模电课程设计心得(精选7篇)
在一开始看见题目的时候,还是比较头疼的,不知道如何下手,但是随着慢慢的摸索,思路慢慢的出现了。这之间变化还是蛮大的,从最开始的不愿意动手到后来的因为一个环节没搞清楚而搞一晚上,这样的大反差让我们更进一步的了解了模拟电子技术这一门深奥而实用的课程。
课程设计本身要求将以前所学的理论知识运用到实际的电路设计当中去,在电路的设计过程中,无形中加深了我们对模拟电路和数字电路的了解及运用能力,对课本以及以前学过的知识有了一个更好的总结与理解;以前的模电实验只是针对某一个小的功能设计,而此次课程设计对我们的总体电路的设计的要求更严格,这需要通过翻阅复习以前学过的知识确立了实验总体设计方案,然后逐步细化进行各模块的设计,进而一步步调试排除错误
老师提供了多种不同类型的题目,自动油烟控制报警器这个任务难度相对适中,难度系数也比较适合,因此我们选择了这个题目。最初拿到题目之时,觉得无从下手,而且时间也的确非常紧迫。可能是由于模电数电这两门,特别是数电这门课程学过很久了,内容有些生疏,不得不翻出以前的课本,大致的浏览一下,即使不成竹于胸,也能初步的了解。通过浏览,很多的知识因此回忆起来了。但是问题并没有得到根本性的解决。首先,我只是知道此次的课程设计任务需要的一些集成芯片,例如电压比较器、DA转换器、数码管等。但是并不知道如何把它们组合起来,组成一个系统的,模块清晰,能够很好完成功能的整体。于是我们上网搜,图书馆查阅资料,看书,问同学。终于能够从整体上来把握。思路也逐渐的清晰了起来,整体的框架在我的脑海里慢慢的显现。很快,便有了整体的方案。把这个任务分成几个比较系统的模块,分别是报警浓度设置和显示模块,比较控制模块,烟雾传感器输入模块,三极管开关,驱动模块。接下来分别考虑了分块电路的细节。最后如期的完成了初步的设计雏形。有了方案的指导,接下来的几天就相对比较容易搞定,需要做的就是连接好电路,尽管这是一项依葫芦画瓢的步骤,但是要求的是绝对的用心和细致,稍有错误,就很难在错综复杂的线路中检查出来,有时候就是一个小问题,却会浪费了我们很多时间,这印证了一句话“细节决定成败!”不管做的实验有多么复杂或者多么简单,我们都应该抱着一颗谨慎细致的心去完成它,遇到困难不毛躁,一个个排除,一定会得到我们想要的结果的。虽然只有短短一周的课程设计,但是我们有许多的感想,总结起来如下:我觉得在做任何事情之前都必须的有一个大的纲领,也就是一个方向和目标,好让你不会走错路和走弯路。当然,这个的前提是纲领是对的。就这里而言,也就是我们的设计方案了。不难看出,所有的东西都是围绕着这个方案在进行的,那么我们就宁愿多花些时间在方案的完备性上,也就是常言道的“磨刀不误砍柴工”。没有准确的做好这一步,后面也无从谈起。从事我们这一行的必须要有动手能力。有了方案,就必须能够准确的实施,并且能够在实施的过程中不断的去纠正它,控制它,通过实验结果的反馈来改进最初的方案,最终又能够完善最初的方案,使之成熟。如果很好的保持了这样一个良性的循环。做出来的方案又怎么会不够完美呢?而且,动手的过程需要的是细致,耐心,准确。不要把这个过程当作是一个机械的操作,而是要带着你的设计思想,在思考中行进。不怕做的慢,因为熟能生巧,多多练习即可加强熟悉程度。虽然此次并没有在这个过程中遇到很大的困难,但是实际当中,动手能力是我们急需加强的一项技能。本次课程设计还让我们认识到要有取有舍,考虑最适合而不是最优。现实中,只能是理论上的最优。而在实际的步骤中,就需要我们进行取舍,留下什么,去掉
什么,都是要求我们认真考虑的,我坚持的一个原则就是,从整体上考虑,在无法避免的情况之下,可以牺牲部分模块的完备性来保证整体的实现和优化。当然,如果能够找到一种替代的方案或者模块,是最理想不过的了。
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模电课程设计
前言
课程设计是理论联系实际的重要实践教学环节,是对学生进行的一次综合性专业设计训练。学习完了模电,我们要通过不断的实践来学习模电的专业知识,应用所学的知识,要通过仿真,来实际的真切的掌握模电这门课程在实际中的意义。本次课程设计主要注重的是电子电路的设计、仿真、调试等综合于一体的一门课程,意在培养学生正确的设计思想方法以及思路,理论联系实际的工作作风,严肃认真、实事求是的科学态度,培养学生综合运用所学知识与生产实践经验,分析和解决问题的能力。作为一名大学生不仅需要扎实的理论知识,还需要过硬的动手能力,所以认真做好课程设计,对提高我们的动手能力有很大的帮助做到。
一.设计任务和要求
1.设计任务
1.1单管放大电路分析 按图绘制电路原理图 1.2带阻滤波器
(1)设计一个双T型带阻滤波器,要求中心频率fo870Hz。(2)绘制电路图,其中运算放大器可以使用μa741。μa741的4管脚接V-=–15V,7管脚接V+ =+15V; 2.设计要求(即需要解决的问题)
2.1单管放大电路分析
(1)利用示波器观察电路的输入、输出波形,读取波形峰值粗略估算放大倍数,并与(3)中的放大倍数作比较;
(2)静态工作点分析,求取IBQ,ICQ,UCEQ;说明电阻RB1,RB2,RC的阻值变化以及电容的容值变化对电路的影响(包括对放大倍数、动态输出范围、输出波形等的影响,),试分析其原因;
(3)分析该电路在正弦交流小信号下的对数频率响应曲线。并分别求出上限截至频率fH和下限截至频率fL,以及放大倍数、输入阻抗和输出阻抗。频率变化范围1Hz~10GHz,增量10Hz。2.2带阻滤波器
(1)进行交流扫描分析。
(2)分析电阻对中心频率fo的影响
(3)分析Q值对阻带宽度的影响
二、问题分析 2.1问题的重要性分析
