第四章 模拟电子技术课程设计.doc

1、1第四章 模拟电子技术课程设计4.1 模拟电子技术设计基础4.1.1 概述 一、模拟电路的组成电子产品大多是由一些模拟装置或者数字模拟混合装置组成的。所谓模拟装置，一般是由低频电子线路组合而成的模拟系统。我们日常接触到的许多装置和仪器。如扩音器、录音机、温度控制装置、示波器等等，都是模拟装置。虽然它们的性能、用途各有不同，但就其电子线路部分而言，可以说都是由一些基本单元组成的。它们的基本结构方面有着共同的特点。一般来说，典型的模拟装置由 3 个组成部分：一是传感器件部分；二是信号放大和变换电路部分，三是执行机构部分。图4.1 画出了典型模拟电路装置的方框图。图 4.1 模拟装置组成框图1传感器

2、件传感器件主要用来把非电信息转换为电信号，例如话筒、磁头、热敏器件等。2信号放大与变换从传感器件送来的电信号，一般是比较微弱的，有的信号波形也不符合要求，往往不能直接推动执行机构正常工作，必须将这种信号加以放大或变换，再传送给执行结构。能实现信号的放大和变换功能的电路就是模拟电路。常见的一些基本功能电路有：放大器、振荡器、整流器以及各种波形发生电路等等。在这些基本功能电路中，以放大器的应用最为广泛，许多电子电路都是由它演变派生或进一步组合而成的。另外，由于单级放大器的电压( 或功率) 放大倍数有限，往往不能满足实际的需要，因此在许多模拟电路装置中，又要把若干个单级放大器连接起来构成多级放大电路

3、。显然，多级放大器既是模拟电路中的关键部分，内容又具有典型性，比较适合课程设计的要求。3执行机构执行机构则是把电能转换成其他形式的能量，以便完成人们所需要的功能。由于各种模拟装置用途不同，传感器件和执行机构两部分的器件需专门设置。因为它们不是模拟电子技术的主要内容，本书不作重点讨论。我们研究、设计的内容主要是信号放大和变换电路部分。 二、模拟电路设计的基本要求课程设计是通过一阶段课程的各教学环节(课堂教学和实验) 之后进行的。内容的复杂性和工作量应适中。课程设计应使学生达到如下要求：(1)初步掌握一般电子电路分析和设计的基本方法。包括：根据设计任务和指标，初选电路；通过调查研究，设计计算，确定

4、电路方案；选择元件，安装电路，独立安排实验，调试改进；分析实验结果，写出设计总结报告。2(2)培养一定的自学能力和独立分析问题、解决问题的能力。包括：学会自己分析解决问题的方法，对设计中遇到的问题，能通过独立思考，查阅工具书，参考文献，寻找答案。掌握一些电路调试的一般规律。实验中出现一般故障，能通过“观察、判断、试验、再判断”的基本方法去解决；能对实验结果独立地进行分析、评价。(3)掌握普通电子电路的生产流程以及安装、布线、焊接等基本技能。(4)巩固常用电子仪器的正确使用方法。包括：示波器、直流稳压电源、晶体管特性图示仪等仪器的正确使用；掌握常用电子器件和电路的测试技能。(5)严格的科学训练和

5、工程设计实践，使学生逐步树立严肃认真，一丝不苟，实事求是的科学作风，并培养学生在实际工作中具有定的生产观点、经济观点和全局观点。4.1.2 模拟电路的设计方法一、模拟电路设计的基本步骤由于电子电路的种类很多，设计方法也不完全相同。在一般情况下，整个设计过程可以分为课题分析、方案论证、方案论证、方案实现、安装调试四个阶段，详细内容参阅本书绪论中课程设计基本步骤。应当指出，一种较为理想的方案不是轻而易举就能很快提出来的，它往往需要设计者进行广泛调查研究，大量查问参考文献和资料，再进行反复比较和可行性论证才能最后确定下来。实践证明，由于生产实际的复杂性和电子元、器件的分散性，再加上设计者的经验不足，

