北京交通大学模拟电子电路实验报告Word文件下载.docx
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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，×
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：
输出电流平均值：
平均整流电流：
最大反向电压：
整流二极管的选择（考虑电网
%波动）：
2、滤波电路参数
二极管导通角θ：
滤波电容的选择：
一般选择几十至几千微法的电解电容，耐压值应大于
。
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<
1.414Uef,根据经验可知U=1.2Uef，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。
五、整体电路
六、参数性能指标及测试
1、测量稳压电源输出的稳压值
把220V交流电从变压器一端输入，用示波器测量稳压电源的输出值。
我们的测试结果是-11.8V和12.19V，基本符合规格。
2、测量稳压电源的纹波电压
纹波电压是指在额定负载条件下，稳压电源输出直流电压中所含的交流分量。
在交流电压为220V，负载电流最大（额定输出电流）的条件下，用示波器测量稳压电源的输出纹波电压。
我们测量出的纹波电压；
当输出+12V时为155.2mV,输出-12时为154.2mV，基本符合规格。
七、仿真报告
可以看到输入的正弦信号经过整流、滤波、稳压后最终得到我们所需要的+12V直流电压
八、元件清单
1、三端变压器（220V~15V2A）1个
2、2W10整流桥1个
3、电解电容：
2200uF耐压值25V2个
220uF耐压值25V2个
4、独石电容：
0.33uF2个
0.1uF2个
5、三端稳压器：
W78121个
W79121个
6、散热片2个
7、导线若干
九、参考文献
1、《模拟电子技术》刘颖、任希、曾涛等.北京:
北京交通大学出版社，清华大学出版社，2008.4
2、《电子技术基础实验、综合设计实验与课程设计》侯建军、佟毅等.北京：
高等教育出版社，2007.10
1、通过实验培养学生的市场素质，工艺素质，自主学习的能力，分析问题解决问题的能力以及团队精神。
2、通过实验总结回顾所学的模拟电子技术基础理论和基础实验，掌握低频小信号放大电路和功放电路的设计方法。
二、设计任务与要求
1、设计任务
1）语音放大电路原理框图
语音放大电路由“输入电路”、“前置放大器”、“有源带通滤波器”、“功率放大器”、“扬声器”几部分构成。
2）性能指标
a）前置放大器：
输入信号：
Uid≤10mV
输入阻抗：
Ri≥100k。
b）有源带通滤波器：
频率范围：
300Hz～3kHz
增益：
Au=1
c）功率放大器：
最大不失真输出功率：
Pomax≥1W
负载阻抗：
RL=8（4）
电源电压：
+5V，+12V，-12V
d）输出功率连续可调
直流输出电压≤50mV
静态电源电流≤100mA
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：
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。
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
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
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。
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。
五、单元电路设计与参数计算
1、前置放大电路
前置放大电路采用集成运放LM324构成两级放大电路。
为增强对输入信号的保持性，故两级放大电路均采用同相放大电路组态。
放大电路的增益可以通过改变反相端的输入电阻与反馈电阻的值来调节，即
放大器输入漂移和噪声等因素对于总的精度至关重要，放大器本身的共模抑制特性也同等重要。
