模拟系统设计教学课件PPT.ppt

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1、6.1 模拟系统设计方法6.2 模拟信号常用处理单元集成运放 6.3 模拟信号变换单元6.4 A/D、D/A转换器和取样/保持（S/H）电路6.5 常用传感器及其应用电路6.6 低频模拟系统设计举例,6 模拟系统设计,6.1.1 概述6.1.2 模拟系统的设计方法和步骤,6.1 模拟系统设计方法,模拟电子系统设计特点：模拟领域中单元电路的类型多，要求设计者具有较宽的知识。传感器电路、电源电路、放大电路、音响电路、视频电路、通信电路（调制、解调、振荡）、执行部件电力；工作于线性状态。工作点选择、工作点稳定性、运行范围的线性、耦合形式等很重要；输入单元与信号源之间的匹配（提高信噪比、不反射）及输出

2、单元与负载之间的匹配（输出最大功率、提高效率）。调试工作难；布线、连线、接地、供电、去耦等。模拟电子系统设计自动技术进展缓慢。,6.1.1 概述,（1）任务分析、方案比较、确定总体方案 器件：分立、集成、ASIC 功能、性能、体积、功耗、成本（2）划分各个相对独立的功能块，得出总体的原理框图 根据系统的功能、总体指标、按信号输入到输出的流向划分各个独立的功能方框。得到初步总体原理框图，在图上标明各级的功能和主要指标。如:音响系统：前置放大（匹配、频率均衡）、音调控制放大（音调调节）、功放等；数据采集系统：输入放大、滤波、取样/保持、多路模拟开关、A/D等。,6.1.2 模拟系统的设计方法和步骤

3、,（3）以集成块为中心，完成各功能单元配置的外电路设计 根据各单元的功能和指标，首先选用合适的集成电路，然后计算其外参数。输入输出单元的匹配设计。（4）单元之间的耦合及整体电路的配合得到整体系统电原理图 单元间的耦合：直接耦合时工作点的影响、后级输入阻抗的影响等；系统整体的配合：加负反馈、加校正网络、加电源滤波等；,（5）根据第三、四步得到的结果，重新核算系统的主要技术指标 留取一定的裕量。（6）画出系统元器件的布置图和印刷电路板的布线图，并考虑好测试方案，设置测试点 布线、抗干扰。,数字系统与模拟系统的主要区别:模拟系统自动化设计工具少。器件种类多、实际因素影响大、人工设计成份多、对设计者的

4、知识面和经验要求高；客观环境影响。对于模拟电路而言，小信号、高精度电路、高频、高速电路、微波等，不可能单由理论设计解决。（印制板、屏蔽、抗干扰等）,6.2 模拟信号常用处理单元集成运放,6.2.1集成运放应用设计基础 6.2.2 数据放大器和可编程数据放大器6.2.3 隔离放大器,6.2.1 集成运放应用设计基础,（1）种类 通用型：性能指标适合一般使用，常用于速度和精度要求均不太高的场合。如：A741：通用单运放，双电源供电（5V18V），典型值为15V；CF124/CF224/CF324：四运放，军品/工业品/民品，CF324既可双电源供电（1.5V16V），也可单电源供电（3V32V）高

5、速型：有较高工作速度，摆率SR较大。如：F118/F218：摆率SR可达70V/S。,低温漂高精度型：输入失调电压及其温漂、输入失调电流及其温漂都很小，因而精度很高。如：OP-07：工作速度比A741低，常用于积分、精密加法、比较、检波和弱信号精密放大等，如传感器输出信号等。双电源供电。高输入阻抗型：输入阻抗很高。如：CF355/CF356/CF357：输入阻抗约为1012，有较高工作速度，如摆率SR分别为5V/S、12V/S、50V/S。双电源供电。对应工业品为CF255/CF256/CF257，军品为CF155/CF156/CF157。,（2）集成运放的四个重要参数 集成运放的性能参数包括

