透明度报警器课件.docx
- 文档编号:9105572
- 上传时间:2023-02-03
- 格式:DOCX
- 页数:33
- 大小:678.25KB
透明度报警器课件.docx
《透明度报警器课件.docx》由会员分享,可在线阅读,更多相关《透明度报警器课件.docx(33页珍藏版)》请在冰豆网上搜索。
透明度报警器课件
课程设计说明书
课程设计名称:
电子课程设计
数字:
透明度报警器
课程设计题目:
模拟:
OTL音频功率放大器
学院名称:
信息工程学院
专业:
电子信息工程班级:
120411
学号:
12041129姓名:
夏亦然
评分:
教师:
张华南
2014年9月25日
电子课程设计任务书
2014-2015学年第1学期 第1周-4周
内容及要求
1.完成AltiumDesigner制图(原理图、PCB制图);
2.设计OTL功放电路和透明度报警器电路,并用multism进行仿真;
3.确认设计无误后进行实物连接,并通过示波器运行;
4.撰写设计报告。
进度安排
1.完成AltiumDesigner制图(原理图、PCB制图):
1周;
2.设计OTL功放模拟及透明度报警器电路并仿真:
1周;
3.领取元件进行实物连接,调试并验收:
1周;
4.记录试验数据,撰写设计报告:
1周;
学生姓名:
夏亦然
指导时间:
第1~4周
指导地点:
综合楼中505室
任务下达
2014年9月1日
任务完成
2014年9月25日
考核方式
1.评阅√□2.答辩√□3.实际操作√□4.其它√□
指导教师
张华南
系(部)主任
贾杰
摘要
功率放大器的作用是给音响放大器的负载RL(扬声器)提供一定的输出功率。
当负载一定时,希望输出的功率尽可能大,输出的信号的非线形失真尽可能的小,效率尽可能的高。
功率放大器的常见电路形式有OTL电路和OCL电路。
有用继承运算放大器和晶体管组成的功率放大器,也有专集成电路功率放大器。
本文设计的是一个OTL功率放大器,该放大器采用TDA2030音频放大器芯片,TDA2030音频放大器电路是最常用到的音频功率放大电路,TDA2030是高保真集成功率放大器芯片,输出功率大于10W,频率响应为10~1400Hz,输出电流峰值最大可达3.5A。
其内部电路包含输入级、中间级和输出级,且有短路保护和过热保护,可确保电路工作安全可靠。
采用正输出单电源供电。
文中介绍了该放大器和运用LM317三端可调正稳压器集成电路组成的可调稳压电源的具体设计。
关键词:
OTL功率放大电路;TDA2030音频放大器;交越失真;反馈网络;PCB单面板。
目录
第一章OTL电路方案论证与对比1
前言.....................................................................1
1.1总体方案设计1
1.2方案一2
1.2方案二3
1.3两种方案的对比4
第二章电源部分的设计.....................................................................................5
2.1总体方案设计5
2.2方案论证与对比5
2.2.1方案一6
2.2.2方案二7
2.2.3两种方案的对比8
第三章单元电路设计及元器件选择和电路参数计算9
3.1单元电路设计与原理说明9
3.2电路参数计算10
3.3功率的计算10
3.4电源部分11
3.5绘制电路原理图13
3.6对实物电路进行调试并记录数据13
3.6.1电路调整与测试13
3.6.2通电观察...................................................................................................................17
3.6.3OTL功放部分的检测17
3.7数据分析及误差分析18
第四章透明度报警器..........................................19
4.1系统组成及工作原理.....................................................................................................19
4.2电流电压变换.................................................................................................................20
4.3积分器.............................................................................................................................21
