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脉冲调宽伺服放大器设计最全word资料
脉冲调宽伺服放大器课程设计报告
模拟电子技术课程设计成果
院（系）:
_电子信息工程学院_班级:
学生姓名:
学号:
设计地点（单位）________
设计题目:
______脉冲调宽伺服放大器设计_____
完成日期：
年月日
指导教师评语:
___________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________
成绩（五级记分制）:
________________
教师签名:
_________________________
脉冲调宽伺服放大器课程设计报告
一、设计任务和指标要求……………………………………………………………1
二、设计框图及整机概述……………………………………………………………1
2.1、设计原理框图……………………………………………………………………1
2.2、设计方案…………………………………………………………………………1
2.3、设计框图概述……………………………………………………………………2
三、各单元电路的设计方案及原理说明……………………………………………2
3.1、总设计电路图……………………………………………………………………2
3.2、锯齿波发生器……………………………………………………………………3
3.3、桥式整流器………………………………………………………………………5
3.4、电压比较器………………………………………………………………………6
3.5、功率放大器………………………………………………………………………8
四、仿真调试过程及结果分析………………………………………………………9
4.1、实验现象描述或实验数据记录…………………………………………………9
4.2、实验调试排故等描述…………………………………………………………12
五、设计、安装及调试中的体会……………………………………………………13
六、对本次课程设计的意见及建议…………………………………………………14
七、参考资料…………………………………………………………………………14
八、附录………………………………………………………………………………15附件1整机逻辑电路图…………………………………………………………15附件2元器件清单………………………………………………………………16
脉冲调宽伺服放大器课程设计报告
一、设计任务书
1、设计时间：
2021.7.5～2021.7.9
2、地点：
逸夫科技大楼电子电工实验室I4043、课程设计题目：
脉冲调宽伺服放大器设计4、设计内容及要求：
1）设计要求
设计一脉冲调宽伺服放大器，驱动直流伺服电机工作。
并实现电机的调速控制。
2）脉冲调宽伺服放大器的主要技术指标：
①伺服电机额定电压为6V，额定电流为300mA；②可实现电机无级可逆调速，调速范围为0∽额定值;③伺服放大器输出脉冲频率为1KHz。
二、设计框图及整机概述
2.1设计原理框图
图1
2.2设计方案
（1）设计思路
①根据直流伺服电机的特点，在其他参量一定时，电机的转速与加在其电枢两端的电压成正比。
电枢两端的电压越高，转速越大，改变电机电枢两端的电压值可以实现转速的调整控制。
而且由于调速时，伺服电机的机械硬度不变，所以能够实现电机的平滑调速，这就是利用电枢电压调速的优点。
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②脉宽调速。
采用矩形脉冲信号作用于直流伺服电机的电枢上，当脉冲信号平率一定时，改变脉冲宽度则可改变电枢两端的直流电压（电压的平均值），从而改变电机的转速，实现脉宽调速。
③可逆调速。
对于直流电机，除要求对转速能连续可调外，有时还需要使其转向可变，即实现正转和反转的控制调节。
改变加在电机电枢上电压的极性，可实现改变电机的转向，这种工作情况称为双极性工作。
采用正负双电源供电，可使电机双极性工作。
其工作原理和波形如图2。
图2
2.3设计框图概述
设计首先通过锯齿波发生器产生锯齿波，信号波传送到桥式整流器上进行整流，得到直流信号。
电压比较器是为了实现调速而设计的，通过它我们根据设计要求和技术指标设计调速电路。