通过对模电课程的学习,熟悉在放大电路中静态与动态的工作点,与其放大电路中出现的上下限截止频率,及其频带宽度,与输出,输入电路的细致学习。自己设计一个双T型带阻滤波器。再通过NI Multisim11的详细的学习,了解模电的详细的过程。
2.2问题的思路分析
对于第一题:只需按图绘制原理图,并按步骤操作即可;
对于第二题:关键是原理图的设计和参数的设置,完了后按题目要求逐步向下做即可。
三.题目的原理及操作步骤
3.1题目一的操作步骤(1)放置元器件。
(2)找到对应的元件库,可按要求型号选择各元器件并放置在图纸中。选电容器时,注意普通电容与电解电容的区别。此例中需使用电解电容。选接地,要选Ground(绝对地)不能选DGND(数字地)。(3)按照原理图中元件的位置,将各元器件摆放好。(4)改变参数值使其满足题目要求,连好线。
(5)利用示波器观察输入输出信号:点击菜单栏上的“船形开关”或绿色的三角形按钮,打开电源。
(6)点击“Reverse”按钮,可转换窗口背景色。
(7)共射放大电路的静态分析:利用“Add”按钮增加需要分析的电流电压值;需要经过计算才能得到的值,可用“Add expression”来编写公式。按下“Simulate”可得分析结果。(8)拖动鼠标观察输入输出波形的峰值,并粗略计算电压放大倍数。(9)共射放大电路的动态分析:设置横纵坐标分析计算电压放大倍数,电压放大倍数的频率特性,找出电压放大倍数,找出上下线截止频率和频带宽,求输入、输出电阻。3.2题目二的原理及分析
滤波器是一种只传输指定频段信号,抑制其它频段信号的电路。滤波器分为无源滤波器与有源滤波器两种:
如图1(a)所示,这种电路的性能和带通滤波器相反,即在规定的频带内,信号不能通过(或受到很大衰减或抑制),而在其余频率范围,信号则能顺利通过。在双T网络后加一级同相比例运算电路就构成了基本的二阶有源BEF。
(a)电路图(b)频率特性
电路性能参数:通带增益 A0=1+1Rb 中心频率 f0
2RCRa带阻宽度fBWfHfLf0/Q 品质因数Q电路的传输函数:
2(2A0)Uo(s)A0[1(sRC)2]A0(s202)A(s)=Ui(s)12(2A0)RCs(sRC)2s20s20Q当|A|=0.707A0时,可求得滤波器的上,下限截止频率:
fHf0f(14Q21)fL0(14Q21)2Q2Q四.问题的求解
问题一的求解 4.1连接线路图:
实现电路的静态与动态电路的分析。如下原理图
4.2用示波器观察输入与输出信号的波形并估算放大倍数。
A为输10mv/div则峰值为9.997mv B为输出则峰值为725.221Mv,则放大倍数为72.543而下面分析计算出的放大倍数为79.0695,估算的稍微小点。且输入与输出满足反向关系。4.3静态工作点分析结果。
输出电流IQ(IC)=737.24778uA, IQ(IB)=5.59439uA,I(RC)=737.4671uA, 电压U(BE)=V1-V2=723.71085mV, U(CE)=V3-V2=6.53151V 二.动态工作分析状态
1.电压放大倍数的频率特性及放大倍数。
动态分析 电压放大倍数频率特性 则放大倍数为79.0695倍 2.电路中的上下限截止频率和频带宽
0.707Au0.70779.069555.902V fH9.2415MHzfL38.2280HzfBWfHfL9.24146MHz
UCEQUCES),2ICQR动态输出范围Uoppmin2(C
增大改变旁路CE对下限截止频率fL影响大,射极容值不够会使放大倍数Au很小 3.求输入电阻
输入电阻 RiR1R24.09114.1478k4.11945k 224.输出电阻的原理图
5.输出电阻的分析情况
输出电阻 R4.1170k
o问题二的求解 1.原理图 RC=12f01.82936 故取R18.29C10uF
2.幅频及相频图
由图知f0876.553Hz 与题目要求相差不大,可认为满足题意 增益为-36.241dB 相位角为141.994Deg.3.利用示波器观察输入输出信号波形并估算其放大倍数
估算其放大倍数As=9.889mV4.3
2.294mV
4.找出上下线截止频率和频带宽 由图fH1.8308kHzfL423.0848HzfBWfHfL1.4077kHz 5改了双T的电阻 将电阻R18.29改为R40幅频特性如下
中心频率f0419.061Hz 增益为-36.241dB 相位角为87.646Deg.由此可见电阻R变大电容C不变,滤波器的中心频率f0变小。
6.改变了影响Q的电阻值(如下)
A0=1+RbR11123 Q RaR12(2A0)2fH1.9736kHzfL364.0613HzfBWfHfL1.6095kHz1.4077kHz
所以Q减小,频带宽度变大;Q值越大,通频带越窄。五.实验的误差分析
5.1双T电路中的电阻值用了计算出的18.29而元件库里没有该阻值的电阻,应用与他最接近的18.2 5.2示波器太灵敏,垂直光标不拉到所需参数的精确位置造成误差。六.实验心得(总结)
通过对模电的实践性的学习,让我们更深刻的掌握了运用NI Multisim11软件来操作动静态电路问题,掌握在中频段电路的工作方式。利用公式法设计有源二阶带阻滤波器。我查了课本和资料找到了解决问题的方法,用了波特图对带阻滤波器进行了扫描分析,培养解决问题的能力,积累设计经验,使我获得很多,我学到了很多知识,跨越了传统方式下的教与学的体制束缚,在论文的写作过程中,通过查资料和搜集有关的文献,培养了自学能力和动手能力。并且由原先的被动的接受知识转换为主动的寻求知识,这可以说是学习方法上的一个很大的突破。在以往的传统的学习模式下,我可能会记住很多的书本知识,但是通过课程设计,学会了如何将学到的知识转化为自己的东西,学会了怎么更好的处理知识和实践相结合的问题。对所学知识有了更深的认识和体会。