6、 一个仅从理论上设计出的电路往往是不成熟的，可能存在许多问题。但是，不通过实验就想把这些问题检查出来并加以解决是十分困难的。因此在完成方案设计以后总是要进行电路的装配和调试。通过调试发现实验现象与设计要求不相符合的情况。如果善于从理论与实践的结合上分析原因，就可能很快地找出解决问题的方法和途径。从而完善设计方案使之达到规定的技术指标。如果说方案设计是搞好系统设计的先决条件的话，那么实验调整则可以说是解决问题的决定性步骤。在实际进行方案的实验时，往往还会出现预先估计不到的许多现象，难免需要改变某些参数或更换元件，甚至修改方案。为入便起见，通常先把电路在试验箱或专用实验箱上组装起来进行。应当指出，

7、由于许多系统往往比较复杂。因此在方案试验阶段般只能对其中的关键部分或采用的新电路、新技术进行试验，而对于那些很有把握或很成熟的内容，则可以不做试验。只有在方案比较简单时，才有可能在实验室里做总体试验。需要说明的是，随着集成电路的迅速发展，近年来采用线性集成元件组装模拟电路已日趋广泛。这种电路的设计方法，可以利用一些基本公式或经验来选择外接元件。只要熟悉了各种集成元件的性能和指标，设计起来是比较容易的。当然分立元件的电路还在大量地应用，而且这种电路的设计，往往需要运用基本的电路设计方法。这种训练对于初学设计者来说还是十分必要的。因此，本书安排了一些分立元件模拟电路的设计。通过本书所列课题的设计，

8、有助于学生熟悉各种电子器件，掌握电路的基本设计方法，得到布线，焊接，组装电路的训练。为了让学生了解和熟悉集成电路的应用，本书也安排了一些由集成电路组成的电路课题，以供教学选作。4.2 模拟电子技术课程设计示例4.2.1 集成电路音响放大器设计3收录机和电视机、扩音机等电器设备中都有音响功率放大器，这类放大器过去大都由分立元件电路组成。随着集成功放器件的出现，集成音响功率放大器因具有工作稳定、性能好、易于安装调试、成本低等优点，故得到广泛应用。集成功放加上前置放大器、音调控制电路就可构成音响放大器。一、设计任务书1.设计课题音响放大器设计。(1)要求具有音调控制、卡拉 OK 伴唱，对话筒与录音机

9、输出信号进行扩音。(2)已知条件： =9V，话筒（低阻 20）的输出电压 5 mV，录音机输出信号 200mV。cV2.主要技术指标输出功率 3） 。(1WPo负载阻抗 。8LR频率响应 。kHzfH104音调控制特性 1kHz 处增益为 0dB，100Hz 和 10kHz 处有12dB 的调节范围，+20dB。uHLA输入阻抗 。ki2二、设计过程举例1.课题分析根据任务，音响放大器一般基本组成框图如图 4.2.1 所示。为使卡拉 OK 伴唱效果更好，还可加接电子混音器，读者可参阅有关参考资料。图 4.2.1 音响放大器框图2.方案论证(1)确定整机电路级数，分配各级电压增益。话筒输入信号较

10、弱，根据题意，输入信号为 5mV 时，输出功率最大值为 1W。因此电路系统总电压增益 。由于实际电路中会有损耗，应留有裕量，故取)5(6/dBuRPAiLou。)6.5(0dBAu下面进行各级增益分配：音调控制级在 。时，增益为 1（0dB） ，但实际电路有可能衰减，取kHzf1)2(8.3u集成功放电路增益应较大，取 )40(dBAu4混合级，一般采用集成运放组成，但受到增益带宽限制，增益不宜过大，取 。12uA话筒放大级，采用集成运放电路构成。)5.17(2341dBAuu(2)电路论证分析1）功率放大电路常用音频集成功放有 LA4100 系列、TDA2030 、SF404 等。本课题设计

11、采用 LA4102，其典型输出功率为 1.4W，闭环增益为 45dB，可满足要求。2）音调控制器音调控制器是控制、调节音响放大器输出频率高低的电路，其控制曲线如图 4.2.2 中折线所示。图中 中音频率，要求增益 ；kHzfo1dBAuo0低音转折频率，一般为几十赫芝；L中音频转折频率；120ff中音频转折频率；kzH高音频转折频率，一般为几十千赫芝。ff图 4.2.2 音 调 控 制 曲 线 从 图 中 可 见 ， 音 调 控 制 器 只 对 低 音 频 或 高 音 频 进 行 提 升 或 衰 减 ， 中 音 频 增 益 保 持 不 变 ， 音 调 控 制 器由 低 通 滤 波 器 和 高

