【正文】 反饋系數(shù)，從而改變放大器的幅頻特性，以達到音調(diào)控制的效果。 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 。則可獲得如圖74所示的全頻段高低音提升和衰減曲線。當?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點時，實現(xiàn)低音提升，當RW1滑向B點時，實現(xiàn)低音衰減。其中 低音最大提升量： 低音最大衰減量： 當高音調(diào)節(jié)電位器RW2滑向C點時，實現(xiàn)高音提升。當RW2滑向D點時，實現(xiàn)高音衰減。其中 高音最大提升量： 高音最大衰減量： 在fL1~ fL2和fH1~ fH2之間，曲線是按177。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，請參閱相關(guān)參考資料。對于功率放大電路，除了輸出功率應滿足技術(shù)指標外，還要求電路的效率高、非線性失真小，以及輸入端與音調(diào)控制放大器相匹配，輸出端與音箱負載相匹配，否則將會影響放音效果。與負載匹配主要指三個方面，即阻抗匹配、功率匹配和阻尼系數(shù)匹配。功放電路的選用和設(shè)計也是很有講究的，例如應盡量采用無瞬態(tài)互調(diào)失真的晶體管放大電路或集成電路；最好采用全對稱型的互補電路并且有良好的開環(huán)技術(shù)指標；補償電路不宜采用過大的滯后電容；大環(huán)路的反饋量不應太大；以及一些必要的保護電路。當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。 目前各大公司的音響系統(tǒng)集成功率放大電路芯片，都已形成了自己的系列產(chǎn)品，輸出功率從零點幾瓦到100瓦以上。頻帶寬度一般在40 Hz ~ 15 kHz ，諧波失真小于1% ~ %，內(nèi)部具有完善的保護電路，開環(huán)增益為50 dB ~ 90 dB。這些產(chǎn)品的外圍電路大多已定型，只有少量元件參數(shù)通過電路調(diào)試確定，這樣可大大簡化電路設(shè)計。 根據(jù)本實驗的任務和要求，完全可采用集成芯片來實現(xiàn)功率的放大。例如常用的功率放大器集成芯片TDA2030，其主要技術(shù)參數(shù)如下： 電源電壓 177。6 V ~ 177。18 V 負載阻抗 4Ω，8Ω 輸出功率 18 W，9 W 頻帶寬度 40 Hz ~ 15 kHz 諧波失真 12 %，8 % 開環(huán)增益 90 dB 因為本設(shè)計任務要求負載阻抗為8Ω，輸出額定功率為10 W。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際要求功率大一些，例如一倍左右。因此，上述的TDA2030是比較合適的。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。由于OTL電路可用單電源供電，因此為了供電方便，采用單電源供電的OTL電路，其電路如圖75所示。由圖可知，電路采用了同相輸入方式。由于TDA2030芯片的開環(huán)增益一般為90dB，因此，在深度負反饋的工作條件下，其中頻增益近似為。圖中DD2的作用是防止輸出端的瞬時過電壓損壞集成芯片，一般采用開關(guān)二極管。此外，由于揚聲器的音圈是線圈，具有一定的電感量，因此采用C5，R7組成圖75單電源OTL功率放大電路一補償網(wǎng)絡(luò)，其作用是把揚聲器的電感性負載補償成接近純電阻性。此網(wǎng)絡(luò)在小功率放大電路中也可不用或只用一個電容近似補償，但在大功率電路中必須采用，以防止揚聲器音圈的反電勢擊穿輸出管，并有抑制高頻自激作用。一般取R7 ≈ RL ， ~ 。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，采用5腳塑料封裝結(jié)構(gòu)，如圖76（a）所示。其中1腳為同相輸入端；2腳為反相輸入端；3腳為負電源；4腳為輸出端；5腳為正電源。它的內(nèi)部電路包含由恒流源差動放大電路構(gòu)成的輸入級、中間電壓放大級，復合互補對稱式OCL電路構(gòu)成的輸出級；啟動和偏置電路以及短路、過熱保護電路等。其結(jié)構(gòu)框圖如圖76（b）所示。TDA2030的電源電壓為177。6V ~ 177。18V，靜態(tài)電流為45mA（典型值）；1腳的輸入阻抗為5 MΩ（典型值），當電壓增益為30dB，RL=4Ω,Po=12W時，頻帶寬為10Hz～14kHz。當電源為177。14V、負載電阻為4Ω時，輸出功率達18W。六、制作與調(diào)試；、器件，焊接、安裝電路；、調(diào)試各個單元電路；；。參考文獻：何小艇主編，電子系統(tǒng)設(shè)計（第三版），浙江大學出版社，實驗八 低頻函數(shù)信號發(fā)生器的設(shè)計一、設(shè)計任務設(shè)計一個低頻函數(shù)信號發(fā)生器。