对于出现的任何问题和偏差都不要轻视,要通过正确的途径去解决,在做事情的过程中要有耐心和毅力,不要一遇到困难就打退堂鼓,只要坚持下去就可以找到思路去解决问题的。
课程设计报告书评阅页
课题名称: 班
级: 姓
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****年**月**日
指导教师评语:
考核成绩:
指导教师签名:
2011 年
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目录
【摘要】...................................................................................................................第1节 扩声电路的设计.........................................................................................一、目的............................................................................................................二、设计任务和要求........................................................................................三、基本原理概述............................................................................................四、元器件清单................................................................................................第2节 扩声电路各单元电路设计.........................................................................一、前置放大器的设计....................................................................................二、音调控制器的设计....................................................................................三、功率输出级的设计..................................................................................第3节、调试要点.................................................................................................一.前置级调试...............................................................................................二.音调控制器调试......................................................................................三.功率放大器调试......................................................................................四.整机调试...................................................................................................附录一.....................................................................................................................附录二.....................................................................................................................附录三.....................................................................................................................心得体会.................................................................................................................参考文献:................................................................................................................
第1节 扩声电路的设计
一、目的
掌握一些集成运放电路的使用。 掌握熟悉功率放大电路的设计。 了解什么是前置放大。
音频控制器的设计、功率输出级的设计等模电知识。
二、设计任务和要求
最大输出功率为8W。 负载阻抗为8Ω。
非线性失真系数不大于3%。
具有音频调节功能,即用两只电位器分别调节高音和低音。 输出功率的大小连续可调,即用电位器调节音量的大小。
频率响应:当高、低音调电位器处于不提升也不衰减的位置时,-3dB的频带范围是80HZ至6kHZ。
输入信号源为话筒输入,输入灵敏度不大于20mV。 输入阻抗不小于50KΩ
输入端短路时,噪声输出电压的有效值不超过10mV,直流输出电压不超过50mV,静态电源电流不超过100mV。
三、基本原理概述
扩声电路实际上是一个典型的多级放大器。其原理如下图所示。前置放大主要完成对小信号的放大,一般要求输入高阻抗,输出低阻抗,频带要宽,噪声要小;音频控制主要实现对输入信号高、低音的提升和衰减;功率放大器决定了整机的输出功率、非线性失真系数等指标,要求效率高、输出功率大。设计时首先根据技术指标要求,对整机电路做出适当安排,确定各级的增益分配,然后对各级电路进行具体的设计。
因为P0max=8W,所以此时的输出电压U0=。要使输入为5mV的信号放大到输出的8V,所需要的总放大倍数为
Au=u0/ui=8V/5mV=1600
三、元器件清单
元器件名称
LF353 三极管 三极管 三极管 二极管 电解电容 电解电容 电解电容 电解电容
参数
9013 9015 3DD01 IN4148 10uF 100uF 0.01uF 4.7uF
数量 2 1 1 2 2 2 3 2 1 元器件名称
电阻
电阻
电阻
电阻
电阻
电阻
电阻
电阻
电阻
参数 100KΩ 10KΩ 22KΩ 51KΩ 18KΩ 15kΩ 1kΩ 11KΩ 30Ω
音频控制器的设计主要是根据转折频率的不同来选择电位器、电阻及电容参数。
(1)低频工作时元器件参数的计算。音频控制器工作在地音频时(即f 本设计要求中频增益为Ao=1(0dB),且正在100Hz处有±12dB的调节范围。故当增益为0dB时,对应的转折频率为400Hz(因为从2dB到0dB对应两个倍频程,所以对应频率是2X2X100Hz=400Hz),该频率既是中音下限频率fL2=400Hz。最大提升增益一般取10倍,因此音调控制器的低音转折频率fL1=fL2/10=40Hz。 电阻R8,R10及RP1的取值范围一般为几千欧姆到数百欧姆。若取值过大,则运算放大器的漏电流的影响变大;若取值过小,则流入运算放大器的电流将超过其最大输出能力。这里取RP1=470KΩ。由于Ao=1。故R8=R10。又因为wL2/wL1=(RP1+R10)/R10=10,所以R8=R10=RP1/(10-1)≈52KΩ,取R9=R8=R10=51KΩ。电容C7可由式1/(2πfL1XRP1)求的:C7=0.0085uF,取0.01uF。 三、功率输出级的设计 功率输出级电路结构有许多种形式,选择由分立元器件组成的功率放大器或单片集成功率放大器均可。为了巩固在电子线路课程中所学的理论知识,这里选用集成运算放大器组成的典型OCL功率放大器,其电路如图6.10所示。其中由运算放大器组成输入电压放大驱动管,由晶体管VT1,VT2.VT3,VT4组成的复合管为功率输出级。三极管VT1与VT2都为NPN型的复合管。VT3与VT4为不同类型的晶体管,所组成的复合管导电极性由第1只管决定,为PNP型复合管。 (1)确定电源电压Vcc。功率放大器的设计要求是最大输出功率Pomax=8W。由式Pomax=1/2× 可得:uomax=√2PomaxRL。考虑到输出功率管VT2与VT4的饱和压降和发射极电阻R21与R22d的压降,电源电压常取:Vcc=(1.2~1.5)Uom。将以知参数带入上式,电源电压取±1.2V。(2)功率输出级设计: 1.输出晶体管的选择。VT1与VT4选择同类型的NPN型大功率管。其承受的量最大反向电压为Ucemax=2Vcc。每支晶体管的最大集电极电流为Icmax=Vcc/RL≈1.5A;每支晶体管的最大集电极功耗为:Pcmax=0.2Pomax=1.6W。所以,在选择功率三极管时,除应使两管B的值尽量对称外,其极限参数还应满足系列关系:V(BR)CEO﹥2Vcc,Icm﹥Icmax,Pcm﹥Pcmax。根据上式关系,选择功率三极管为3DD01。 2.复合管的选择。VT1与VT4组成复合管,他们承受的最大电压均为2Vcc,考虑到R18与R20的分流作用和晶体管的损耗,晶体管VT1与VT3的集电极功耗为:Pcmax≈(1.1~1.5)Pc2max/B2,而实际选择VT1,VT3的参数要大于其最大值。另外为了复合出互补类型的三极管,一定要使VT1,VT3互补,且要求尽可能对称性好。可选用VT1为9013,VT3选用9015.3.电阻R17~R22的估算。R18与R20用来减小复合管的穿透电流,其值太小会影响复合管的稳定性,太大又会影像输出功率,一般取R18=R20=(5~10)ri2.ri2为VT2管的输入端等效电阻,其大小可用公式ri2=rbe2+(1+B2)R21来计算,大功率管的 rbe约为10欧姆,B 为20倍。 输出功率管的发射极电阻R21与R22起到电流的负反馈作用,是电路的工作更加 112 第3节、调试要点 上图为扩声电路PCB图,在调试安装前,首先将所选用的电子元器件测试一遍,以确保元器件完好。在进行元器件安装时,布局要合理,连线应尽可能短而直,所用的测量仪器也要准备好。一.前置级调试 当无输入交流信号时,用万用表分别测量LF353的输出电位,正常时应在0V 附近。