然后将信号传入功率放大器，功率放大器的作用是实现放大电流的作用，然后得到我们要求的得到的电流电压。
得到正确电压后，驱动直流伺服电机工作，并实现电机的调速控制。
三、各单元电路的设计方案及原理说明
3.1总设计电路图
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图3脉冲调宽型伺服放大器设计电路图
3.2锯齿波发生器：
（1）如图4所示为一个锯齿波发生电路。
图中集成运放A1组成滞回比较器；二极管VD1、VD2和电位器Rw，使积分电路的充放电回路分开，故A2组成充放电时间常数不等的积分电路。
调节电位器Rw滑动端的位置，使Rw1远小于Rw2，则电容放电的时间常数将比充电的时间常数小得多，于是放电过程很快，而充电过程很慢，即可得锯齿波。
滞回比较器输出的矩形波加在积分电路的反相输入端，而积分电路输出的锯齿波又接到滞回比较器的同相输入端，控制滞回比较器输出端的状态发生跳变，从而在A2的输出端得到周期性的锯齿波。
图4锯齿波发生器整体电路
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（2）工作原理
假设初始时刻滞回比较器输出端为高电平，而且假设积分电容上的初始电压为零。
由于A1同相输入端的电压U+同时与Uo1和Uo有关，根据叠加原理，可得：
U＝
R1R1R2
Uo1
R2R1R2
Uo
①
则此时U+也为高电平。
但当Uo1＝Uz时，积分电路的输出电压Uo将随着时间往负方向线性增长，U+随之减小，当减小至UU0时，滞回比较器的输出端将发生跳变，使Uo1＝Uz，同时U+将跳变为一个负值。
以后，积分电路的输出电压将随着时间往正方向线性增长，U+也随之增大，当增大至UU0时，滞回比较器的输出端再次发生跳变，使
Uo1＝Uz
同时U+也跳变为一个正值。
Uo1
然后重复以上过程，于是可得滞回比较器的输出电压为矩形波，而由于积分
电路的充放电时间不等，故积分电路输出电压Uo为锯齿波。
如图5所示：
图5锯齿波发生电路的波形图
由上图可知，当
Uo1
发生跳变时，锯齿波输出Uo达到最大值Uom，而
Uo1
发
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生跳变的条件是：
UU0，将条件Uo1＝Uz，U0代入①式，可得：
0＝R1-Uz）R2R1R2
R1
R2UzUomR1R2②Uom＝由此可解得锯齿波输出的幅度为：
③
要使得幅度可调，由③式可知，改变参数R1即可，所以实际电路中R1采用滑动变阻器；调节滑动变阻器即可改变锯齿波的输出幅度。
从而满足设计要求。
3.3桥式整流器：
桥式整流器利用四个二极管，两两对接。
输入正弦波的正半部分是两只管导通，得到正的输出；输入正弦波的负半部分时，另两只管导通，由于这两只管是反接的，所以输出还是得到正弦波的正半部分。
桥式整流电路的工作原理如下：
e2为正半周时，对D1、D3和方向电压，Dl，D3导通；对D2、D4加反向电压，D2、D4截止。
电路中构成e2、Dl、Rfz、D3通电回路，在Rfz，上形成上正下负的半波整洗电压，e2为负半周时，对D2、D4加正向电压，D2、D4导通；对D1、D3加反向电压，D1、D3截止。
电路中构成e2、D2Rfz、D4通电回路，同样在Rfz上形成上正下负的另外半波的整流电压。
以上两种工作状态分别如图6（a）和（b）所示。
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图6桥式整流电路的工作原理示意图
如此重复下去，结果在Rfz上便得到全波整流电压。
其波形图和全波整流波形图是一样的。
从图6中还不难看出，桥式电路中每只二极管承受的反向电压等于变压器次级电压的最大值，比全波整流电路小一半。
桥式整流电路的整流效率和直流输出与全波整流电路相同，变压器的利用率最高。
现在常用的全桥整流，不用单独的四只二极管而用一只全桥，其中包括四只二极管，但是要标清符号，有交流符号的两端接变压器输出，+、-两端接入整流电路。
3.4电压比较器图7（a）由运算放大器组成的差分放大器电路，输入电压VA经分压器R2、R3分压后接在同相端，VB通过输入电阻R1接在反相端，RF为反馈电阻，若不考虑输入失调电压，则其输出电压Vout与VA、VB及4个电阻的关系式为：
Vout=（1+RF/R1）·R3/（R2+R3）VA-（RF/R1）VB。
