模拟电子技术 课件 36 简易电力线探测仪设计-40 扩音机电路组装与调试

模拟电子技术梁长垠教授综合项目设计与测试—简易电力线探测仪梁长垠教授测量方案设计选型01放大滤波电路设计02精密整流电路设计03报警显示电路设计04一、测量方案设计选型1.任务描述该任务来自于2013年全国大学生电子设计大赛（高职高专组K题）项目，要求设计并制作一种220V、60W白炽灯（11W节能灯探测功能未列入）照明线路探测仪，能在5mm厚度的五合板正面探测出背面照明电缆的位置走向，并要求探测到带电电缆时蜂鸣器报警或发光二极管指示。电缆位置的布线如图所示。电缆一端与交流电源220V插座相连，另一端连接大螺口（E27）灯座，灯座拧入60W白炽灯，灯的亮灭由开关控制。电缆以图钉侧边压扣或胶带粘贴的方式布设，布线可在7X7方格组成的区域内根据需要任意调整。一、测量方案设计选型2.任务分析对220V、60W白炽灯的照明线路，其信号辐射形式为交变的电磁场，信号的类型是50Hz正弦交流信号，信号幅度非常小，属于微伏级信号。本项目的主要任务是首先要探测导照明线路的辐射信号，其次，将探测到的电力线辐射信号经过滤波、放大等处理，最后通过声光报警电路驱动点亮发光二极管或驱动蜂鸣器发出报警声响。3.方案设计对照明线路辐射的交变电磁场信号的检测方法有以下几种：（1）测量交变的电场：用电容测量感应电荷在电阻上的感应电压。（2）测交变磁场：用电感元件测量或用霍尔元件测量其感应电压。（3）测交变电磁场：用电感测量感应电压或用收音机模块测量感应电压。综合分析，本项目采用电感元件作传感器检测照明线路上的感应电压。一、测量方案设计选型4.系统框图利用电感作为传感器检测照明线路辐射的50Hz正弦信号，由于该辐射信号非常小，易受干扰，因此后级需采用两级低通放大电路(增益至少为80dB)对信号进行放大处理。放大以后的信号再经过精密整流电路得到正极性信号，与基准电压通过比较器进行比较后得到整形的脉冲波形，送发光二极管指示电路与蜂鸣器报警电路。测量方案设计选型01放大滤波电路设计02精密整流电路设计03报警显示电路设计04二、放大滤波电路设计1.反相比例放大与低通滤波电路设计（1）反相比例放大与低通滤波电路设计图示为反相比例放大电路，电压放大倍数为-100倍（40dB）。由于传感器检测到的照明线路辐射信号为50Hz正弦信号，为防止干扰，在反馈电阻两端并联103电容实现低通滤波作用。该滤波器的通带截止频率为

由于来自传感器的电力线辐射信号非常小，至少需要两级放大器。在本系统中，由反相比例放大电路与同相比例放大电路级联完成对传感器检测的照明线路辐射信号放大任务。二、单元电路设计调试2.同相比例放大与低通滤波电路设计（1）同相比例放大与低通滤波电路设计本系统的第二级放大电路采用同相比例运算放大器。与反相比例低通滤波器电路分析类似，在反馈电阻两端仍需要并联103电容实现低通滤波功能，电路参数如图所示。测量方案设计选型01放大滤波电路设计02精密整流电路设计03报警显示电路设计04三、精密整流电路设计1.精密整流电路设计经两级放大器放大后的信号虽然具有了一定的信号幅度（信号幅度大小取决于电力线检测用工字电感的电感量大小，如果信号幅度不够可适当增大单级放大器或两级放大器的放大倍数），但该信号仍是50Hz的交流信号。为使交流电压信号变换成具有一定直流分量的电压信号，本系统中材料了精密全波整流电路。三、精密整流电路设计2.精密整流电路工作原理即：若输入信号为正半周交流信号，则输出端将得到与输入信号系统幅度、相同相位的正半周信号；若输入信号为负半周交流信号，则输出端将得到与输入信号幅度相同、相位相反的信号。当Vi>0时，D1截止，D2导通，A1为反相比例放大电路，A2为反相加法电路，此时当Vi<0时，D1导通，D2截止，V01=0，V0=-Vi测量方案设计选型01放大滤波电路设计02精密整流电路设计03报警显示电路设计04四、显示报警电路设计1.