若输出端滞留电流为电源电压值时,则可能运算放大器已坏或工作在开环状态。 输入端加入ui=5mV,f=1000HZ的交流信号,用示波器观察有无输出波形。如有自激震荡,应首先消除。当正常工作后。用交流毫伏表测量放大器的输出,并求其电压放大倍数。 输入信号幅值保持不变,改变其频率。测量幅频特性,并画出幅频特性曲线。二.音调控制器调试 静态测试同上 动态调试:用低频信号发生器在音调控制器输入400mV的正弦信号,保持幅值不变。将低音控制电位器调到最大提升,同时将高音控制电位器调到最大衰减,分别测量其幅频特新曲线;然后将两个电位器的位置调到相反状态,重新测试其幅频特新曲线。若不符合要求,应检查电路的连接、元器件值、输入输出耦合电容是否正确、完好。三.功率放大器调试 静态调试:首先将输入电容C8输入端对地短路,然后接通电源,用万用表测试Uo,调节电位器RP3,使输出的电位近似为0.动态调试:在输入端接入400mV。1000Hz的正弦信号,用示波器观察输出波形的失真情况,调整电位器RP3使输出波形交越失真最小。调节电位器RP4使输出电压的峰值不小于11V,以满足输出功率的要求。四.整机调试 将三级电路连接起来,在输入端连接一个话筒,此时,调节音量控制电位器RP4,应能改变音量的大小。调节高、低音控制电位器,应能明显听出高、低音调的变化。敲击电路板应无声音间断和自激现象。 附录二 扩声电路总体设计原理图,PCB图见下 附录三 3D安装原理对照图 心得体会 在本次设计的过程中,我发现很多的问题,给我的感觉就是很难,很不顺手,看似很简单的电路,要动手把它给设计出来,是很难的一件事,主要原因是我们没有经常动手设计过电路,还有资料的查找也是一大难题,这就要求我们在以后的学习中,应该注意到这一点,更重要的是我们要学会把从书本中学到的知识和实际的电路联系起来,这不论是对我们以后的就业还是学习,都会起到很大的促进和帮助,我相信,通过这次的课程设计,在下一阶段的学习中我会更加努力,力争把这门课学好,学精。同时,通过本次课程设计,巩固了我们学习过的专业知识,也使我们把理论与实践从真正意义上相结合了起来;考验了我们借助互联网络搜集、查阅相关文献资料,和组织材料的综合能力;从中可以自我测验,认识到自己哪方面有欠缺、不足,以便于在日后的学习中得以改进、提高;通过使用电路CAD 软件Protel DXP , 也让我们了解到计算机辅助设计(CAD)的智能化,有利于提高工作效率。 一、设计任务与要求 1、设计任务 设计并制作一个高效率音频功率放大器。功率放大器的电源电压为+5V(电路其他部分的电源电压不限),负载为8Ω电阻。 2、设计要求 (1)3 dB通频带为300~3400Hz,输出正弦信号无明显失真。(2)最大不失真输出功率≥1W。 (3)输入阻抗>10kΩ,电压放大倍数1~20连续可调。 (4)低频噪声电压(20kHz以下)≤10mV,在电压放大倍数为 10、输入端对地交流短路时测量。 (5)在输出功率500mW时测量的功率放大器效率(输出功率/放大器总功耗)≥50%。 3、设计说明 (1)采用开关方式实现低频功率放大(即D类放大)是提高效率的主要途径之一,D类放大原理框图如下图所示。本设计中如果采用D类放大方式,不允许使用D类功率放大集成电路。 图1 D类放大原理框图 (2)效率计算中的放大器总功耗是指功率放大器部分的总电流乘以供电电压(+5 v),制作时要注意便于效率测试。、(3)在整个测试过程中,要求输出波形无明显失真。 二、方案论证与比较 根据设计任务的要求,对本系统的电路的设计方案分别进行论证与比较。 1、高效率功率放大器 ⑴ 高效率功放类型的选择 方案一:采用A类、B类、AB类功率放大器。这三类功放的效率均达不到题目的要求。方案二:采用D类功率放大器。D类功率放大器是用音频信号的幅度去线性调制高频脉冲的宽度,功率输出管工作在高频开关状态,通过LC低通滤波器后输出音频信号。由于输出管工作在开关状态,故具有极高的效率。理论上为100%,实际电路也可达到80%~95%,所以我们决定采用D类功率放大器。 图2 脉宽调制器电路 ① 脉宽调制器(PWM) 方案一:可选用专用的脉宽调制集成块,但通常有电源电压的限制,不利于本题发挥部分的实现。 方案二:采用图2所示方式来实现。三角波产生器及比较器分别采用通用集成电路,各部分的功能清晰,实现灵活,便于调试。若合理的选择器件参数,可使其能在较低的电压下工作,故选用此方案。② 高速开关电路 a.输出方式 方案一:选用推挽单端输出方式(电路如图3所示)。电路输出载波峰-峰值不可能超过5V电源电压,最大输出功率远达不到题目的基本要求。 图3 高速开关电路 方案二:选用H桥型输出方式(电路如图4所示)。此方式可充分利用电源电压,浮动输出载波的峰-峰值可达10V,有效地提高了输出功率,且能达到题目所有指标要求,故选用此输出电路形式。 图4 高速开关电路 b.开关管的选择。为提高功率放大器的效率和输出功率,开关管的选择非常重要,对它的要求是高速、低导通电阻、低损耗。 方案一:选用晶体三极管、IGBT管。晶体三极管需要较大的驱动电流,并存在储存时间,开关特性不够好,使整个功放的静态损耗及开关过程中的损耗较大;IGBT管的最大缺点是导通压降太大。 方案二:选用VMMOSFET管。VMOSFET管具有较小的驱动电流、低导通电阻及良好的开关特性,故选用高速VMOSFET管。③ 滤波器的选择 方案一:采用两个相同的二阶Butterworth低通滤波器。缺点是负载上的高频载波电压得不到充分衰减。 方案二:采用两个相同的四阶Butterworth低通滤波器,在保证20kHz频带的前提下使负载上的高频载波电压进一步得到衰减。 