12、通 滤 波 器 共 同 组 成 。实现此方案，可有两种形式。一种是用专用集成电路 LA3600，外接发光二极管频段显示器，可看见各频段的增益提升与衰减的变化情况，在高中档收录机、汽车音响等设备中，一般采用专用音调控制集成电路。另一种是采用集成运放构成音调控制器，如图 4.2.3 所示。5图 4.2.3 音调控制电路设 ，在中、低音频区， 可视开路，在高音频区， 、 可视为短路。321C3C1C2当 时，音调控制器低频等效电路如图 4.2.4 所示，其中图 4.2.4（a ）为 的滑臂在0f 1RP最左端，对应于低音频提升最大的情况，图 4.2.4（b）为 滑臂在最右端，对应于低音频衰减最1RP

13、大情况。图 4.2.4（a）实质上是一个一阶有源低通滤波器，其传递函数表达式为（a） (b)图 4.2.4 音调控制器低频等效电路(a)低音频提升 ( b)低音频衰减4.2.11212. /)( jRPUSAio式中或 21CP211CRPfL或 2R2f时， 可视为开路，运放的反相输入端为虚地，因运放输入电流 ， 影1Lf2C 0I4R响可忽略，此时电压增益为：4.2.212PAuL时，由式 4.2.1 得1Lf4.2.3 )(.0121jRu模为4.2.42211uLuAPA此时电压增益相对 下降了 。LdB3时，由式 4.2.3 得2Lf4.2.5 )10(122jRu模为64.2.6u

14、Lu ARPA14.0212此时电压增益相对 下降了 。LdB7范围内，电压增益衰减速率为 /10 倍频程。21LxffdB同样可得出图 4.2.4(b)所示电路表达式，其增益相对于中频为衰减量。音调控制器工作在低音频时，幅频特性如图 4.2.2 左半部虚线所示。当 时，音调控制器高音频等效电路如图 4.2.5(a)所示。在高音频段 、 可视为短of 1C2路， 与 、 组成星形联接，为分析方便，将其转换成三角形联接后的等效电路如图 4.2.5(b)4R12所示。(a) (b)图 4.2.5 音调控制器高频等效电路(a)高音频等效电路 (b) 三角形联接后的等效电路电阻关系式为 )/(2414

15、1RRa2b/c若取 ，则421R 4213cba这时高频等效电路如图 4.2.6 所示，图 4.2.6（a）为 的滑臂在最右端时，对应于高频提升最RP大的情况，图 4.2.6（b）为 滑臂在最左端时，对应于高频衰减最大的情况。该电路为一阶有源2P高通滤波器，其传递函数表达式为4.2.743. /1)( jRUSAabio或 33)(Ca3)(21CRfaL或 41R3fH7（a） （b）图 4.2.6 高频等效电路（a）高频提升 （b）高频衰减通过低频等效电路相同方法分析，可得到以下关系式：时， 可视为开路，1Hf3C)0(1dBAu时， 9.240u时， 2Hf )17(./14dAu时，

16、 可视为短路，电压增益为2Hf3C4.2.83/)RAau范围内,电压提升速率为 20dB/10 倍频程，音调控制器高频时幅频特性如图1xff4.2.2 中右半部虚线所示。实际应用中，通常是给出低频区 和高频区 处的提升量或衰减量 x(dB),再根据下式求出LxfHxf转折频率 和 。)(12Lf)(2Hf即 4.2.962Lxf4.2.101/xHf（3）话筒放大器与前置放大器根据增益分配，采用集成运放电路改变外接电阻可方便实现增益调整。与音调控制器共采用一块 LM324 即可满足除功放外的所有电路功能，电路简单，价格低廉。虽然它的频带很窄（增益为1 时，带宽 1MHz） ，因放大倍数不大，