因此前置放大电路应该是一个高输入阻抗、高共模抑制比、低漂移的小信号放大电路。
，输入阻抗：
实验中，实际设计放大倍数10~1000倍，可通过电位器调节。
通过计算得元件参数如下：
R1=110kΩ，R2=100kΩ，R3=1MΩ，
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。
R7=8.2kΩ，R8=8.2kΩ，R9=20kΩ，
R11=3.5kΩ，R12=3.5kΩ，R13=20kΩ，
C1=100nF，C2=100nF，C3=10nF，C4=10nF，
3、功率放大电路
功率放大的主要作用是向负载提供所需的功率，在信号不失真的前提下，要求输出功率尽可能大，转换效率尽可能高。
我们在设计时采用了TDA2030作为功率放大芯片。
TDA2030是目前音质较好、价格较低、外围元件较少、应用较方便的一款性价比较高的集成功放。
它的电气性能稳定、可靠、能适用长时间连续工作，集成块内部具有过载保护和热切断保护电路，不会损坏器件。
在单电源使用时，散热片可直接固定在金属板上与地线相通，无需绝缘，使用十分方便。
（1）TDA2030主要参数：
参数名称
符号
单位
参数最小
典型
最大
测试条件
电源电压
Vcc
V
±
6
18
静态电流
Icc
mA
40
60
Vcc=±
18,RL=4欧
输出功率
Po
W
12
14
RL=4,THD=0.5%
8
9
RL=8,THD=0.5%
频响
BW
Hz
10
140k
Po=12w,RL=4,
输入阻抗
Ri
M
0.5
5
开环，f=1kHz
谐波失真
THD
%
0.2
Po=0.1-12W,RL=4
（2）电路特点：
a）外接元件非常少。
b）输出功率大，Po=18W（RL=8Ω）。
c）采用超小型封装（TO-220）,可提高组装密度。
d）开机冲击极小。
e）内含各种保护电路，因此工作安全可靠。
主要保护电路有：
短路保护、热保护、地线偶然开路、电源极性反接（Vsmax=12V）以及负载泄放电压反冲等。
f）TDA2030能在最低±
6V最高±
22V的电压下工作在±
19V、8Ω阻抗时能够输出16W的有效功率，THD≤0.1%。
无疑，用它来做有源音箱的功率放大部分或小型功放再合适不过了。
（3）引脚情况：
1脚是正相输入端
2脚是反向输入端
3脚是负电源输入端
4脚是功率输出端
5脚是正电源输入端。
（4）注意事项：
a）TDA2030具有负载泄放电压反冲保护电路，如果电源电压峰值电压40V的话，那么在5脚与电源之间必须插入LC滤波器，以保证5脚上的脉冲串维持在规定的幅度内。
b）热保护：
限热保护有以下优点，能够容易承受输出的过载（甚至是长时间的），或者环境温度超过时均起保护作用。
c）与普通电路相比较，散热片可以有更小的安全系数。
万一结温超过时，也不会对器件有所损害，如果发生这种情况，Po=（当然还有Ptot）和Io就被减少。
d）印刷电路板设计时必须较好的考虑地线与输出的去耦，因为这些线路有大的电流通过。
e）装配时散热片与芯片之间不需要绝缘，引线长度应尽可能短，焊接温度不得超过260℃，12秒。
f）虽然TDA2030所需的元件很少，但所选的元件必须是品质有保障的元件。
（5）元件参数的确定：
a）高频退偶电容一般为100nF。
b）耦合电容一般选用1～10μF∕25V，这里用22uF也符合要求。
c）消振移相电路由该集成块的数据手册可知，电容选用100nF。
六、安装与调试
安装电路板，由于本电路采用功放集成电路，且只有5个引脚，看准后，可直接焊在电路板上。
按照布局图把元件逐一焊接在电路板上，对于电解电容等有极性的器件要用仪器判断好后再焊接。
每一级元件全部焊接完成后，再仔细检查几遍，确保器件连接正确后，方可通电测试。
最好是焊完一级测试一级，这样如果出现问题比较容易查出来并改正。
在分级测试完成后，我们便把各级连接起来测试，但是并没有得到想要的结果。
如果用信号源代替话筒，喇叭可输出放大后的声音，并且声音随信号源的频率变化而变化。
但是，一接上话筒，就什么声音都没有，所以我们一致认为话筒不符合要求，于是在更换之后，得到了想要的结果。
（1）前置放大器的电压增益：
测试条件：
输入50mV，1kHz的正弦交流信号
