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北京交通大学模拟电子电路实验报告
《模拟电子技术》 课程实验报告
集成直流稳压电源的设计 语音放大器的设计
集成直流稳压电源的设计
一、实验目的
1、 2、 3、 4、 掌握集成直流稳压电源的设计方法。 焊接电路板,实现设计目标 掌握直流稳压电源的主要性能指标及参数的测试方法。 为下一个综合实验——语音放大电路提供电源。
二、技术指标
1、 2、 设计一个双路直流稳压电源。 输出电压 Uo = ±12V , 最大输出电流 Iomax = 1A 。 3、 输出纹波电压 ΔUop-p ≤ 5mV , 稳压系数 SU≤ 5×10-3 。 4、 选作:加输出限流保护电路。
宽带通滤波器,在满足 LPF 的通带截止频率高于 HPF 的条件下,把相同元 件压控电压源滤波器的 LPF 和 HPF 串联起来可以实现 Butterworth 通带响应。 用 该方法构成的带通滤波器的通带较宽,通带截止频率易于调整,因此多用于测量 信号噪声比的音频带通滤波器。 3)功率放大电路
功率放大电路主要起放大电流的作用。其中 TDA2030 为集成功放器件,具 有体积小、输出功率大、失真小等特点。并具有内部保护电路。
5、三端稳压器: W7812 W7912 6、散热片 7、导线若干 2个
九、参考文献
1、 《模拟电子技术》 大学出版社,2008.4 2、 《电子技术基础实验、综合设计实验与课程设计》 高等教育出版社,2007.10 侯建军、佟毅等. 北京: 刘颖、任希、曾涛等.北京: 北京交通大学出版社,清华
语音放大器的设计
-15V VDD U1D
14
9
4
R4
8
100Ω
12
3.54mVrms 1200 Hz 0¡ã 0
VCC LM324AD VCC 15V
VCC LM324AD VCC 15V
4
VDD 0 C1 100nF 15 R9 20kΩ C2 100nF R7 8.2kΩ 9
-15V VDD 11 U2C
8
0 R11 3.5k¦¸
三、实验原理与分析
直流稳压电源的基本原理 直流稳压电源一般由电源变压器 T、整流滤波电路及稳压电路所组成。 基本框图如下。各部分作用:
Ui
~
电源 变压器
整流 电路
滤波 电路
稳压 电路
Uo
U 0
t
U 0 t
U 0 t
U 0 t
直流稳压电源的原理框图和波形变换
1、电源变压器:降低电压,将 220V 或 380V 的电网电压降低到所需要的幅值。 2、整流电路:利用二极管的单向导电性将电源变压器输出的交流电压变换成脉 动的直流电压,经整流电路输出的电压虽然是直流电压,但有很大的交流分量。 3、滤波电路:利用储能元件(电感、电容)将整流电路输出的脉动直流电压中
四、 设计思路
依照原理框图, 输入端可采用麦克风和音频线路输入两种形式,声音通过麦 克风(或音频线路)输入前置放大电路,进行一次放大后输入二阶有源带通滤波 电路,对通频带(300Hz~3000Hz)以外的信号进行滤波,以消除杂音,最后将 经过放大和滤波的信号输入功率放大电路, 进行功率放大后将声音通过扬声器输 出。
的交流成分滤出,输出比较平滑的直流电压。负载电流较小的多采用电容滤 波电路,负载电流较大的多采用电感滤波电路,对滤波效果要求高的多采用 电容、电感和电阻组成的复杂滤波电路。
单向桥式整流滤波电路
不同 RLC 的输出电压波形
4、稳压电路:利用自动调整的原理,使输出电压在电网电压波动和负载电流变 化时保持稳定,即输出电流电压几乎不变。 常用的稳压电路有两种形式:一是稳压管稳压电路,二是串联型稳压电路。 二者的工作原理有所不同。 稳压管稳压电路其工作原理是利用稳压管两端的电压 稍有变化, 会引起其电流有较大变化这一特点,通过调节与稳压管串联的限流电 阻上的压降来达到稳定输出电压的目的。 它一般适用于负载电流变化较小的场合。 串联型稳压电路是利用电压串联负反馈的原理来调节输出电压的。 集成稳压电源 事实上是串联稳压电源的集成化。实验中为简化电路,我们选择固定输出三端稳 压器作为电路的稳压部分。 固定输出三端稳压器是指这类集成稳压器只有三个管 脚输出电压固定,这类集成稳压器分成两大类。一类是 78××系列,78 标识为正
R13 20kΩ 11 R12 3.5kΩ C3 10nF 0 12
VDD VDD -15V 11 U2D
13 14 12
9 10
7
4
VCC
LM324AD
R8 VCC 8.2kΩ15V 0
C4 10nF
VCC LM324AD VCC 15V
4
10 C12 0 220uF
VCC
15V VCC U4
4
C11 100nF
C5 22uF
14 20 R16 20kΩ R17 1kΩ 0 17 C6 22uF 0
1 2
5
21
