第3章模拟电子电路的设计型实验.ppt

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1、第第3章模拟电子电路的设计型实验章模拟电子电路的设计型实验 实验实验3.1测量放大电路的设计测量放大电路的设计 实验实验3.2场效应管放大器的设计场效应管放大器的设计 实验实验3.3正弦波、方波、二角波函数信号发生器正弦波、方波、二角波函数信号发生器的设计的设计 实验实验3.4具有恒流源的差分放大器的设计具有恒流源的差分放大器的设计 实验实验3.5 RC有源滤波器的设计有源滤波器的设计 实验实验3.6 OCL低频功率放大器的设计低频功率放大器的设计 实验实验3.7开关型直流稳压电源的设计与调试开关型直流稳压电源的设计与调试 实验实验3.8语音放大电路的设计语音放大电路的设计 实验实验3.9入侵

2、报警器的设计与调试入侵报警器的设计与调试 实验实验3.10水温测控电路的设计水温测控电路的设计 实验实验3.11 PTC暖风机节能温控器的设计暖风机节能温控器的设计实验实验3.1测量放大电路的设计测量放大电路的设计一、实验目的一、实验目的(1)掌握测量放大电路的设计方法。掌握测量放大电路的设计方法。(2)掌握测量放大电路各单元模块间的调试技术。掌握测量放大电路各单元模块间的调试技术。二、涉及知识点二、涉及知识点集成运算放大器、滤波器及电子电路各模块之间的联合调试集成运算放大器、滤波器及电子电路各模块之间的联合调试技术。技术。三、设计技术要求三、设计技术要求 如如图图3-1所示，测量放大器由基本

3、测量放大器、二阶高通有所示，测量放大器由基本测量放大器、二阶高通有源滤波器、二阶低通有源滤波器二部分组成。源滤波器、二阶低通有源滤波器二部分组成。下一页 返回实验实验3.1测量放大电路的设计测量放大电路的设计1.性能技术指标性能技术指标(1)输入阻抗输入阻抗Ri 1 m。(2)电压放大倍数电压放大倍数AV103(即输入信号即输入信号UiP-P=1 mV时，输出信时，输出信号号UoP-P1 V)。(3)频带宽度频带宽度B=10 Hz10 kHz 10 kHz。(4)共模抑制比共模抑制比KCMRR 80 dB。2.预习要求预习要求(1)写出实验方案，选择实验仪器。写出实验方案，选择实验仪器。(2)

4、根据设计结果，写出设计报告。根据设计结果，写出设计报告。上一页 下一页 返回实验实验3.1测量放大电路的设计测量放大电路的设计四、设计原理与参考电路四、设计原理与参考电路 如如图图3-2所示，测量放大器由两个同相放大器和一个差动放所示，测量放大器由两个同相放大器和一个差动放大器组成。该电路具有输入阻抗高、电压增益容易调节，输大器组成。该电路具有输入阻抗高、电压增益容易调节，输出不包含共模信号等优点。第一级由两个同相放大器采用并出不包含共模信号等优点。第一级由两个同相放大器采用并联的方式，组成同相并联差动放大器，如图联的方式，组成同相并联差动放大器，如图3-3所示。该电路所示。该电路的输入电阻很

5、大。若不接的输入电阻很大。若不接R时，该电路由于引入了串联负反时，该电路由于引入了串联负反馈，所以其差模输入电阻馈，所以其差模输入电阻Rid和共模输入电阻和共模输入电阻Ric都很大。当接都很大。当接入电阻入电阻R后，由于后，由于R很小，则很小，则R与与Rid(或或Ric)并联后，该电路的并联后，该电路的输入电阻输入电阻Rid 2R,共模输入电阻共模输入电阻Ric R/2。图图3-3电路的差模电电路的差模电压增益为压增益为:(3-1)上一页 下一页 返回实验实验3.1测量放大电路的设计测量放大电路的设计 由式由式(3-1)可知，改变可知，改变R1的阻值就能改变电路的电压增益。的阻值就能改变电路的

6、电压增益。通常采用一个电位器与一个固定电阻来代替通常采用一个电位器与一个固定电阻来代替R1。调节电位器。调节电位器的阻值就能改变电路的电压增益。图的阻值就能改变电路的电压增益。图3-3所示同相并联差动放所示同相并联差动放大器的优点是，电压增益调节简单，输入电阻较大，适用于大器的优点是，电压增益调节简单，输入电阻较大，适用于不接地的不接地的“浮动浮动”负载，缺点是将共模信号按负载，缺点是将共模信号按1:1的比例传送的比例传送到输出端。测量放大器的第二级如到输出端。测量放大器的第二级如图图3-4所示，由集成运算放所示，由集成运算放大器大器A3、R3、R4、R5、RP一起组成基本的差动放大器，其中一