17、代入公式 ，计算满足 的要求。HdfAGB0kHzf103.方案实现（1）功放电路设计查阅手册，可选择功放外围元器件值。LA4102 功放集成电路其内部电路中有电压串联负反馈环节，内部电路反馈电阻 为 20 ,只要改变外接反馈电阻，即可改变集成功放增益。该电路接rRk成电压串联负反馈形式，外接反馈电阻 可由下式计算F4.2.111014ruRA取 200FR起隔直作用，使电路组成交流电压串联负反馈电路， 取 33F。C FC起相位补偿作用，用于消除高频自激振荡，一般取几十皮法。 取 51pF。B B8为 OTL 电路输出电容，两端充电电压为 Vcc/2，一般取耐压大于 Vcc/2 的几百微法电

18、容。C取耐压 25V，470F 电解电容。为反馈电容，用于消除自激振荡，一般取几十几百皮法。 取 560 pF。D DC为自举电容，使集成电路内部输出复合管的导通电流不随输出电压升高而减小。 取耐H HC压 25V，220F 电解电容。、 用于消除纹波，一般取几十几百微法。 取 220F， 取 100F 电解电容。43C 434起电源退耦滤波作用，用于消除低频自激振荡， 取 100F 电解电容。2 2（2）音调控制器设计音调控制器 N3 及外围电路组成。根据题意，100Hz 和 10kHz 处有12dB 调节范围。即 ，代入式（4.2.9）dBxHzfLx12,0得4.2.12 HzfxL42

19、1026/16/2 则 4.2.13 41又 代入式（4.2.10）得kzfL0dB4.2.14kzzxH5.2/2/6161 则 4.2.14Hff因此4.2.15dBRPAuL2031、 、 不能取得太大，否则运放漂移电流影响不能忽略不计。同时也不能太小，31R231否则流过电流将超出运放输出能力。一般取几千欧至几百千欧。取 =470 , = =4731RPk31R2，取值正确与否代入式（4.2.12）进行验算。k )8.20(147312dBRPAuL满足设计要求。由式（4.2.13）求得 值32C)2/(3211CfLFfPL08.332取标称值 0.01F， F0.31可得 4213

20、RRcbak7334因此 10/)(3AauHkR.43取标称值 。kR13由式（4.2.14）得9)2/(13CRfHpFfC49033取标称值 。pFC5103与 等值取 470 ，级间耦合与隔直电容 ，取 10F。2RPk412（3）话筒放大器与混合前置级设计话筒放大电路由 及外围电路组成，耦合隔直电容 取 10F， 为话筒放大后音1N3C1RP量调节电位器，取 10 k根据级间增益分配 ，该电路为同相输入放大器。5.7uA5.7./112RAu取 ,代入算得 ,取标称值 ，这时 。R10kR612k688.1uA该电路为单电源供电交流放大器，在电源与同相输入端及同相输入端与地之间，各接

21、入电阻给集成运放，以提供合适的偏压。 取 10F。k 12C混合前置放大器电路由运放 组成，为反相输入加法器电路。2N)/()/( 232ioo uRUR根据增益分配，混合级输出电压 ，而话筒放大器输出 已达到 的要求。即mV5.371oU2o，所以取 。mVUAiuo 9)5.087(11 k921录音机插孔输出的信号 一般为 ，已远大于 要求，要对 进行适当衰减，否则会2iu01o2i产生限幅失真（截顶失真） 。取 为 ，为使音量可调，电位器 取 。3k1Pk04音响放大器电路图根据以上设计，可画出音响放大器电路图如图 4.2.7 所示。图 4.2.7 音响放大器电路图图中各参数如下所示1

22、0五安装调试注意四个电位器外壳接地，否则会引起自激振荡。话筒放大级、音调级、混合级其静态输出直流电压均为 ，功放级（OTL 电路）输出也为 。其余参考集成运放调试部分。2/Vc 2/Vc4.2.2 音乐彩灯控制器设计随着人们生活水平的提高，人们对提高文娱活动的质量提出了新的要求。现在用集成电路设计一个音乐彩灯控制器，每组彩灯的亮度随各路输入信号的不同而不同，以增加节日气氛。一、设计任务书1.设计课题音乐彩灯控制器。2.技术指标音乐信号分为三个频段，分别控制红、黄、蓝三种颜色的彩灯。 高频段：20004000Hz 控制蓝灯。 中频段：5001200Hz 控制黄灯。 低频段：50250Hz 控制红