（2）带通滤波器的通带宽度：
先输入1.0V，1kHz的正弦交流信号，再调节信号频率，找到上下截止频率
（3）功率放大器最大不失真输出功率的测量
输入1V，1kHz的正弦信号
（4）功率放大器直流输出电压和静态电流的测量
六、性能测试及分析
（1）前置放大器：
（输入信号为50mV，1kHz的正弦交流信号）
（2）带通滤波器：
（输入信号为1.0V，1kHz的正弦交流信号）
（输入信号为1.0V，300Hz的正弦交流信号）
（输入信号为1.0V，2.8kHz的正弦交流信号）
通频带：
BW=fH-fL=3000Hz-300Hz=2.7kHz
1.35W﹥1W
测得功率放大器静态工作电流为：
6.8mA
该语音放大器可将声音很好地放大并播放出来，各项指标均达到了设计要求。
二阶有源带通滤波电路
TDA2030功率放大电路
前置放大电路
（1）前置放大电路仿真
滑动变阻为10kΩ*50%=5kΩ输入信号5mV由示波器示数可知放大倍数Au=570
理论值：
Au=A1*A2=500；
A1=10A2=50
（2）二阶有源滤波电路仿真
输入Vp-p=1V频率1kHz
Au=
=
=0.917
输入Vp-p=1V频率1.7kHz
=0.865
输入Vp-p=1V频率300Hz
=0.707
输入Vp-p=1V频率2.8kHz
=0.719
仿真实验得到的上限截止频率与理论值存在一定误差
（3）功率放大电路仿真
功率放大电路放大倍数：
=10.99≈11
1、LM324——1个
2、TDA2030——1个
3、电阻：
100Ω——2个0.5kΩ——2个1kΩ——7个3kΩ——2个5.1Ω——2个20kΩ——3个110kΩ——1个100kΩ——1个1MΩ——1个
3、电位器：
10kΩ——1个
4、电容：
10nF——2个100nF——4个22uF——2个
220uF——2个
5、喇叭：
8Ω2W——1个
6、麦克风——1个
7、管脚座——1个
8、散热片——1个
9、MP3插口——1个
10、导线若干
模电实验心得
***
经过一学期，我们学习了模拟电子电路的基本知识和模电实验的三个简单实验，在这基础之上，我们迎来了我们的小学期任务——独立设计、焊接与调试一个直流稳压电源与语音放大器，这是我们第一次接受这样一个看起来有些庞大的工作量，但是在经过整整十天的失望与惊喜之后，我们成功地完成了任务，当我们听着我们自己制作的语音放大器放出优美动听的音乐时，我们都欣慰不已。
在这难得的实践经历中，我收获良多。
我们都知道，一个精确的电路图是我们成功的开始。
所以在实验开始之前我们做了很多的准备工作，重新学习模电课本中关于直流稳压电源的内容，认真学习实验课本上的相关内容，对于不理解的内容积极地询问老师或者同学，终于在两天后我们设计出了两个实验的电路图，并且在仿真软件MULTISIM上进行了仿真实验，经过一些修改，终于我们的电路图新鲜出炉了。
接下来，就是布线、焊接与调试电路了。
我们遇到了很多我们前期所没有想到的困难，比如前面被我们所忽略的管脚问题，比如三联板的短接问题，比如电路相互之间产生的干扰问题。
同学们戏说没有重焊的模电实验是不完整的，原本以为我们可以不用重焊，但是当原本已经在前一天出来声音的板子，在第二天我们希望把直流稳压电源的板子和语音放大器的板子合体的时候出现了短路警告，不断地检查调试依旧未果。
于是，我们决定重新焊第二块板子！
当天刚好是星期天，实验室晚上不开放，我们在寝室里从晚上7点焊到凌晨1点钟，第二天再实验室经过一天的调试，终于，功夫不负苦心人，我们又一次听到了动人的音乐！
经过这次模电实验，让我更深刻地体会到严谨求实的科学精神，没有认真的前期准备不会有最后的成功，没有仔细的布线，小心的焊接，不懈的调试也不会有最后的成功，更加重要的是，没有大家的团结努力，也不会有最后的成功。
总之，这是一次短暂却受益一生的实践经历，是我们今后走向科研之路的积淀。
当清晰的声音从喇叭里传出来的时候，我们终于完成了直流稳压电路和语音放大器电路板的设计、焊接、调试。
在这几天模电实验的锻炼中，我学到了许多:
首先是设计实验电路，这是焊好电路的基础，以及影响到最后的输出质量，在第二块板子——语音放大器中，调整电阻以调整各级放大增益是一件非常重要的事情。
接下来就是焊接了，在焊接的过程中我们遇到了许多问题。
