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三极管的工作状态与应用论文【1】
摘 要：半导体三极管是电子电路的重要元件，它在不同的外部条件下表现出不同的工作状态，从而具有多种不同的功能，因此得到了广泛的应用。
本文主要阐述了三极管的工作状态及其在不同状态下的应用。
关键词：三极管 工作状态 应用
半导体三极管是电子电路的重要元件，它在不同的外部条件下表现出不同的工作状态，从而具有多种不同的功能，因此得到了广泛的应用。
1 三极管的工作状态
三极管在电路中一般表现出三种工作状态：截止状态、放大状态和饱和状态。
截止状态
当加在三极管发射结的电压小于PN结的导通电压时，基极电流为零，三极管处于截止状态。
实际上为了使三极管可靠地截止，常使UBE≤0，此时发射结和集电结均处于反向偏置状态，[1]集电极和发射极之间相当于开关的断开状态。
放大状态
当三极管的发射结正向偏置，且加在发射结的电压大于PN结的导通电压，集电结反向偏置时，三极管处于放大状态。
这时基极电流的微小变化，会引起集电极电流的较大变化，三极管具有电流放大作用。
饱和状态
当三极管的发射结正向偏置，且加在发射结的电压大于PN结的导通电压，集电结也正向偏置时，三极管处于饱和状态。
这时基极电流较大，集电极电流也较大，但集电极电流不再随着基极电流的变化而变化，三极管失去电流放大作用，集电极与发射极之间的电压很小，相当于开关的导通状态。
2 三极管不同状态下的应用
三极管放大状态下的应用
三极管处于放大状态时具有电流放大作用，利用这一特点，三极管常用在模拟放大电路中。
三极管对小信号实现放大作用时，基本放大电路有三种不同的连接方式：共发射极接法、共基极接法和共集电极接法。
在共发射极接法中，常用的放大电路有固定式偏置电路、分压式偏置电路和带有射极电阻的固定式偏置电路。
固定式偏置电路静态工作点不太稳定，受温度的影响，输出信号容易产生失真，故在实际中常采用分压式偏置电路以稳定静态工作点。
电路如图1所示。
共发射极接法放大电路因其电压放大倍数比较高，而得到广泛的应用，在多级放大电路中，多用作中间级。
在共集电极接法中，负载接在发射极，输出电压从发射极输出，因此，叫射极输出器。
因输出电压与输入电压同相，输出信号跟随输入信号的变化而变化，因此，射极输出器又称为射极跟随器或电压跟随器。
射极跟随器的电压放大倍数略小于1，没有电压放大作用，但有一定的电流放大作用和功率放大作用。
在多级放大电路中，射极输出器作为输入级可减轻信号源的负担，作为输出级可提高放大电路的带负载能力，作为中间级起阻抗变换作用，使前后级共发射极放大电路阻抗匹配，实现信号的最大功率传输。[2]
在共基极接法中，交流信号从发射极输入，从集电极输出。
该电路没有电流放大作用，但具有电压放大作用，而且其频率特性比较好，一般多用于高频或宽频带放大电路及恒流源电路。
三极管截止和饱和状态下的应用
三极管处于截止状态时相当于开关的断开状态，处于饱和状态时相当于开关的导通状态，利用这种开关特性，三极管常用在数字电路中。
在稳定状态下，三极管只能工作在饱和区或截止区，它的输出端要么处于高电位，要么处于低电位，即要么有信号输出，要么无信号输出。
实际应用时，由于三极管需要频繁地在断开和闭合状态之间进行切换，因此为了提高开关速度，常使三极管工作在浅饱和区状态。
三极管的开关特性常见的具体应用有：用于彩色电视机、通信设备的开关电源;用于驱动电路，驱动发光二极管、蜂鸣器、继电器等器件;用于彩色电视机行输出管;用于开关电路、高频振荡电路、模数转换电路、脉冲电路、低频功率放大电路、电流调整等;在冶金、机械、纺织等工业自动控制系统中，光电开关可作指示信号，指示加工工件是否存在或存在的位置。[3]
开关三极管因其寿命长、安全可靠、没有机械磨损、开关速度快、体积小等特点，得到越来越广泛的应用。
掌握了三极管的各种工作状态，了解了三极管的基本应用，在分析和设计更复杂电路时，就能灵活运用。
参考文献
[1] 袁明文，谢广坤.电子技术[M].哈尔滨：哈尔滨工业大学出版社，2013：11.
[2] 李仁华，冯�.电子技术[M].北京：北京理工大学出版社，2010：44.
[3] 于敏，李闽.三极管开关特性探讨[J].硅谷，2012(1)：24.