若R1=R2，R3=RF，则
Vout=RF/R1（VA-VB），RF/R1为放大器的增益。
当R1=R2=0（相当于R1、R2短路），R3=RF=∞（相当于R3、RF开路）时，Vout=∞。
增益成为无穷大，其电路图就形成图7（b）的样子，差分放大器处于开环状态，它就是比较器电路。
实际上，运放处于开环状态时，其增益并非无穷大，而Vout输出是饱和电压，它小于正负电源电压，也不可能是无穷大。
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图7（a）
图7（b）
从图8中可以看出，比较器电路就是一个运算放大器电路处于开环状态的差分放大器电路。
同相放大器电路如图8所示。
如果图7中RF=∞，R1=0时，它就变成与图7（b）一样的比较器电路了。
图8
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3.5功率放大器
（1）电路组成:
互补对称电路如图9所示。
图9两个射级输出器组成的互补对称电路
该电路是由两个射极输出器组成的。
图中,T1和T2分别为NPN型管和PNP型管，两管的基极和发射极相互连接在一起，信号从基极输入，从射极输出，RL为负载。
（2）工作原理:
①乙类放大电路:
由于该电路无基极偏置，所以VBE1=VBE2=Vi。
当Vi=0时，T1、T2均处于截止状态，所以该电路为乙类放大电路。
②互补电路:
考虑到BJT发射结处于正向偏置时才导电，因此当信号处于正半周时，VBE1=VBE2>0，则T2截止，T1承担放大任务，有电流通过负载RL；
这样，一个在正半周工作，而另一个在负半周工作，两个管子互补对方的不足，从而在负载上得到一个完整的波形，称为互补电路。
互补电路解决了乙类放大电路中效率与失真的矛盾。
③互补对称电路:
为了使负载上得到的波形正、负半周大小相同，还要求两个管子的特性必须完全一致，即工作性能对称。
双电源乙类互补对称电路又称为OCL电路。
图10乙类互补对称功放的工作原理
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四、仿真调试过程及结果分析
4.1、实验现象描述或实验数据记录
当锯齿波发生电路输出的8V锯齿波经过桥式整流器后，整流电路将正负幅值的锯齿波变成正向幅值的锯齿波，由于桥式整流器的压降，锯齿波降为7.418V。
如图11所示。
图11
通过调节滑动变阻器R3的阻值来调节门限电压，通过调节门限电压的大小改变输出波形的占空比，得到脉宽可调的矩形脉冲信号V1。
当VI为零时，由于VREF=4V，VA与VREF作用，比较器的输出V1为占空比的50%的矩形波信号；当11
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VI>0时，正波时间t1大于负波时间t2,占空比大于50%；当VI<0时，正波时间小于负波时间，占空比小于50%。
以下是调试出来后的几个波形：
图12
图13
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图14
从电压比较器输出的信号再经过双电源乙类互补对称电路，最终实现电机无级可逆调速，如图15所示。
图15
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4.2实验调试排故等描述
在实验调试过程中遇到输出信号失真、电机电流和转速没有达到额定值等问题。
关于输出信号失真情况应该采取改变电阻阻值的大小来调节，使调节后输出的信号不失真，使整个电路完整正确。
对于电机电流和转速没有达到额定值，解决办法是在电机线路前加个滑动变阻器，通过滑动变阻来使电机的转速和电流达到额定值。
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五、设计、安装及调试中的体会
《模拟电子技术课程设计》是本科自动化等专业的一门必修非实验课，是在学习完模拟电子技术基础之后一个重要的实践教学环节，是对学生学习模拟电子技术基础后的综合设计性训练，是在教师的指导下由学生独立完成的某一选定课题。
通过本次实习，我不但了解一般电子产品的生产过程，还设计出应用性、目的性较强的综合设计性实验电路，并应用multisim仿真软件实现了设计电路的仿真。
