【正文】 例運(yùn)算電路，它的輸出電壓與輸入電壓之間的關(guān)系為 R2＝R1 // RF當(dāng)R1→∞時(shí)，UO＝Ui，即得到如圖43(b)所示的電壓跟隨器。在理想化條件下，輸出電壓uO等于　　　　　式中　uC(o)是t＝0時(shí)刻電容C兩端的電壓值，即初始值。圖44 減法運(yùn)算電路 圖45 積分運(yùn)算電路 　　在進(jìn)行積分運(yùn)算之前，首先應(yīng)對運(yùn)放調(diào)零。三、實(shí)驗(yàn)設(shè)備與器件　　1.177。12V電源，輸入端對地短路，進(jìn)行調(diào)零和消振。2) 將圖43(a)中的R1斷開，得圖43(b)電路重復(fù)內(nèi)容1)。實(shí)驗(yàn)時(shí)要注意選擇合適的直流信號(hào)幅度以確保集成運(yùn)放工作在線性區(qū)。2) 采用直流輸入信號(hào)，實(shí)驗(yàn)步驟同內(nèi)容3，記入表4－4。3)　預(yù)先調(diào)好直流輸入電壓Ui＝，接入實(shí)驗(yàn)電路，再打開K2，然后用直流電壓表測量輸出電壓UO，每隔5秒讀一次UO，記入表45，直到UO不繼續(xù)明顯增大為止。六、預(yù)習(xí)要求　　，并根據(jù)實(shí)驗(yàn)電路參數(shù)計(jì)算各電路輸出電壓的理論值。IC1在Rw2和二極管D上的壓降提供了T2和T3管的偏置電壓，調(diào)節(jié)Rw2可以使T2和T3管得到合適的靜態(tài)電流，從而T2和T3管工作在甲乙類狀態(tài)，以避免輸出出現(xiàn)交越失真。因此，對于每個(gè)周期的輸入信號(hào)，T2和T3管交替工作，負(fù)載RL上輸出完整的正弦波。這樣，當(dāng)ui為負(fù)半周時(shí)，經(jīng)T1反相，T2管導(dǎo)通，uA由VCC/2向更高的電壓變化，由于B點(diǎn)電位uB= UC2+uA，隨著A點(diǎn)電位升高，因此B點(diǎn)電位也自動(dòng)升高。（1）測量最大不失真輸出功率Po(max)輸入端接1kHz的正弦信號(hào)ui，輸出端用示波器觀察輸出電壓uo的波形。只要測出輸出功率Po=Po(max)時(shí)的輸入電壓值ui，即可得到輸入靈敏度。（3）功放管靜態(tài)電流調(diào)好后，如無特殊情況，不要隨意調(diào)整Rw2的位置。表5－1 測量功率放大電路靜態(tài)工作點(diǎn) （IC2=IC3= mA UA=）T1 T2T3UB(v)UC(v)UE(v) (max)、效率η及輸入靈敏度。表5－2 測量OTL功率放大電路的上限頻率fH和下限頻率fL　（Ui= mV）f0(1KHZ)Uo(V)=Au=五、實(shí)驗(yàn)總結(jié)，并與理論估算值相比較，分析產(chǎn)生差異的原因。當(dāng)整流電路為橋式嬉流電路時(shí)，U3≈，輸出電壓的脈動(dòng)較大。上述分析是在交流電網(wǎng)電壓不變和負(fù)載不變的前提下進(jìn)行的。W7805為集成三端式穩(wěn)壓器，能將輸入電壓變換成十分穩(wěn)定5V電壓輸出。三、實(shí)驗(yàn)設(shè)備與器件 (5V穩(wěn)壓管):(50V1A) 　 200Ω,300Ω，220181。記錄到下表上括號(hào)內(nèi)，關(guān)電源開關(guān)。關(guān)電源開關(guān)。用示波器分別測U3pp、U4pp記錄到下表。步驟4，其余操作向上。脈動(dòng)系數(shù)定義: s=輸出電壓基波的最大值Uo1m/輸出電壓的平均值U0(AV)六、預(yù)習(xí)要求復(fù)習(xí)教材中有關(guān)穩(wěn)壓電源的內(nèi)容。