三、主要电路工作原理分析与计算 1、D类放大器的工作原理 一般的脉宽调制D类功放的原理方框图如图 5 所示。图 6 为工作波形示意,其中(a)为 输入信号;(b)为锯齿波与输入信号进行比较的波形;(c)为调制器输出的脉冲(调宽脉冲);(d)为功率放大器放大后的调宽脉冲;(e)为低通滤波后的放大信号。 图5 D类放大器的工作原理 图6 D类放大器的工作波形示意图 2、D类功放各部分电路分析与计算(1)脉宽调制器 ①三角波产生电路。该电路我们采用满幅运放TLC4502及高速精密电压比较器LM311来实现(电路如图7所示)。TLC4502不仅具有较宽的频带,而且可以在较低的电压下满幅输出,既保证能产生线性良好的三角波,而且可达到发挥部分对功放在低电压下正常工作的要求。载波频率的选定既要考虑抽样定理,又要考虑电路的实现,选择150 kHz的载波,使用四阶Bultterworth LC滤波器,输出端对载频的衰减大于60dB,能满足题目的要求,所以我们选用载波频率为150 kHz。 电路参数的计算:在5V单电源供电下,我们将运放5脚和比较器3脚的电位用R调整为2.5 V,8同时设定输出的对称三角波幅度为1 V(V=2V)。若选定R为100 kΩ,并忽略比较器高电 p-p 10平时R上的压降,则R的求解过程如下: 119 取R9为39 kΩ。 图7 三角波产生电路 选定工作频率为f=150 kHz,并设定R+R=20kΩ,则电容C的计算过程如下: 763对电容的恒流充电或放电电流为 则电容两端最大电压值为 其中T为半周期,T=T/2=1/2。Vf的最大值为2V,则 1c取C=220 pF,R=10kΩ,R采用20 kΩ可调电位器。使振荡频率在150 kHz左右有较大47 6的调整范围。 图8 比较器电路 ②比较器。选用LM311精密、高速比较器,电路如图8所示,因供电为5V单电源,为给V+=V-提供2.5V的静态电位,取R12=R15,R13=R14,4个电阻均取10 kΩ。由于三角波Vp-p=2V,所以要求音频信号的Vp-p不能大于2V,否则会使功放产生失真。 ⑵ 前置放大器电路 如图9所示。设置前置放大器,可使整个功放的增益从1~20连续可调,而且也保证了比较器的比较精度。当功放输出的最大不失真功率为1W时,其8Ω上的电压V=8V,此时送 p-p给比较器音频信号的V值应为2V,则功放的最大增益约为4(实际上,功放的最大不失真p-p功率要略大于1W,其电压增益要略大于4)。因此必须对输入的音频信号进行前置放大,其增益应大于5。 前放仍采用宽频带、低漂移、满幅运放TLC4502,组成增益可调的同相宽带放大器。选择同相放大器的目的是容易实现输入电阻R≥10kΩ的要求。同时,采用满幅运放可在降低电源 i电压时仍能正常放大,取V=V/2=2.5V,要求输入电阻R大于10kΩ,故取R=R=51kΩ,+ cc i 12则R=51/2=25.5kΩ,反馈电阻采用电位器R,取R=20kΩ,反相端电阻R取2.4kΩ,则前 i 43置放大器的最大增益Av为 图 9 前置放大器电路 调整R使其 4考虑到前置放大器的最大不失真输出电压的幅值V<2.5V,取V om的音频最大幅度V<(V/A)=2/8=250mV。超过此幅度则输出会产生削波失真。 imom v⑶ 驱动电路 如图10所示。器并联运用以获得较大的电流输出,送给由晶体三极管组成的互补对称式射极跟随器驱4.220 1 1 34 + = + = RR Av增益约为 8,则整个功放的电压增益从 0~32 可调。om=2.0V,则要求输入 将 PWM 信号整形变换成互补对称的输出驱动信号,用 CD40106 施密特 触发动的输出管,保证了快速驱动。驱动电路晶体三极管选用2SC8050和2SA8550对管。 ⑷ H桥互补对称输出电路对VMOSFET的要求是导通电阻小,开关速度快,开启电小。因输出功率稍大于1W,属小功率输出,可选用功率相对较小、输入电容较小、容易快速驱动的对管,IRFD120和IRFD9120 VMOS对管的参数能够满足上述要求,故采用之。实际电路如图11所示。互补PWM开关驱动信号交替开启Q和Q或Q和Q,分别经两个4阶Butterworth 67滤波器滤波后推动喇叭工作。 图 10 驱动电路 图 11 H 桥互补对称输出及低通滤波电路 ⑸ 低通滤波器 本电路采用4阶Butterworth低通滤波器(如图11)。对滤波器的要求是上限 频率≥20 kHz,在 通频带内特性基本平坦。采用了电子工作台(EWB)软件进行仿真,从而得到了一组较佳的参数:L1=22μH,L2=47μH,C1=l.68μH,C2=1μH。19.95 kHz处下降2.464 dB,可保证20 kHz的上限频率,且通带内曲线基本平坦;100 kHz、150 kHz处分别下降48 dB、62 dB,完全达到要求。 四、系统测试及数据分析 1、测试使用的仪器 2、测试数据 (1)最大不失真输出功率测试数据如下表所示: ⑵ 通频带的测量测试数据如下表所示 由表看出通频带BW0.7≈fH≈20 kHz,满足发挥部分的指标要求。⑶ 效率的测量测试数据如下表所示: ⑷ 测量输出功率200mW时的最低电源电压测量结果:Vcc=4.12 V。 3、测量结果分析 ①功放的效率和最大不失真输出功率与理论值还有一定差别,其原因有以下几个方面: a.功放部分电路存在的静态损耗,包括PWM调制器、音频前置放大电路、输出驱动电路及 桥输出电路。这些电路在静态时均具有一定的功率损耗,实测结果其 5V 电源的静态总电流约为30 mA,即静态功耗 P 损耗=5× =1 mW。那么这部分的损耗对总的效率影响很大,特别对小功率输出时影响更大,这是影响效率提高的一个很重要的方面。 b.