23、灯。 每组彩灯的亮度随各路输入信号的大小分八个等级。输入信号最大时，彩灯最亮。 输入音乐信号大于 10mV，当输入音乐信号幅度小于 10mA 时，要求彩灯全亮。二、设计过程举例1.课题分析图 4.2.8（a）是一个双向晶闸管控制灯泡亮度电路，图 4.2.8(b)为控制波形图。如果输入交流220V 正弦波电压过零点时，在双向晶闸管的控制极与阴极之间连续加入 3V, 1ms 的同步触mUT发脉冲，晶闸管就可以连续导通，忽略其导通压降，正弦波电压将全部加到灯泡上，灯泡最亮，如图 4.2.8（b）所示，如果把触发脉冲消失，晶闸管就会在输入过零电压时自然截止。灯泡熄灭，可以设想，把同步触发脉冲八个分成一

24、组，利用输入音乐信号的大小控制每组脉冲出现的个数，就可以控制加在灯泡两端正弦半波的个数，从而也就控制了灯泡的亮度。这种控制方法有一缺点，虽然加在灯泡上的正弦半波的个数与音乐信号的大小成正比，但是在一段时间来看，加在灯泡上的正弦波是断续的。因此，随着音响，灯泡会出现闪烁现象。另外一种控制方法是移相法，即把连续出现的同步触发脉冲的相位，输入音乐信号的大小在 之间改变。灯泡亮度也将随之而改变。018虽然加在灯泡上的电压也是断续的，然而这种断续只发生在正弦波半个周期之内，由于灯泡的灯丝存在着热惯性，灯泡的明暗程度随着音乐信号的大小将是连续变化的，有效的克服了闪烁现象。但这种控制电路比较复杂，调试比较困

25、难。加之第一种方案由于灯泡随音乐而有节奏的闪烁无意中还可以增加一种欢快感，所以采用第一种方案较理想。11a) b)图 4.2.8 双向晶闸管控制灯泡亮度电路和控制波形图（a）控制电路 （b)控制波形图把音乐信号分成三个频段可用带通滤波器去实现。组成该电路的形式有很多，其中最简单的并且上、下限截止频率分别可调的是由低、高通滤波器电路串联而成的带通滤波器。这种电路的缺点是所用元件较多，优点是调整方便，很容易实现指标要求。通过带通滤波器选出所需要的频率段的音乐信号，经过精密整流电路变为直流，其直流电平随音乐信号的大小而上下浮动，此电平作为参考电压加在电压比较器的同相端，由同步触发脉冲作为计数信号的

26、A/D 转换器。输出阶梯波作为比较电压加在电压比较器的反相端，使电压比较器输出的电压高电平的时间与参考电压成正比，并控制与门打开的时间，以决定放过同步脉冲的个数去触发晶闸管，从而控制灯泡的亮度。由此可见，音乐彩灯控制器大致由以下几部分组成： 同步脉冲发生器。 阶梯波发生器。 带通滤波器和放大器。 精密整流电路。 电压比较器。 与门、或门和双向可控硅执行机构等组成。框图如图 4.2.9 所示。2.方案论证从 图 4.2.9 中可以看出，除三个频率通道滤波器外，其他部分都相同。下面就一个频率通道的电路，简述器电路组成、工作原理及设计方法。12图 4.2.9 音乐彩灯控制器框图（1）同步脉冲发生器和

27、阶梯波发生器的工作原理及设计。同步脉冲和阶梯波产生电路如图 4.2.10 所示。变压器二次绕组输出交流 10V 电压经全波整流及电容滤波电路后，得到 12V 的直流电压，作为各运算放大器的电源。 +12V 经集成稳压电路W7805 稳压后得到+5V 电压，供电平转移电路和各 TTL 数字集成电路使用。、 、 、 、 各点波形如 图 4.2.11 所示。AuBCDuE图 4.2.10 同步脉冲和阶梯波产生电路13图 4.2.11 、 、 、 、 的电压波形AuBCDuEVD5 是隔离二极管。C 1 输出电压的平均值为+12V，当 u4 全波整流电压低于 12V 时，VD 5 因反偏而截止，当 u