12dB； Rib ≥ 500 kΩ； η≥ 50 %三、方案討論 音頻功率放大電路，也即音響系統(tǒng)放大器，用于對音頻信號(hào)的處理和放大。由于集成電路工作可靠、外圍電路簡單、安裝、調(diào)試工作量減少等優(yōu)點(diǎn)，受到專業(yè)人員的青睞。對于唱片輸出，由于錄制工藝要求和減少錄制噪聲的影響，所以美國唱片工業(yè)協(xié)會(huì)（RIAA）規(guī)定了統(tǒng)一的錄制頻率特性，故在設(shè)計(jì)唱片放大器時(shí)，為使各頻段信號(hào)回復(fù)到原來的面貌，要對放大器的頻率特性作相應(yīng)處理，即所謂“均衡”，這樣的放大器稱作均衡放大器。集成功率放大器通常有OTL和OCL兩種電路結(jié)構(gòu)形式。技術(shù)指標(biāo)通常為：低音（100 Hz）177。目前的高級(jí)音響設(shè)備大多已采用“多頻段頻率均衡”電路來達(dá)到更好地校正頻響效果。 為了敘述方便，若選取R1 = R2 = R3 = R，RW1 = RW2 = 9R，RW2 R4 ，C1 = C2 ，C3 = C4 且C1 C3 。當(dāng)RW2滑向D點(diǎn)時(shí)，實(shí)現(xiàn)高音衰減。與負(fù)載匹配主要指三個(gè)方面，即阻抗匹配、功率匹配和阻尼系數(shù)匹配。頻帶寬度一般在40 Hz ~ 15 kHz ，諧波失真小于1% ~ %，內(nèi)部具有完善的保護(hù)電路，開環(huán)增益為50 dB ~ 90 dB。6 V ~ 177。常用功率放大的電路形式有OTL和OCL兩種，為提高效率，一般工作于接近乙類。圖中DD2的作用是防止輸出端的瞬時(shí)過電壓損壞集成芯片，一般采用開關(guān)二極管。五、參考資料圖76 TDA2030結(jié)構(gòu)與原理框圖 TDA2030功率集成電路具有轉(zhuǎn)換速率高、失真小、輸出功率大、外圍電路簡單等特點(diǎn)，采用5腳塑料封裝結(jié)構(gòu)，如圖76（a）所示。TDA2030的電源電壓為177。14V、負(fù)載電阻為4Ω時(shí)，輸出功率達(dá)18W。即（U1=1~10V），為確保良好的控制特性，可分三段控制： ① 10 Hz ~100 Hz ② 100 Hz ~1 kHz ③ 1 kHz ~10 kHz： ①方波 上升時(shí)間和下降時(shí)間均應(yīng)小于2【如圖81 (a)】； ②三角波 線性度：【如圖81 (b)】； ③正弦波 諧波失真度：/U12%（U1為基波有效值，Ui為各次諧波有效值）。 當(dāng)因RL過小而使IO 400 mA (峰峰值)時(shí)，輸出三極管自動(dòng)限流，以免損壞電路元器件。這種方案的波形精度主要取決于函數(shù)信號(hào)波形的存儲(chǔ)點(diǎn)數(shù)、D/A轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換速度、以及整個(gè)電路的時(shí)序處理等。波形點(diǎn)數(shù)的減少，將直接影響函數(shù)信號(hào)波形的質(zhì)量，而數(shù)字量輸入速率的提高也是有限的。 模擬電路的實(shí)現(xiàn)方案，是指全部采用模擬電路的方式，以實(shí)現(xiàn)信號(hào)產(chǎn)生電路的所有功能。這種電路結(jié)構(gòu)簡單，并具有良好的正弦波和方波信號(hào)。 