一开始焊直流稳压电路我们先了解好了三端稳压器W7812和W7912的端口如何接入，重新熟悉大一学习的焊接技术，还有如何将三联版很好的利用起来。
焊接完成后我们接入电源，可是出来的示数却不尽如人意，应该显示出来的+12V和-12V却只有很小的0.2V，我和另外一位组员重新检查了好多遍但是都没有发现问题，就在我们非常失望开始想要重新再焊一块的时候，终于注意到了我们忽略了三联版的一个短接的铜线，以至于两条线路被短接，我们将三联板短接处用刻刀划开再次接通电路测量波形的时候，终于出来了12.24V和-11.84V的正确示数，这让我们为下一块电路板积累了经验，也让我们认识到了，焊接电路板是一件非常考验耐心和细心的工作，必须认真对待。
否则，一点点小小的失误和粗心就可以让几天的心血付之东流。
第二块语音放大器的电路比第一块复杂多了，我们决定焊接一级测量一级，以保证每一级都是正确的。
我和我拍档配合着焊接，互相检查减少错误发生的几率。
一开始非常顺利，很多小的问题都很快得到了解决。
两天过去了，我们的语音放大器前置放大，中间滤波，功率放大都焊接完成。
第三天我们怀着忐忑的心情进行总体的测量，经过调节电位器等等方式，终于在三级末端出来了完美的正弦波形，放大增益为200倍。
接上耳机，听到清晰的旋律从喇叭里面放出。
可是第二天早上，当我们准备将直流稳压电路和语音放大器连接起来的时候，我们的第二块板子出了问题，查了好多遍之后，接上电阻箱还是会发出短路警告的声音，这让我们沮丧不已。
可能是我们连接的导线很多很乱，导致电路某一处出现了短路而我们却检查不出来。
于是，我们开始重新焊接一块新的语音放大器，周日的晚上实验室关门了，我们在寝室从七点开始焊到了凌晨一点，终于完成了。
次日去实验室调试，经过一整天的调试，又将第二级滤波重新拆下来重新焊接，终于我们又一次能够将音乐经过耳机用喇叭放大。
这次模电实验，并没有让刚刚考完期末考试的我放松下来。
从中，我也渐渐觉得实验将我们从书本上习得的理论知识运用到了实际当中，让我更加有恒心和耐力去发现问题、解决问题，最后总结问题，这次实验令我受益匪浅。
此次模电实验让我印象深刻。
这是第一次动手焊一个完整的电路图，实现一个确定的功能。
在我们焊集成直流稳压电源电路时，由于是第一次实验，没有经验，布线出了很大的问题，比如说短路，焊接问题等等，由于种种原因，当我们自认为可以进行测量时，没有得到预期的结果，于是只能再次检查电路，发现了很多问题。
比如说7812烧了，导线之间未焊接上，元器件管脚识别错误，经过处理之后，终于功夫不负有心人，成功的实现了电路的功能。
真正让人难忘的经历是焊第二个电路图。
第二个电路相比于第一个电路，要复杂很多，要用到的元器件更多，并且线路很复杂，某一个部位出错，都讲影响整个电路。
本来我们在焊第二个电路的过程是比较顺利的，通过多次的检查，修改，检验，用了三天的时间，终于听见了音乐声，可就在第二天准备把第一个电路和第二个电路连接起来的时候，第二个电路出现了问题，出现了短路，电路根本无法工作，这让我们非常纳闷，明明前一天都是好的，也没有动它，第二天竟然坏了。
于是我们又一级一级的检查，把每一级电路都很认真的检查了好几遍，肯每次的结果都是短路，检查了整整一天，都没有找到问题所在，这让我们很沮丧，本来可以验收的，结果出现了这种情况，实在是很郁闷。
于是和组员商量之后，我们决定重新焊。
由于电路出现问题的那天正好是周日，实验室晚上不开放，我们只能在宿舍焊。
向同学要来元器件，我们从晚上7点焊到次日1点，终于把第二个电路焊完了，第二天就准备去测。
第二天测量时，前置放大级和功率放大级都非常完美，就只有滤波器那一级出现了问题，然后我们又查了一整天，终于找到了问题所在，然后整个电路都成功了，插入耳机，喇叭出现了美妙的声音。
最为遗憾的是，当我们把第二级焊好后，次日就要答辩了，根本就来不及准备，很是担心，但这也没有办法。
不过，最为开心的就是我们终于把电路给焊出来了，达到了最基本的要求，并且这次亲手实践，让我学到了不少东西，为以后的实验提供了很多的经验，也得到了很多的教训。
总体而言，这次经历是很丰富的，令人难忘的，很有意义。
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