28、4 电压低波形高于 12V 时，VD 5 导通被限幅，所以 u4 的电压波形是被削顶的近似全波整流电路。N1、R 3、R 4 组成反相迟滞电压比较器。二极管 VD6 的正向导通电压 UD 作为比较器的参考电压，R5 是 VD6 的限流电阻。有电路参数可算出比较器的阀值电压 UTH.设 VD6 导通电压 UD=0.7V，运算放大器的正、负饱和输出电压 ，则有VO10434334 RRDDOTH 将 代入上式可得VO10 VRRUTH)/(107014343可见阀值电压 UTH 只与 R3 和 R4 的比值有关。因为比较器的输入电压 uB 由 uA 经过分压电阻得到，其值都为正值，为保证比较器可靠

29、翻转，所以必须满足 UTH0 这个条件，由此得到14107.43R如果设定 R3 和 R4 的比值和其中一个电阻值，则 UTH1 和 UTH2 即可算出。此外，为使晶闸管可靠触发，同步触发脉冲宽度不应小于 1ms。由图 4.2.11 可知，脉冲宽度TW= ,按照正弦波变化规律，可以列出 UTH1 和 UTH2 的表达式。21t 121121 sin/sintRtUmmH 2212212 i/i ttRT其中，U m 为变压二次绕组输出正弦波峰值电压。如果设定的 R1 和 R2 比值并把已算出的 UTH1 和UTH2 代入以上公式求出的（ ）1ms 为止。21t图 4.2.10 中 CD4016

30、3 是 4 位二进制计数器和运算放大器 N2 组成阶梯波发生器。用反馈置零法使 CD40163 构成八进制计数器。R 7R 10 为权电阻，如使，就可以使 N2 输出的 UF 为八个台阶的阶梯电压。101911788 、如设计数器 Q 端输出高电平为 5V，低电压为 0V，那么每个台阶的高度为 5V/8=0.625V，为了减轻CD40163 的负载，R 11 的选择不应小于 10k。因为计数器用同步触发脉冲作计数脉冲，所以每个台阶的宽度为 10ms。（2）带通滤波器的工作原理和设计音乐通道电路原理如图 4.2.12 所示。N 3 和 N4 分别为低通和高通滤波器。只要这两种滤波器相串联，并且使

31、通频带相重叠，就可组成带通滤波器，其上限截止频率取决于低通滤波器，下限截止频率取决于高通滤波器。如果选 ，其上、下限频率分别由下式决定10917687132 CRCR、 962,ffLH是技术指标给定的已知量，如设定 C7 和 C9 的值，运用以上二式可以很方便地求出 R12LHf和和 R16 的值。为了避免自激振荡，R 14/R15 和 R18/R19 的比值均应小于 2。图 4.2.12 音乐通道电路原理（3）精密整流器的工作原理和设计15图 4.2.12 中，N 5、N 6 组成半波精密整流电路。VD 8、VD 9 为整流二极管。当 N5 的同相输入端输入信号为正半波时，VD 8 导通，

32、使 R20 形成强烈的负反馈，N 5 工作在电压跟随状态，其输出电压为正。N 6 的同相输入端输入为负半波时， VD8 截止，VD 9 导通，并通过 R21 和 N6 串联组成两级电压跟随器使 N6 输出为负半波波形，由于运用了理想运放条件，使整流输出电压克服了二极管死区电压的影响，即使输入电压的幅度小于 0.7V，只要大于 0V，该整流器也可以进行精密整流，音乐信号被整流后，就会在 RP 上形成音乐信号幅度成正比的负的直流电压。C 11 是滤波电容，以减小输出波形的脉动。VD8、VD 9 以选用管压降小的锗管为宜。R 20 和 R21 的作用主要是在输入正半波时，限制通过VD8 流入 N6

