SHANGHAI課程論文COURSEPAPER裝訂線題目:仿真設計與分析裝訂線學院機自學院

一功率放大電路仿真一.OTL功率放大器的原理如圖1所示為OTL功率放大器。其中由晶體三極管VT1組成推動級（也稱前置放大級），VT2、VT3是一對參數對稱的NPN和PNP型晶體三極管，它們組成互補推挽OTL功率放大電路。由于每一個管子都接成射極輸出器形式，因此具有輸出電阻低，負載能力強等優點，適合于作功率輸出級。VT1管工作于甲類狀態，它的集電極電流IC1由電位器RP1(RP1)進行調節。IC1的一部分流經電位器RP2及二極管VD，給VT2、VT3提供偏壓。調節RP2，可以使VT2、VT3得到合適的靜態電流而工作于甲、乙類狀態，以克服交越失真。靜態時要求輸出端中點A的電位，可以通過調節PR1來實現，又由于RP1的一端接在A點，因此在電路中引入交、直流電壓并聯負反饋，一方面能夠穩定放大器的靜態工作點，同時也改善了非線性失真。C4和R構成自舉電路，用于提高輸出電壓正半周的幅度，以得到大的動態范圍。圖1OTL功率放大器當輸入正弦交流信號ui時，經VT1放大、倒相后同時作用于VT2、VT3的基極，ui的負半周使VT2管導通（VT3管截止），有電流通過負載RL，同時向電容C2(C2)充電，在ui的正半周，VT3導通（VT2截止），則已充好電的電容器C2起著電源的作用，通過負載RL放電，這樣在RL上就得到完整的正弦波，其波形如圖所示。在仿真中若輸出端接喇叭，在仿真時只要輸入不同的頻率信號，就能在喇叭中能聽到不同的聲音。2.OTL電路的主要性能指標1）最大不失真輸出功率Pom：理想情況下，在電路中可通過測量RL兩端的電壓有效值UO或RL的電流來求得實際的2）效率η：PV-直流電源供給的平均功率，理想情況下，ηmax＝78.5％?？蓽y量電源供給的平均電流IdC，從而求得Pv＝UCC·IdC，負載上的交流功率已用上述方法求出，因而也就可以計算實際效率了。在仿真平臺上也可用功率表分別測出最大不失真功率和電源供給的平均功率。二、虛擬實驗儀器及器材雙蹤示波器、信號發生器、交流毫伏表、數字萬用表等儀器三、實驗內容與步驟1.如下圖2所示的電路圖圖2OTL功率放大電路2．靜態工作點的調整分別調整R4和R1滑動變阻器器，使得萬用表XMM2和XMM3的數據分別為5---10mA和2.5V，然后測試各級靜態工作點填入下表：（注意，信號發生器的大小為0）Ic1=Ic2=7.56mA，U12=2.5Q1Q2Q3Ub0.83V3.22V1.76Uc1.76V5.00V2.51VUe0.15V2.51V0V3．測量最大不失真輸出功率理想情況下，最大不失真輸出功率，在實驗中可通過測量RL兩端的電壓有效值，來求得實際的?；蛲ㄟ^測量流過RL的電流有效值，來求得實際的。如下圖3所示。圖(a)RL兩端的電壓有效值圖(b)流過RL的電流圖3Pom的測量4．測量功率放大器的效率η，其中是直流電源供給的平均功率。理想情況下，。在實驗中，可測量電源供給的平均電流IDC，如圖3.7-4所示，從而求得Pv＝UCC·IdC.。圖4電源供給的平均電流IdC在本例中也可用兩塊瓦特表分別測量電源供給的平均功率Pv及最大不失真輸出功率Pom，其圖標和面板如圖5所示。該圖標中有兩組端子，左邊兩個端子為電壓輸入端子，與所要測試電路并聯，右邊兩個端子為電流輸入端子，與所要測試電路串聯。圖5瓦特表圖標和面板5．輸入靈敏度輸入靈敏度是指輸出最大不失真功率時，輸入信號Vi之值。6．頻率響應的測試實測幅頻率特性如下圖所示：其中：fL=242Hz，fH=3.45MHz。四、實驗分析1．理想情況下，最大不失真功率為，而實測功率只有1.25mW，主要原因是功率三極管的管壓降比較高，實際輸出最大電壓不到1V。2．由于功率輸出電路直流工作電流較大，幾乎工作在甲類狀態，加上三極管管壓降較高，電源提供的功率大部分由三極管消耗了，所以實測效率較低。