7、起组成基本的差动放大器，其中使使R4=R5+RP。该电路的差模输入电阻。该电路的差模输入电阻Ri=2 R3，共模输入，共模输入电阻电阻Ric=R3+R4，差模电压增益，差模电压增益 =R4/R3。因此，如图。因此，如图3-2所示测量放大器的差模电压增益为所示测量放大器的差模电压增益为:(3-2)上一页 下一页 返回实验实验3.1测量放大电路的设计测量放大电路的设计 在需要考虑放大电路的输入电阻与传感器的输出阻抗相匹配在需要考虑放大电路的输入电阻与传感器的输出阻抗相匹配的场合，广泛采用专用的集成仪表放大器，例如，的场合，广泛采用专用的集成仪表放大器，例如，AD522就就是典型的高精度单片式仪表专

8、用放大器。其内部结构与基本是典型的高精度单片式仪表专用放大器。其内部结构与基本连接方法分别如连接方法分别如图图3-5(a)、图、图3-5(b)所示。它采用所示。它采用16脚脚DIP陶陶瓷封装与瓷封装与20脚的脚的LCC封装两种封装结构。它可以使用在恶劣封装两种封装结构。它可以使用在恶劣工作条件下需要获得高精度的数据采集系统中。它的输出失工作条件下需要获得高精度的数据采集系统中。它的输出失调电压漂移小于调电压漂移小于25 V/0C，最大非线性仅为，最大非线性仅为0.003%。图。图3-5(b)是它的基本接法，增益选择端是它的基本接法，增益选择端x 10,x 100,x 1 000分别表分别表示电

9、压放大倍数为示电压放大倍数为10,100与与1 000。当。当R G2端与其中一个端子端与其中一个端子相连接时，就可以设置成所需要的增益值。例如，将相连接时，就可以设置成所需要的增益值。例如，将RG1与与X1 000相连接时，增益值就是相连接时，增益值就是1 000。上一页 下一页 返回实验实验3.1测量放大电路的设计测量放大电路的设计若要设置任意增益时，就只需在若要设置任意增益时，就只需在RG1与与RG2之间接入一只合适之间接入一只合适阻值的阻值的RG即可。若要调节失调电压，就只需在即可。若要调节失调电压，就只需在4脚、脚、6脚之间脚之间接入接入10 k的电位器，电位器的中间触头接正电源即可

10、。的电位器，电位器的中间触头接正电源即可。RG与增益与增益G的关系为的关系为:G=1+(40K/RG)(3-3)五、设计调试时的注意事项五、设计调试时的注意事项 (1)设计时要充分考虑电路的实际性能和方便调试。要注意设计时要充分考虑电路的实际性能和方便调试。要注意增益的分配，若同相并联差动放大级的增益过大则不容易测增益的分配，若同相并联差动放大级的增益过大则不容易测量，而且输出失调电压将加大。量，而且输出失调电压将加大。R3、R4不能太小，还要考虑不能太小，还要考虑到前级运算放大器的带负载能力。到前级运算放大器的带负载能力。上一页 下一页 返回实验实验3.1测量放大电路的设计测量放大电路的设计

11、(2)调试时要一级一级地进行。实验中的交流信号调试时要一级一级地进行。实验中的交流信号ui是是“浮空浮空”信号，而调试的信号源是一端接地，另一端输出往往叠加信号，而调试的信号源是一端接地，另一端输出往往叠加有直流电平，因此输入端的接法可采用如有直流电平，因此输入端的接法可采用如图图3-6(a)所示电路，所示电路，其中其中C1为隔直电容，对低频特性有影响，故不能取得太小，为隔直电容，对低频特性有影响，故不能取得太小，C2使另一端的交流接地，且不影响直流平衡。使另一端的交流接地，且不影响直流平衡。(3)测量高通滤波器的截止频率，由于截止频率测量高通滤波器的截止频率，由于截止频率fL=10 Hz，不

12、容易测量，故可用相位法来测量，如图不容易测量，故可用相位法来测量，如图3-6(b)所示。在所示。在fL=10 Hz处处uo与与ui相差相差90o，此时观察到的是一个正椭圆。，此时观察到的是一个正椭圆。六、实验报告的要求六、实验报告的要求(1)写出设计过程。写出设计过程。(2)写出各项指标的测量方法、测量条件和测量结果。写出各项指标的测量方法、测量条件和测量结果。(3)对实验中的缺陷、测试数据的误差等进行讨论。对实验中的缺陷、测试数据的误差等进行讨论。上一页返回实验实验3.2场效应管放大器的设计场效应管放大器的设计 一、实验目的一、实验目的 (1)掌握场效应管源极跟随器的设计技术掌握场效应管源极