二、 設(shè)計要求：方波、三角波、正弦波 ：10 Hz ~10 kHz； ：；：（a）通過改變RC時間常數(shù)控制頻率（手控方式）； （b）通過改變控制電壓U1實現(xiàn)壓控頻率（即VCF），常用于自控方式。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 上升時間和下降時間均應小于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）。 ： （a）作電壓源輸出時，要求： ① 輸出電壓幅度連續(xù)可調(diào)，最大輸出電壓（峰峰值）不小于20V； ② 當RL=100Ω~1KΩ時，輸出電壓相對變化率 (即要求)。 （b）作電流源輸出時，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RL=0~90Ω時，輸出電流相對變化率(即要求)。 （c）作功率輸出時，要求最大輸出功率（RL=50Ω時）。 當因RL過小而使IO 400 mA (峰峰值)時，輸出三極管自動限流，以免損壞電路元器件。 。圖81 方波、三角波的技術(shù)指標三、方案討論 根據(jù)實驗任務的要求，對信號產(chǎn)生部分，一般可采用多種實現(xiàn)方案：如模擬電路實現(xiàn)方案、數(shù)字電路實現(xiàn)方案、模數(shù)結(jié)合的實現(xiàn)方案等。 數(shù)字電路的實現(xiàn)方案，一般可事先在存儲器里存儲好函數(shù)信號波形，再用D/A轉(zhuǎn)換器進行逐點恢復。這種方案的波形精度主要取決于函數(shù)信號波形的存儲點數(shù)、D/A轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換速度、以及整個電路的時序處理等。其信號頻率的高低，是通過改變D/A轉(zhuǎn)換器輸入數(shù)字量的速率來實現(xiàn)的。這種方案在信號頻率較低時，具有較好的波形質(zhì)量。隨著信號頻率的提高，需要提高數(shù)字量輸入的速率，或減少波形點數(shù)。波形點數(shù)的減少，將直接影響函數(shù)信號波形的質(zhì)量，而數(shù)字量輸入速率的提高也是有限的。因此，該方案比較適合低頻信號，而較難產(chǎn)生高頻（如1MHz）信號。 模數(shù)結(jié)合的實現(xiàn)方案，一般是用模擬電路產(chǎn)生函數(shù)信號波形，而用數(shù)字方式改變信號的頻率和幅度。如采用D/A轉(zhuǎn)換器與壓控電路改變信號的頻率，用數(shù)控放大器或數(shù)控衰減器改變信號的幅度等，是一種常見的電路方式。 模擬電路的實現(xiàn)方案，是指全部采用模擬電路的方式，以實現(xiàn)信號產(chǎn)生電路的所有功能。由于教學安排及課程進度的限制，本實驗的信號產(chǎn)生電路，推薦采用全模擬電路的實現(xiàn)方案。 對于信號產(chǎn)生電路的模擬電路實現(xiàn)方案，也有幾種電路方式可供選擇。如用正弦波發(fā)生器產(chǎn)生正弦波信號，然后用過零比較器產(chǎn)生方波，再經(jīng)過積分電路產(chǎn)生三角波，電路框圖如圖82所示。這種電路結(jié)構(gòu)簡單，并具有良好的正弦波和方波信號。但要通過積分器電路產(chǎn)生同步的三角波信號，存在較大的難度。原因是積分電路的積分時間常數(shù)通常是不變的，而隨著方波信號頻率的改變，積分電路輸出的三角波幅度將同時改變。若要保持三角波輸出幅度不變，則必須同時改變積分時間常數(shù)的大小，要實現(xiàn)這種同時改變電路參數(shù)的要求，實際上是非常困難的。 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，然后通過函數(shù)轉(zhuǎn)換電路，將三角波信號轉(zhuǎn)換成正弦波信號，電路框圖如圖83所示。這種電路在一定的頻率范圍內(nèi)，具有良好的三角波和方波信號。而正弦波信號的波形質(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介紹。該電路方式是本實驗信號產(chǎn)生部分的推薦方案。 根據(jù)實驗任務中對輸出電壓、輸出電流及輸出功率的要求，原則上在輸出級只需采用不同的負反饋方式便可。即要求電壓輸出時，采用電壓負反饋；要求電流輸出時，采用電流負反饋。這也將在單元電路分析中進行詳細介紹。由所選方案及組成電路的形式，可以初步分析該實驗在實現(xiàn)上述技術(shù)指標時的關(guān)鍵和困難之處。由于三角波的線性度、正弦波信號的諧波失真度都需要專用測試設(shè)備進行檢測，在學生實驗室一般不具備這樣的條件。因此，在實驗的設(shè)計、制作及測試過程中，應該重視對它們的分析和理解，以便了解影響這些技術(shù)指標參數(shù)的電路形式、組成電路的元器件、改善和提高這些技術(shù)指標的方法和措施。