負反饋放大電路的仿真一、實驗元件2N2222A三極管（2個）、1mV10KHz正弦電壓源、12V直流電壓源、10uF電容（5個）、5.11%負反饋電阻、3.05%集電極電阻（2個）、1.501%電阻、1.401%電阻、1.001%負載電阻、1001%電阻、20.01%基極電阻（2個）、10.01%基極電阻（2個）、開關、萬用表、示波器等。二、實驗原理由于電容對直流量的電抗為無窮大，因而阻容耦合放大電路各級之間的直流通路各不相通，各級的靜態工作點相互獨立，本次實驗采用了實驗一的數據，所以可不必重新調節靜態工作點。在實驗電路中引入電壓串聯負反饋，將引回的反饋量與輸入量相減，從而調整電路的凈輸入量與輸出量，改變電壓放大倍數、輸入電阻與輸出電阻。參數選擇：為了使反饋達到深度負反饋，實驗中選取了5.1的負反饋電阻，同時為了不會在引入負反饋后出現交流短路的現象，將Re1分為兩個部分Re11（100）和Re12（1.4）。根據實驗要求，設計的兩級阻容耦合放大電路如圖1：圖1兩級阻容耦合放大電路原理圖三、電路頻率特性測試1、未引入電壓串聯負反饋前的電路頻率特性將電路中的開關J1打開，則此時電路為未引入電壓串聯負反饋的情況，對電路進行頻率仿真，得到如圖2的電路頻率特性圖。圖2未引入負反饋的頻率特性曲線和通頻帶指針讀數根據上限頻率和下限頻率的定義——當放大倍數下降到中頻的0.707倍對應的頻率時，即將讀數指針移到幅度為中頻的0.707倍處，如圖2，讀出指針的示數，即下限頻率fL=761.6815Hz,上限頻率fH=348.2346KHz,因此通頻帶為（348.2346×—761.6815）Hz。調節信號源的幅度，當信號源幅度為1mV時，輸出波形不失真，如圖3：圖3信號源幅度為1mV時的不失真輸出波形繼續調節信號源的幅度，當信號源幅度為2mV時，輸出波形出現了較為明顯的失真，如圖4：圖4信號源幅度為2mV時出現截止失真的輸出波形2、引入電壓串聯負反饋后的電路頻率特性將電路中的開關J1閉合，則此時電路引入電壓串聯負反饋，對電路進行頻率仿真，得到如圖5所示的引入電壓串聯負反饋后的電路頻率特性圖。圖5引入負反饋后的頻率特性和通頻帶指針讀數將讀數指針移到幅度為中頻的0.707倍處，如圖5，讀出指針的示數，即下限頻率fL=33.6584Hz,上限頻率fH=4.7302MHz,因此通頻帶為（4.7302×—33.6584）Hz，明顯比未引入負反饋前放寬！再來觀察引入電壓串聯負反饋后，整個電路的最大不失真電壓值。當信號源幅度為1mV時，可以被不失真放大，調節信號源幅度至24mV時，輸出波形仍未失真，如圖6：圖6信號源幅度為24mV時的臨界不失真輸出波形繼續增大至25mV時，輸出波形開始出現了飽和失真，如圖7:圖7信號源幅度為25mV時飽和失真的輸出波形可見加入負反饋后，電路的動態范圍增大，即電路可不失真放大的最大信號幅度增大.四、電路的放大倍數、輸入和輸出電阻1、測量放大倍數按圖8，圖9所示連接，分別測出J1打開和閉合時的輸入電壓Ui、輸出電壓Uo，放大倍數即為Au=Uo/Ui，從而可分別算出引入負反饋前后的電壓放大倍數。a）未引入負反饋的放大倍數打開J1，如圖9，測得輸入電壓Ui≈1mV，輸出電壓Uo=598.033mV，則Au=Uo/Ui=598.033。圖8測量無負反饋時的電壓放大倍數的電路圖b）引入負反饋后的放大倍數閉合J1，如圖9，測得輸入電壓Ui≈1mV，輸出電壓Uo=47.551mV，則Au=Uo/Ui=47.551。圖9測量有負反饋時的電壓放大倍數的電路圖可見電壓串聯負反饋的引入，使得電壓放大倍數明顯減小，兩者相差約12.6倍。2、測量輸入電阻按圖10，圖11所示連接電路，分別測出J1打開和閉合時的輸入電壓Ui、輸入電流Ii，輸入電阻即為Ri=Ui/Ii，從而可分別算出引入負反饋前后的輸入電阻。a）未引入負反饋的輸入電阻打開J1，如圖10，測得輸入電壓Ui≈1mV，輸入電流Ii=194.329nA，則Ri=Ui/Ii=5.146。圖10測量無負反饋時的輸入電阻的電路圖b）引入負反饋后的輸入電阻閉合J1，如圖11，測得輸入電壓Ui≈1mV，輸入電流Ii=154.017nA，則Ri=Ui/Ii=6.493。