13、跟随器的设计技术;(2)掌握场效应管放大器的组装与主要性能参数的测试方法掌握场效应管放大器的组装与主要性能参数的测试方法;(3)了解场效应管了解场效应管晶体管复合互补源极跟随器的性能特点晶体管复合互补源极跟随器的性能特点与设计方法。与设计方法。二、设计任务与技术要求二、设计任务与技术要求 采用场效应管采用场效应管3 DJ6 F设计一个源极跟随器，已知条件设计一个源极跟随器，已知条件:UDD=+12 V,RL=2 k,Ui=300 mV。要求。要求:(1);(2)Ri 2 m,Ro 1K;(3)fL 500kHz。三、设计原理与参考电路三、设计原理与参考电路设计原理设计原理(见实验见实验2.3场

14、效应管基本放大电路场效应管基本放大电路)下一页 返回实验实验3.2场效应管放大器的设计场效应管放大器的设计 2.设计步骤设计步骤 (1)选择电路形式。根据题意要求，选择如选择电路形式。根据题意要求，选择如图图3-7(a)所示结所示结型场效应管源极跟随器电路，利用晶体管特性图示仪测得型场效应管源极跟随器电路，利用晶体管特性图示仪测得3DJ6F的转移特性曲线如图的转移特性曲线如图3-7 (b)所示，且有所示，且有UP=-4V，IDSS3 mA。(2)设置静态工作点与参数计算。场效应管的静态工作点的设置静态工作点与参数计算。场效应管的静态工作点的设置要借助于转移特性曲线。根据静态工作点设置要借助于转

15、移特性曲线。根据静态工作点Q一般应选在一般应选在特性曲线特性曲线(1/3-1/2)IDSS内的原则，则对应的参数分别为内的原则，则对应的参数分别为:IDQ=IDSS/2=1.5 mA，UGSQ=-1V。由图由图3-7(b)可求出跨导可求出跨导:gm=ID/UGS=2(ms)因为要求因为要求 ，则空载电压放大倍数，则空载电压放大倍数gmRs1，得，得:RS1/gm=0.5 k，于是取，于是取RS=5.1k(0.5k)。上一页 下一页 返回实验实验3.2场效应管放大器的设计场效应管放大器的设计 若取若取RG1=68 k，则，则RG2=56 k。其中。其中RG1可以用可以用30 k的电的电阻串联阻串

16、联100 k的电位器组成，可方便调整静态工作点。的电位器组成，可方便调整静态工作点。根据题意要求根据题意要求Ri 2 m，得，得:RG3Ri，取，取RG3=2.2 m。满足设计指标满足设计指标要求。要求。上一页 下一页 返回实验实验3.2场效应管放大器的设计场效应管放大器的设计 与晶体管放大器相比较，场效应管放大电路的输入阻抗高，与晶体管放大器相比较，场效应管放大电路的输入阻抗高，其输入耦合电容其输入耦合电容C1的取值铰小，一般取的取值铰小，一般取0.02 F左右，本设计左右，本设计取取C1=0.02 F,C2=20 F。(3)复合互补源极跟随器电路设计方案。场效应管跟随器的输复合互补源极跟随

17、器电路设计方案。场效应管跟随器的输入阻抗很高，但输出电阻不是很低，比晶体管射极跟随器要入阻抗很高，但输出电阻不是很低，比晶体管射极跟随器要大得多。采用大得多。采用图图3-8所示的复合互补源极跟随器电路，可以获所示的复合互补源极跟随器电路，可以获得较低的输出电阻。根据图得较低的输出电阻。根据图3-8可得可得:(3-4)式中式中R=R/RG1/RG2(3-5)上一页 下一页 返回实验实验3.2场效应管放大器的设计场效应管放大器的设计(3-6)(3-7)如果如果 ，则，则 。利用上述公式，可计算出图。利用上述公式，可计算出图3-8所示电路的输入电阻所示电路的输入电阻Ri、输出电阻、输出电阻Ro、电压

18、放大倍数、电压放大倍数 。考虑到晶体管。考虑到晶体管3 CG21的的be结电阻结电阻rbe=200+26/IE 1.4(k)，根据式，根据式(3-4)式式(3-7)可得可得:上一页 下一页 返回实验实验3.2场效应管放大器的设计场效应管放大器的设计R=R/RG1/RG2=3(K)则输入电阻则输入电阻输出电阻输出电阻 如图如图3-8所示电路的阻抗变换系数所示电路的阻抗变换系数Ri/Ro=6x104，可见场效应，可见场效应管管晶体管复合互补源极跟随器可获得较低的输出电阻，在晶体管复合互补源极跟随器可获得较低的输出电阻，在一些高灵敏度的测量仪器中，常采用该电路作为仪器的输入一些高灵敏度的测量仪器中，

19、常采用该电路作为仪器的输入电路。电路。上一页 下一页 返回实验实验3.2场效应管放大器的设计场效应管放大器的设计四、电路的组装与调试四、电路的组装与调试 1.静态工作点的调整与测试静态工作点的调整与测试 按照图按照图3-7 (a)组装电路，结型场效应管组装电路，结型场效应管D极、极、S极不要接反。极不要接反。静态静态UGS2M,RO1 k,fL 500 kHz。上一页返回实验实验3.3正弦波、方波、二角波函数正弦波、方波、二角波函数信号发生器的设计信号发生器的设计一、设计任务一、设计任务设计一正弦波、方波、二角波函数信号发生器。性能参数的设计一正弦波、方波、二角波函数信号发生器。性能参数的设计