對于方波信號的上升時間和下降時間，則可用實驗室中的示波器進行檢測，該項技術(shù)指標也是本實驗的一項重要和關(guān)鍵的參數(shù)。因此，在設(shè)計三角波、方波發(fā)生器和輸出放大電路時，要特別注意與該指標有關(guān)參數(shù)的選取。圖82模擬電路實現(xiàn)方案1圖83模擬電路實現(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。其輸出電壓Uo和電容器C上的電壓Uc如圖85所示。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）。Uo通過R對C充電，Uc由逐漸上升，隨著Uc的增大，R兩端的電壓將逐漸下降，故充電電流ic也將不斷減小，使Uc上升速度減慢，從而使Uc形成了典型的RC電路的充放電波形（按指數(shù)規(guī)律變化）。這樣的Uc由于線性度非常差，顯然不能當作三角波使用。改進Uc線性度的有效方法，是在充放電過程中保持ic的恒定，即對電容C恒流充放電。使恒定的辦法有多種，其實質(zhì)都是利用BJT或FET的恒流特性，再引入電流負反饋而形成的恒流源電路。 圖86 (a)、(b)、(c)是三種恒流源電路，只要把其中的某個電路取代圖84中的R，便可獲得較為理想的三角波波形。各個恒流源電路的恒流原理請讀者自行分析，這里不再討論。圖86三種恒流源電路（2）比較器＋積分器 由積分器A1與滯回比較器A2等組成的三角波、方波發(fā)生器電路如圖87所示。在一般使用情況下，U197。1和U?2都接地。只有在方波的占空比不為50%，或三角波的正負幅度不對稱時，可通過改變U197。1和U?2的大小和方向加以調(diào)整。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。1和U?2都接地時的波形如圖88所示。 對稱調(diào)節(jié)點U197。1和零位調(diào)節(jié)點U?2電壓調(diào)整原理如下： ① 對稱調(diào)節(jié)點U197。1 圖88三角波、方波發(fā)生器波形穩(wěn)態(tài)時，Uoi波形可表示成：當時，；而當時，故有 當時，；而當時，故有 所以，當時，波形的占空比為50%。 當V197。1 0時，T1 T2 ；V197。10時，T1 T2 ，波形的占空比不為50%，波形出現(xiàn)不對稱。所以，由于失調(diào)等原因引起波形不對稱時，可通過改變U197。1的大小進行調(diào)整。② 零位調(diào)節(jié)點V?2 運算放大器A2同相輸入端的電壓，是由Uo1和Uo2疊加而成，即有： 當=U?2時，A2翻轉(zhuǎn)。故A2翻轉(zhuǎn)時Uo1的電壓為： 當U?2 = 0時，三角波上下幅度對稱，上幅度為，下幅度為，三角波的峰峰值為。 當U?2 ≠ 0時，若U?2 0，則三角波上移；若U?2 0，則三角波下移。其上幅度為，下幅度為，而三角波的峰—峰值仍然為不變。 由上可知當?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。因此，當由于失調(diào)等原因引起三角波零位偏移（上下不對稱）時，可通過改變V?2的大小進行調(diào)整。 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。如常用的函數(shù)轉(zhuǎn)換電路，半波、全波整流電路，就是把正弦波形轉(zhuǎn)換成半波和全波波形的函數(shù)轉(zhuǎn)換電路。本實驗需要討論的是，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。 從轉(zhuǎn)換原理分析，有多種方法能完成這一轉(zhuǎn)換功能，常用的有濾波法、運算法和折線法等。濾波法的轉(zhuǎn)換原理是，把峰值為Um的三角波用傅里葉級數(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。但若三角波的頻率變化范圍較大（如本實驗的頻率變化范圍是1000倍）， 要設(shè)計一個對截止頻率具有跟蹤功能的低通濾波器就相當困難、不易實現(xiàn)。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用場合。 運算法的轉(zhuǎn)換原理是，把展開成冪級數(shù)形式： 由上述關(guān)系容易看出，取冪級數(shù)的前幾項（根據(jù)轉(zhuǎn)換精度的要求），可以通過對線性（三角波）變化量的運算來近似表示成，但要求三角波的幅度。運算轉(zhuǎn)換法由于運算復雜，用電子電路較難實現(xiàn)。 折線法是一種使用最為普遍、實現(xiàn)也較簡單的正弦函數(shù)轉(zhuǎn)換方法。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。由于電子器件（如半導體二極管等）特性的非理想性，使各段折線的交界處產(chǎn)