4.4电压比较器.....................................................................................................................21
4.5设计电路图及方案选择.................................................................................................22
4.6元器件及仪器设备明细表.............................................................................................24
设计总结与展望................................................24
参考文献......................................................26
附录一:
相关芯片与电路资料.....................................27
附录二:
PCB板制图..............................................30
前言
功率放大器通常分为五种工作状态,即A类、AB类、B类、C类、D类。
在音频功放的领域内,前四类均可直接采用模拟音频信号直接输入,放大后将此信号用以推动扬声器发声。
D类放大器比较特殊,只有两种状态,不是通就是断。
因此它不能直接模拟音频信号,而是需要某种变换再放大。
如何通过分析仪器让音频功放达到更高的要求是许多人为之努力的永恒的课题,声音经过模拟设备记录和再生,成为模拟音频,再经过数字化成数字音频,音频分析就是以数字音频信号为分析对象以数字信号处理的各种理论为分析手段,提取信号在时域,频域内一系列特性的过程。
本次设计准备采用二级放大电路,将输入信号进行两次放大,实现功率放大的作用,从而实现设计要求。
第一章OTL放大器设计方案
设计要求
1.额定输出功率P0>=10W
2.负载阻抗RL=8欧
3.采用全部或部分分立元件电路设计一种OTL音频功率放大器。
4.失真度<=3%
5.设计放大器所需的直流稳压电源。
1、方案论证与对比
1.1、总体方案设计
1.设计思路
功率放大器的作用是给负载RL提供一定的输出功率,当RL一定时,希望输出功率尽可能大,输出信号的非线性失真可能小,且效率尽可能高。
由于OTL电路采用直接耦合方式,为了保证电路工作稳定,必须采取有效措施抑制零点漂移。
为了获得足够大的输出功率驱动负载工作,故需要有足够高的电压放大倍数。
因此,性能良好的OTL功率放大器应由输入级、推动级和输出级等部分组成。
2.OTL功放各级的作用和电路结构特征
1)输入级:
主要作用是抑制零点漂移,保证电路工作稳定,同时对前级(音调控制级)送来的信号作低失真,低噪声放大。
为此,采用带恒流源的,由复合管组成的差动放大电路,且设置的静态偏置电流较小。
推动级的作用是获得足够高的电压放大倍数,以及为输出级提供足够大的驱动电流,为此,可采用带集电极有源负载的共射放大
2)电路,其静态偏听偏信置电流比输入级要大。
3)输出级的主要作用是级负载提供足够大的输出信号功率,可采由复合管构成的甲乙灯互补对称功放或准互补功放电路此外,还应考虑为稳定静态工作点须设置直流负反馈电路,为稳定电压放大倍数和改善电路性能须设置交流负反馈电路,以及过流保护电路等。
电路设计时,各级应设置合适的静态工作点,在组装完毕后须进行静态和动态测试,在小型不失真的情况下,使输出功率最大。
动态测试时,要注意消振和接好保险丝,以防损坏元器件。
1.2方案一
完全分立元件阻容耦合多级放大器设计
图1-1方案一结构框图
图1-2方案一原理图
简要原理分析
当输入信号处于正半周期时,VT3导通,VT2截止,于是VT3以射极输出的形式将信号传递给负载,同时向CO充电,因为CO电容量大,其上电压基本不变,维持在1/2VCC;当输入信号处于负半周时,VT2导通,VT3截止,已充电的C0充当VT2的电源,同时放电,VT2也以射极输出形式将信号传输给负载RL,这样在RL上得到了完整的输出波形。
1.2方案二
采用集成运算放大器设计基本放大电路
图1-3方案二结构框图
图1-4方案二原理图
简要原理分析:
电路为音频功率放大器原理图,其中TDA2030是高保真集成功率放大器芯片,输出功率大于10W,频率响应为10~1400Hz,输出电流峰值最大可达3.5A。
其内部电路包含输入级、中间级和输出级,且有短路保护和过热保护,可确保电路工作安全可靠。