20、要求设计要求:(1)频率范围频率范围:110 Hz;10100 Hz;(2)波形特性波形特性:方波方波tr 30 s;_5%;二角波二角波 1;二角波二角波UP-P=80二、设计原理与参考电路二、设计原理与参考电路1.设计原理设计原理产生正弦波、方波、二角波的方案有多种，例如，先产生正产生正弦波、方波、二角波的方案有多种，例如，先产生正弦波，然后通过整形电路将正弦波变换成方波，冉经积分电弦波，然后通过整形电路将正弦波变换成方波，冉经积分电路将方波变换成三角波路将方波变换成三角波;也可以用电压比较器，积分电路产生也可以用电压比较器，积分电路产生三角波一方波，冉将三角波变换成正弦波，其电路组成框图

21、三角波一方波，冉将三角波变换成正弦波，其电路组成框图如如图图3-9所示。所示。下一页 返回实验实验3.3正弦波、方波、二角波函数正弦波、方波、二角波函数信号发生器的设计信号发生器的设计还可以采用集成函数发生器还可以采用集成函数发生器ICL8038产生三角波、正弦波和产生三角波、正弦波和方波。方波。2.方波一三角波产生电路方波一三角波产生电路 图图3-10运放运放LM798虚线左边所示电路能自动产生方波一二角波，其中运算放大虚线左边所示电路能自动产生方波一二角波，其中运算放大器选用一片通用双器选用一片通用双(或或A747。集成运放。集成运放A1，电阻，电阻R1,R2,R3和和RP1组成具有正反馈

22、过零的电压比较器，组成具有正反馈过零的电压比较器，R1为平衡电阻。为平衡电阻。A1的反相端接基准电压，即的反相端接基准电压，即U_=0，同相端接输入电压，同相端接输入电压UT比较器比较器A1的输出电压的输出电压Uo1的高电平等于正电源的电压的高电平等于正电源的电压+UCC，低电平，低电平等于负电源电压等于负电源电压-UEE(UEE=UCC)。当。当U+U_=0时，时，Uo1=+UCC;当当U+U_=0时，时，Uo1=-UEE。上一页 下一页 返回实验实验3.3正弦波、方波、二角波函数正弦波、方波、二角波函数信号发生器的设计信号发生器的设计由于由于A1输出翻转电压为输出翻转电压为(3-8)式中式

23、中RP1为电位器的调整值。若为电位器的调整值。若Uo1=+UCC，可得比较器，可得比较器A1下下门限电位门限电位:(3-9)若若Uo1=-UCC，可得比较器，可得比较器A1的上门限电位的上门限电位:(3-10)上一页 下一页 返回实验实验3.3正弦波、方波、二角波函数正弦波、方波、二角波函数信号发生器的设计信号发生器的设计集成运放集成运放A2,R4,RP2，C1、C2和和R5组成反相积分器。其输入组成反相积分器。其输入信号为方波信号为方波uo1，则积分器的输出，则积分器的输出:(3-11)当当uo1=UCC时，则有时，则有:(3-12)当当uo1=-UEE时，则有时，则有:(3-13)上一页

24、下一页 返回实验实验3.3正弦波、方波、二角波函数正弦波、方波、二角波函数信号发生器的设计信号发生器的设计可见，当积分器输入方波时，其输出可见，当积分器输入方波时，其输出uo2是一个上升速率与下是一个上升速率与下降速率相等的三角波。由于电压比较器降速率相等的三角波。由于电压比较器A1与反相积分器与反相积分器A2首首尾相连，形成闭环电路，则其自动产生方波一三角波，三角尾相连，形成闭环电路，则其自动产生方波一三角波，三角波的幅度为波的幅度为:(3-14)方波一二角波的频率为方波一二角波的频率为:(3-15)上一页 下一页 返回实验实验3.3正弦波、方波、二角波函数正弦波、方波、二角波函数信号发生器

25、的设计信号发生器的设计3.三角波三角波/正弦波变换电路正弦波变换电路 图图3-10中虚线右边所示电路将二角波转换成正弦波，其中中虚线右边所示电路将二角波转换成正弦波，其中晶体管选用集成差分对管晶体管选用集成差分对管BG319，其内部有，其内部有4只特性完全相同只特性完全相同的晶体管。的晶体管。RP3调节输出二角波的幅度，调节输出二角波的幅度，RP4调整差动放大电调整差动放大电路的对称性，并联电阻路的对称性，并联电阻RE2用来减小差分放大器的线性区用来减小差分放大器的线性区;C3、C4、C5为隔直藕交电容，为隔直藕交电容，C6为滤波电容，用来滤除谐波分量，为滤波电容，用来滤除谐波分量，改善输出波