显示报警电路设计本系统的声光报警电路单限比较器来实现。利用发光二极管指示与蜂鸣器报警。2.显示报警电路原理经精密整流电路输出的全波整流信号接到比较器的反相输入端，在比较器的同相端接入基准电压（由电源电压经电位器分压得到）。当精密整流电路输出信号的直流电压（实际应该是峰值电压）大于同相端直流电压时，比较器输出低电平，发光二极管比点亮，蜂鸣器发出报警声响，表明传感器检测到照明线路的辐射信号并达到一定的强度。本次课程到此结束，再见梁长垠教授模拟电子技术梁长垠教授综合项目设计与测试—简易电力线探测仪梁长垠教授反相放大滤波电路调试01同相放大滤波电路调试02精密整流电路调试04报警电路与系统联调05两级放大滤波电路调试03一、反相放大与滤波电路调试反相比例放大与低通电路调试：（1）C1不接，信号发生器输入幅度为20mV、频率分别为50Hz、1kHz正弦交流信号，同时用示波器观察输入与输出波形，分别计算放大倍数。一、反相放大与滤波电路调试反相比例放大与低通电路调试：（2）接上C1，信号发生器输入幅度为20mV、频率分别为50Hz、1kHz正弦交流信号，同时用示波器观察输入与输出波形，分别计算放大倍数。反相放大滤波电路调试01同相放大滤波电路调试02精密整流电路调试04报警电路与系统联调05两级放大滤波电路调试03二、同相放大低通滤波电路调试同相比例放大与低通滤波电路测试：（1）C15不接，信号发生器输入幅度为20mV、频率分别为50Hz、1kHz正弦交流信号，同时用示波器观察输入与输出波形，分别计算放大倍数。二、同相放大低通滤波电路调试同相比例放大与低通滤波电路测试：（2）接上C15，信号发生器输入幅度为20mV、频率分别为50Hz、1kHz正弦交流信号，同时用示波器观察输入与输出波形，分别计算放大倍数。反相放大滤波电路调试01同相放大滤波电路调试02精密整流电路调试04报警电路与系统联调05两级放大滤波电路调试03三、两级放大滤波电路调试两级放大电路滤波级联电路调试两级放大滤波电路级联方式，可以将反相比例放大器作第一级，也可将同相比例放大器作第一级放大器。三、两级放大滤波电路调试（1）C1、C15均不接，信号发生器输入幅度为20mV或更小一点（输出不失真）、频率分别为1kHz正弦交流信号，同时用示波器观察输入与输出波形。可见，由于输入信号过大，输出信号出现严重失真现象（变成方波脉冲）。三、两级放大滤波电路调试（1）C1、C15均接上，信号发生器输入幅度为20mV或更小一点（输出不失真）、频率为1kHz正弦交流信号，同时用示波器观察输入与输出波形，仿真电路与仿真波形如图所示。可见，两级放大器的总放大倍数约为248倍（未加滤波前约为10000倍）。反相放大滤波电路调试01同相放大滤波电路调试02精密整流电路调试04报警电路与系统联调05两级放大滤波电路调试03四、精密全波整流电路调试当输入信号为正弦交流信号时，电路输出端得到的是一个完整的全波整流正半周信号。在精密整流电路的信号输入端输入正弦电压Vi=4V（有效值）、f=1kHz，用万用表测试OUT端的输出直流电压,用示波器CH1、CH2同时观测输入输出波形，并记录。反相放大滤波电路调试01同相放大滤波电路调试02精密整流电路调试04报警电路与系统联调05两级放大滤波电路调试03五、声光报警电路与系统联调1.声光报警电路调试比较器LM311的同相端2脚电平由电位器对直流电源分压得到，反向端3脚信号来自于精密全波整流信号，仿真波形如图所示。五、声光报警电路与系统联调2.系统联调（1）传感器与电路级联将工字电感连接到反相比例放大低通滤波器的输入端，反相放大器输出与同相放大器输入端连接；再将同相放大器输出与精密整流电路输入端相连，精密直流输出连接到比较器的反相输入端。（2）系统调试①将工字电感沿接通负载（100W白炽灯）的电力线移动，用示波器观察精密直流电路的输出波形。