在电路设计和仿真过程中，我们都遇到了很多的困难和问题，比如在电路设计过程中要选择各种元器件的参数和规格，在仿真过程中出现输出信号失真、电机电流和转速没有达到额定值等。
通过老师的指导和查阅相关资料，我们克服解决了所有的困难和问题，最终成功的完成了本次课程设计。
在课程设计过程中，从课程设计的任务出发，通过设计工作的各个环节,我的收获很多：
（1）巩固和加深了我对电子电路基本知识的理解，提高了我综合运用本课程所学知识的能力；
（2）通过查阅手册、图表和文献资料等培养了我的自学能力。
通过独立思考，深入钻研有关问题，提高了我独立分析问题和解决问题的能力；
（3）通过电路方案的分析、论证和比较，设计计算和选取元器件，我初步掌握简单实用电路的分析方法和工程设计方法。
（4）在实习过程中，培养了我严肃、认真的工作作风和科学态度。
通过课程设计实践，使我逐步建立了正确的生产观点、经济观点和全局观点。
作为一名本科自动化专业的学生，我深知《模拟电子技术课程设计》的重要性，虽然一周的课程设计已经结束，但在设计过程中培养和提高了我的创新思维，为后续的专业课程和实际工作需要作好了铺垫。
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六、对本次课程设计的意见及建议
课程设计是培养学生综合运用所学知识,发现、提出、分析和解决实际问题,锻炼实践能力的重要环节,是对学生实际工作能力的具体训练和考察过程。
本次课程设计是学完《模拟电子技术》和《电子线路计算机辅助设计》等课程之后，让学生综合应用模拟电子技术知识，进行实际模拟电子电路的设计、安装和调试，以加深对模拟电子电路基本知识的理解，提高综合应用知识的能力、分析解决问题的能力和电子技术实践技能。
通过本次课程设计，我不但了解了一般电子产品的生产过程，还设计出应用性、目的性较强的综合设计性实验电路，并应用multisim仿真软件实现了设计电路的仿真，做到了理论联系实际，提高了自己的动手操作能力，按时的完成了课程设计任务。
课程设计是学生实践的重要形式之一，希望学校能够增设课程设计课程，让学生得到更多实践的机会。
七、参考资料
[1]康华光．电子技术基础模拟部分[M]．北京：
高等教育出版社，2003．
[2]任国燕.模拟电子技术实验指导书[M]重庆：
重庆科技学院2021
[3]彭介华．电子技术课程设计[M]．北京：
高等教育出版社，1999．
[4]高嵩.电子技术[M].北京：
高等教育出版社，2006
[5]刘芸.电路与电子技术基础[M].北京：
高等教育出版社,2006
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八、附录
附录1、整机逻辑电路图
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附录2、元器件清单
九.误差分析
（1）电压增益Av理论计算要求Av=30，实验得到的为31.25，相对误差为：
（31.25-30）/30=4.12％；
（2）输入电阻Ri理论值Ri≈2kΩ，实测为1.90k，相对误差r=（2-1.90）/2=5％；（3）输出电阻理论值Ro≈Rc=1k，实测值为0.91k，相对误差r=（1-0.91）/1=9％；误差产生能原因：
A:
各个计算公式为近似公式；B:
元件的实际值与标称值不尽相同；C：
在频率较低时，CE,，CB的容抗不能忽略；测量仪器的读书误差。
十.实验分析与研究
（1）影响电压增益的因素A：
晶体管的β增大—>Av增大，Rc增大—>Av增大，而R0≈Rc，故Rc不可太大；B：
rbe=200+（1+β）26mV/{IEQ}Ma,则IEQ增大—>Av增大—>rbe减小，rbe减小会使Ri减小。
（2）波形失真的研究当静态工作点过低时，会产生截止失真，过高时会产生饱和失真。
改进办法：
调整偏置电阻。
截止失真时减小RB1，提高VBQ，以增大IEQ，饱和失真时增大RB1，以减小IEQ。
十一.实验总结1：
通过本次实验掌握了我学会了如何去计算和设计单级阻容耦合放大器的电路参数的计算过程，也学会了如何去调整这种电路的静态工作点，同时还懂得了如何去分析这样的电路的输出特性。
2：
通过这次实验，我更熟练的掌握了信号发生器和示波器的调整方法，遇到问题的时候也不那么手忙脚乱了。
附加：
aBJT特性曲线PSPICE仿真V10VdcQ1SS9013Ib0Adc0