功放输出电路的损耗,这部分的损耗对效率和最大不失真输出功率均有影响。此外,H桥的互补激励脉冲达不到理想同步,也会产生功率损耗。 五、进一步改进的措施 1、尽量设法减小静态功耗 ①尽量减小运放和比较器的静态功耗。实测两个比较器(LM311)的静态电流约为 15 mA,这部分损耗就占了静态损耗的一半功率。这是由于在选择器件时几个方面不能完全兼顾所 致。若选择同时满足几方面要求的器件,这部分的功耗是完全可以大幅度降低的。②我们选用的 VMOSFET 管的导通电阻还不是很小,若能换成导通电阻更小的 VM0SFET 管,则整个功放的效率和最大不失真输出功率还可进一步提高。③低通滤波器电感的直流内阻需进一步减小。 六、结束语 对于本系统设计,有些指标还有待于进一步提高。例如,在功放效率、最 功率等方面还有较大的潜力可挖,这些都有待于我们 模拟电路这门课程的学习已经走近尾声,回顾一学期以来所做的努力,从开始的满心好奇,到后来的畏难情绪,再到后来的不懈努力,感觉自己在模电这门课程的学习中收获很大。 还记得刚开学拿到这本厚厚的模电书开始,我心里就开始发悚,感觉这本书似乎有着无法述说的重量。大一的时候就老师学长们就和我们交流过关于模电这门课的学习难度,而且他们几乎都认为模电的学习较有难度,所以刚开始时就没敢怠慢这门课程。每次我总会满怀激情的在课外去复习和预习这门课的内容,但是好景不长,慢慢到后来,其它繁杂的事情越来越多,课程的学习难度也慢慢加大,所以有些章节学习起来感觉很吃力并且确实有好多问题放在那没有得到及时的解决,积累起来就比较多了!虽然老师在课堂上讲的十分仔细,但注意力稍不集中也很容易漏点重要的知识点。再者由于课时的限制,老师讲课的速度也很快。所以课后如果不花有效的时间和手段进行巩固学习,是很难掌握扎实的。 说说我对这本书的学习吧,在学习第二章运算放大器和第三章二极管及其基本电路时感觉还比较简单,也比较好掌握。在第四章我们学习了三极管及其的放大电路的知识,刚学完这一章时我总不能正确的判断共极输入的类型,尽管看了很多例题,也没能总结出一个完全正确的方法。再次课问老师时才想起老师总结过的一句话:“Ui连接一个电极,Uo引出一个电极,那么剩下的电极则为公共极,即为共某极电路”,这样一来,头脑中立刻清晰了很多,相信很多同学也有 与我相同的感受吧。对此,我觉得主要还是要靠老师的帮助,上课一定要认真听讲,认真做笔记。一方面听讲可以知道内容的重点,这样下课自己看书的时候就比较有针对性,效率很高,知识点齐全,考试自然轻松;另一方面老师在课上会讲到课本上没有但又十分重要的知识和思路,而这些事自己看书根本不能得到的。还有课外有效地预习与复习是必不可少的,它能很高效的帮助我们理解和巩固知识点。我认为模电是一门逻辑性极强的课程,而且有些电路图相当复杂,离开老师的讲解,学习难度不言而喻。在后面章节的学习中,场效应管的学习也是我觉得较难掌握的,不过在高老师的耐心讲解下,结合自己的课外巩固,也掌握了大部分知识。 我觉得分析模电重在按部就班思考,这不是说墨守成规,而是在头脑中形成比较成熟的思路,看到题目可以明白的知道我该做什么,会用到什么公式。毕竟我们现在的模电公式繁多,如果能有比较清晰的思路,不仅节约时间而且正确率也会很高。就以放大电路稳定性来看,比如需要我们求得Q、Au、Ri,如果我们头脑中一直有“求解静态工作点Q首先给出直流通路,求解动态指标首先要给出交流通路,且首先要稳定静态工作点”的清晰思路,再配合上不同电路(晶体管的基本放大电路、直接耦合放大电路、阻容耦合放大电路)所要的不同计算公式,那么这道题目必然迎刃而解。 第一章 这章是基础,所有的知识点都要在弄懂的情况下才能够进一步展开对模电的后一步学习,要贯彻理解不同的晶体管和场效应管的结构,特性曲线,熟练掌握它的主要参数及等效电路(特别是三极管的等效电路)。 第二章 这章的重点比较多,学好这一章能给以后的学习如虎添翼,所以大家一定要静下心弄懂,需要掌握的内容虽然多但是却都是能减轻以后的学习负担。 重点如下: 1、掌握放大的概念以及放大电路的指标; 2、掌握静态、动态、直流通路、交流通路、频率特性及温度漂移等基本概念; 3、掌握结合具体电路进行合理近似的估算法; 4、学会用图解法分析放大电路的静态、动态工作情况; 5、熟练掌握运用小信号模型等效电路法计算放大电路的动态性能指标; 6、熟练掌握共射(包括工作点稳定电路)、共集和共基放大电路的工作原理及特点; 7、掌握场效应管放大电路的分析方法和指标计算。 第三章 这章的主要主角是多级放大电路和差分放大电路,考点较前两章来说并不是很多的,所以掌握好它的各个考点,考起试来就会胸有成竹哦。 1、多级放大电路的基本概念,耦合方式以及动态分析;(重点) 2、直接耦合放大电路的零点漂移现象; 3、掌握差分放大电路的共模信号、差模信号、共模放大倍数、差模放大倍数、共模抑制比的概念。(重点) 4、差分放大电路的组成、抑制零点漂移的原理以及四种接线方式分析方法。(重点) 5、掌握互补输出级的正确接法和输入输出关系。 第四章 有了前三章的基础,学好以后的应该不是难事了。这章主要讲的是集成运算放大电路,我们需要了解集成运放电路的组成和电压传输特性,能够分析集成运放电路中的三种基本电流源电路(镜像,比例,微电流源)和改进型电流源电路(加射极输出器的电流源,威尔逊电流源),了解多路电流源电路和以电流源为有源负载的放大电路)。 第五章 这章是一个过渡章,需要我们了解的东西并不是很多,但是我们得从脑海中形成放大电路的频率响应的概念,对学习后面的信号分析会相对来说容易一点。 1、掌握放大电路频率特性的相关概念:上限频率、下限频率、通频带、波特图以及增益带宽积; 2、放大电路的频率响应特点,上下限频率与那些因素有关; 3、定性了解多级放大电路频带宽度与单级的关系 。 