6、：输入输出电阻、差模增益、输入失调电压、输入失调电流等。增益带宽乘积GBW GBW=AvdfH其中：Avd是中频开环差模增益，fH为上限截止频率（3dB带宽）。对于运放而言，GBW是常数。,摆率 摆率SR是表示运放所允许的输出电压对时间变化率的最大值：,若输入一正弦信号vi=Vimsint，则输出为vo=Vomsint：,共模抑制比CMRR 表示对共模信号的抑制能力。定义为开环差模增益Avd和开环差模增益Avc之比：,最大差模输入电压VidM和最大共模输入电压VicM 任何情况下，不能超过此值，否则将损坏器件。,（3）集成运放使用要点 基本应用 反相输入比例运算电路,同相输入比例运算电路,反相

7、输入比例求和电路,差动放大电路,基本积分电路,单电源应用 集成运放电路一般双电源供电。在交流放大器中，输入输出可加隔直流电容，为供电方便，也可单电源供电。,（1）数据放大器 又称仪表放大器、测量放大器。特点：高增益、高CMRR、高精度（失调、漂移等很小）、高速（频带宽、摆率大）。用途：数据采集系统。,6.2.2 数据放大器和可编程数据放大器,用三运放构成测量放大器 图为三运放构成的数据放大电路。,单片集成测量放大器 通用型：INA110、INA114/115、INA131等；高精度型：AD522、AD524、AD624等；低噪声低功耗型：INA102、INA103等。,下图给出高精度型单片测量

8、放大器AD522：,引脚说明如下：1、3：信号同相及反相输入端；2、14：接增益调节电阻RG；7：放大器输出端；8、5、9：分别为V+、V-及地端；4、6：接调零电位器；11：参考电位端；12：用于检测；13：接输入信号的屏蔽网，以减小外电场的干扰；,AD522电桥放大电路如上图。几点说明：信号地必须与电源地9脚相连；负载接于11脚与7脚之间；11脚必须与9脚相连，以使负载电流流至地端。,（2）可编程数据放大器 放大器的放大倍数可由一组数据控制端来控制，以满足大动态范围的要求。如AD526、PGA102、BB3606等。下图是三运放基础上发展起来的可编程数据放大器BB3606。表给出可编程数据

9、放大器的数据输入和增益关系。,几点说明：A1、A2、A3组成三运放数据放大器。A4是末级放大，两者通过3脚和8脚相连；D3、D2、D1、D0是模拟开关，受四位锁存译码与驱动器控制，共有16种状态；放大器的放大倍数以2的幂次分档；,输入输出之间没有直接耦合的电路，即输入输出不共地。使用场合：医用（确保病人安全）、仪用（提高精度）、工业用（强弱电隔离等）。隔离方式：光电耦合隔离。特点：重量轻、成本低、线性范围宽、带宽宽。变压器隔离。下图给出TLP521-1/2/4（用于数字信号隔离）及HCNR200/201（用于模拟信号隔离）引脚图及实际应用图。,6.2.3 隔离放大器,几点说明：IPD1和IPD

10、2是两个特性相同的光耦合器件；输入信号经A1、IPD2、A2输出；IPD1的输出信号反馈到运放A1的反相端组成非线性负反馈电路，以补偿IPD2的非线性特性。,A1,A2,IPD1,IPD2,6.3 模拟信号变换单元,6.3.1 集成电压比较器6.3.2 多路模拟开关 6.3.3 跨导型放大器（电压/电流转换器）6.3.4、V/F转换器和F/V转换器,6.3.1 集成电压比较器,电压比较器：完成两个电平大小的比较，并将结果以逻辑1（高电平）或逻辑0（低电平）输出的电路。高精度通用型：CJ111等；高速型：CJ119系列（双电压比较器）低功耗低失调：CJ193系列（双电压比较器）CJ139系列（四

