模电实验报告讲解.docx

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模电实验报告讲解

模拟电子技术综合实验报告

一、实验名称：

变调音频放大器

二、实验设备

（1）模拟电子技术实验箱

（2）万用表

（3）示波器

（4）信号发生器

三、实验目的

通过实际电路的搭建，进一步巩固所学理论知识，并通过掌握实际元件的用法将理论与实际相结合。

提高对模拟电路的仿真、设计、调试能力，进一步提高对理论课程的学习兴趣。

实验内容

综合运用电子技术基础中模拟电子技术所学基本放大电路、集成运算放大器、有源滤波器、功率放大电路等知识，结合实际集成运算放大器芯片、集成功率放大芯片，设计一个可以改变输入音频音调的音频放大电路，参考系统框图如下：

四、实验要求

本实验要求实现从语音输入、放大、变调到功率放大并通过喇叭进行输出的具有完整功能的电路设计和实现。

话筒采用驻极体话筒，喇叭采用8Ω纸杯喇叭，其他电路根据具体设计确定。

要求，电路简洁，输出音量较大，噪音小，变调明显且可调。

另外，电源可采用实验箱提供的直流电源，无需另行设计。

五、实验步骤

为实现实验音频放大以及变调，实验总分四部完成：

一、信号放大电路。

二、带通滤波电路。

三、功率放大电路。

六、实验主要器件了解；实验总结与心得。

㈠、实验器件了解：

本次实验主要应用器件有：

驻极体话筒、UA741、TDA2030。

1、驻极体话筒：

#驻极体话筒具有体积小、结构简单、电声性能好、价格低的特点，广泛用于盒式录音机、无线话筒及声控等电路中。

属于最常用的电容话筒。

由于输入和输出阻抗很高，所以要在这种话筒外壳内设置一个场效应管作为阻抗转换器，为此驻极体电容式话筒在工作时需要直流工作电压。

　#话筒的基本结构由一片单面涂有金属的驻极体薄膜与一个上面有若干小孔的金属电极（背称为背电极）构成。

驻极体面与背电极相对，中间有一个极小的空气隙，形成一个以空气隙和驻极体作绝缘介质，以背电极和驻极体上的金属层作为两个电极构成一个平板电容器。

电容的两极之间有输出电极。

由于驻极体薄膜上分布有自由电荷。

当声波引起驻极体薄膜振动而产生位移时；改变了电容两极版之间的距离，从而引起电容的容量发生变化，由于驻极体上的电荷数始终保持恒定，根据公式：

Q=CU所以当C变化时必然引起电容器两端电压U的变化，从而输出电信号，实现声—电的变换。

由于实际电容器的电容量很小，输出的电信号极为微弱，输出阻抗极高，可达数百兆欧以上。

因此，它不能直接与放大电路相连接，必须连接阻抗变换器。

通常用一个专用的场效应管和一个二极管复合组成阻抗变换器。

#驻极体话筒的特性参数：

　　工作电压Uds1.5~12V，常用的有1.5V，3V，4.5V三种

　　工作电流Ids0.1~1mA之间

　　输出阻抗一般小于2K（欧姆）

　　灵敏度单位：

伏/帕，国产的分为4档，红点（灵敏度最高）黄点，蓝点，白点（灵敏度最低）

　　频率响应一般较为平坦；等效噪声级小于35分贝。

　　#驻极体话筒具有体积小，频率范围宽，高保真和成本低的特点，目前，已在通讯设备，家用电器等电子产品中广泛应用。

2、UA741：

#uA741M，uA741I，uA741C芯片引脚和工作说明：

1和5为偏置（调零端），2为正向输入端，3为反向输入端，4接地，6为输出，7接电源，8空脚。

#运算放大器属于使用反馈电路进行运算的高放大倍率型放大器，其放大倍率完全由外界组件所控制，透过外接电路或电阻的搭配，即可决定增益（即放大倍率）大小。

通常放大器的理想增益为无穷大，实际使用时亦往往相当高（可放大至105或106倍），故差动输入跟增益后输出比较起来几乎等于零。

#741放大器为运算放大器中最常被使用的一种，拥有反相向与非反相两输入端，由输入端输入欲被放大的电流或电压信号，经放大后由输出端输出。

放大器作动时的最大特点为需要一对同样大小的正负电源，其值由±12Vdc至±18Vdc不等，而一般使用±15Vdc的电压。

741运算放大器的外型与接脚配置分别如图所示。

#运算放大器常用电路：

实际使用运算放大器时，因各类传感器输出电压变化极大，放大后电压很难正好落在放大器输出电压范围内，且运算放大器输入电源电压有其限制之承受范围限制，故需在电路上变化或补正。

另外放大器放大倍率亦不一定正好为所需倍率，故需外接不同阻值电阻来解决。

#缓冲电路：

将输出电压的一部份引回输入端之动作称为反馈，而其中将输出电压引回反相输入端者称为负反馈，负反馈会使得整个电路的放大倍数下降，但却能因此得到正确的电路放大倍数，且可在输入电阻很大时，使输出电阻变小，并且使放大频率频宽增大。