另一種電路方式是，由三角波、方波發(fā)生器產(chǎn)生三角波和方波信號(hào)，然后通過函數(shù)轉(zhuǎn)換電路，將三角波信號(hào)轉(zhuǎn)換成正弦波信號(hào)，電路框圖如圖83所示。 根據(jù)實(shí)驗(yàn)任務(wù)中對輸出電壓、輸出電流及輸出功率的要求，原則上在輸出級(jí)只需采用不同的負(fù)反饋方式便可。由于三角波的線性度、正弦波信號(hào)的諧波失真度都需要專用測試設(shè)備進(jìn)行檢測，在學(xué)生實(shí)驗(yàn)室一般不具備這樣的條件。圖82模擬電路實(shí)現(xiàn)方案1圖83模擬電路實(shí)現(xiàn)方案2四、單元電路分析、方波發(fā)生器（1）比較器＋RC電路由運(yùn)算放大器A、R0、RRDZ1和DZ1組成的滯回比較器與RC電路組成的三角波、方波發(fā)生器電路如圖84所示。這樣的Uc由于線性度非常差，顯然不能當(dāng)作三角波使用。各個(gè)恒流源電路的恒流原理請讀者自行分析，這里不再討論。只有在方波的占空比不為50%，或三角波的正負(fù)幅度不對稱時(shí)，可通過改變U197。 對稱調(diào)節(jié)點(diǎn)U197。1 0時(shí)，T1 T2 ；V197。② 零位調(diào)節(jié)點(diǎn)V?2 運(yùn)算放大器A2同相輸入端的電壓，是由Uo1和Uo2疊加而成，即有： 當(dāng)=U?2時(shí)，A2翻轉(zhuǎn)。 由上可知當(dāng)?shù)谋戎嫡{(diào)好后，三角波的峰峰值已經(jīng)確定，調(diào)節(jié)U?2的大小可使三角波上下平移。本實(shí)驗(yàn)需要討論的是，把三角電壓波形轉(zhuǎn)換成正弦電壓波形的正弦函數(shù)轉(zhuǎn)換電路。因此，濾波法只適用于頻率變化范圍很小，最好是固定頻率的應(yīng)用場合。折線法的轉(zhuǎn)換原理是，根據(jù)輸入三角波的電壓幅度，不斷改變函數(shù)轉(zhuǎn)換電路的傳輸比率，也就是用多段折線組成的電壓傳輸特性，實(shí)現(xiàn)三角函數(shù)到正弦函數(shù)的逼近，或者是把三角電壓波形通過正弦函數(shù)轉(zhuǎn)換電路的逐段校正，輸出近似的正弦電壓波形。運(yùn)算轉(zhuǎn)換法由于運(yùn)算復(fù)雜，用電子電路較難實(shí)現(xiàn)。濾波法的轉(zhuǎn)換原理是，把峰值為Um的三角波用傅里葉級(jí)數(shù)展開：由上式可以看出，若三角波的頻率變化范圍不大，則可用低通濾波器濾去高次諧波，保留基波成份，正弦波與三角波之間具有固定的幅度關(guān)系。 函數(shù)轉(zhuǎn)換是指把某種函數(shù)關(guān)系轉(zhuǎn)換成另一種函數(shù)關(guān)系，能完成這種轉(zhuǎn)換功能的電子電路就稱函數(shù)轉(zhuǎn)換電路。 當(dāng)U?2 ≠ 0時(shí)，若U?2 0，則三角波上移；若U?2 0，則三角波下移。所以，由于失調(diào)等原因引起波形不對稱時(shí)，可通過改變U197。1 圖88三角波、方波發(fā)生器波形穩(wěn)態(tài)時(shí)，Uoi波形可表示成：當(dāng)時(shí)，；而當(dāng)時(shí)，故有 當(dāng)時(shí)，；而當(dāng)時(shí)，故有 所以，當(dāng)時(shí)，波形的占空比為50%。圖87三角波、方波發(fā)生器 圖87所示的三角波、方波發(fā)生器電路，在U197。在一般使用情況下，U197。使恒定的辦法有多種，其實(shí)質(zhì)都是利用BJT或FET的恒流特性，再引入電流負(fù)反饋而形成的恒流源電路。