晶体三极管在不同工作状态下的应用【2】
【摘 要】本文提出了晶体三极管的在不同工作状态下的分类和特性，并指出如何根据晶体三极管的不同工作状态时的作用进行实际应用，从而增强学生对晶体三极管的工作状态的了解，提高学生分析和解决问题的能力。
【关键词】非线性器件;导通角;正向偏置;反向偏置
1.引言
晶体三极管是电子电路中非常重要的元器件，每一种电子电路几乎都离不开它。
它是一种非线性器件，在不同的外部条件下会呈现出不同的工作状态。
在实际应用时，可根据它的不同工作状态应用到不同的电子电路中，从而有效地发挥它的作用。
为了更好地在电路中发挥晶体三极管的作用就要掌握不同工作状态下它的分类和特性，这样不但有利于很好地应用晶体三极管，而且有利于学习和掌握电路的基本知识，这样在分析和设计电路时就会得心应手，避免出现错误。
2.晶体三极管在不同工作状态下的分类
晶体三极管是有源器件，它在电路中工作时，要在它发射结和集电结施加不同的偏置电压。
而根据它的基极和集电极偏置电压的不同，晶体三极管呈现不同的工作状态。
此时可把晶体三极管的工作状态划分成不同的区域。
即如果发射结正向偏置、集电结反向偏置，晶体三极管工作在放大区;如果发射结正向偏置、集电结正向偏置，晶体三极管工作在饱和区，如果发射结反向偏置或零偏、集电结反向偏置，晶体三极管工作在截止区。
晶体三极管工作在饱和区和放大区时都说明它是导通的，放大器在信号的一个周期内的导通情况可用导通角来衡量。
放大器的导通角用θ来表示，定义为晶体三极管一个信号周期内导通时间乘以角频率ω的一半。
根据放大器导通角的不同可晶体三极管放大器分为甲类、乙类、丙类、丁类等放大器。
3.各类放大器的特性和应用
甲类放大器
当晶体三极管放大器的静态工作点设置在放大区时，即发射结正向偏置、集电结反向偏置时，放大器工作在放大状态。
此时，在输入信号的整个周期内，晶体三极管都是导通的`，导通角θ为1800，此时晶体三极管放大器称为甲类放大器。
其工作波形如图a所示。
它的工作特性是：静态工作点电流比较大，非线性失真小、管耗大、效率低、输出功率小。
甲类放大器有电压放大的作用，可应用到电压放大和小功率放大电路中。
另外由于它的失真小，所以在宽带功率放大器中，晶体三极管也工作在甲类状态，但由于它的效率低、输出功率小，不能满足功率放大器对输出功率的要求，所以常采用功率合成技术，实现多个功率放大器的联合工作，获得大功率的输出。
乙类放大器
当晶体三极管放大器的静态工作点设置在截止区时，如果信号为正时三极管导通，信号为负时三极管截止。
即三极管在信号的半个周期导通，导通角θ为900，此时放大器为乙类放大器，它放大的信号缺少半个周期，是失真的。
但是在乙类互补推挽放大电路中，用两个互补的三极管轮流推挽导通就可以弥补这种失真的不足，从而输出完整的信号波形，电路如图b所示。
乙类放大器由于管耗小，效率大大提高。
甲乙类放大器
在实际功率放大电路中，由于晶体三级管发射结存在导通压降，所以在乙类互补功率放大器中，由于V1、V2管没有基极偏流，静态时两个管的发射结偏置电压为零。
当输入信号小于晶体管的死区电压时，管子仍处于截止状态。
因此，在输入信号的一个周期内，两个晶体三极管轮流导通时形成的基极电流波形在过零点附近一个区域内出现失真。
即在两管输出波形的交接处存在失真，这种失真称为“交越”失真。
这时需要在两个晶体三极管的基极加上等于发射结导通压降的电压，使两个晶体三极管均处在微导通状态，两管轮流导通时，交替得比较平滑，这样就消除了交越失真。
电路如图c所示。
丙类放大器
当导通角θ小于900时，晶体三极管放大器称为丙类放大器。
丙类放大器又因工作状态的不同可分为欠压、临界和饱和三种工作状态。
当放大器工作在放大区和截止区时为欠压状态，如果晶体三极管工作刚好不进入饱和区时，则称为临界工作状态。
晶体三极管工作进入饱和区时为过压状态。
三种状态时集电极输出的波形分别为尖顶余弦脉冲、略微平缓的余弦脉冲和顶端凹陷的余弦脉冲。
由于这几种余弦脉冲都可以分解出基波分量和各次谐波分量，又由于谐振回路具有滤波作用，晶体三极管放大器的输出电压仍为没有失真的余弦波形。
所以丙类放大器可和谐振回路共同构成丙类谐振功率放大器或丙类倍频器。
丙类放大器工作在欠压状态时，放大器输出功率小，管耗大，效率低。
工作在过压状态时，放大器输出功率较大，管耗小，效率高。
工作在临界状态时，放大器输出功率大，管耗小，效率高。
丁类放大器
丙类放大器可以通过减小电流导通角θ来提高放大器的效率，但是为了让输出功率符合要求又不使输入激励电压太大，导通θ就不能太小，因而放大器效率的提高就受到了限制。
丁类放大器的导通角也是900，但是丁类放大器工作在饱和或截止状态。
由于三极管工作在饱和状态时集电极电流ic最大，但集电极和发射极之间的电压uce最小。