TDA2030使用方便、外围所需元器少,一般不需要调试即可成功。
RP是音量调节电位器,C1是输入耦合电容,R1是TDA2030同相输入端偏置电阻。
R4、R5决定了该电路交流负反馈的强弱及闭环增益。
该电路闭环增益为(R4+R5)/R5=(0.68+22)/0.68=33.3倍,C2起隔直流作用,以使电路直流为100%负反馈。
静态工作点稳定性好。
C2、C4为电源高频旁路电容,防止电路产生自激振荡。
R6用以在电路接有感性负载扬声器时,保证高频稳定性。
VD1、VD2是保护二极管,防止输出电压峰值损坏集成块TDA2030。
1.3两种方案的对比
两方案的对比:
相同点:
OTL功率放大电路都是由输入级、推动级和输出级等部分组成
不同点:
方案一中采用分立元件进行设计
方案二中采用一片TDA2030进行设计
我们选择方案二理由如下:
用集成运算放大器放大信号的主要优点
1)电路设计简化,组装高度方便,只需适当选配外接元件,便可实现输入、输出的各种放大关系。
2)由于运放的开环增益都很高,用其构成的放大电路一般工作在深度负反馈的闭环状态,则性能稳定,非线性失真小。
运放的输入享受搞高,失调和漂移都很小,故很适合于各种微弱的信号放大。
又因其具有很高的共模抑制比,对温度的变化、电源的波动以及其他外界干扰都有很强的抑制能力。
3)
4)由运放构成的放大单元功耗低、体积小、寿命长,使整机使用的元器件数大大减少,成本降低,工作可靠性大为提高。
第二章电源部分设计
任何的电子产品都必须有电源供应部分,以便把市电转换成电子线路所需的直流电压,驱动电子线路工作。
图1-5电源电路框图
2.2方案论证与对比
2.2.1方案一
图1-6电源电路原理图
简要原理分析:
本次设计中,电源供应包括变压器,整流器,滤波电容,并且加入了稳压电路。
当220V交流电进入电路时,首先经过变压器,把220V电压降到几十伏,并且通过滤波电容,将直流电压降到电路所需的工作电压。
滤波电容的功能不仅是滤除交流纹波而已,它还具有储存电能的功效。
通过稳压电路得到比较稳定的输出直流电压。
:
2.2.2方案二
图1-7电源电路原理图
本次设计中,电源供应包括变压器,整流器,滤波电容,并且加入了稳压电路(LM317三端可调稳压器)。
当220V交流电进入放大器时,首先经过变压器,把220V电压降到几十伏,并且通过滤波电容,将直流电压降到电路所需的工作电压。
滤波电容的功能不仅是滤除交流纹波而已,它还具有储存电能的功效。
D1和D2的作用:
当输出短路时,C2上的电压被D2泄放掉,从而达到反偏保护的目的。
此外,当输入短路时,C3等元件上储存的电压会通过D1泄放,用于防止内部调整管反偏。
C2用以提高IC的纹波掏能力。
C3用以改善IC的瞬态响应。
C1用于输入整流滤波。
在大电流输出时,IC会因温升过高而截止,必须加适当面积的散热器,R1应选用线性的电位器。
因此,设计中电压放大级采用了稳压电路,使得电压稳压输出。
2.2.3两种方案的对比
两方案的对比:
相同点:
电源供应均包括变压器,整流器,滤波电容,并且加入了稳压电路
不同点:
稳压电路不相同
我们选择方案二理如下:
1)电路设计简化,组装高度方便,只需适当选配外接元件,便可实现输入、输出的各种放大关系。
2)LM317内部包含了输出短路保护,过流、过热保护电路,且性能稳定。
3)功耗低、体积小、寿命长,使整机使用的元器件数大大减少,成本降低,工作可靠性大为提高。
第三章单元电路设计及元器件选择和电路参数计算
3.1单元电路设计与原理说明
集成中间级
输入级:
输入级的作用是抑制零点飘移,保证电路工作稳定,同时对前级送来的信号作底失真放大。
驱动级:
驱动级作用是获得足够高的电压放大倍数,以及为输出级提供足够大的驱动电流
输出级:
输出级的作用是给负载提供足够大的输出信号功率
TDA2030是高保真集成功率放大器芯片,输出功率大于10W,频率响应为10~1400Hz,输出电
流峰值最大可达3.5A。
其内部电路包含输入级、中间级和输出级,且有短路保护和过热保护,可确保电路工作安全可靠。
3.2电路参数计算
RP是音量调节电位器,考虑到实际情况本设计RP=4.7KΩ,C1是输入耦合电容,C1=1uf,R1是TDA2030同相输入端偏置电阻,R2,R3为反馈网络电阻,R1=R2=R3=100K.
R4、R5决定了该电路交流负反馈的强弱及闭环增益。
该电路闭环增益为(R4+R5)/R5=(0.68+22)/0.68=33.3倍,C3起隔直流作用,以使电路直流为100%负反馈。
静态工作点稳定性好。
C2、C4为电源高频旁路电容,防止电路产生自激振荡。
R6用以在电路接有感性负载扬声器时,保证稳定性。
VD1、VD2是保护二极管,防止输出电压峰值损坏集成块TDA2030,
负载RL=8Ω。
...
