1、內置振蕩器的失真度計設計報告 制作人： 2015.03.06目錄一、任務要求·····································二、方案論證·····

2、3;·······························三、電路設計·················

3、3;···················正弦振蕩器的設計··························失真度計的設計··&

4、#183;·························四、電路圖·······················&#

5、183;··············· 在音頻放大器的各種特性中，失真度是最為基本的特性之一。我們將以簡單的電路實現為主，進行失真度計的設計。所設計的簡單失真度計用于測試音頻放大器的失真，由于失真度計一定是同振蕩器成對比使用，考慮到使用的方便性，將振蕩器內置在失真度計中。使用內置振蕩器的失真度計，還可以將振蕩器的頻率與陷波濾波器的陷波頻率設定成一樣。如不這樣做而使用別的振蕩器，則陷波濾波器的設計就會變得非常困難。1、 任務要求 技術指標：

6、3;工作頻率：100Hz、1kHz、10kHz·真度測量范圍：0.120% ·內置振蕩器輸出波形失真度：<0.05要求：·根據設計要求規劃解決方案·設計出內置振蕩器的失真度計的完整電路·利用EDA軟件對各單元電路及整體電路進行仿真·完成失真度計的制作與調試·使用失真度計測試音頻放大器的失真2、 方案論證本機器與音頻電壓表配合使用。其內部包括內置振蕩器和失真度計兩個部分。內置的振蕩器是一個正弦振蕩器，產生低失真的正弦輸出信號，為被測放大器提供輸入激勵信號。失真度計接收放大器的輸出，與音頻電壓表配合，測量信號的內置振蕩器的

7、振蕩頻率被設置為與失真度計內部的陷波器的陷波頻率完全一致。內置的振蕩器可做成能進行100Hz/1kHz/10kHz三種頻率的切換；用電位器進行輸出電平的調整，然后通過緩沖放大器進行輸出。振蕩器輸出的信號被輸入到被測放大器中。被測放大器的輸出信號被輸入到失真度計中。輸入到失真度計的信號首先調整輸入電平，經輸入放大器進行20dB的放大后，用陷波濾波器將基波去除掉(陷波器的中心頻率與振蕩器的振蕩頻率相同)，對其余諧波進行20dB的放大。通常在進行測量時，失真度較小，可能只有1 %左右。由于陷波濾波器的輸出比起輸入來是相當小的，所以使得陷波濾波器本身具有20dB的增益，并且使輸出放大器也具有40dB的

8、增益。如果失真率較大，陷波濾波器的輸出就變大，這時就需要通過衰減器(ATT)對它進行衰減。衰減率做成能進行0/-20/-40dB的切換，這就成為失真度量程轉換。失真度是用輸出放大器輸出的信號與陷波濾波器之前包含有基波的信號的幅度之比求得。如果陷波濾波器的增益為A1(倍)， ATT的衰減率為Att (倍)，輸出放大器的增益為A2(倍)，假設輸入放大器的輸出為V1，輸出放大器的輸出為V2，則失真度THD ()為：3、 電路設計1、 正弦振蕩器的設計振蕩電路要求低失真度、穩定，并能切換振蕩頻率。正弦波振蕩器各種各樣，這里采用容易實現、簡單可靠、且低失真度的文氏電橋型振蕩電路。（1） 電路原理 由接到

9、OP放大器同相輸入端的RC串并聯選頻網絡決定振蕩頻率；由接到OP放大器同相輸入端的反饋網絡（Rf 和Rs）來滿足振蕩條件。持續振蕩的條件是將由運放和負反饋環節組成的同相比例放大器的增益保持為3。如果比3小，則振蕩停止；如果比3大，則振幅增大而發生削波。保持準確的振蕩條件是困難的，所以設有振幅探測電路，由該電路來控制Rs。 （2） 實際電路 振蕩器的振蕩頻率由RC串并聯網絡決定，由波段開關S1來切換。由振幅探測電路控制負反饋網絡中的可變電阻電路來滿足振蕩條件。為了獲取低失真化，振幅探測電路的輸出電壓的波紋必須做得很小。在這里的振幅探測電路采用了簡單的全波整流電路。可變電阻電路，利用的是結 型場效

10、應管FET1漏-源間的電阻rDS。（3） 元件選取與計算·OP放大器的選取因為即使在10kHz也要能振蕩，所以需要選用帶寬較寬的OP放大器。在此決定選用FET輸入型的低噪聲OP放大器TL072。在本機的設計中，其余的OP放大器也同樣選用TL072。·RC串并聯網絡設定的頻率為100Hz /1kHz /10kHz，取R4=16k，可得：R4=16kC1=C4=0.1FC2=C5=0.01FC3=C6=0.001FVR1 VR3是頻率調整用的半固定電阻，是使頻率與陷波濾波器頻率相一致的半固定電阻，它采用易于調整的、且穩定性良好的多旋轉型電位器。考慮到陷波濾波器頻率的分散性，取：

11、 R1=R2=R3=12k VR1=VR2=VR3=10k R4=16kC1=C4=0.1FC2=C5=0.01FC3=C6=0.001FR1=R2=R3=12kVR1=VR2=VR3=10k由于這些元件決定振蕩頻率，所以會有精度的要求。R1R4使用精度優于±2（G檔）的金屬膜電阻，C1C6使用精度優于±5（J檔）的聚乙烯薄膜電容。·關于R5和R6在文氏電橋振蕩電路中，RC串并聯網絡作為正反饋網絡，其反饋系數為1/3。為此，要滿足振蕩條件，由運放和負反饋環節組成的同相比例放大器的增益應保持為3。如設 FETl 的漏-源間電阻 為rDS，則必然有：R5=2( R6+