②调节比较器同相端连接的电位器，观察声光报警电路的工作状态。本次课程到此结束，再见梁长垠教授模拟电子技术梁长垠教授综合项目设计与测试—波形发生器梁长垠教授任务描述与要求01脉冲波电路设计02锯齿波电路设计03一次谐波电路设计04三次谐波电路设计05一、任务描述与要求1.任务描述该任务来自于2013年全国大学生电子设计大赛综合测评项目，要求使用555芯片和一片通用四运放324芯片，设计制作一个频率可变的同时输出脉冲波、锯齿波、正弦波1、正弦波2的波形产生电路。2.任务要求按照给定电子元器件，设计制作出能同时四通道输出，并且每通道输出脉冲波、锯齿波、正弦波1、正弦波2中的一种波形，每通道输出的负载电阻均为600欧姆。四种波形频率关系为1：1：1：3（3次谐波）；脉冲波、锯齿波、正弦波1输出的频率范围为8kHz~10kHz,输出电压幅度峰峰值为1V；正弦波2输出的频率范围为24kHz~30kHz,输出电压幅度峰峰值为9V。同时要求输出波形无明显失真，频率误差不大于10%；通带内输出电压幅度峰峰值误差不大于5%，脉冲占空比可调整。特殊说明：电源只能用10V单电源，由稳压电源供给。任务描述与要求01脉冲波电路设计02锯齿波电路设计03一次谐波电路设计04三次谐波电路设计05二、脉冲波电路设计1.电路设计利用NE555产生8kHz~10kHz脉冲波形，要求占空比为50%。NE555是8时基集成电路，属于模拟数字混合型器件，NE555由两个电压比较器、一个RS触发器、一个RS锁存器、一个输出缓冲器和一个模拟控制电路组成。它能够在单稳态、双稳态和多谐振荡器等多种工作模式下工作。其中单稳态模式最为常用，可以用于产生短脉冲和延时信号。由NE555构成的占空比接近50%的脉冲信号发生器电路如图所示。调整Rp3，输出频率不变，输出占空比改变；调整Rp1，输出频率改变，输出占空比也会改变；NE555芯片电源端需加上电容滤波，否则输出波形顶部会稍微失真。二、脉冲波电路设计2.电路调试接通电路供电电源，用示波器测试NE555的3脚输出电压波形。为解决输出脉搏的毛刺问题，可在电源端分别接上0.1、100μF电容，并在信号输出与地之间接上一个小滤波电容。任务描述与要求01脉冲波电路设计02锯齿波电路设计03一次谐波电路设计04三次谐波电路设计05三、锯齿波电路设计1.锯齿波产生原理通常情况下，对矩形脉冲进行积分运算就可以得到锯齿波（对方波积分得到三角波）。2.锯齿波产生电路设计用10V单电源的LM324设计制作一个积分电路，将NE555输出的方波变换为三角波（特殊的锯齿波）。采用反相积分器进行积分，只需调整555输出的占空比就可以得到不同的锯齿波，而当输入脉冲占空比为50%时，输出就是标准的三角波。受运放的失调电压影响，实际应用中应把积分电容尽量取小，把积分电阻尽量取大（1MΩ以内。三、锯齿波电路设计3.锯齿波电路工作原理因单电源供电，所以在同相端加入直流偏置电压，C6为滤波电容；C3为隔直电容，使电路不受前级直流工作点影响，同时使同相的直流偏置跟随到输出端；使用两个积分电容是为了方便参数调整；调整Rp4，输出幅值改变。任务描述与要求01脉冲波电路设计02锯齿波电路设计03一次谐波电路设计04三次谐波电路设计05四、一次谐波电路设计1.正弦波产生电路设计按照任务要求，首先利用LM324（单电源10V供电）设计制作一个将NE555产生的8kHz~10kHz方波脉冲，变换成同频率的三角波输出。将方波脉冲直接变换成同频率的正弦波，或把方波脉冲先变换成三角波，再把三角波变换成同频率的正弦波输出。电路设计：（1）直接将三角波进行两次积分，得到同频率的正弦波（2）采用二阶压控低通滤波器将三角波变换成同频率的正弦波。2.正弦波产生电路原理（1）二阶积分电路，得到同频率的正弦波积分电路具有低通特性，二阶积分电路的截至频率为