圖84比較器＋RC電路 圖85比較器＋RC電路波形 由波形圖可以看出，在比較器沒有翻轉(zhuǎn)之前，Uo為一常數(shù)（如）。對于方波信號(hào)的上升時(shí)間和下降時(shí)間，則可用實(shí)驗(yàn)室中的示波器進(jìn)行檢測，該項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)也是本實(shí)驗(yàn)的一項(xiàng)重要和關(guān)鍵的參數(shù)。這也將在單元電路分析中進(jìn)行詳細(xì)介紹。而正弦波信號(hào)的波形質(zhì)量，與函數(shù)轉(zhuǎn)換電路的形式有關(guān)，這將在后面的單元電路分析中詳細(xì)介紹。原因是積分電路的積分時(shí)間常數(shù)通常是不變的，而隨著方波信號(hào)頻率的改變，積分電路輸出的三角波幅度將同時(shí)改變。 對于信號(hào)產(chǎn)生電路的模擬電路實(shí)現(xiàn)方案，也有幾種電路方式可供選擇。 模數(shù)結(jié)合的實(shí)現(xiàn)方案，一般是用模擬電路產(chǎn)生函數(shù)信號(hào)波形，而用數(shù)字方式改變信號(hào)的頻率和幅度。這種方案在信號(hào)頻率較低時(shí)，具有較好的波形質(zhì)量。圖81 方波、三角波的技術(shù)指標(biāo)三、方案討論 根據(jù)實(shí)驗(yàn)任務(wù)的要求，對信號(hào)產(chǎn)生部分，一般可采用多種實(shí)現(xiàn)方案：如模擬電路實(shí)現(xiàn)方案、數(shù)字電路實(shí)現(xiàn)方案、模數(shù)結(jié)合的實(shí)現(xiàn)方案等。 （b）作電流源輸出時(shí)，要求： ① 輸出電流連續(xù)可調(diào)，最大輸出電流（峰峰值）不小于200 am； ② 當(dāng)RL=0~90Ω時(shí)，輸出電流相對變化率(即要求)。參考文獻(xiàn)：何小艇主編，電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)（第三版），浙江大學(xué)出版社，實(shí)驗(yàn)八 低頻函數(shù)信號(hào)發(fā)生器的設(shè)計(jì)一、設(shè)計(jì)任務(wù)設(shè)計(jì)一個(gè)低頻函數(shù)信號(hào)發(fā)生器。18V，靜態(tài)電流為45mA（典型值）；1腳的輸入阻抗為5 MΩ（典型值），當(dāng)電壓增益為30dB，RL=4Ω,Po=12W時(shí)，頻帶寬為10Hz～14kHz。它的內(nèi)部電路包含由恒流源差動(dòng)放大電路構(gòu)成的輸入級(jí)、中間電壓放大級(jí)，復(fù)合互補(bǔ)對稱式OCL電路構(gòu)成的輸出級(jí)；啟動(dòng)和偏置電路以及短路、過熱保護(hù)電路等。此網(wǎng)絡(luò)在小功率放大電路中也可不用或只用一個(gè)電容近似補(bǔ)償，但在大功率電路中必須采用，以防止揚(yáng)聲器音圈的反電勢擊穿輸出管，并有抑制高頻自激作用。由圖可知，電路采用了同相輸入方式。通常為保證工作可靠，可選用集成芯片的額定輸出功率比實(shí)際要求功率大一些，例如一倍左右。 根據(jù)本實(shí)驗(yàn)的任務(wù)和要求，完全可采用集成芯片來實(shí)現(xiàn)功率的放大。當(dāng)前的集成功放電路已經(jīng)幾乎把這些要求都考慮在內(nèi)了。6dB/oct斜率變化，假設(shè)給出低頻段處和高頻段處的提升量，且，則有： 有關(guān)上述公式的推導(dǎo)，請參閱相關(guān)參考資料。