波形：
福州大学物信学院
《模拟电子技术课程设计》设计报告
组别：
第2组姓
学号：
111000833同组姓名：
石泽伟专年级：
10级指导老师：
屈艾文实验时间：
《模拟电子技术课程设计》音响放大器设计
一、设计目的
满足技术指标的音频放大器，实现话筒扩音和音频放大的功能。
二、设计指标
额定功率Po≥0.3W（γ<3%）；
负载阻抗RL=8Ω；截止频率fL=50Hz，fH=20kHz；
音调控制特性1kHz处增益为0dB，125Hz和8kHz处有±12dB的调节AVL=AVH≥20dB；
话放级输入灵敏度5mV；输入阻抗Ri>>1KΩ。
三、设计器材
小喇叭扬声器8Ω/0.5w，LM386，LM324，咪头，单面万能板单孔100mm×150mm，
YB4325示波器，EE1641B1型函数信号发生器，DA—16B交流毫伏表，+9V电
《模拟电子技术课程设计》音响放大器设计
四、电路图及原理分析
1、功率放大器设计
Av4=2R7/（R5+R6//R）=31.2
2、音调控制器设计
f（Lx）=125Hz，f（Hx）=8k，x=12Db
f（l2）=f（Lx）*2^（x/6）=500Hz，f（L1）=f（L2）/10=50Hz；f（H1）=f（Hx）/2^（x/6）=2kHz；f（H2）=10f（H1）=20kHz。
RP（31）=500KΩ，R（31）=R（32）=50KΩ
C（32）=1/（2pi*R（33）f（L1））=5.6nuf；
R（34）=R（31）=R（32）=51KΩ，Ra=3R（4）=153KΩ；
R（33）=Ra/10=15.3KΩ。
3、话音放大器与混合前置放大器设计：
A（v1）=1+R（12）/R（11）=5.7
R（12）=47KΩ，R（11）=10KΩ。
V（o2）=-[（R（22）/R（21）V（o1））+（R（22）/R（23）V（12））]
取R（23）=R（22）=4R（21）=30kΩ。
《模拟电子技术课程设计》音响放大器设计
R31
RP31
R32R1110k
VOFF=0vRP32
五、仿真波形
（1）中频瞬态
（2）低频瞬态提升
《模拟电子技术课程设计》音响放大器设计
（3）低频瞬态衰减
（4）低频交流提升
（5）低频交流衰减
《模拟电子技术课程设计》音响放大器设计
（6）高频瞬态提升
（7）高频瞬态衰减
（8）高频交流提升
《模拟电子技术课程设计》音响放大器设计
（9）高频交流衰减
六、电路实物照片和PCB布局规则
《模拟电子技术课程设计》音响放大器设计
七、示波器波形
一级输出（5.7倍）
《模拟电子技术课程设计》音响放大器设计
2级输出（3倍）
3级输出（0.8倍）
《模拟电子技术课程设计》音响放大器设计
4级输出（26倍，实际设定28倍）
八、总结
本次实验是我上大学以来做的最有挑战性的一个实验，时间很紧迫，老师也很严肃，让我
《模拟电子技术课程设计》音响放大器设计
不得不拿出十足的干劲，认真总是有回报的，当我与组员做出音响放大器的时候，我很开心，但是有时设计性的错误，导致我在换了一个电阻之后完全没有了声音，究其原因原来是PCB版上的铜片被我融掉，不得已重新制板，由此我也得到一个教训，做事情不可操之过急，由于自己的毛手毛脚造成了这样的后果，对组员我表示很抱歉。
总之这次课设是十分有意义的，在这次课设过程中，我学到了好多东西，既锻炼了自己的动手能力，也增加了对知识的理解，加深了对本专业的兴趣与热情。
2、单级差分放大器的设计
设计如图所示的电流源负载放大器，要求满足下列指标：
工艺
ICC网站的0.35umCMOS工艺
电源电压
3.3V
带宽
10MHz
输入电压为1.6V时的增益
35dB
负载电容
6pF
设计提示：
a）M1和M2尺寸相同；
b）IREF尽可能小；
设计步骤：
1、仿真单个MOS的特性，得到某W/L下的MOS管的小信号输出电阻和跨导。
2、根据上述仿真得到的器件特性，推导上述电路中的器件参数。
3、手工推导上述尺寸下的共源级放大器的直流工作点、小信号增益、带宽。
4、如果增益和带宽不符合题目要求，则修改器件参数，并重复上述计算过程。
5、一旦计算结果达到题目要求，用Hspice仿真验证上述指标。
6、如果仿真得到的增益和带宽不符合要求，则返回步骤2，直至符合要求。
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