26、形。改善输出波形。4.确定电路形式确定电路形式采用图采用图3-10所示电路。由于方波的幅度接近电源电压，故取所示电路。由于方波的幅度接近电源电压，故取电源电压电源电压+UCC=12V，-UEE=-12V5.计算主要元件参数计算主要元件参数电压比较器电压比较器A1与反相积分器外围元件的参数计算如下与反相积分器外围元件的参数计算如下:上一页 下一页 返回实验实验3.3正弦波、方波、二角波函数正弦波、方波、二角波函数信号发生器的设计信号发生器的设计由式由式(3-14)得得:(3-16)取取R2=10 k，R3=20 k，RP1=47 k，R1=R2/(R3+RP1)10 k根据式根据式(3-15)输

27、出频率的表达式得输出频率的表达式得:(3-17)当当1 Hzf10 Hz时，取时，取C2=10 F，得，得R4=5.1 k,RP2=100 k。上一页 下一页 返回实验实验3.3正弦波、方波、二角波函数正弦波、方波、二角波函数信号发生器的设计信号发生器的设计当当10 Hz 60dB。下一页 返回实验实验3.4具有恒流源的差分放大器的具有恒流源的差分放大器的设计设计(3)设计步骤与要求设计步骤与要求:根据已知条件及性能指标要求，确定电路及器件的型号，根据已知条件及性能指标要求，确定电路及器件的型号，设置静态工作点，计算电路的元件参数设置静态工作点，计算电路的元件参数(在实验前完成在实验前完成)。

28、在实验面板上安装电路，测量与调整静态工作点，使之在实验面板上安装电路，测量与调整静态工作点，使之满足设计计算值要求。满足设计计算值要求。测试性能指标，调整修改元件参数值，使之满足放大器测试性能指标，调整修改元件参数值，使之满足放大器性能指标要求，将修改后的元件参数值标在设计的电路图上。性能指标要求，将修改后的元件参数值标在设计的电路图上。写出设计性实验的报告。写出设计性实验的报告。三、设计原理与参考电路三、设计原理与参考电路 具有恒流源偏置的差分放大器，常作为集成运算放大器的具有恒流源偏置的差分放大器，常作为集成运算放大器的输入级或中间放大级，参考电路如输入级或中间放大级，参考电路如图图3-1

29、1所示。所示。上一页 下一页 返回实验实验3.4具有恒流源的差分放大器的具有恒流源的差分放大器的设计设计其中其中VT1,VT2称为差分对管，常采用如称为差分对管，常采用如图图3-12所示的双二极所示的双二极管管5 6921或或BG319等，它与电阻等，它与电阻RB1、RB2、RC1、RC2及电位及电位器凡，共同组成差分放大器的基本放大电路。器凡，共同组成差分放大器的基本放大电路。VT3,VT4与与电阻电阻RE3、RE4与与RP2、R1共同组成恒流源电路，为差分对管的共同组成恒流源电路，为差分对管的射极提供恒定的电流射极提供恒定的电流I0。晶体管中。晶体管中VT1与与VT2,VT3与与VT4的的

30、特性应相同，电路参数应完全对称，改变特性应相同，电路参数应完全对称，改变RP1可调整电路的对可调整电路的对称性。由于电路的这种对称性结构，无论是温度的变化，还称性。由于电路的这种对称性结构，无论是温度的变化，还是电源的波动是电源的波动(称为共模信号称为共模信号)，对，对VT1、VT2两管的影响都是两管的影响都是一样的。因此，差分放大器能有效地抑制零点漂移一样的。因此，差分放大器能有效地抑制零点漂移(即温度漂即温度漂移移)。上一页 下一页 返回实验实验3.4具有恒流源的差分放大器的具有恒流源的差分放大器的设计设计静态时差分放大器的输入端不加信号静态时差分放大器的输入端不加信号Uid。从图。从图3

31、-11可知可知(3-18)故称故称Io为镜像电流，其表达式为为镜像电流，其表达式为:(3-19)式式(3-19)表明，恒定电流表明，恒定电流Io主要由电源电压主要由电源电压-UEE、电阻、电阻RE4、R1、RP2来决定，与晶体管的特性参数几乎无关。对于差分来决定，与晶体管的特性参数几乎无关。对于差分对管对管VT1、VT2组成的对称电路，则有组成的对称电路，则有:(3-20)(3-21)(3-22)上一页 下一页 返回实验实验3.4具有恒流源的差分放大器的具有恒流源的差分放大器的设计设计可见差分放大器的静态工作点，主要由恒流源电流可见差分放大器的静态工作点，主要由恒流源电流Io来决定。来决定。四

