【正文】 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。運算轉(zhuǎn)換法由于運算復(fù)雜，用電子電路較難實現(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(yīng)用場合。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。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。 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。 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。 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。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)。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 0時，T1 T2 ；V197。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%。 對稱調(diào)節(jié)點U197。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。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。在一般使用情況下，U197。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。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。這樣的Uc由于線性度非常差，顯然不能當作三角波使用。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）。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。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)。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。這也將在單元電路分析中進行詳細介紹。 根據(jù)實驗任務(wù)中對輸出電壓、輸出電流及輸出功率的要求，原則上在輸出級只需采用不同的負反饋方式便可。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。 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。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。這種電路結(jié)構(gòu)簡單，并具有良好的正弦波和方波信號。 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。 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。 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。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。這種方案在信號頻率較低時，具有較好的波形質(zhì)量。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。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(wù)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。 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。 （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)。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(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）。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(wù)設(shè)計一個低頻函數(shù)信號發(fā)生器。14V、負載電阻為4Ω時，輸出功率達18W。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。TDA2030的電源電壓為177。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(fù)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。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。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。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。由圖可知，電路采用了同相輸入方式。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。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。6 V ~ 177。 根據(jù)本實驗的任務(wù)和要求，完全可采用集成芯片來實現(xiàn)功率的放大。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。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。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。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RW2滑向D點時，實現(xiàn)高音衰減。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。 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 。本系統(tǒng)采用反饋式音調(diào)控制電路，如圖73所示。目前的高級音響設(shè)備大多已采用“多頻段頻率均衡”電路來達到更好地校正頻響效果。12dB。技術(shù)指標通常為：低音（100 Hz）177。 根據(jù)教學內(nèi)容及其設(shè)計要求，本實驗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。集成功率放大器通常有OTL和OCL兩種電路結(jié)構(gòu)形式。為了充分地推動揚聲器，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，而高級音響系統(tǒng)的功放最大輸出功率可達幾百瓦以上。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（RIAA）規(guī)定了統(tǒng)一的錄制頻率特性，故在設(shè)計唱片放大器時，為使各頻段信號回復(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。 作為音響系統(tǒng)中的放大設(shè)備，它接受的信號源有多種形式，通常有話筒輸出、唱機輸出、錄音輸出和調(diào)諧器輸出。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，受到專業(yè)人員的青睞。當今的功率集成電路，從輸出功率幾瓦到幾百瓦已經(jīng)形成了系列產(chǎn)品。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，用于對音頻信號的處理和放大。二、 設(shè)計要求 RL = 8 Ω； Po = 10 W ； few ≥ 50 Hz ~ 15kHz ； r ≤ 1% ； 低音（100 Hz）177。脈動系數(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)習要求復(fù)習教材中有關(guān)穩(wěn)壓電源的內(nèi)容。步驟4，其余操作向上。關(guān)電源開關(guān)。用示波器分別測U3pp、U4pp記錄到下表。，其余操作同上。關(guān)電源開關(guān)。(準備好示波器)用示波器測U3pp，記錄到下表。記錄到下表上括號內(nèi)，關(guān)電源開關(guān)。四、實驗內(nèi)容。三、實驗設(shè)備與器件 (5V穩(wěn)壓管):(50V1A) 　 200Ω,300Ω，220181。但其穩(wěn)定性能要比集成三端式穩(wěn)壓器差。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。同時，由于變壓整流濾波電路具有內(nèi)阻，當負載變化時，亦會引起輸出直流電壓的變動，這在對電源要求較高的電子裝置中是不允許的。上述分析是在交流電網(wǎng)電壓不變和負載不變的前提下進行的。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，脈動大大減少，直流電壓U4有所增加。當整流電路為橋式嬉流電路時，U3≈，輸出電壓的脈動較大。二、實驗原理電路圖如圖61。：（1）在圖51電路中，當S斷開時，TT3管工作在哪一類放大狀態(tài)？（2）在圖51電路中，當S閉合，且無輸入信號時，TT3管的管耗是多少？六、預(yù)習要求。表5－2 測量OTL功率放大電路的上限頻率fH和下限頻率fL?。║i= mV）f0(1KHZ)Uo(V)=Au=五、實驗總結(jié)，并與理論估算值相比較，分析產(chǎn)生差異的原因。以f0(1KHZ)為中心頻率，安一定的頻率間隔分別向高、低兩個方向變化，測量Uo(V)填入表5－2，確定上限頻率fH和下限頻率fL。表5－1 測量功率放大電路靜態(tài)工作點 （IC2=IC3= mA UA=）T1 T2T3UB(v)UC(v)UE(v) (max)、效率η及輸入靈敏度。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近似認為等于IC2=IC3）。（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。（2）在調(diào)整電位器Rw2時，要注意旋轉(zhuǎn)方向，不要調(diào)得過大，更不能開路。只要測出輸出功率Po=Po(max)時的輸入電壓值ui，即可得到輸入靈敏度。（2）測量效率η 當輸出電壓達到最大不失真輸出時，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的效率。（1）測量最大不失真輸出功率Po(max)輸入端接1kHz的正弦信號ui，輸出端用示波器觀察輸出電壓uo的波形。這種工作方式稱為“自舉”。這樣，當ui為負半周時，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點電位uB= UC2+uA，隨著A點電位升高，因此B點電位也自動升高。當ui=0時，UA=VCC/2，U B=VCCIRR，電容C2兩端電壓UC2=UBUA= VCC/2IRR。因此，對于每個周期的輸入信號，T2和T3管交替工作，負載RL上輸出完整的正弦波。又由于Rw1的一端連接在A點，形成交、直流電壓并聯(lián)負反饋，從而穩(wěn)定了放大電路的靜態(tài)工作點，又改善了輸出的非線性失真。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。其中T1管組成推動級（即前置放大級），T2（NPN）和T3（PNP）為對管，組成互補推挽OTL功率放大電路。12V)時，｜Ui1｜的大小不應(yīng)超過多少伏？　　，如R1＝100KΩ， C＝，求時間常數(shù)。六、預(yù)習要求　　，并根據(jù)實驗電路參數(shù)計算各電路輸出電壓的理論值?！　?，分析產(chǎn)生誤差的原因。3)　預(yù)先調(diào)好直流輸入電壓Ui＝，接入實驗電路，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?！　?)　打開K2，閉合K1，對運放輸出進行調(diào)零。2) 采用直流輸入信號，實驗步驟同內(nèi)容3，記入表4－4。圖46 簡易可調(diào)直流信號源表43反相加法運算電路測量Ui1(V)Ui2(V)UO(V)　　　　1) 按圖44連接實驗電路。實驗時要注意選擇合適的直流信號幅度以確保集成運放工作在線性區(qū)。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)。表41 反相比例運算電路測量?。║i＝，f＝100Hz）Ui（V）U0（V）u