四、一次谐波电路设计2.正弦波产生电路原理（2）二阶压控低通滤波器电路，得到同频率的正弦波

该电路将第一阶的RC的电容不直接接地，而是接在运放的输出端，通过引入反馈以改善截止频率附近的幅频特性。因电路引入正反馈后使电压放大倍数在一定程度上受输出电压控制，且输出电压近似为恒压源，所以该电路也称压控电压源二阶低通滤波器。特征频率为任务描述与要求01脉冲波电路设计02锯齿波电路设计03一次谐波电路设计04三次谐波电路设计05五、三次谐波电路设计1.三次谐波产生电路设计按照任务要求，首先利用LM324（单电源10V供电）设计制作一个将NE555产生的8kHz~10kHz方波脉冲，变换成同频率的三角波输出。将方波脉冲直接变换成三倍频率的正弦波，或把方波脉冲先变换成三角波，再把三角波变换成三倍频率的正弦波输出。2.正弦波产生电路原理本设计使用两级压控带通串上二阶无源低通的结构。五、三次谐波电路设计3.三次谐波产生电路仿真波形由于压控带通并不能跟随前级的直流信号，因此通过R17、R18和R19、R20来抬升压控带通的直流工作点，同时也起到滤波作用。本次课程到此结束，再见梁长垠教授模拟电子技术梁长垠教授综合项目设计与测试—扩音机电路设计梁长垠教授扩音机电路框图01扩音机方案设计02扩音机技术指标03扩音机说明书04一、扩音机电路框图1.扩音机电路结构主要包括：前置放大器、功率放大器和直流电源三部分，有些功能稍复杂的扩音机电路中还包含有均衡器、混合放大器、推动放大电路等。从各种信号源送来的音频信号，经前置放大器的选择、均衡、混合与放大，经过推动级送到功率放大器加以放大以得到足够功率推动扬声器，电源的作用是为前置放大器和功率放大器等电路提供直流电源。一、扩音机电路框图2.扩音机各电路作用（1）前置放大器前置放大部分又分为话筒放大器、拾音放大器及线路放大器等，作用分别是将话筒、电唱机、收音机或其他线路输出的微弱音频信号进行放大，然后馈送给混合放大器，由于输入的信号一般都很微弱，因此输入级常采用射随器或集成运算放大器组成。（2）混合放大器混合放大器作用是将前置放大输出的各种信号混在一起并进行放大处理。在混合放大部分一般装有各种音量调节器，用于控制各种音量（3）推动级任务是供给功率放大器足够大的激励信号，一般由单级放大器组成。（4）功率放大器功率放大器对推动级输出的信号进行功率放大，为扬声器发声提供一定的输出功率。扩音机电路框图01扩音机方案设计02扩音机技术指标03扩音机说明书04二、扩音机方案设计方案一：晶体管电路扩音机扩音机电路包括电子管式、晶体管式、晶体管与集成电路混合式、全集成电路式的扩音机，电路形式不同，相应的特点也不同。信号输入端是话筒输入和线路输入转换电路，第一级采用射随器。射随器输出通过两级阻容耦合放大器后，经推动级激励送给OCL功率放大器，推动扬声器发声。为稳定放大器的工作，在电路中采用了负反馈技术。主要指标：电源±15V，不失真输出功率8W，输入灵敏度为10mV（传声器）和100mV，负载阻抗8Ω。二、扩音机方案设计方案二：晶体管与集成电路混合式扩音机主要指标：电源电压±15V，不失真输出功率10W，输入灵敏度为10mV（传声器）和100mV，负载阻抗8Ω。二、扩音机方案设计方案三：集成电路扩音机主要指标：电源电压±15V，不失真输出功率10W，输入灵敏度为10mV（传声器）和100mV，负载阻抗8Ω。由集成运放作前置和推动，集成功放做输出级的集成电路扩音机电路。二、扩音机方案设计方案四：集成电路扩音机主要指标：电源电压±18V，不失真输出功率50W，输入灵敏度为10mV（传声器）和100mV，负载阻抗8Ω。由集成运放作推动，傻瓜型集成功放做输出级。无外围元件，免安装调试。扩音机电路框图01扩音机方案设计02扩音机技术指标03扩音机说明书04三、扩音机技术指标1.最大不失真输出功率在不失真情况下放大器能够输出的最大功率。2.