32、、设置静态工作点并计算元件参数四、设置静态工作点并计算元件参数在图在图3-11中取中取Io=1 mA，则由式，则由式(3-20)得得:IC1=IC2=Io/2=0.5mA要求要求Rid 20 k，则，则:设计时可近似选取设计时可近似选取RB1=RB2=6。因设计要求差模电压放大倍数。因设计要求差模电压放大倍数:可选取可选取Avd=30，则，则RL=5.1 k。又因为。又因为RL=RC/RL/2所以所以上一页 下一页 返回实验实验3.4具有恒流源的差分放大器的具有恒流源的差分放大器的设计设计取取RC1=RC2=10 k，则由式，则由式(3-21)得得:UC1Q,UC2Q分别分别VT1,VT2管的

33、集电极电压，而基极的电压分管的集电极电压，而基极的电压分别为别为UB1Q、UB2Q，于是，于是:射极电阻值不能太大，否则负反馈太强，使得放大器增益很射极电阻值不能太大，否则负反馈太强，使得放大器增益很小，一般取几十欧姆的精密电位器，以便调整电路的对称性，小，一般取几十欧姆的精密电位器，以便调整电路的对称性，现取现取RP1=47。对于恒流源电路，由式。对于恒流源电路，由式(3-19)得得:上一页 下一页 返回实验实验3.4具有恒流源的差分放大器的具有恒流源的差分放大器的设计设计则则:RE4+R1+RP=11.3(k)这里取这里取RE3=RE4=2k，R1=5.1 k，RP2=10 k。五、静态工

34、作点的调整方法五、静态工作点的调整方法将图将图3-11中的输入端中的输入端接地，分别测量差分对管接地，分别测量差分对管VT1,VT2的的集电极对地电位集电极对地电位UC1Q,UC2Q，若电路不对称，则，若电路不对称，则UC1QUC2Q，应调整应调整RP1，使，使UC1Q=UC2Q。再测量电阻。再测量电阻RC两端的电压，并调两端的电压，并调节节RP2，使，使Io的值满足设计要求值的值满足设计要求值(例如例如1 mA)。由于大、为设。由于大、为设定值，此时两只对管不一定工作在放大状态，所以要分别测定值，此时两只对管不一定工作在放大状态，所以要分别测量量UC1Q、UC2Q、UE1Q、UE2Q、UB1

35、Q、UB2Q。上一页 下一页 返回实验实验3.4具有恒流源的差分放大器的具有恒流源的差分放大器的设计设计放大状态时有放大状态时有UBE0.7 V,UCE应为正几伏。若应为正几伏。若VT1,VT2已已经工作在放大状态，可利用其差模传输特性曲线经工作在放大状态，可利用其差模传输特性曲线(如如图图3-13所所示示)，来观测电路的对称性，并调整静态工作点，来观测电路的对称性，并调整静态工作点I0的值。将输的值。将输入端输入差模信号求入端输入差模信号求Uid=20 mV，其测量方法如，其测量方法如图图3-14所示。所示。反复调节反复调节RP1、RP2尽可能使传输特性曲线对称。尽可能使传输特性曲线对称。上

36、一页返回实验实验3.5 RC有源滤波器的设计有源滤波器的设计一、实验目的一、实验目的(1)掌握低通、高通、带通和带阻四种有源滤波器的设计方法掌握低通、高通、带通和带阻四种有源滤波器的设计方法;(2)研究品质因数研究品质因数Q对滤波器频率特性的影响。对滤波器频率特性的影响。二、设计任务二、设计任务设计一个截止频率设计一个截止频率fH=200 Hz,=2，Q=10，衰减速率为，衰减速率为-40 dB/十倍频程的低通滤波器。十倍频程的低通滤波器。三、设计原理三、设计原理 由由RC元件与运算放大器组成的有源滤波器与由元件与运算放大器组成的有源滤波器与由LC组成的组成的无源滤波器相比，舍去了电感器，具有

37、体积小、重量轻、功无源滤波器相比，舍去了电感器，具有体积小、重量轻、功耗低、线性度好等优点。但因受运放带宽的影响，不适合于耗低、线性度好等优点。但因受运放带宽的影响，不适合于高频信号，通常使用在几十高频信号，通常使用在几十kHz以下。以下。下一页 返回实验实验3.5 RC有源滤波器的设计有源滤波器的设计各种滤波器以一阶的电路形式最为简单，但滤波效果不好，各种滤波器以一阶的电路形式最为简单，但滤波效果不好，在阻带区衰减太慢在阻带区衰减太慢(按按20dB/十倍频程的斜率衰减十倍频程的斜率衰减)，其幅频特，其幅频特性曲线如性曲线如图图3-15中曲线中曲线所示。二阶滤波器是在一阶滤波器所示。二阶滤波器