33、输出端的电流，因此 R20 和 R21 的电阻值应选在 10k 以上。C11 和 R22 起平滑作用以减小输出波形的脉动，但还必须保证输出电压能跟随输入音乐信号的变化，所以 C11 和 R22 的乘积不能太大。它们的数值可以在调试中确定。（4）电压比较器和同步脉冲控制电路在图 4.2.12 中，N 7 和 V2 组成电压比较器和同步触发脉冲控制电路。由 N6 输出反映音乐信号大小的负直流电压的变化要比阶梯波的变化缓慢，因此可把 uG 看成比较器的参考电压。阶梯波 uF 作为被比较电压，当 时，N 7 输出低电压，V 2 饱和导通，集电极输出为高电平，与门打开，同GFu步触发脉冲 uE 通过与门

34、，由射极跟随器输出 uH 去触发晶闸管，当阶梯波的变化为 时，N 7GFu输出高电平，V 2 截止，其集电极输出为低电平，与门被封锁，同步触发脉冲通不过，晶闸管截止。由此可见， 的大小决定了 N7 输出低电平的时间，同时也决定了通过与门同步触发脉冲的个Gu数及彩灯的亮度。 、 、 和 的波形如图 4.2.13 所示，R 23 和 R26 分别为 V2 和 V3 的基极偏FTuH流电阻和 N7 的与门输出端得限流电阻，他们的阻值选择关系到电路能否正常工作，R 25 在 V2 截止时是与门的接地电阻，要保证相应的与门输入端为低电平，R 25 应小于与门的开门电阻 RON。16图 4.2.13 、

35、、 和 的电压波形图FuGTuH（5）10mV 音乐信号鉴别器的原理与设计技术指标要求，输入音乐信号小于 10mV 时，彩灯全亮。当输入音乐信号大于 10mW 时彩灯的亮度随输入音乐信号的大小分八个等级。为实现此项要求，电路中必须设有 10mV 音乐信号鉴别电路，如图 4.2.14 所示。图 4.2.14 10mV 音乐信号鉴别电路如图 4.2.14 所示。N 8 为电压放大器， N9 为电压比较器。音乐信号通过耦合电容经 N8 放大后由R31 和 VD10 进行半波整流。当整流输出负电压的值高于 N9 反相端输入阀值电压-0.7V 时，N 9 输出uL 为高电平，此时 V4 饱和导通，并通过

36、 R26 给 V2 提供偏流，V 2 也饱和导通，集电极输出高电平，与门打开，同步触发脉冲连续通过与门，彩灯全亮。当输入信号高于 10mV 时，u L 为低电平，V 4截止，N 7 输出低电平的时间受音乐信号的强弱控制，是彩灯亮度随输入音乐信号的大小而变化。由以上分析可知，合理选择 R30 和 R29 的比值，是设计 10mV 音乐信号鉴别电路的关键。N9 的阀值电压为-0.7V，使输入音乐信号高于 10mV 时，N 9 翻转使 uL 为低电平，N 8 的电压放大倍数必须大于 70。173.方案实现（1）电源电路元器件选择1）整流二极管的选择选择整流二极管主要有两项指标，一是流过二极管的平均电

37、流 ID(AV),二是二极管所承受的最大反相电压 URM。在图 4.2.10 中，VD 1VD4 每个二极管所承受的最大反相电压为 VRM28)0.2(在全部电路中，九只运放、四只晶体三极管和三块数字集成块，设每个元件的工作电流都是10mA，则整流器的负载电流为 mAIOAVD802/)(流过每只整流二极管的平均电流为 I16所以选择整流二极管为 1N4001 型，其技术指标为，VURM60AID)(+5V 电源主要供给三片数字集成块和四只晶体管，工作电流为 700mA，选塑封 W7805 集成稳压块，最大输出电流为 1A，输入电压可在 735V 之间变化。2）滤波电容的选择可用计算法，但比较

38、繁琐，一般按经验数值选择。C 1、C 2、C 3、C 5 选 1000 /16V 电解电容，FC4、C 6 选 0.033 /63V 的薄膜电容。F（2）同步脉冲发生器和阶梯波发生器电路参数的计算。1)同步脉冲发生器电路参数选择 R5 为 VD6 的限流电阻，如选 ，mAID)6(,选标称值kmAVR26.5)7.01( k2.为保证 N1 比较器的阀值电压 UTH 为正值，应满足（R 3/R4）=1ms。根据公式1211sin)/(tRUmTH22i)/(t如设 R1/R2=3，并选 ,代入二上式可得k0118mstTstW19.70,2.1满足要求。2) 阶梯波发生器电路参数的选择 使阶梯

