电工课程设计Word文档格式.docx
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1.2、最大输出电压:
Uo=4V±
0.05V
1.3、频率响应:
30Hz—30kHz
1.4、输入电阻:
ri>
15kΩ
1.5、失真度:
γ<
10%
1.6、负载电阻:
RL=2kΩ
1.7、电源电压:
EC=12~~24V
1.8、功率放大
1.9、β=100
3.设计目的
2.1.培养大学生的实际动手操作能力
2.2.训练毅力和耐心。
培养独立思考问题的能力。
2.3.较好的把握电路图和实物之间的联系,并且会对造电路图检测错误。
2.4.根据原理图测出静态工作点。
4.设计步骤和方法
4.1放大电路设计计算公式
(1)确定电源电压VCC根据OCL电路最大输出功率计算公式可知
Pom=Vom2/2RL
可求得
Uom=(2PomRL)1/2
Uom=Vcc-Uce(sat)-IeRe
式中,Uce(sat)为功放管饱和压降;
IeRe为功放管发射极电阻上压降。
为方便计算,电源电压用下式估算
Vcc=(1.2~1.5)(2PomRL)1/2=12~24V
取24V。
(Vcc的选取有具体电路的具体电阻阻值情况决定)
(2)功放管选择
Pcm=0.2Pom,Ucem=2/3.14Vcc,Icm=Vcc/RL
U(BR)ceo>
2Vcc
Icm>
Vcc/RL
Pcm=0.2Pom
Pom=V2/2RL=4W
Pcm>
1.8W
(3)复合管的小功率管选择
Pcm=(1.1~1.5)*4W/8=0.55~0.75
(4)负载电阻的选取
R10=7kΩ
R12(max)=2kΩ
以上公式仅供参考
4.2功率放大器
功率放大器理论图及仿真图
图14功率放大理论图图15功率放大仿真图及RL值
功率放大VCC—R10—R11—D1—D2—R12路线的电流要小于10mA,确保二极管不被烧坏,二极管导通压降选取为0.7V时,二极管导通的电流约为1mA。
并且功率放大电路的等效电阻为RL=2.0kΩ(1.8kΩ<
RL<
22.6kΩ确保两个二极管能导通,R10=n倍R12,此处n<
9)。
功率放大与使用的三极管可能有一定关系。
实验仿真中功率达到1瓦时,两个二极管在实际操作将被烧坏。
C1选取大于100uF(500uF或1mF均可以)。
可求的I0
4.3选择电路方案
收音机放大电路的框图如下图所示,根据设计指标选择多级放大电路,前置级为电压放大,输出级为功率放大,主要对前置级电压放大电路进行设计。
电路方案的确定包括以下几个方面内容:
(1)根据总的电压放大倍数,确定放大电路的级数。
(2)根据输入、输出阻抗及频率响应等方面的要求,确定电路晶体管的组态及静态偏置电路。
(3)根据三种耦合方式的不同特点,选用适当的耦合方式。
4.4计算元器件参数
4.4.1确定电源电压EC:
为保证输出电压幅度能达到指标要求,电源电压EC应满足如下要求:
图1电源电压波形
EC>
2Vom+VE+VCES
式中:
Vom为最大输出幅度
VE为晶体管发射级电压,取VE=1~3V。
VCES为晶体管饱和压降,取VCES=1V。
指标要求的最大输出电压Vo=1V,给定电源电压EC=24V,可以满足要求。
4.4.2确定T2的集电极电阻和静态工作电流
因为这级的输出电压比较大,为使负载得到最大幅度的电压,静态工作点应设在交流负载线的中点。
如图1所示。
由图可知,Q点在交流负载线的中点,因此的T2静态工作点满足下列条件。
(1-1)
因在晶体管的饱和区和截止区,信号失真很大,为了使电路不产生饱和失真和截止失真,VCEQ2应满足:
图2静态分析图图3静态工作点分析图
VCEQ2>
Vom+VCES(1-2)
由(1-1)式消去ICQ2并将(1-2)式代入可得:
取VE=3V;
VCES=1V
由(1-1)式消去VCEQ2可得:
则:
取R8=2k
4.4.3确定T2发射级电阻
取R9=430
4.4.4确定晶体管T2
选取晶体管时主要依据晶体管的三个极限参数:
BVCEO>
晶体管c-e间最大电压VCEmax(管子截止时c-e间电压)
ICM>
晶体管工作时的最大电流ICmax(管子饱和时c-e回路电流)
PCM>
晶体管工作时的最大功耗PCmax
由图1可知:
IC2最大值为IC2max=2ICQ2
VCE的最大值VCE2max=EC
根据甲类电路的特点,T2的最大功耗为:
PCmax=VCEQ2·
ICQ2
因此T2的参数应满足:
EC=15VICM>
2ICQ2=5.747mAPCM>
VCEQ2·
ICQ2=172.14mW
选用S9011,其参数为:
30V;
30mA;
400mW;
满足要求。
4.4.5确定T2的基极电阻
在工作点稳定的电路中,基极电压VB越稳定,则电路的稳定性越好。
因此,在设计电路时应尽量使流过R6和R7的IR大些,以满足IR>
>
IB的条件,保证VB不受IB变化的影响。
但是IR并不是越大越好,因为IR大,则R6和R7的值必然要小,这时将产生两个问题:
第一增加电源的消耗;
第二使第二级的输入电阻降低,而第二级的输入电阻是第一级的负载,所以IR太大时,将使第一级的放大倍数降低。
为了使VB稳定同时第二级的输入电阻又不致太小,一般计算时,按下式选取IR的值:
IR=(5~10)IBQ硅管
IR=(10~15)IBQ锗管
在上式中IR的选取原则对硅管和锗管是不同的,这是因为锗管的ICBO随温度变化大,将会影响基极电位的稳定,因此IR取值一般比较大。
对硅管来说ICBO很小,因此IR的值可取得小些。
本电路T2选用的是硅管,取IR=5IBQ
图4基极电阻R6.R7分析图
由图4知:
取:
R7=10.5kΩ;
R6=58kΩ。
4.4.6确定T1的静态工作点
因为第一级是放大器的输入级,其输入信号比较小,放大后的输出电压也不大。
所以对于第一级,失真度和输出幅度的要求比较容易实现。
主要应考虑如何减小噪声,因输入级的噪声将随信号一起被逐级放大,对整机的噪声指标影响极大。
晶体管的噪声大小与工作点的选取有很大的关系,减小静态电流对降低噪声是有利的,但对提高放大倍数不利。
所以静态电流不能太小。
在工程计算中,一般对小信号电路的输入级都不详细计算,而是凭经验直接选取:
ICQ1=0.1~1mA锗管
ICQ1=0.1~2mA硅管
VCEQ=(2~3)V
如果输入信号较大或输出幅度较大时不能用此方法,而应该具体计算。
计算方法与计算第二级的方法相同。
4.4.7确定T1管的集电极电阻,发射级电阻
图5电阻R3.R4.R5分析图
由图5知:
VE1=3V;
VCEQ1=3V;
ICQ1=1mA
R3=18kΩ电
取:
R4=40Ω;
R5=2.95kΩ
4.4.8选择T1管
图6T1管电阻选取分析图
选取原则与T2相同:
BVCE0>Ec=15V;
ICM>2mA;
PCM>1.5mW,根据现有条件选用S9011。
4.4.9T1管基极电阻的选取
IR=10IBQ,VE1=3V
由图6知:
R1=205kΩ;
R2=37kΩ
4.4.10耦合电容和旁路电容的选取
各级耦合电容及旁路电容应根据放大器的下限频率f1决定。
这些电容的容量越大,则放大器的低频响应越好。
但容量越大电容漏电越大,这将造成电路工作不稳定。
因此要适当的选择电容的容量,以保证收到满意的效果。
在设计时一般按下式计算:
其中:
RS是信号源内阻,ri1是第一级输入电阻。
r01是第一级输出电阻,ri2是第二级输入电阻。
ro2是第二级输出电阻。
Rb=R6//R7//R3
由于这些公式计算繁琐,所以在工程计算中,常凭经验选取:
耦合电容:
2~10μF
发射极旁路电容:
150~200μF
现在用第二种方法确定C1、C2、C3、Ce1和Ce2
C1=C2=C3=10μF