38、是在一阶滤波器的基础上再加一级的基础上再加一级RC滤波器，滤波效果大大提高，在阻带区滤波器，滤波效果大大提高，在阻带区衰减变快衰减变快(按按40 dB/十倍频程的斜率衰减十倍频程的斜率衰减)，其幅频特性曲线，其幅频特性曲线如图如图3-15中曲线中曲线所示。如果想获得更好的滤波效果，需采所示。如果想获得更好的滤波效果，需采用高阶滤波器。用高阶滤波器。为理想特性曲线。为理想特性曲线。图图3-16为一阶、二阶高为一阶、二阶高通滤波器的特性曲线。通滤波器的特性曲线。下面以低通滤波器为例介绍有源滤波器的设计。下面以低通滤波器为例介绍有源滤波器的设计。上一页 下一页 返回实验实验3.5 RC有源滤波器的设

39、计有源滤波器的设计1.一阶低通滤波器的设计一阶低通滤波器的设计电路形式如电路形式如图图3-17所示，设计过程就是选择运算放大器和确所示，设计过程就是选择运算放大器和确定定R1,C的数值。在无特殊要求的情况下，一般选用通用运算的数值。在无特殊要求的情况下，一般选用通用运算放大器，其开环增益放大器，其开环增益AV80 dB，单位增益带宽应满足，单位增益带宽应满足BG(35)AffH。其中。其中Af为通带传输系数，为通带传输系数，fH为上限截止频率。为上限截止频率。R1 C的数值可由的数值可由fH=1/(2R1C)来确定。设计过程一般先选定电来确定。设计过程一般先选定电容，再计算容，再计算R1，因为

40、电容标称值分挡少，难以选配，电容值，因为电容标称值分挡少，难以选配，电容值可按可按表表3-1初选，再经实验确定。反馈电阻初选，再经实验确定。反馈电阻Rf由由Af和和R1确定。确定。上一页 下一页 返回实验实验3.5 RC有源滤波器的设计有源滤波器的设计2.二阶低通滤波器的设计二阶低通滤波器的设计 二阶低通有源滤波器的电路形式以巴特沃斯型和切比雪夫二阶低通有源滤波器的电路形式以巴特沃斯型和切比雪夫型应用较普遍，若通频带内不允许有波动时，用巴特沃斯型型应用较普遍，若通频带内不允许有波动时，用巴特沃斯型较好。若在给定的通频带内允许有波动差时，则用切比雪夫较好。若在给定的通频带内允许有波动差时，则用切

41、比雪夫型较好。常见切比雪夫型二阶低通有源滤波器有无限增益多型较好。常见切比雪夫型二阶低通有源滤波器有无限增益多路反馈电路路反馈电路(MFB)和电压控制电源电路和电压控制电源电路(VCVS)，分别如，分别如图图3-18(a),(b)所示。在图所示。在图3-18 (a)中因为有两条反馈支路，且运放中因为有两条反馈支路，且运放作为一个无限增益器件来使用，故称为无限增益多路反馈电作为一个无限增益器件来使用，故称为无限增益多路反馈电路。其优点是使用元件少，且有倒相作用，但增益调整对其路。其优点是使用元件少，且有倒相作用，但增益调整对其性能有影响，应用场合不如性能有影响，应用场合不如3-18 (b)图所示

42、的图所示的VCVS电路多。电路多。在在VCVS电路中，运放为同相输入，输入阻抗很高，输出阻抗电路中，运放为同相输入，输入阻抗很高，输出阻抗很低，因其相当于一个电压源而得名。很低，因其相当于一个电压源而得名。上一页 下一页 返回实验实验3.5 RC有源滤波器的设计有源滤波器的设计二阶低通滤波器的传输函数的一般形式为二阶低通滤波器的传输函数的一般形式为:(3-23)VCVS型低通滤波器的传输函数为型低通滤波器的传输函数为:(3-24)上一页 下一页 返回实验实验3.5 RC有源滤波器的设计有源滤波器的设计(3-25)设计时，通常给定的性能指标有截止频率设计时，通常给定的性能指标有截止频率fH，通带

43、增益，通带增益Av，品质因数品质因数Q。由此可建立方程组，先设定几个元件数值进行。由此可建立方程组，先设定几个元件数值进行设计。但是，仅由这几个参数求出电路中所有的元件数值是设计。但是，仅由这几个参数求出电路中所有的元件数值是困难的。困难的。表表3-2是巴特沃斯响应二阶低通滤波器的设计表，设是巴特沃斯响应二阶低通滤波器的设计表，设计者只需要查表便可进行设计，这种查表法又称为计者只需要查表便可进行设计，这种查表法又称为“快速设快速设计法计法”。上一页 下一页 返回实验实验3.5 RC有源滤波器的设计有源滤波器的设计四、设计参考电路四、设计参考电路已知已知VCVS型二阶低通滤波器的上限截止频率型二

44、阶低通滤波器的上限截止频率fH=2 kHz，品，品质因数质因数Q=10，集成运放的通带增益，集成运放的通带增益Av=2，试设计，试设计VCVS型低型低通滤波器。通滤波器。(1)根据截止频率根据截止频率fH=2 kHz，从表，从表3-1中知，当中知，当fH=2 kHz时，时，取取C=0.01 F，于是得，于是得:上一页 下一页 返回实验实验3.5 RC有源滤波器的设计有源滤波器的设计(2)从设计表从设计表3-2中查出中查出Av=2，K=1时的电容值和各个电阻值，时的电容值和各个电阻值，然后再乘以然后再乘以K，便得到所设计的数值。从表，便得到所设计的数值。从表3-2中查出人中查出人Av=2，K=1