39、波发生器输出八个台阶的阶梯波，4 位二进制计数器的输出端 、 、 、 应接四个权电阻，他们的阻值应满足 ，3Q210Q 17181910 8,4,2, RRR如选 则kR10kRk80,4, 789(3)音乐通道电路参数的计算1）带通滤波器电路参数的选择 如图 4.2.9 所示，如选 ，带10971687132, CRCR通滤波器的上、下限截止频率分别为 916712,CRffLH电路如选择的是中频段，根据技术指标已知 ，并设 ，可计HzfzfLH50,12FC01.97算出，选标称值 。kfRH3.271 k312，选标称值 。CL6R62）精密整流器电路参数的选择 VD8、VD 9 为整流

40、管。因在小信号下工作，工作电流不大，但工作频率较高，所以选择适合在高频下工作的接触型锗管 2AP9 型为宜。R20、R 21 为限流电阻，其值不应太小，选 R20=R21=10 。kC11 和 R22 组成滤波电路，以减小整流后的纹波电压，初选 , ，最后根据FC10kR2实际情况在调试中确定。R25 是与门接地电阻，也是 V2 的集电极负载电阻。要保证在 V2 截止时，与门的输入端为低电平，所以 R25 要小于与门的开门电阻 ，因此选 。kON85.0685在电压比较器 N7 输出低电平时 V2 应饱和导通，其饱和集电极电流 ，mAICS3.768.0/52如设 ，则饱和基极电流 ，设 N7

41、 输出低电平为-10V，为使 V2 可502 AmIBS14./3.7靠饱和必须使基极电流 ，可算出 ，现选222)(1BSIRkR3。k3R27 为电压跟随器的射极电阻，其值一般选在 以下，现选 。k27（4）10mV 音乐信号鉴别电路参数的计算如图 4.2.11 所示，电压跟随器 N9 的阀值电压为-0.7V ，要使其翻转输出为低电平，其输入电压必须小于-0.7，所以 N8 的电压放大倍数必须大于 70 倍，如选 ，则kR529，选标称值 ，C 12 是耦合电容，选 。k35072930 kR360FC102R32 为 VD11 的限流电阻，如选 ，则 ，选标称值mAID51kmAV6./

42、)7.01(32。.24.安装调试注意事项（1）合理安排布局19本电路使用元器件较多，装接设计布局要合理。（2）分级调试调试同步触发脉冲发生器时注意以下两点：要使滞回电压比较器可靠翻转，则 R3/R41V；4) 波形特征：方波 tr1V；（3）波形特征：方波 tr105 ；(4) 通频带 010Hz ；(5)直流电压放大器的差模输入电阻2M 。(6)电源部分。设计并制作上述放大器所用的直流稳压电源。由单相 220V 交流电压供电。交流电压变化范围为1015。(7) 设计并制作一个信号变换放大器。将函数发生器单端输出的正弦电压信号不失真地转换为双端输出信号，用作测量直流电压放大器频率特性的输入信

43、号。三、设计要求（1）调研、查找并收集有关资料。（2）总体设计，画出电路框图。（3）单元电路设计。（4）电气原理设计绘电路原理（用 Protel 绘标准图） 。（5）列写元器件明细表。（6）撰写设计说明书（字数 5000 左右） 。（7）参考资料目录。四、设计提示(1)参考框图图 4.3.3 测量放大器框图29图 4.3.4 信号变换放大器(2) 直流电压放大器部分只允许采用通用型集成运算放大器和必要的其它元器件组成，不能使用单片集成的测量放大器或其它定型的测量放大器产品。(3) 方案提示：可采用同相放大电路和差动放大电路构成的精密差动放大器。只要放大器的性能对称，其漂移将大为减少，即使在电压增益很大时，输入阻抗和共模抑制比也很高。采用此方案能满足输入引线1m 时对共模抑制比的要求和信号源内阻不定对输入阻抗的要求。