3.3功率的计算
1、计算输出功率Po输出功率用输出电压有效值V0和输出电流I0的乘积来表示。
设输出电压的幅值为Vom,则
因为Iom=Vom/RL,所以
.当输入信号足够大,使Vim=Vom=Vcem=VCC-VCES≈VCC和Iom=Icm时,可获得最大的输出功率
由上述对Po的讨论可知,要提供放大器的输出功率,可以增大电源电压VCC或降低负载阻抗RL。
附:
TDA2030极限参数
参量符号
参数
数值
单位
VS
最大供电电压
±22
V
Vi
输入
VS
Vi
差分输入
±15
V
IO
最大输出电流
3.5
A
PTOT
最大功耗
20
W
TSTG,TJ
存储和结点的温度
-40to+150
℃
2、效率η
3.4电源部分
考虑到TDA2030A能在最低±6V最高±22V的电压下工作在±19V、8Ω阻抗时能够输出16W的有效功率,THD≤0.1%。
所以在设计直流稳压电源时应该考虑到这些相因素。
LM317工作原理:
LM317的输入最同电压为30多伏,输出电压1.5----32V...电流1.5A...不过在用的时候要注意功耗问题...注意散热问题。
LM317有三个引脚.一个输入一个输出一个电压调节。
输入引脚输入正电压,输出引脚接负载,电压调节引脚一个引脚接电阻(200左右)在输出引脚,另一个接可调电阻(几K)接于地.输入和输出引脚对地要接滤波电容.
输出电压计算:
Uo=(1+R2/R1)*1.25。
由于现在电位器的质量不太好,如果发生接触不良的现象,则输出电压变成了最高电压,极其容易损坏正在使用低电压供电的负载,其实只要增加一个三极管进行倒相即可解决这个问题,当电位器R2接触不良开路,输出电压升高并通过R1和R2加到三极管9014的集电极和基极,触发三极管导通,从而拉低LM317的调整端ADJ电压(理想情况下可以认为ADJ直接接地了),此时输出端只输出最低电压1.25V,有效地保护了用电负载。
3.5绘制电路原理图
3.6对实物电路进行调试并记录数据
3.6.1电路调整与测试
实践证明,新安装的电路板往往难以达到预期的效果,这是因为我们在设计的时候不可能周全地考虑元件的误差、器件参数的分散性、寄生参数等各种各样的客观因素。
此外,电路板的安装中仍存在有可能没有查出来的错误。
通过电路板整体测试与调整,可发现和纠正设计方案中的不足,并查出电路安装中的错误然后采取措施加以改进和纠正,就可以使之达到预定的技术要求。
本次设计采用的是PCB制作电路板,步骤繁琐,流程较为复杂。
所以在电路调整与测试的应注意的问题较多,具体如下:
一、通电前的检查
电路安装完毕后,必须在不通电的情况下,对电路板进行认真细致的检查,以便纠正安装错误。
检查应特别注意:
(1)元器件引脚之间有无短路。
因为我们该组是第一次用PCB制作板,在检查电路引脚间的有无短路的时候出现了不少的问题。
首先板子在腐蚀的时候就没有腐蚀好(这可能是板子的质量、腐蚀时间的长短、FeCL3溶液的配置等原因)所以在用万用表测量的时候真的是处处短路,而有的地方就是处处断路,为了保证的电路的正确性,只有通过万用表一条条的线路检查是否导通,引脚间是否短路。
所以本次设计实物的走线用导线和焊锡补了不少,同时为了避免短路很多地方用小刀刮了不少了。
(2)电源的正负、负极性有没有接反,正、负极之间有没有短路现象,电源线、地线是否接触良好。
关于电源正、负极问题主要是在本次设计中的单电源供电的导线插在功放电路的插座上,在此应特别注意在测试极性的时候,应注意红、黑表笔不要弄反。
红表笔接正极,黑表笔接负极。
该设计为了避免次问题在PCB制图的时候将地线稍微加宽。
不但满足制图制板的要求,而且使其极性区分明显。
(3)二极管有电解电容极性有没有接反,三极管、集成器件引脚有没有接错,集成电路的型号及安插方向对不对,引脚连接处有无接触不良等。
在安装的时候我们严格按照测量晶体管的步骤和要求进行,用万用表分别判断出二极管的阳、阴极;小功率三极管的类型、B极、C极、E极;大功率三极管的类型、B极、C极、E极……。
并作了相应的标注。
二通电调试
通电测试包括测试和调整两个方面,测试是对安装后的电路板的参数及工作状态进行测量,以便提供调整电路的依据,经过反复测量和调整,就可以使电路性能达到要求。
本次关于是电路板的参数和工作状态主要是在Multisim10软件上的仿真进行的,如下图:
功放电路原理图
功放电路仿真波形图
单电源直流稳压可调电路
单电源直流稳压可调仿真(仿真证明可提供1.5——32V电压)
3.6.2通电观察
我们首先检测电源电路,接通220V交流电,本电路均无异常现象,但就是没有输出电压,且指示灯没有发光,在次情况下我们多电路进行了分步检查,详细记录如下:
1、用完用的ACV200挡测得变压器的副边电压为25.625V,即变压器正常
2、用万用表的DCV200挡测量滤波电容两端的电压,万用表无明显变化。
由次判断整流桥可能接错或在通电时刻将整流桥烧坏。
反复对照电路图和PCB图发现桥的接法没有错误,
那么可能就是整流桥已烧坏,用万用表测量发现整流桥的每个间均处于导通状态。
根据整流桥的内部结构如下图所示:
整流桥内部结构
由图所示,无论红、黑笔放在什么位置,万用表都显示数据并且发出蜂鸣声,次时表明桥内的二极关已经烧毁。
3、断开220V交流电源,重新换个整流桥(备用的)正确安装整流桥后,经测量接法没错,重新检查电路的之后再次通电实验,指示灯还不亮。
4、断开220V电源再次检查电路,发现7812的3脚接触不良,
改进后再次通电实验,指示灯发光输出电压正常,,满足设计要求。
3.6.3OTL功放部分的检测
接上电源,观察均无异常现象,用万用表测量线路基本正确,测试过程在此不做详细介绍
3.7数据分析及误差分析
1、动态测量表中,Ui较Us的值大。
原因是,输入信号源有一定的内阻,并且电阻R1分流。
2、静态测量表中,实际值与理论值有一定的误差。
原因是,①平衡电阻选用不当;②电位器的调制不当。
3、存在的误差有:
①元器件本身所存在的误差;②在电路调试中读数所存在的人为误差。
楚元件与元件之间的联系,它们在一起有怎样的作用,它们接在一起可以实现那些功能,它们之间有什么相互的影响,好几个元件在一起又能有怎样的功能,弄明白了这些过后,就可以接电路了。
在接电路的过程中要仔细并且得有耐心,在检查错误时要更耐心,当出现错误时,首先检查线接对了没有,如果没有错误就看是不是元件存在问题,遇见错误要一步一步的来,不要这里弄一下那里弄一下,这样是不行的。
总之检测电路是要有耐心的慢慢的检查。
虽然本次设计做出的实物并不是很美观,但确实有一种成就感。
3:
在这次课程设计中,也得到了不少的学长和学姐的热心帮助,本次其他课程设计的帮助,在此表示忠心的感谢!
也感谢同组成员的齐心协力,快乐合作!
特别感激指导老师梁庶平的耐心指导,其钟明生老师等在百忙之中对我们精心指导!
6、元器件及仪器设备明细表
1、电源
2、万用表
3、函数信号发生器
4、焊接工具
5、双踪示波器
6、元器件清单
第四章透明度报警器
4.1系统组成及工作原理
光强度伺服电路:
伺服是使物体的位置、方位、状态等输出被控量能够跟随输入目标(或给定值)的任意变化的自动控制系统。
它的主要任务是按控制命令的要求、对功率进行放大、变换与调控等处理,使驱动装制输出的力矩、速度和位置控制的非常灵活方便。
,光强度伺服环路是利用光强来反向调控光强度的变化,控制光强度的稳定和便于控制光强度的大小。
在报警电路中利用光强度伺服环路可以精确控制光强度和避免因为光强度的不稳定导致报警器的误报行为。
原理图如下:
4.2电流电压变换
电流电压变换有好多种方式,如下所示:
分压器方法:
利用如图下图分压电路,将电流通入电阻。
在电阻上采样出电压信号。
其中,可以使用电位器调节输出电压的大小。
这种方法最简单,但需要考虑功率和放大倍数的选择问题。
霍尔传感器方法:
使用霍尔效应,在元件两端通过电流I,并在元件垂直方向上施加磁感应强度B的磁场,即会输出电压。
由下面的公式获得线性关系。
其中,RH为霍尔常数,I为输入电流,B为磁感应强度,d为霍尔元件厚度。
这种方法多用于对电流的测量,虽然也可以实现转换,但是精度有限
积分电路:
电压可以看作是电流的积分,利用如下图电路
为保证精度,选取运放时尽量找输入阻抗大的。
该电路常用于PID调节,积分电路成熟且放大倍数和精度较好。
但要注意
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 透明度 报警器 课件
![提示](https://static.bdocx.com/images/bang_tan.gif)