11、电压比较器）电压比较器需注意OC输出，使用非常简单。下图电路是由CJ111构成的过零比较电路。,几点说明：输出为集电极开路电路；电位器W用于调零，电容C用于防止振荡，典型值为1000pF；电阻R1和D1、D2构成比较器的输入端保护电路；,6.3.2 多路模拟开关,多路模拟开关常用于测控系统中模拟信号通道的选择。常用的CMOS多路模拟开关：四1对1双向开关 CC4066；三2对1单向开关 CC4053；双4对1单向开关 CC4052；单8对1双向开关 CC4051；单16对1双向开关 CC4067；,图是CC4051逻辑图、引脚图和真值表。,6.3.3 跨导型放大器（电压/电流转换器）,远距离传

12、送信号时，将电压信号转为电流信号传送，抗干扰、提高精度。（1）基本电压/电流变换电路 图给出基本电压电流变换电路。,特点：负载RL不能直接接地，RL处于浮地状态；待变换的输入电压VI受到最大共模输入电压的限制；,（2）允许负载接地的电压/电流变换电路 下图给出允许负载接地的电压电流变换电路。,A1：同相放大器；A2：电压跟随器。,特点：允许负载接地；当运放为双电源供电时，随VI极性的正、负可提供双向电流输出。,（3）跨导可数控的电压/电流变换电路 采用双向模拟开关和相应的电阻R0R7代替原电路中的RO，即构成了跨导可数控的电压/电流变换电路。如图,特点：8档跨导随C、B、A变化可控；模拟开关必

13、须是双向的，否则不能提供双向输出电流；模拟开关导通电阻对精度有影响。,（4）精密电压-电流变换器XTR110作用：05V或010V电压转换成420mA、020mA或525mA输出。,主要特性：通过对管脚的不同连接，实现不同的输入/输出范围；最大非线性0.005%；内部提供+10V电压基准；电源电压范围：13.540V，单电源工作；,图给出XTR110基本接法,几点说明：10、9脚为4mA、16mA量程控制端；6、7脚为调零端；14、13脚为信号输出和反馈端；调整过程如下：在输入为0V时，调R1使输出为4mA；在输出为+10V时，调R2使输出为20mA；,下表给出不同输入/输出范围与管脚关系。,

14、6.3.4 V/F转换器和F/V转换器,V/F转换器：输入电压转换成与其成正比的频率信号；精度高、成本低、电路简单、使用普遍。如：通用型V/F：VFC320、LMX31；高频型V/F：VFC110；精密单电源V/F：VFC121等。F/V转换器：接收到的频率信号线性地转换为电压信号；,下图给出LMX31内部结构简图。,性能特点：最大线性度：0.01%；双电源或单电源供电；脉冲输出与所有逻辑形式兼容；满量程频率范围：1Hz100kHz；,工作原理：每当单稳态定时器产生宽度为t0的脉冲时，电子开关S导通电流源对电容CL充电t0结束后，S断开CL对RL放电直至放电电压等于V1时再次触发单稳定时器。如

15、此反复，形成自激振荡。,图是LMX31组成的V/F转换基本电路。,6.4.1 ADC、DAC主要技术指标的定义6.4.2 ADC、DAC的应用知识6.4.3 取样/保持电路的原理和指标,6.4 A/D、D/A转换器和取样/保持（S/H）电路,（1）ADC的主要技术指标 分辨率：ADC的输出变化一个LSB时，输入模拟量的“最小变化量”。分辨率与ADC的位数及输入满量程有关；精度（误差）指标：量化误差：是一种固有误差,也称为舍入误差，是由于ADC位数有限造成的，为1/2LSB 线性误差：表示实际ADC输出各代码中点连线与理想直线的偏离程度；滞后误差：ADC内部比较器的滞后特性，使ADC输出代码与输

16、入模拟量变化不同步；,6.4.1 ADC、DAC主要技术指标的定义,转换时间：ADC启动转换到转换完成所需要的时间。高速ADC每秒转换107次，低速ADC转换一次时间约为几毫秒至几十毫秒。（2）DAC的主要技术指标 分辨率：数字量变化一个LSB时，其输出模拟量的“相对变化量”。建立时间：输入数码由全0变全1时，输出达到终值附近一定误差范围内（如1/2LSB）所需的时间。精度（误差）指标：增益误差、线性误差等同上。,（1）主要技术指标的正确选择 ADC、DAC的位数、转换时间。（2）输入模拟量的通道数目及量程 ADC0809有8路输入；量程：010V，05V，-55V，-1010V等；（3）输入