12、 rDS)。由于FETl 的漏-源間電阻rDS是在易于控制的幾百歐至幾十千歐范圍內假設rDS為1 k左右，則可以取： R5=10k，R6=3.9k·振幅探測電路A1b、D1、D2和R9R11，是簡易全波整流電路，其后接是濾波電路。設二極管的正向電壓為VF，由于D1和D2的作用，當A1a的輸出在-VF+VF的范圍時A1b的輸出就為0。但是A1a的輸出大于+VF時，A1b作為增益為R10 /R9的反轉放大器；在A1a的輸出小于-VF時，A1b作為增益為1的電壓輸出器。結果A1b的輸出端出現負的全波整流波形。對它作進一步負的峰值檢波，就得到直流電壓。R9，R10和R11 :由于A1a的輸出

13、為負時的增益是1，所以必須使此時增益為-1，為此取R9=R10=20k。同時也取R11=20k。 D1，D2和D3 :由于這里所處理的信號幅度較大，所以VF沒有必要特別小，故而采用小信號二極管1S1588。 R12和C8 :該時間常數越大，失真度就越小，但太大也有副作用。里取經驗值1SEC，所以取R12= 1M，C8=1F。·可變電阻電路 該電路是利用FET的rDS由柵電壓進行調節的電路。從漏極將交流反饋到柵極，是為了減小失真度，并使之穩定地進行工作。 R7和R8通常使用100 k，這里就取R7=R8= 100 k。另外C7和R7的特征頻率也必須遠低于最低振蕩頻率(100Hz)。如設

14、它為1H z則C7為： 由此，取C7=2.2F。（4） 輸出電平調整與輸出緩沖放大器 這部分的電路如圖所示。VR4是內置振蕩器的輸出電平調整，A2a構成輸出緩沖器。由于VR4和R13成為A1a的負載，所以選取在10k以上的值，在這里取為：VR4=50k，R13=100k沒有R13本來也是可以的，它是為了防止由于某些原因A2a的IN+端頭成為開路而設的電阻。R14是為了防止在接有電容性負載(屏蔽線等)時產生振蕩而用的電阻，需要幾十歐至幾千歐。在這里取與一般的振蕩器輸出電阻600相近的值620。2、 失真度計的設計（1） 輸入電平調整與輸入放大器 這部分的電路如圖所示。其作用是將輸入信號調整到適當

15、電平。輸入放大器的增益越大，就越能測量到很小的信號。但是如果處理信號太小，則會產生由于交流聲(交流聲：由AC220V產生的線噪聲，頻率為50Hz)而帶來的煩惱。在這里將輸入放大器的增益設定為20dB。· 元件選取與計算VR5與R15 ： 失真度計的輸入電阻與VR5 的位置有關，最大等于VR5，最小為VR5/R15。為了不影響被測系統，輸入電阻盡可能的大些為好，但是輸入電阻一增大，就易檢測到噪聲。在此取為VR5=100k，R15=1M。 R16，R17和C9 ：為了使輸入放大器的增益為20dB(10倍)，必須使R16/R17 =9，取R16=27k，R17=3k。輸入信號頻率最低時也為

16、100Hz，所以如設放大器的下限截止頻率為20H z，則C9為： 由此，取C9=3.3F或更大。（2） 陷波濾波器 陷波器的作用是去除信號中的基波。· 電路原理 雙T電路本身具有陷波特性，由低通濾波器和高通濾波器并聯構成。由于低通電路和高通電路均由三個元件構成英文字母T，故稱之為雙T電路，也稱為雙T電橋或者是雙T網絡。直接采用雙T電路，Q = 0.25 則太低。為了提高Q，通過Ab為雙T電橋加上反饋。由此，Q 增加 1/(1-)倍。·實際電路實際電路如圖所示。根據頻率的情況，通過波段開關對3個雙T電路進行切換，考慮到RC元件的分散度，還把相當于Rc的電阻做成能夠調整。另外，

17、為了在這一級獲得20 dB的增益，A4a不是電壓輸出器而是做成了非反向放大器。·元件選取與計算雙T電路 ： R21R23，VR7和C13C15(f0=1kHz) R24R26，VR8和C16C18(f0=10kHz) 從同樣的考慮出發，僅將電容的容量取為1/10或1/100。因此取 R21=R22=R24=R25=16kR23=R26=6.2kVR7=VR8=5kC13=C14=0.01µF，C15=0.02µFC16=C17=0.001µF，C18= 0.002µFR27 R29的計算 ：為了使A4a能夠以增益為20dB(10倍)的非反轉放大

18、器進行工作，必須滿足： 為滿足上述2個式子，而且如果要將串聯電阻選擇為幾十千歐的組合，則可以選R27 =27k，R28=300，R29=2.7k。 因為非反轉放大器的增益誤差是直接與測量誤差相關聯的，所以這些電阻也采用±2以下的金屬膜電阻。（3）量程切換與輸出放大器·量程切換電路(R30R31)考慮到失真度的實用性，其量程取0.1/1.0/10的3個不同的量程。陷波濾波器有20dB的增益，后面的輸出放大器有40 dB的增益，所以，如在此沒有使信號衰減，則只有0.1的量程。若信號衰減1/10/100，則分別有0.1/1.0/10的量程。即通過切換開關，將信號變換到1、1/10、1/100倍就可以，所以設R30:R31:R32 =90:9:1即可。由此，取R30 =27k，R3