和矩形波的信号源电路，电路形式自行选择。输出信号的频率可通过开关进行设定，具体要求如下：1、输出信号的频率范围为100Hz2kHz ，频率未定度较高；2、步进为 100Hz ，要求输出的是正弦波信号，信号无明显失真；3、三角波和矩形波占空比连续可调；4、利用软件示波器测量出其输出频率的上限和下限及其输出电压的范围。【难度系数 0.7 】名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 15 页，共 27 页 - - - - - - - - - 2、总体方案设计 2.1 555多谐振荡器积分电路方波正弦波三角波图 1 方波、正弦波、三角波、信号器原理图2.2 设计思路原理首先由 555 定时器组成的多谐振荡器产生方波， 然后由积分电路将方波转化为三角波， 最后用低通滤波器将方波转化为正弦波，但这555 多谐振荡器积分电路低通滤波器名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 16 页，共 27 页 - - - - - - - - - 样的输出将造成负载的输出正弦波波形变形，因为负载的变动将拉动波形的崎变。3、各组成部分的工作原理3.1 方波发生电路的工作原理如下图 图 2 图 2 方波发生电路利用 555 与外围元件构成多谐振荡器，来产生方波的原理。名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 17 页，共 27 页 - - - - - - - - - 用 555 定时器组成的多谐振荡器如图2 所示。接通电源后， 电容 C2被充电，当电容 C2 上端电压 Vc 升到 2Vcc/3 时使 555 第 3 脚 V0 为低电平，同时 555 内放电三极管 T 导通，此时电容C2 通过 R2、R3放电， Vc 下降。当 Vc 下降到 Vcc/3 时，V0 翻转为高电平。电容器C2放电所需的时间为：t= ( R2 +R3) C2ln2 当放电结束时， T 截止，Vcc 将通过 R1、R2、R3 向电容器 C2充电，Vc 由 Vcc/3 上升到 2Vcc/3 所需的时间为 ：tH= (R1+R2+ R3) C2ln2=0.7( R1+R2+ R3) C2 当 Vc 上升到 2Vcc/3 时，电路又翻转为低电平。 如此周而复始，于是，在电路的输出端就得到一个周期性的矩形波。其震荡频率为：f=1/（tL+tH ）=1.43/(R1+2R2+2R3) C2 3.2 方波、三角波图 3 积分电路产生三角波名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 18 页，共 27 页 - - - - - - - - - RC 积分电路是一种应用比较广泛的模拟信号运算电路。在自动控制系统中，常用积分电路作为调节环节。此外，RC 积分电路还可以用于延时、定时以及各种波形的产生或变换。由 555 定时器组成的多谐振荡器输出的方波经C4 耦合输出，如图 3 所示为 RC 积分电路，再经R 与 C 积分，构成接近三角波。其基本原理是电容的充放电原理。3.3 三角波正弦波转换电路的工作原理图 4 三角波产生正弦波原理图PS:此采用低通滤波的方法将三角波变换为正弦波。名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 19 页，共 27 页 - - - - - - - - - 图中所需的元件数值大小由计算得出。4.整体设计电路构思整体函数发生器的设计电路如下：图 5 设计总电路图总电路图的原理： 555 定时器接成多谐振荡器工作形式，CX 为定时电容， C2 的充电回路是 R1R3R2C2；CX 的放电回路是 CX名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 20 页，共 27 页 - - - - - - - - - R2R3IC 的 7 脚(放电管 )。由于 R2+R3R1，所以充电时间常数与放电时间常数近似相等，由IC 的 3 脚输出的是近似对称方波。按图所示元件参数，其频率为500Hz 左右，调节电位器 RP可改变振荡器的频率。方波信号经R4、C4积分网络后，输出三角波。三角波再经 R5、C5、R6、C6 低通滤波电路，输出近似的正弦波。C7 是电源滤波电容。发光二极管LED1 用作电源指示灯。5.实际操作过程为达成要求中的步进，故将CX 设计成 20 个电容的串联，以达到步进的目的，实际电路图如下：用 Multisim 12.0 进行电路仿真名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 21 页，共 27 页 - - - - - - - - - 图 6 实际连接线路5.1 输出结果截图方波信号名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 22 页，共 27 页 - - - - - - - - - 三角波信号正弦波信号5.2 汇总波形图 7 汇总波形名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 23 页，共 27 页 - - - - - - - - - 5.3 步进设计设计电路图：图 8 采用电容串联的形式达到步进的结果图 9 起始 100Hz 名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 24 页，共 27 页 - - - - - - - - - 图 10 步进 100Hz . . 图 11 步进至 2000Hz 三、设计心得体会通过对音频小信号前置放大电路以及函数信号发生器的设计，使我对模电，数电的基本知识的使用更加熟练，同时也增加了我对它们的一些认识， 在作业完成过程中通过和同学的交流，也增加了合作的名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 25 页，共 27 页 - - - - - - - - - 技巧。通过查阅以下资料也学到了一些课本上没有的东西，拓宽了自己的知识面，增加了学好电子方面课程的信心。在这次课程设计中， 我真正体会到了合作的重要性，遇到很多问题时，当我看书查资料不能解决时，这是去找同组同学讨论一下，陈雾蒙同学给我的帮助很大，我的收获也很大。在设计的过程中，我们一开始选定的是 “音频信号放大系统” 设计，后来由于设计难度较大，关于双声道部分始终无法理解，为了保证顺利完成设计， 我们选择了改变课题，但在更改课题后的设计也同样遇到很多问题，遇到问题解决问题基本上达到了：询问同学、查询资料、询问老师、上网搜查等众多方式方法和途径，争取最大限度的达到完美。经过这次的课程设计， 加深了我对电子元器件的理解和认识。我发现实际器件与理论知识是有很大差别的，我一直以为分立式元件是很简单的，但是在搭建电路时发现，各个元件的参数不同，对整个电路会产生很大的影响。可谓是，设计简单调试难，说的容易做着难。尤其在一开始的失败设计中，我清楚地认识到元件参数调试的困难度。也发现了集成元件的巨大优势！四、参考文献：1 数字电子技术基础/ 夏路易主编.- 北京：科学出版社，2010.8 2 模拟电子技术基础 /毕满清主编 . 北京：电子工业出版社，名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 26 页，共 27 页 - - - - - - - - - 2008.6 3 模拟电子技术 / 成立主编 .- 南京：东南大学出版社， 2006. 名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 27 页，共 27 页 - - - - - - - - -