17、输出数码的三态锁存器及逻辑电平 电平：TTL、ECL、CMOS 是否带有三态锁存器（4）参考电源和工作电源要求 参考电源机基准电源一般要用高精度稳定电源，一般不能与工作电源合用。（5）工作环境的考虑 温度变化范围、干扰情况等。,6.4.2 ADC、DAC的应用知识,取样/保持电路是数据采集系统中的一个主要部件，常用于逐次逼近型ADC，以提高精度。（1）工作原理及主要指标 组成原理：一个开关和一个保持电容；主要指标：捕获时间、保持电压下降等。（2）应用中的说明 外接保持电容是关键，要求漏电少。,6.4.3 取样/保持电路的原理和指标,6.5 常用传感器及其应用电路,6.5.1 概述 6.5.2

18、温度传感器 6.5.3 光电传感器 6.5.4 霍尔传感器,6.5.1 概述,（1）传感器及其分类 传感器：将非电量按一定的规律转换成便于处理和传输的电量的装置。分类：表分别给出按被测参量和按传感器工作原理的分类方法。,（2）传感器的应用要求 传感器一次变换输出电信号特点：输出电信号通常为模拟量；输出电信号一般很微弱，如VmV级或nAmA级；输出电信号的信噪比较小；传感器的输入输出特性通常存在一定的非线性；传感器通常需要恒压或恒流供电。,传感器应用电路应满足如下要求：考虑阻抗匹配问题；放大器放大倍数及输出电压动态范围应满足整个系统的精度及动态范围要求；考虑环境使用要求（温度及电磁场），必要使加

19、温度补偿及抗干扰措施；传感器信号调理电路的结构、尺寸、电源电压及成本应与整个系统相协调。本节主要讨论温度传感器、光电传感器和霍尔传感器。,6.5.2 温度传感器,（1）温度传感器的分类 表给出温度传感器的种类和测温范围。,（2）集成温度传感器 集成温度传感器是一种半导体集成电路，有电压输出和电流输出两种。特点：线性好、灵敏度高、精度适中、响应较快、体积小、使用简便。表给出几种温度传感器的测温范围和灵敏度。,AD公司电流输出型集成温度传感器AD590：图是AD590封装形式及基本应用电路。,AD590主要特性：流过器件的微安数等于器件所处环境温度的热力学温度；AD590的测温范围为-55150；

20、AD590电源电压范围为430V。AD590共有I、J、K、L、M五挡不同精度。M挡精度最高，在-55150范围内,非线性误差为0.3；I挡精度最低，在-55150范围内,非线性误差为10（应校正使用）。,图是AD590典型应用电路。0时输出0V；100时输出10V。,6.5.3 光电传感器,光电器件：完成光电转换。包括发光器件（如发光二极管）和光敏器件（如光敏三极管）两大类。,（1）发光二极管 用砷化镓、磷化镓等材料制成的二极管，当通以正向电流时，便能发光。内部晶片材料不同，发出光线的光谱也不同，因而颜色不同。主要有红、绿、黄等。表给出发光二极管主要特性。,（2）光敏二极管 作用：将接收光信

21、号的变化转换为电信号的变化，再经过放大处理后可用于各种检测和控制。,（3）应用举例 光电开关,光照射到光敏二极管3DG6导通9013饱和继电器触点吸合控制操作或报警。,照度计,运放A1是电流/电压转换器；运放A2是电压/电流转换器。光照越强A1输出电压越大A2输出电流越大。,光电传感器,旋转圆盘上长方孔与光电开关上的透光孔重合光敏三极管受光而通过电流BG饱和CD4093输出高电平CD4093输出脉冲序列反映转速。,6.5.4 霍尔传感器,对磁敏感的传感器称为磁敏传感器，或磁传感器。霍尔传感器是磁传感器的一种。它以磁场作为媒介，可以测量多种物理量，如位移、振动、力、转速、加速度、流量、电流、电功