第六章 这章是重点章节,平时没怎么学的,想要拿一个看得过去的分数,得从这章下手。反馈又是这章出现频率最高的词汇,所以很明显,反馈(也可以说负反馈)是重点的重点。在这章的学习中,我们需要: 1、理解反馈的基本概念,负反馈放大电路增益的一般表达式,4种反馈组态及其特点。 2、瞬时极性法判别正、负反馈及反馈类型,正确解释负反馈对放大电路性能的影响。 3、计算深度负反馈放大电路的放大倍数。 4、负反馈放大电路产生自激的原因和条件,能用稳定裕度的概念分析反馈放大电路的稳定性。 学习目标(重点): 会看,会判断反馈的类型和极性,会定性分析其作用。 会引,会根据需要正确引入反馈。 会算,会估算深度负反馈放大电路的闭环增益。 会消振,会通过实验调试消除反馈放大电路中的自激振荡。 第七章 本章所讨论的集成运放的基本应用电路,主要包括比例、加法、减法、微分、积分、对数、反对数(指数)运算电路以及乘法器和除法运算电路等。本章讨论的信号处理电路有有源滤波电路。 在分析各种运算和处理电路时,由运放构成的电路通常工作在深度负反馈条件下,常用到以下两个概念: 1)集成运放两个输入端之间的电压通常接近于零,即虚短。 2)集成运放输入电阻很高,两输入电流几乎为零,即虚断。 主要内容: 1、比例、加、减、积分和微分电路 2、滤波电路的基本概念,一阶、二阶有源滤波电路 3、电子信息系统预处理中所用放大电路 第八章 主要内容: (1)正弦波振荡电路的振荡条件 (2)RC、LC正弦波振荡电路的工作原理、组成原则、振荡频率的计算。 (3)非正弦信号产生电路:单门限电压比较器和迟滞比较器的工作原理,理解方波、矩形波、三角波、锯齿波发生器的工作原理。 第九章 主要内容: 1.功率放大电路的输出功率、效率和非线性失真之间的关系。 2.甲乙类功率放大电路的组成、工作原理、各项指标的计算及BJT的选择。 第十章 我们学了一个学期的网页设计,这周我们开始实践我们专用的计划如下: 第一天:网页设计与布局。网页的题材自己定,可以任选。 第二天:准备材料。建立站点,将所有的题材放到自己所建立好的站点里去,以便在做的可以更方便、快捷的应用到网页中,提高速率。 第三天:将所在准备的材料一起联接起来,放到自己的所设计的布局结构中。再做二级网页,建立超链接,把一级和二级网页连接起来。 第四天:将所做的网页进行整理、调试、发布。在网站上申请一个空间,将自己做的网页传到网上去。 第五天:写实习报告。将写好的实习报告打成电子文档,传到老师处,审查。 网页的布局: 网页的布局指的是网页的整体架构,也就是排版。在一个被别人打开网页之后,如何才能突出我们网站里面最重要的内容,即让用户第一眼就看到这个网页所想要传达的信息和内容。这首先就要从网页布局做起. 我觉得网页布局应当注意以下几点:1、整个网页的长和宽的比例,2、导航条的设置,3、正文的框架结构。我的这个上网页中,我的大体布局就是“F“型的。从我的首页上看上去虽然有点乱的感觉,但整个的布局是清楚的,乱而有型。在大多数企业网站中的布局都是大同小异,但是它们做出来的效果显得非常的完美,所也是他们企业的成功之处所在。因此,一个网页布局是一个非常重要的一个工作。 网页的设计: 网页的设计不仅需要学好网页设计软件的方法,还需要和其它的软件一起使用,如动画设计软件,静态图像处理软件,等等。所以学习起来的确有点困难,所以需要有有点耐心去学习,不要是因为一时的好奇而去做网站,那肯定是不得行的。当我们遇到问题的时候要总要想着自己去面对解决,不要掉入技术的陷阱,如果你的网页设计技术一流,并且对软件的掌握程度已经达到一定水平,但是你设计的网页确不堪目睹,这是因为网页设计是介于平面设计和编程技术两者之间的“边缘科学.”不仅涉及到美学,心理学,平面构成,色彩搭配等平面设计的方面的知识,还涉及到html,javascript,css,asp,php等编程语言技术方面的知识.只有综合运用多种知识,才能设计出视听特效,动感十足,富于个性的web页面,才能全面展现互联网这一新型媒体的独特魅力和多维空间的超强功能。 网页的整个形象: 在一个网页做成之后,就要去找开看下网站的整个效果。首先是给视觉效果人视觉效果的,而在视觉效果中又最注重是颜色的,所以色彩的配合是必不可少的知识。在调整好之后,到网上去申请一个空间,传到网上去,看下效果。 总结: 从我不知从何下手做网页时到现在学习了一学期和这个专用周结束,总算有一个大体的方向和设置的格式了。我一开始对什么网页的布局和设置啊,什么都着落,对于一个好的网站的是如何做出来的和它所应用的方法都大概有一个认识。比如说那些动画、流动的窗口和按钮、弹出图片等等一些广告、视屏之类的。在我们的课本中没有多少的代码,只有文字性的操作步骤。还有那些什么JAVA代码一个都没有。然而在我们制作过程中,我们很多的时候都需要使用那些JAVA代码,我们又不知道,只有到网上去找。但是这并不是一件坏事。我们还可以学到很多东西,这也是我们所需要的。我觉得我现在做出的网页虽然不是很好,但是通过了这一周的实习,我收获也是不少啊! 【模电课程设计心得】推荐阅读: 模电高频课程设计报告12-31 机械课程设计心得06-21 课程设计心得与体会12-09 课程设计心得体会12-19 网页设计课程心得03-13 数电课程设计心得04-06 设计课程培训心得总结04-21 电子技术课程设计心得06-16 电子课程设计的心得体会07-12 dsp课程设计心得体会12-08模电课程设计心得 篇4
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模电实习心得体会 篇6
网页设计课程设计心得 篇7