當(dāng)?shù)蛨D74全頻段高低音提升和衰減曲線音調(diào)節(jié)電位器RW1滑向A點(diǎn)時(shí)，實(shí)現(xiàn)低音提升，當(dāng)RW1滑向B點(diǎn)時(shí)，實(shí)現(xiàn)低音衰減。本系統(tǒng)采用反饋式音調(diào)控制電路，如圖73所示。12dB。 根據(jù)教學(xué)內(nèi)容及其設(shè)計(jì)要求，本實(shí)驗(yàn)將不包括話筒放大器和均衡放大器等內(nèi)容，而只涉及音調(diào)控制放大與功率放大，如圖71所示。為了充分地推動(dòng)揚(yáng)聲器，通常音響系統(tǒng)中的功率放大器能輸出數(shù)十瓦以上功率，而高級(jí)音響系統(tǒng)的功放最大輸出功率可達(dá)幾百瓦以上。 作為音響系統(tǒng)中的放大設(shè)備，它接受的信號(hào)源有多種形式，通常有話筒輸出、唱機(jī)輸出、錄音輸出和調(diào)諧器輸出。當(dāng)今的功率集成電路，從輸出功率幾瓦到幾百瓦已經(jīng)形成了系列產(chǎn)品。二、 設(shè)計(jì)要求 RL = 8 Ω； Po = 10 W ； few ≥ 50 Hz ~ 15kHz ； r ≤ 1% ； 低音（100 Hz）177。關(guān)電源開關(guān)。，其余操作同上。(準(zhǔn)備好示波器)用示波器測U3pp，記錄到下表。四、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容。但其穩(wěn)定性能要比集成三端式穩(wěn)壓器差。同時(shí)，由于變壓整流濾波電路具有內(nèi)阻，當(dāng)負(fù)載變化時(shí)，亦會(huì)引起輸出直流電壓的變動(dòng)，這在對電源要求較高的電子裝置中是不允許的。濾波電路的作用是將整流輸出中的交流分及轉(zhuǎn)換成直流分量，使輸出變得比較平滑，脈動(dòng)大大減少，直流電壓U4有所增加。二、實(shí)驗(yàn)原理電路圖如圖61。：（1）在圖51電路中，當(dāng)S斷開時(shí)，TT3管工作在哪一類放大狀態(tài)？（2）在圖51電路中，當(dāng)S閉合，且無輸入信號(hào)時(shí)，TT3管的管耗是多少？六、預(yù)習(xí)要求。以f0(1KHZ)為中心頻率，安一定的頻率間隔分別向高、低兩個(gè)方向變化，測量Uo(V)填入表5－2，確定上限頻率fH和下限頻率fL。調(diào)節(jié)Rw2使T2和T3管的靜態(tài)電流IC2=IC3=5~10mA（由于IC1較小，直流毫安表的電流值IE近似認(rèn)為等于IC2=IC3）。（2）在調(diào)整電位器Rw2時(shí)，要注意旋轉(zhuǎn)方向，不要調(diào)得過大，更不能開路。（2）測量效率η 當(dāng)輸出電壓達(dá)到最大不失真輸出時(shí)，讀出直流毫安表的電流值IE，則IE為直流電源提供的平均電流，由此可得PE=VCCIE，從而可求得該功放電路在最大不失真輸出時(shí)的效率。這種工作方式稱為“自舉”。當(dāng)ui=0時(shí)，UA=VCC/2，U B=VCCIRR，電容C2兩端電壓UC2=UBUA= VCC/2IRR。又由于Rw1的一端連接在A點(diǎn)，形成交、直流電壓并聯(lián)負(fù)反饋，從而穩(wěn)定了放大電路的靜態(tài)工作點(diǎn)，又改善了輸出的非線性失真。其中T1管組成推動(dòng)級(jí)（即前置放大級(jí)），T2（NPN）和T3（PNP）為對管，組成互補(bǔ)推挽OTL功率放大電路。12V)時(shí)，