22、率等。,（1）线性霍尔传感器 主要有Honeywell公司生产的SS49系列及SS495系列。图是SS49系列的管脚、尺寸及输出特性。,图是SS49系列的应用电路,（2）开关型霍尔传感器 开关型霍尔传感器的外形及内部电路如图。由霍尔元件、放大器、稳压电路、滞回比较器和OC输出组成。,开关型霍尔传感器工作特性,开关型霍尔传感器主要有Honeywell公司生产的SS100系列及SS40系列。,几点说明：当磁感应强度超过BOP时，输出低电平；当磁感应强度低于BRE时，输出高电平；磁感应强度回差BH=BOP-BRE，使开动作更为可靠；,（3）应用举例 门窗开闭及防盗报警器,构成：一块小永久磁铁和一个开

23、关型霍尔传感器。用途：车门、电梯门是否关闭；门窗非法被撬时，报警。,转速或转数的测量,非磁性转盘上粘一块磁钢磁钢经过开关型霍尔传感器输出一个脉冲。里程计；流量计：齿轮流量泵上配置磁钢和开关型霍尔传感器即可。,液位检测和控制,在浮子上装有磁钢，在上、下限位置处装开关型霍尔传感器当液位达到上、下限位置时，相应两个传感器分别给出脉冲信号。,驱动继电器和晶闸管的应用电路,在机床拖动系统中，需要对行程进行控制达到限位值时开关型霍尔传感器输出低电平9012饱和继电器K动作（或光控可控硅输出端导通）执行控制操作。,6.6 低频模拟系统设计举例,6.6.1单片精密函数发生器ICL8038电路设计 6.6.2

24、电子系统的数控直流稳压电源设计6.6.3 音响系统放大器设计,6.6.1单片精密函数发生器ICL8038电路设计,（1）ICL8038的功能及主要指标:功能：ICL8038是一种多波形输出的单片精密函数发生器。它可以同时输出方波(或脉冲波)、三角波(或锯齿波)及正弦波。,ICL8038的主要性能指标如下：输出波形：可同时输出正弦波、方波、三角波等。频率范围：0.01 Hz300kHz。频率的温漂很小，约为5010-6/。正弦波输出的失真低达1以下，三角波输出线性度高达0.1。方波占空比可调范围宽：298 供电电压：单电源+10V+30V；双电源 5V15V。,（2）ICL8038的封装、组成框

25、图及工作原理ICL8038采用双列直插式封装，其引脚排列见图,组成：两个比较器A1、A2，触发器FF，恒流源IA，2IB，电子开关S及正弦波变换电路等。,工作原理说明：触发器的Q端控制电子开关S，使恒流源对10引脚上的外接定时电容Ct充放电形成三角波。两个比较器的基准电压2/3VCC及1/3VCC由片内提供，其输出去控制触发器FF。FF的Q端输出方波经缓冲器自9脚输出；三角波通过缓冲器自3脚输出；经正弦波变换器形成正弦波自2脚输出。两个恒流源对外接定时电容的充放电由电子开关S控制当Q=0时，S断开，Ct仅由恒流源IA充电当Ct两端电压充至略大于2/3VCC时，比较器A1输出为1，使FF输出置1

26、，即Q=1电子开关S闭合，此时恒流源2IB对Ct反向充电，使Ct端电压下降当降至略小于1/3VCC时，比较器A2输出为1，则FF的Q端置0电子开关S又断开，此时仅剩恒流源IA对Ct充电如此周而复始。,几点说明：若IA=IB，则3脚输出三角波，而FF输出占空比50的方波。通过改变4脚和5脚的外接电阻，可使IA及2IB的大小改变，从而使3脚输出为锯齿波，同时，9脚出现可调占空比的矩形波。三角波经正弦变换后自2脚输出正弦波，正弦波的正向失真可由接于1脚与6脚(VCC)间的电位器调节，而正弦波的负向失真则可由12脚与11脚(VEE)所接电位器来调节。,（3）ICL8038组成音频信号发生器由ICL80