圖11測量有負反饋時的輸入電阻的電路圖可見電壓串聯負反饋的引入，使得輸入電阻增大。3、測量輸出電阻按圖12，圖13所示連接電路，分別測出J1打開和閉合時的輸出電壓Uo、輸出電流Io，輸出電阻即為Ro=Uo/Io，從而可分別算出引入負反饋前后的輸出電阻。a）未引入負反饋的輸出電阻打開J1，如圖12，測得輸出電壓Uo≈1mV，輸出電流Ii=353.57nA，則Ro=Uo/Io=2.828。圖12測量無負反饋時的輸出電阻的電路圖b）引入負反饋后的輸出電阻閉合J1，如圖13，測得輸出電壓Uo≈1mV，輸出電流Ii=17.159uA，則Ro=Uo/Io=58.278。圖13測量有負反饋時的輸出電阻的電路圖可見電壓串聯負反饋的引入，使得輸出電阻減小。五、AF?1/F的驗證按如圖14所示連接電路，閉合J1。由于電壓串聯負反饋電路的AF=Auuf=Uo/Ui、F=Fuu=U?/Uo，因此，需要測量輸出電壓Uo、輸入電壓Ui、反饋電壓U?。圖14AF?1/F的驗證電路測得Ui≈1mV，Uo=47.551mV，U?=991.747uF，則AF=Auuf=Uo/Ui=47.551，F=Fuu=U?/Uo=0.02086，1/F=47.939，因此AF?1/F得到驗證。六、實驗結果分析本實驗通過對二級阻容耦合放大電路引入電壓串聯負反饋前后進行電路仿真，由實驗結果可以得出這樣的結論：對電路引入電壓串聯負反饋，會減小其下限頻率，增大其上限頻率，從而使其通頻帶變寬；引入電壓串聯負反饋，會減小電路的電壓放大倍數，并增大電路可不失真放大的最大信號幅度，減小非線性失真；引入電壓串聯負反饋，會增大輸入電阻，減小輸出電阻。最后通過測量計算驗證了AF?1/F的結果，誤差E=∣47.551-47.939∣/47.551×100%=0.816%.基于C8051F單片機直流電動機反饋控制系統的設計與研究基于單片機的嵌入式Web服務器的研究MOTOROLA單片機MC68HC（8）05PV8/A內嵌EEPROM的工藝和制程方法及對良率的影響研究基于模糊控制的電阻釬焊單片機溫度控制系統的研制基于MCS-51系列單片機的通用控制模塊的研究基于單片機實現的供暖系統最佳啟停自校正（STR）調節器單片機控制的二級倒立擺系統的研究基于增強型51系列單片機的TCP/IP協議棧的實現基于單片機的蓄電池自動監測系統基于32位嵌入式單片機系統的圖像采集與處理技術的研究基于單片機的作物營養診斷專家系統的研究基于單片機的交流伺服電機運動控制系統研究與開發基于單片機的泵管內壁硬度測試儀的研制基于單片機的自動找平控制系統研究基于C8051F040單片機的嵌入式系統開發基于單片機的液壓動力系統狀態監測儀開發模糊Smith智能控制方法的研究及其單片機實現一種基于單片機的軸快流CO〈,2〉激光器的手持控制面板的研制基于雙單片機沖床數控系統的研究基于CYGNAL單片機的在線間歇式濁度儀的研制基于單片機的噴油泵試驗臺控制器的研制基于單片機的軟起動器的研究和設計基于單片機控制的高速快走絲電火花線切割機床短循環走絲方式研究基于單片機的機電產品控制系統開發基于PIC單片機的智能手機充電器基于單片機的實時內核設計及其應用研究基于單片機的遠程抄表系統的設計與研究基于單片機的煙氣二氧化硫濃度檢測儀的研制基于微型光譜儀的單片機系統單片機系統軟件構件開發的技術研究基于單片機的液體點滴速度自動檢測儀的研制基于單片機系統的多功能溫度測量儀的研制基于PIC單片機的電能采集終端的設計和應用基于單片機的光纖光柵解調儀的研制氣壓式線性摩擦焊機單片機控制系統的研制基于單片機的數字磁通門傳感器基于單片機的旋轉變壓器-數字轉換器的研究基于單片機的光纖Bragg光柵解調系統的研究單片機控制的便攜式多功能乳腺治療儀的研制基于C8051F020單片機的多生理信號檢測儀基于單片機的電機運動控制系統設計Pico專用單片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