3、TDA2030：

　1、脚是正向输入端

　　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。

#器件特点：

[1].外接元件非常少。

　　[2].输出功率大，Po=18W（RL=4Ω）。

　　[3].采用超小型封装（TO-220）,可提高组装密度。

　　[4].开机冲击极小。

　　[5].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。

[6].TDA2030A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，用它来做电脑有源音箱的功率放大部分或小型功放再合适不过了。

#注意事项：

　[1].TDA2030A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，二极管限压（5脚因为任何原因产生了高压，一般是喇叭的线圈电感作用，使电压等于电源的电压）以保证5脚上的脉冲串维持在规定的幅度内。

　　[2].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。

　　[3].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。

　　[4].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。

　　[5].装配时散热片与之间不需要绝缘，引线长度应尽可能短，焊接温度不得超过260℃，12秒。

[6].虽然TDA2030A所需的元件很少，但所选的元件必须是品质有保障的元件。

（二）、实验电路模拟：

采用Multisim对每一部分的电路方案进行仿真。

1、信号放大电路：

采用ua741实现信号放大作用;功能及特点如上所述；

图

（1）

1、图

（1）是信号放大电路，对函数信号器输入1KHz、10mvp的正弦或方波信号，输出的正弦或方波信号理论放大十倍，但是由于存在误差，使得放大倍数存在偏差，但不大。

依据图

（1）可知：

图

（2）电压增益：

Au=Uo／Ｕi

=Ｒ1＋Ｒ2／R1=11

图（3）

图（3）为信号放大电路总体模拟出的用示波器观察的理论图形，依据图

（1）可知通道B为输入端，通道A为输出端，观察数据可知，结果放大约11倍，与理论值接近。

2、带通滤波电路：

这一级电路同样主要采用ua741元器件实现，为二阶带通滤波电路，其作用是只允许在某一个通频带范围内的信号通过，而比通频带下限频率低和比上限频率高的信号均加以衰减和抑制。

此电路特点：

通过改变Rf和R4的比例就可改变频宽而不影响中心频率。

输入1kHZ、占空比为50%、振幅为10mvp的方波，以便明显观察电路输出结果与作用

图（4）

图（5）

图（6）

图（5）为带通滤波模拟整电路，可求的各理论值：

该电路的带通宽度：

Ｂ＝１／Ｃ（１／Ｒ１＋２／Ｒ２－Ｒｆ／Ｒ３Ｒ４）

　＝5799．24Ｈｚ

带通中心频率：

ｆ＝１／２∏

　＝１０７６ＨＺ

该部分电路的增益：

　　　Ａ＝（R4+Rf）/（R4*R1*C*B）=0.16

而根据图（6）可知，通道A为输入端；通道B为输出端；根据示波器显示可知波形衰减约5倍与理论值接近在正常范围内。

3、功率放大电路：

选用TDA2030实现功率放大，功能及优点如上所述。

图（7）

图（7）为功率放大模拟整电路，同样给予1KHZ的频率、占空比50%、振幅为10mvp的正弦波、三角波、或方波，依据整电路可知，电压增益理论值为：

Au=Uo／Ｕi

=R3+R1/R1

=21

图（8）

图（9）

根据图（9）是对电路仿真结果，可知通道A为输入端，通道B为输出端，通过计算得放大倍数约为21.8，与理论值接近，在正常范围内。

4、实验总电路：

图（10）

同样输入频率为1khz、50%占空比、振幅为10mvp的方波。

图（11）

图（12）

.图（10）为实验整电路，由上述1、2、3电路整合而成，图（12）为仿真结果，通道A为输入端，通道B为输出端，不难看出实验仿真结果放大约50倍，与理论值接近，误差较小。

（三）、实验总结：

本电路经过实验模拟箱与电路板的焊接，其中发现采用multisim软件模拟出的实验结果与实际操作实验结果有一定误差，同样发现电路本身存在一些问题。

经小组讨论，具体分析如下:

①、本实验电路在模拟实验箱上连出总电路，实验前端接话筒并串上约2k的电阻，与+5v的电压，电路尾端接入喇叭，最后只能听到噪音。

接入函数信号发生器，输出接示波器，能看到不规整的图形。

这可能是接线头不实，与零器件的功能可能已经丧失，或是示波器的使用问题。

而在电路板上，虽然没有了杂音，但也没有达到理想效果，接入函数信号发生器，改变频率喇叭输出声音也随之改变。

经分析可能是话筒接线不对，对线焊接不实，分析电路本身可能存在问题。

②、由于本实验电路全部来源于电子技术基础课本上，本实验第二部分带通滤波电路，是滤掉一定频率的信号，而在调节频率时，发现小于最低带宽的与大于最高带宽的频率时还是可是可以看到一定的波形信号，这是不足之处。

冒然将各级分电路连接在一起可能不兼容。

这都是我们有待思考与提高的。

End