27、38组成的音频信号发生器电路如图所示。几点说明：RP1用于调节输出频率。8脚电位越高，则输出频率越低；反之则输出频率越高。图示参数使输出频率可调范围为20H20kHz。,当采用双电源供电时，则输出波形的直流电平为零；当采用单电源供电时，输出波形的直流电平为电源电压的一半。RP2用于调节输出方波的占空比。RP4、RP5分别用于调节正弦波的正、负向失真。,（1）概述 电源种类：线性型和开关型；线性型电源：是一个线性反馈系统。其调整管、误差放大器均工作在线性放大状态。特点：性能优良、设计制作简单、采用工频变压器体积大、效率低。开关型电源：调整管工作在开关状态，工作频率较高可达20kHz，采用高频变压

28、器体积小，效率高（截止时无电流、饱和时无电压）。形式：自激式和它激式；能量传送方式：电感储能和变压器耦合；,6.6.2 电子系统的数控直流稳压电源设计,2、设计任务 设计一个输出电压可调的数控电压源，并由数码管显示其输出值。具体要求如下：输出电压：220V之间，调节单位为0.1V；电压稳定度：V0/V0小于0.2%，纹波电压小于10mV；输出电流1A；输出电压值由数码管显示，并由“+”、“-”而键分别控制输出电压步进增减；电源应具有输出短路保护和功率器件的过热保护功能。1994年第一届全国大学生电子设计竞赛题。,（3）方案论证与框图 方案一,说明:利用数模转换器和数字逻辑控制电路来控制通常的线

29、性稳压电源；逻辑控制部分可采用中小规模器件来实现，可靠性、抗干扰能力较差；,逻辑控制部分也可采用单片机等来实现，便于系统功能的扩展。,方案2 DAC可以方便地实现一个程控电源的基本功能，如图4-48。,其输出电压为：,但输出功率太小，为此加上功率放大得到图4-49方案,特点：无调整管，输出功率小；功率放大电路用运放作前级，功放做后级；本电路还可作为功率输出的信号发生器。,方案3 利用现成的三端稳压器可以满足电压、电流及电压调整范围的要求，且其内部有过流和过热保护电路。,如W117：其额定电流可达1.5A，输出电压的调节范围为1.237V，内部有过流和过热保护电路。W117基本电路如图4-50，

30、图中有：,IR为流出调整端电流，约为50uA；IQ为流出输出端电流，不小于5mA，它由R1来保证；调节R2来改变输出电压，用一个电阻网络来实现。,图4-51给出方案3。用单片机来控制电阻网络。,（4）主要单元电路参数的选定和方案的实现 整流滤波电路及+5V辅助电源,三端稳压块W7805提供+5V辅助电源；变压器副边交流电压取24V和9V；C1取2200F/40V，C3取4400F/16V；一般规律是电流越大，电容越大。,+5V辅助电源供单片机及各种辅助电路用。整流电路采用桥式电路，整流管采用普遍使用的桥堆。,稳压器和电阻网络 电阻网络如图4-53。,（3）接口和驱动电路 用晶体管来驱动继电器，

31、图4-54,R1=1.25V/5mA=250;为满足调节单位为0.1V，有R=0.1V/5mA=20;用继电器作为开关，以减小导通电阻。,控制部分 8031单片机及EPROM、RAM、地址锁存器等组成最小系统，配上键盘显示接口8279及键盘、数码显示管来完成各种控制功能。输出电压显示 可利用串行口配上移位寄存器，也可利用8279来显示电压。,（5）补充说明 采用了三端集成稳压器后，其纹波、稳定度完全可以满足要求；选用不同的三端集成稳压器，可实现输出的变化。若要求输出电流大于1.5A以上时，在W117输出端外接功率管可实现，如图4-55；,（6）采用开关电源方案简述 开关电源方案图4-56,控制