Ce1=Ce2=100μF
电容器的耐压值只要大于可能出现在电容两端的最大电压即可。
4.4.11反馈网络的计算
根据深反馈的计算方法,由图7知:
图7深反馈网络图
∵
∴Rf=187R4-R4=7.5kΩ
Rf=7.5kΩ,Cf=10μF
图8电压两级放大理论图
4.4.12.作出电路的仿真图形
图9multisim电路仿真图
利用示波器作出电路的仿真波形图
图10multisim示波器输入输出波形图
图11相位差波形图
图12幅频响应曲线
图13相频响应波形图
幅频特性:
随着频率的增加,电压幅值也随之增加。
当频率达到100Hz时,幅值趋于稳定。
相频特性:
随着频率的增加,相位角随之减小。
当频率达到1KHz时,相位角趋于稳定。
5.设计参数的理论验证
5.1确定静态工作点
图16T1管静态图图17T2管静态图
根据静态分析图静态工作点分析图如下
图18T1管静态工作点
图19T2管静态工作点
求得T1,T2管的静态工作点
IB1=0.00965mA IC1=0.965mAVCE1=3.726V
IB2=0.063645mAIC2=6.3645mAVCE2=8.522V
5.2.输入电阻、输出电阻及电压放大倍数的计算
根据小信号模型法,其小信号模型图如下
图20电路小信号模型图
图21T1管放大仿真图
图22T2管放大仿真图
计算输入电阻、输出电阻及电压放大倍数
ri1=2.70KΩro1=18KΩ Av1=218.7
ri2=571.5Ω ro2=1kΩ Av2=303.9
Av=Av1×
Av2=66462..93(有反馈电路得实际放大172倍)
ri=471.67Ω
若采用两级电压放大和一级功率放大不能满足要求,则可以采用四级电压放大和一级功率放大满足要求。
偶级电压放大波形同相位,奇级电压放大造成电压波形图相差90度。
电路中所使用的电阻阻值必须是计算值。
否则会造成输出波形和输入波形造成一定的相位差。
调节相位差,修改电路中计算不正确的电阻阻值可以调节相位差,或直接问老师。
最好选择前者。
电路设计综合仿真图
收音机设计心得
熟悉电路元件,掌握烙笔的使用方法;
发收音机装配零件,检查和熟悉各种零件;
熟悉收音机的装配图;
焊接各种零件并交收音机;
写实习报告实习内容
老师发给我每人一块电路板,先自我熟练使用,使我熟练掌握烙笔的使用方法,同时使我熟悉电路元件的焊接过程。
发收音机装配零件,检查和熟悉各种零件;
老师让我多次熟悉收音机的电路图和熟悉电路元件,并调试元器件的好坏。
进行学习使用电子仪器仪表是很得心应手的。
电压表电流表的使用,注意量程即可,其他的操作规程已经烂熟于心。
电压表、电流表和示波器同以前使用的没什么区别,但是万用表就与以前用过的有些不同了。
以前我使用的万用表是指针式的,只要调到相应的档位,测量读数即可。
而我现在使用的是数字式的,用它测量时,有写不适应。
常用电子元件的识别和检测。
常见的电子元件就是电阻、电容、二极管和三极管。
先说电阻,直到这天我才知道电阻上的色带是什么意思,以前只是看到过一个一个的电阻,不知道把这些电阻做成花花绿绿的作用,这样做就是电阻的色环标记法,通过色环来表示电阻的大小,有效数字、倍率和允许误差。
现在见到的电阻的色环有四道和五道的,四道环的有效数字是前两道环所代表,而五道环是由前三道所代表。
接着识别电容器,电容用于交流耦合、滤波、隔断直流、交流旁路和组成振荡电路等,电容的标注分为直接标注和色标法。
通过学习,我明白了直接标注的电容是用数字直接表示电容量,不标单位。
标注1~4位整数时,其单位是pF,标注为小数时,其单位是µ
F。
也有用三位数字表示容量大小,默认单位是pF,前两位是有效数字,第三位是有效倍率(10m),当第三位是9时,则对有效数字乘以0.1。
而色标法则同电阻器的标注。
检测电容的方法是利用电容的充放电特性,一般用万用表电阻档测试电容的充放电现象,两只表笔触及被测电容的两条引线时,电容将被充电,表针偏转后返回,再将两表笔调换一次测量,表针将再次偏转并返回。