45、时时:C1=C=0.01 F，R1=1.12 kR2=1.12 k,R3=6.752 ,R4=6.752。当。当K=5时，时，R1=5 1.126=5.63 k(取标称取标称值值5.63 k+30，R2=5 2.250=11.25 k(取标称值取标称值11 k+240)，R3=R4=33.76 k(取标称值取标称值33 k+750 )。(3)调试实验电路并修改设计。调试实验电路并修改设计。上一页 下一页 返回实验实验3.5 RC有源滤波器的设计有源滤波器的设计五、电路的组装与测试五、电路的组装与测试 (1)电阻的标称值尽可能接近设计值，可适当选用电位器进电阻的标称值尽可能接近设计值，可适当选用

46、电位器进行调节，并且尽可能采用金属膜电阻及容差小于行调节，并且尽可能采用金属膜电阻及容差小于10%的电容。的电容。组装电路前应测量电阻、电容的准确值。组装电路前应测量电阻、电容的准确值。(2)按照图按照图3-18(b)所示电路组装电路，检查无误后，在输所示电路组装电路，检查无误后，在输入端加入固定幅度的正弦信号，改变信号的频率，用示波器入端加入固定幅度的正弦信号，改变信号的频率，用示波器观察输出电压观察输出电压uo的变化，检验电路是否具有低通特性，若不的变化，检验电路是否具有低通特性，若不具有，则应排除电路存在的故障。具有，则应排除电路存在的故障。上一页 下一页 返回实验实验3.5 RC有源滤

47、波器的设计有源滤波器的设计(3)测试电路时要注意调节元件的参数，使其性能指标达到设测试电路时要注意调节元件的参数，使其性能指标达到设计要求。计要求。(4)在测试电路的幅频特性时，改变输入信号的频率，有可在测试电路的幅频特性时，改变输入信号的频率，有可能改变信号源输出信号的幅度，这时应调整信号源输出信号，能改变信号源输出信号的幅度，这时应调整信号源输出信号，使其幅度保持不变。使其幅度保持不变。上一页返回实验实验3.6 OCL低频功率放大器的设低频功率放大器的设计计一、实验目的一、实验目的(1)通过对功率放大器的设计，掌握功率放大器的基本原理通过对功率放大器的设计，掌握功率放大器的基本原理;(2)

48、通过设计、组装、调试及器件参数的计算，学会选择合适通过设计、组装、调试及器件参数的计算，学会选择合适的功放管的功放管;(3)了解低频功率放大器中分立器件与集成电路的配合使用了解低频功率放大器中分立器件与集成电路的配合使用;(4)了解低频功率放大器的带负载能力及功率与负载之间的匹了解低频功率放大器的带负载能力及功率与负载之间的匹配关系。配关系。二、设计任务与要求二、设计任务与要求(1)已知条件已知条件:输入电压幅值输入电压幅值Uim 1V，负载电阻，负载电阻RL=4，对称电，对称电源电压源电压+12 V，-12 V。下一页 返回实验实验3.6 OCL低频功率放大器的设低频功率放大器的设计计(2)

49、性能指标设计要求性能指标设计要求:工作频率工作频率:20 H20 kHz;最大不失真输出功率最大不失真输出功率:Pomax5W;静态电源电流静态电源电流:100 mA(输出短路时输出短路时);直流输出电压直流输出电压:50 mV(输出开路时输出开路时)。三、设计原理三、设计原理 功率放大器的主要作用是向负载提供功率，要求输出功率功率放大器的主要作用是向负载提供功率，要求输出功率尽可能大，效率尽可能高，非线性失真尽可能小。功率放大尽可能大，效率尽可能高，非线性失真尽可能小。功率放大电路有对称双电源电路有对称双电源OCL互补对称功放、单电源供电的互补对称功放、单电源供电的OTL功功放、放、BTL桥

50、式推挽功放和变压器耦合功放等多种形式，这些桥式推挽功放和变压器耦合功放等多种形式，这些电路各有特点。常用的集成功放电路介绍如下电路各有特点。常用的集成功放电路介绍如下:上一页 下一页 返回实验实验3.6 OCL低频功率放大器的设低频功率放大器的设计计1.TDA20 x x系列集成功放系列集成功放 TDA20 x x系列，包括系列，包括TDA2002/TDA2003、MPC2002 H、D2002/2003/2030等均为单片集成功放器件，具有性能稳定，等均为单片集成功放器件，具有性能稳定，功能齐全、附加自动保护电路，静态功耗小，外接元件少，功能齐全、附加自动保护电路，静态功耗小，外接元件少，易