32、电路（振荡器、脉宽调指器、驱动器、比较放大、基准电源）已集成到一个芯片上，如MC3420。对于功率较小的开关电源，包括控制电路和调整管单片集成，如：CW1254、CW2524、CW3524等。,种类：脉宽调制型（PWM）、频率调制型（PFM）；,（7）开关电源与线性电源性能比较 开关电源的体积和重量明显地少于同功率的线性电源；开关电源（80%）的效率高于线性电源（50%）；开关电源的适应性强，适合输入、输出电压变化大的场合；开关电源的输出端不易出现过压故障；开关电源适宜于低电压、大电流输出；输出端纹波电压较大、产生强的脉冲干扰；开关电源（毫秒级）的瞬态响应能力比线性电源（几百微秒级）差。,6.

33、6.3 音响系统放大器设计,（1）概述 音响系统放大器决定了整个音响系统的音质、信噪比、频率响应、输出功率。组成：前置放大部分（信号前置放大器、主控前置放大器）、功率放大部分及电源部分。,作用：信号前置放大器：均衡输入信号并改善信噪比；主控前置放大器：放大信号、控制并美化音质；功率放大：功率放大以推动扬声器；电源：为整机提供电源。均衡放大器：将唱片信号还原成正常的信号并放大；话筒放大器：放大话筒输出的信号；平衡调节：调节左右两个声道的音量使之平衡；音量调节：调节音量大小；,（2）设计任务 设计一个音响放大器，具体要求如下：负载阻抗 RL=4 额定功率 P0=10W 带宽 BW50Hz15kHz

34、 失真度 r1%音调控制 低音（100 Hz）12dB；高音（10k Hz）12dB；频率均衡特性符合RIAA标准；输入灵敏度 话筒输入端5mV 调谐器输入端100mV；输入阻抗 Ri500k 整机效率 50%,（3）方案确定 总体方案与框图 总体框图如下:,设计原则：尽量采用集成电路来设计；根据唱片工业协会（RIAA）规定的唱片录制频率特性设计均衡器；音调控制放大器按国际通用标准进行频率响应的补偿；功放输出足够大、效率高、非线性失真小、输出与负载匹配等；,增益分配：总增益：输入5mV，输出10W，RL=4则,话筒放大器增益100mV/5mV=20倍为26 dB；功率放大器增益63-26=37

35、 dB，音调控制放大器增益0 dB；均衡放大器增益按30 dB（唱机、磁带输入按3.2mV)考虑。,单元电路方案论证 A、均衡放大器 RIAA放音特性如图4-59所示。主要有三个拐点：50Hz、500Hz和2120Hz。录音特性正好与其相反。,满足上述幅频特性，可由图4-60电路完成，其幅频特性如图4-61。,图4-60的有关计算公式有：低频段增益：,中频段增益：,转折角频率：,根据RIAA规定：1=250，2=2500，3=22120得：,因此：给定中频率增益30dB，选定R4按(2)式求得R3按(3)式求得C3按(4)式求得R2、C2。,(1),(2),(3),(4),最后有可画出均衡放大

36、器初选电路，图4-62。由于整个系统采用单电源供电，其运放也采用单电源供电，因此同相端需加半电源电压，由R5、R6分压而成。,B、音调控制放大器 音调控制放大器的实质是对低音和高音的提升和衰减，以弥补扬声器等因素造成的频率响应不足。按技术指标要求得到图4-63的音调控制放大器控制特性。,常用的音调控制电路：衰减式音调控制电路和反馈式音调控制电路两类。图4-64给出反馈式音调控制电路图。,利用RW1和RW2改变反馈系数，从而改变放大器的幅频特性。RW1：高音调节电位器；RW2：低音调节电位器；其中：R1=R2=R3=R；RW1=RW2=9R；RW1 R4；C1=C2；C3=C4且C1 C3。,获