3
TDA2030 VDD VDD R18 10kΩ C9 100nF 0 C10 220uF
-15V
2、各部分电路
1)前置放大电路
前置放大电路由 2 个同向放大电路组成,如上图所示。该电路具有输入阻抗 高,电压增益容易调节,输出不包含共模信号等优点。本电路主要起放大电压幅 度的作用。 2)带通滤波电路
R4=100Ω,R5=10kΩ(滑变) ,R6=100Ω
2、
RC 二阶有源带通滤波电路
在滤波电路设计时采用 LM324 设计了具有 Butterworth 特性的二阶有源带通 滤波器。在满足 LPF 的通带截止频率高于 HLP 的通带截止频率的条件下,把相 同元件压控电压源滤波器的 LPF 和 HPF 串联起来, 可以实现 Butterworth 通带响 应。用该方法构成的滤波器的通带较宽,通带截止频率易于调整。本实验设计带 宽 2.7kHz (300Hz-3000Hz) , 理论上能够抑制低于 300Hz 和高于 3000Hz 的信号。 实际与前级放大电路使用同一个 LM324 的其余两个运放。 通过计算得元件参数如下:R7=8.2kΩ,R8=8.2kΩ,R9=20kΩ, R11=3.5kΩ,R12=3.5kΩ,R13=20kΩ, C1=100nF,C2=100nF,C3=10nF,C4=10nF,
三、 总电路框图及总原理图
1、 实验总体电路图
麦克→前置放大电路→RC 有缘滤波器→功率放大电路→喇叭
R5 10kΩ Key=A 50% R3 1MΩ VDD 0 R1 110kΩ R2 2 V1 100kΩ 3 1 -15V VDD 11 U1C
8 10 4
VDD 0 R6 100Ω 5 6
11 13
输出电压,××表示电压输出值。另一类是 79××系列,79 表示为负输出电压,××表示 电压输出值。
三端稳压电路基本应用电路
四、参数计算
1、整流电路参数
输出电压平均值: U 0 ( AV ) 输出电流平均值: I 0( AV ) 平均整流电流: I D 2 sin td ( wt )
静态电源电流
≤ 100 mA
2、
要求
1、前置放大器:增益:Av = Uo / Ui 输入阻抗:Ri = Uo2/(Uo1-Uo2) R 2、带通滤波器:增益:Av = Uo / Ui 通频带:BW = fH - fL 3、功率放大器最大不失真输出功率的测量 (输入 1KHZ 正弦波,调到输出最大不失真状态) Pomax = U2omax / 2RL = U2o / RL 4、功率放大器直流输出电压和静态电流的测量 输入对地短路,测量直流输出电压。将万用表调至电流档,量程为 100mA, 并将表笔串接在 12V 电源与集成功放的电源端,测量静态电 流。
2、滤波电路参数
二极管导通角θ:
T/2
滤波电容的选择: RL C (3 ~ 5)
T ,U 0( AV ) 1.2U 2 2
一般选择几十至几千微法的电解电容,耐压值应大于 1.1 2U 2 1.56U 2 。
3、实际计算过程
(1)要使 W7812 正常工作,必须保证输入与输出之间维持大于 2V 的压降,因 此 W7812 输入端直流电压必须保证在 14V 以上。W7812 输入端的电流是 对变压器副边输出电压 U2(t)整流、滤波后得到的。假设整流电路内阻为 0, 负载电流为 0, W7812 输入端有最大电压 U=1.414Uef, Uef 是 U2(t)的有效值。 由于滤波电容不可能无限大,所以 U<1.414 Uef,根据经验可知 U=1.2 Uef, 得 Uef=14.4V,考虑到整流桥经过两个二极管约有 1.4V 的压降,得变压器 可取 15V。 (2)变压器选择:变压器选择双 15V 变压,考虑到电流不需要太大,最大电流 为 2A,实际选择变压器输出功率为 30W,可以很好地满足要求。 (3)整流桥:考虑到电路中会出现冲击电流,整流桥的额定电流是工作电流的 2~3 倍。选取 RS301(100V,3A)即可,实际购买过程中选择了 2W10 也符 合设计要求。 (4)滤波电路:考虑到对纹波电压要求比较高,所以选择了 2200uF、耐压值为 25V 的电解电容。 (5)去耦电容:去耦电容的选择是由 W7812 和 W7912 芯片要求的,查手册可 知分别为 0.1uF 和 0.33uF,用来滤除高频分量,防止产生自激。 (6)为了防止负载产生冲击电流,故在输出端加入 220uF、耐压值为 25V 的电 解电容。 (7)W7912 支路的原件参数与 W7812 支路相同。 (8)为防止 W7812 和 W7912 因过热而烧坏,需加装散热片。
2 2U 2
0.9U 2
U 0( AV ) RL 2
0.9U 2 RL 0.45 U2 RL
I 0( AV )
U 0( AV ) 2 RL
最大反向电压: U RM 2U 2