用相同的量程测不同的电容器时,表针偏转幅度越大说明容量越大。
测试过程中,万用表指针偏转表示充放电正常,指针能回到∞,说明电容没短路,可视为电容完好。
现在说明在模拟电路中常见的二极管,通常二极管有整流、检波、稳压、发光、发电、变容、和开关二极管等。
检测二极管我利用的是二极管的正向导电性,正向导通反向截止,可以判断管子的好坏。
最后说明三极管的识别和检测,很明显,一般的三极管就是三个管脚,很容易识别,所以识别三极管重要的是识别三极管是NPN或PNP型,以及各管脚所代表的极性。
而这些的判断都需要使用万用表。
判断极性:
对圆柱型三极管,若管脚处接头有突出物,则将管脚冲上,顺时针依次为EBC极若没有突出物,则管脚根处间隙较大的两跟管脚对向自己,顺时针依次为EBC极。
对半圆型三极管,将管脚向上,半圆向自己,顺时针为EBC极。
判断三极管的类型:
在基于以上极性判断的前提下,NPN管,基极接黑表笔,测得电阻较小。
PNP管正好相反。
以上就是我对常用电子元件的识别和检测方法。
这些都是从老师那里学来的,熟练掌握还需要以后广泛的接触使用。
熟能生巧,就是这样的。
熟悉收音机的装配图;
焊接各种零件并交收音机。
但毕竟没有实际操作过,总是怀有几分敬畏之心。
而电子电路主要是基于电路板的,元器件的连接都需要焊接在电路板上,所以焊接质量的好坏直接关系到以后制作收音机的成败。
因此对电烙铁这一关我是不敢掉以轻心的。
影响焊接质量主要取决于焊接工具、助焊剂、焊料和焊接技术。
对焊接工具、助焊剂、焊料这样的物品我是没任何办法的,唯一可以改善的就是我的焊接技术,所以焊接技术就直接决定了我实习的成败。
由于我使用的电烙铁是新的,所以我就免除了除锈的工序,直接将电烙铁预热,后上锡,以达到最佳焊接效果。
焊接了几个元件,起初没经验,将电阻立得老高,这样既不美观也不牢靠容易形成虚焊,之后有了经验就采取卧式法,既美观又牢靠,只是拆卸时稍微麻烦,需要别人帮忙。
焊接时虽然胆战心惊,但还是总结出了心得,就是焊锡要用一点点下去,电烙铁要在锡水熔化后产生光亮就拿开,这样就能焊出光亮圆滑的焊点了。
将他们插好后就依次拆卸下来,先焊接电阻,再焊接瓷片电容(由于瓷片电容不分正负极,所以焊接同电阻)。
然后是三极管,焊接时注意三极管的极性,管脚要放入相应位置。
液体电容在装配时也要注意极性,防止接反,最后就是其他固定位置元件。
在组装收音机中,最重要的就是天线的安装,要将天线绕组区分开,分出匝数多的一侧和匝数少的一侧。
用万用表测量匝数多的还是少的,电阻为零为一侧的绕组。
将绕组多的焊接在电路板上的ab点上,绕组少的焊接在电路板上的cd点上。
焊接完电路板的电子元件后,就要处理电源同电路板的连接,扬声器同电路板的连接。
将电源槽扬声器安装在收音机外壳的对应位置,用焊锡焊接导线在接线柱上。
将电源的正负极焊接在电路板对应位置,扬声器的导线不分正负极所以就近焊接,使导线不容易扭曲干扰为佳。
接下来就是安装电池,调试收音机了。
这使我对电子工艺的理论有了初步的系统了解。
我了解到了焊普通元件与电路元件的技巧、印制电路板图的设计制作与工艺流程、收音机的工作原理与组成元件的作用等。
这些知识不仅在课堂上有效,对以后的电子工艺课的学习有很大的指导意义,在日常生活中更是有着现实意义;
也对自己的动手能力是个很大的锻炼。
实践出真知,纵观古今,所有发明创造无一不是在实践中得到检验的。
没有足够的动手能力,就奢谈在未来的科研尤其是实验研究中有所成就。
在实习中,我锻炼了自己动手技巧,提高了自己解决问题的能力。
比如做收音机组装与调试时,好几个焊盘的间距特别小,稍不留神,就焊在一起了,但是我还是完成了任务。
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- 电工 课程设计