频率响应放大器的电压增益对于中音频f0（1kHz）的电压增益下降3dB时所对应的低音频率fl和高音频率fh。3.输入阻抗从扩音机放大器输入端（如话筒放大器输入端）看进去的阻抗即为其输入阻抗。4.输入灵敏度使扩音机输出额定功率时所需输入电压的有效值即为输入灵敏度。扩音机电路框图01扩音机方案设计02扩音机技术指标03扩音机说明书04四、扩音机说明书扩音机的说明书包括设计说明书与产品说明书。1.设计说明书对电子产品设计说明书的要求，主要应包括以下几个方面的内容：（1）项目名称（2）设计内容与要求（3）设计方案的比较与选型（4）画出完整的电路图，并说明电路的工作原理（5）整机的组装调试过程（6）调试中出现的故障、原因及排除方法（7）总结所设计电路的特点及方案的优缺点，有哪些创新点，并提出改进方案（8）列出整机所用的元器件表及清单（9）收获与体会四、扩音机说明书2.产品说明书对产品说明书的要求，主要包括以下几个方面的内容：（1）产品用途与特点（2）技术性能指标（3）使用方法与注意事项（4）日常保养须知（5）常见故障及处理方法（6）整机原理图（7）售后服务本次课程到此结束，再见梁长垠教授模拟电子技术梁长垠教授项目六综合项目设计与测试—扩音机组装与调试梁长垠教授元器件选用检测01扩音机安装工艺02扩音机电路调试03扩音机整机试听04一、元器件选用与检测在扩音机电路中，使用较多的元器件包括电阻、电容、晶体二极管、晶体三极管、集成运算放大器、集成功率放大器、变压器等。对电阻性元件的选用，主要依据是其阻值与额定功率；对带开关的电位器的检查，除检查其阻值外，还应检查其开关状态是否完好；对电容的选用，主要考虑的是电容器的电容量与耐压值，使用时更应注意点解电容的极性；对集成运放的选择主要应考虑其性能指标，例如失调电压、频率响应、带宽等；对集成功放的选用主要应考虑输出功率的大小、频率响应等。元器件选用检测01扩音机安装工艺02扩音机电路调试03扩音机整机试听04二、扩音机安装工艺1、整机布局整机布局是指扩音机内各主要部件的位置安排。对一台扩音机，从结构上看通常由输入回路、前置放大、中间放大、功率放大电路、电源变压器、整流滤波电路、面板控制电路和大功率散热片等主要部件组成，对这些主要部件的布局原则如下：（1）发热元件要便于散热。变压器、大功率管散热器必须放在通风的地方。（2）尽可能缩短各部件间的连线。（3）尽可能减少各部件间的有害干扰，如输入级不能靠近输出级，电压变压器要远离输入级等。（4）便于调整、操作与维修。（5）适当考虑美观、大方。二、扩音机安装工艺2、焊接与安装焊