37、得的全频带高、低音提升和衰减曲线如图4-65。,低音段：C1、C2、C3、C4均视开路，等效电路如图。,当低音调节电位器RW2滑到A，对应低频提升最大情况。最大提升量为：AvLmax=（R2+RW2）/R1；当低音调节电位器RW2滑到B，对应低频衰减最大情况。最大衰减量为：AvLmin=R2/（RW2+R1）；且可以证明，对应的两个拐点频率为：,高音段：C1、C2短路，C3、C4正常连接，分析幅频率特性：当高音调节电位器RW1滑到C，实现高音提升。最大提升量为：AvHmax=（R4+3R）/R4；当高音调节电位器RW1滑到D，实现高音衰减。最大衰减量为：AvHmin=R4/（R4+3R）；且可

38、以证明，对应的两个拐点频率为：,而在fL1 fL2和fH1 fH2之间，曲线是按6dB/oct的斜率变化的。假定给出低频段fLX和高频段fHX处的提升量，且fL1 fLX fL2，fH1 fHX fH2，则有,C、话筒放大器 话筒放大器增益为26 dB（20倍）。用场效应管实现话筒放大器。图4-66。,特点：高输入阻抗、低输出阻抗（共漏电路源极输出器）。调节R3、R4的值可以满足增益要求。,g,s,d,D、功率放大器 要求：效率高、非线性失真小、输入（与音调控制放大器输出）/输出（与音箱输入）阻抗匹配。选用专用的音响系统集成功放TDA2030。其主要指标：电源电压：6V18V 负载阻抗：4、8

39、 输出功率：18W、9W 频带宽度：40Hz15kHz 谐波失真：12W、0.2%;8W、0.1%开环增益：90 dB。,（4）方案实现 均衡放大器的参数确定 电路见图4-62。给定中频率增益30dB(=R3/R4)，选定R4=560求得R3=17.9k,取18kR2=9R3=162 k,取160k；C3=1/3R3=0.00 417F,取4000pF；C2=4.6C3=0.019F,取0.02F。,采用单电源供电的OTL功放电路如图4-67。,增益为AV=1+R3/R2。D1、D2为保护二极管，防止输出脉冲电压损坏TDA2030；C5、R7组成补偿网络，以补偿扬声器的音圈（感性）；,对于T1

40、,为减小噪声系数，取较小的IDQ=0.3mA查得VGS=-3VR2+R3=3V/0.3mA=10 k若取VCC=9V，VD=VCC/2=4.5VR4=4.5V/0.3mA=15 k而电压增益AV=20=R4/R3R3=0.75 kR2=10 k-0.75 k,取9.2 k。耦合电容和旁路电容取：C1=C3=1F，C2=47F 源极跟随器T2，工作电流取12mA，VGS=-1.5VR6取1.2 k,话筒放大电路的参数确定 电路见图4-66。场效应管取3DJ6，其转移特性曲线见图4-68。,音调控制放大电路的参数确定 电路图见图4-64。技术指标要求：低音（100Hz）12dB；高音（10kHz）

41、12dB；若取：R1=R2=R3=R；RW1=RW2=9R低音最大提升和最大衰减量为20dB；若取R4=R/3高音最大提升和最大衰减量为20dB。,取RW1、RW2为100k，因此有,转折频率fL1、fL2、fH、fH2有：,集成功放参数选择 TDA2030功率放大器电路图见图4-67A、电源电压确定最大输出功率POM取15W，则最大输出电压为,因此最大振幅和峰峰值为11V和22V。取电源电压为2530V。,B、功率放大器的增益 增益A=1+R3/R2C、主要参数的确定 选取R2：R2取值一般为几十欧至几千欧，取R2=680；确定R3：功放增益为37dB，取40 dB即100倍，得R3=6.8k 确定R7:R7=RL=4,功率管和集成功放的散热和保护 铝或铜质散热器见图4-69（型材）和图4-70（叉齿）。,