电工课程设计报告书

.z.目录TOC\o"1-3"\h\z\u249311.设计任务与要求-3-98641.1设计任务-3-202471.2设计要求-3-185961.3方案分析-3-124811.4电路理论分析-4-119802.设计指标要求-4-131793.设计目的-4-8104.设计步骤和方法-4-113504.1放大电路设计计算公式-4-50844.2功率放大器-5-289534.3选择电路方案-6-100184.4计算元器件参数-7-164434.4.1确定电源电压EC：-7-56354.4.2确定T2的集电极电阻和静态工作电流-7-310784.4.3确定T2发射级电阻-8-23614.4.4确定晶体管T2 -9-131184.4.5确定T2的基极电阻-9-210904.4.6确定T1的静态工作点-10-246514.4.7确定T1管的集电极电阻，发射级电阻-10-10674.4.8选择T1管-11-151464.4.9T1管基极电阻的选取-11-172854.4.10耦合电容和旁路电容的选取-12-226854.4.11反响网络的计算-12-113394.4.12.作出电路的仿真图形-14-274355.设计参数的理论验证-17-69055.1确定静态工作点-17-169465.2.输入电阻、输出电阻及电压放大倍数的计算-18-27851电路设计综合仿真图-21-收音机音频放大电路仿真设计1.设计任务与要求1.1设计任务设计一个晶体管功率放大器电路，输入信号600mV，输出功率到达5W以上1.2设计要求1输出功率在1W到5W之间可调2放大器工作频率范围100kHz-1MHz3带内增益平坦度小于1dB4效率大于40%〔越高越好〕5其它可任意发挥1.3方案分析在多级放大电路中，输出的信号往往是送去驱动一定的装置。考虑到功率放大电路不同于电压放大，电流放大电路，因此功率放大电路包含着一系列在电压器放大电路中没有出现过的特殊问题，这些问题是：〔1〕要求输出功率尽可能大为了获得大的功率输出，因此功放管的电压和电流都有足够大的输出幅度，因此器件往往在接近极限运用状态下工作。〔2〕效率更高由于输出功率大，因此直流电源消耗的功率也大，这就存在一个效率问题。所谓效率就是负载得到的有用信号功率和电源供给的直流功率的比值。这个比值越大，意味着效率越高。〔3〕非线性失真要小功率放大电路是在大信号下工作，所以不可防止地产生非线性失真，而且同一功放管输出功率越大，非线性失真往往越严重，这就使输出功率和非线性失真成为一对主要矛盾。但是，在不同的场合下，对非线性失真的要求不同，例如，在测量系统和电声设备中，这个问题显得很重要，而在工业控制系统等场合中，则以输出功率为主要目的，对非线性失真的要启用就将为次要问题了。〔4〕功率器件的散热问题在功率放大电路中，有相当的功率消耗在管子的集电极上，是结温和管壳温度升高。为了充分利用允许的管耗而使管子输出足够大的功率，放大器件的散热就成为了一个重要问题。此外，在功率放大电路中，为了输出较大的信号频率，器件承受的电压要高，通过的电流要大，功率管损坏的可能性也就比较大，所以功率管的损坏与保护问题也不容无视。1.4电路理论分析电压放大局部参照第9页电压两级放大理论图功率放大局部参照第13也功率放大理论图2.设计指标要求1.1、电压放大倍数：Au=1721.2、最大输出电压：Uo=4V±0.05V1.3、频率响应：30Hz—30kHz1.4、输入电阻：ri>15kΩ1.5、失真度：γ<10%1.6、负载电阻：RL=2kΩ1.7、电源电压：EC=12~~24V1.8、功率放大1.9、β=1003.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/RLU(BR)ceo>2VccIcm>Vcc/RLPcm=0.2PomPom=V2/2RL=4WPcm>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=7kΩR12(ma*)=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。实验仿真中功率到达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I04.3选择电路方案收音机放大电路的框图如以下列图所示，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展设计。电路方案确实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到达指标要求，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静态工作点满足以下条件。(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=2k4.4.3确定T2发射级电阻取R9=4304.4.4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VCEma*〔管子截止时c-e间电压〕ICM>晶体管工作时的最大电流ICma*〔管子饱和时c-e回路电流〕PCM>晶体管工作时的最大功耗PCma*由图1可知：IC2最大值为IC2ma*=2ICQ2VCE的最大值VCE2ma*=EC根据甲类电路的特点，T2的最大功耗为：PCma*=VCEQ2·ICQ2因此T2的参数应满足：BVCEO>EC=15VICM>2ICQ2=5.747mAPCM>VCEQ2·ICQ2=172.14mW选用S9011，其参数为：BVCEO>30V；ICM>30mA；PCM>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分析图则：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，而是凭经历直接选取：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一样。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：取：VE1=3V；VCEQ1=3V；ICQ1=1mA则：取：R3=18kΩ电取：R4=40Ω；R5=2.95kΩ4.4.8选择T1管图6T1管电阻选取分析图选取原则与T2一样：BVCE0＞Ec=15V；ICM＞2mA；PCM＞1.5mW，根据现有条件选用S9011。4.4.9T1管基极电阻的选取取：IR=10IBQ，VE1=3V由图6知：取：R1=205kΩ；R2=37kΩ4.4.10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。其中：r01是第一级输出电阻，ri2是第二级输入电阻。其中：ro2是第二级输出电阻。其中：Rb=R6//R7//R3由于这些公式计算繁琐，所以在工程计算中，常凭经历选取：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取：C1=C2=C3=10μFCe1=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反响网络的计算根据深反响的计算方法，由图7知：图7深反响网络图∵∴Rf=187R4-R4=7.5kΩ取：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。当频率到达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。当频率到达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=0.00965mAIC1=0.965mAVCE1=3.726VIB2=0.063645mAIC2=6.3645mAVCE2=8.522V5.2.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=18KΩAv1=218.7ri2=571.5Ωro2=1kΩAv2=303.9Av=Av1×Av2=66462..93〔有反响电路得实际放大172倍〕ri=471.67Ω假设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，或直接问教师。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教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；教师让我屡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。进展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µF。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。用一样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，假设管脚处接头有突出物，则将管脚冲上，顺时针依次为EBC极假设没有突出物，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。这些都是从教师那里学来的，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