三极管工作在截止状态时集电极电流ic最小，但集电极和发射极之间的电压uce最大。
所以丁类放大器在工作时，ic和uce的乘积最小，理想情况下它们的乘积可接近于零。
在积分区间不变时，即导通角θ不变时，ic和uce的乘积越小，晶体管集电极的耗散功率起小，晶体管放大器集电极的效率就越高，输出功率就越大。
因此，在这两种状态时集电极损耗很小，三极管的效率高，即丁类放大器的效率比丙类放大器要高。
振荡电路中的放大器
晶体三极管放大器在具体电路中应用时，可以不单单间工作在一种工作状态。
有时会根据电路的要求，在设计时，当电路中的输入信号发生变化时，放大器的工作状态也发生变化，从而满足电路的实际要示。
比如在振荡电路中，起振时，电路工作于小信号状态，即三极管工作在甲类状态，因此可将振荡电路作为线性电路来处理，用小信号等效电路求出振荡环路的传输系数。
随着振荡幅度的增大，输入信号的幅度也越来越大，放大器的工作由线性状态进入非线性状态，再加上电路中偏置电路的自给偏压效应，使得晶体管的基极偏置电压随着输入信号的增大而减小，这样使三极管的工作状态进入乙类或丙类非线性工作状态，相应的放大倍数随之减小，直到振荡进入平衡状态。
在振荡电路的起振到平衡的过程中，电路由小信号工作到大信号工作，放大器的工作状态也由甲类、乙类过渡到丙类，从而满足了振荡电路对放大器的要求。
这正是放大器各种工作状态的很好的应用。
4.结束语
总之随着放大器的进一步研究和应用，其分类也越来越多，应用也越来越广泛。
现在又出现了效率比丁类放大器还高的戊类放大器。
在实际电路中，要根据电路对放大器的要求来选用放大器的不同状态。
比如电压放大时要求电压放大倍数要高，就要选用电压放大器。
功率放大时就要选择功率放大倍数高的功率放大器。
在输入信号频率不同时，还要考虑电路中的参数与信号频率的关系。
只有掌握了放大器的各类状态，才能很好地把知识应用到实际电路中。
参考文献：
[1]胡宴如.模拟电子技术基础[M].高等教育出版社，2004：95-97.
[2]胡宴如.高频电子线路[M].高等教育出版社，2004：35-37，65-66.
电子设计大赛报告论文
随着人们自身素质提升，报告的使用成为日常生活的常态，多数报告都是在事情做完或发生后撰写的。我们应当如何写报告呢？下面是我为大家收集的电子设计大赛报告论文，欢迎大家分享。
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关键词： 比较器正弦波—方波转换电路……
一、总体方案设计
列些出设计功能，具体指标。
设计并制作一个宽带直流放大器及所用的直流稳压电源
（1）电压增益AV≥40dB，输入电压有效值Vi≤20mV。AV可在0～40dB范围内手动连续调节。
（2）最大输出电压正弦波有效值Vo≥2V，输出信号波形无明显失真。
（3）3dB通频带0～5MHz；在0～4MHz通频带内增益起伏≤1dB。
（4）放大器的输入电阻≥50，负载电阻（50±2）。
（5）设计并制作满足放大器要求所用的直流稳压电源。
根据要求，总体电路可由三个模块构成：1.模块一名称；2.模块二名称；3.模块三名称。具体说明每一模块的功能。
二、方案比较/论证（针对框图中的每一模块的内容进行方案比较）
模块一名称
方案一：……
方案二：……
方案三：……
总体讨论上述方案的利弊，做出本设计的选择。
模块二名称
方案一：……
方案二：……
方案三：……
总体讨论上述方案的利弊，做出本设计的选择。
模块三名称
方案一：……
方案二：……
方案三：……
总体讨论上述方案的利弊，做出本设计的选择。
可控增益放大器
方案一： 采用场效应管或三极管控制增益。主要利用场效应管的可变电阻区（或三极管等效为压控电阻）实现增益控制，本方案由于采用大量分立元件，电路复杂，稳定性差。
方案二： 为了易于实现最大60dB增益的调节，可以采用高速乘法器型D/A实现，比如AD7420。利用D/A转换器的`VRef作信号的输入端，D/A的输出端做输出。用D/A转换器的数字量输入端控制传输衰减实现增益控制。此方案简单易行，精确度高，但经实验知：转化非线性误差大，带宽只有几kHz，而且当信号频率较高时，系统容易发生自激，因此未选此方案。
方案三： 根据题目对放大电路增益可控的要求，考虑直接选取可调增益的运放实现（如运放VCA810）。其特点是以dB为单位进行调节，可调增益±40dB，可以用单片机方便地预置增益。
方案三电路集成度高、条理较清晰、控制方便、易于数字化用单片机处理。所以本系统采用方案三。
三、理论分析及参数计算
根据设计要求，针对上述所选方案，进行理论分析及整体电路主要外围元器件参数计算。
带宽增益积
带宽增益积(GBP)是这是用来简单衡量放大器的性能的一个参数，这个参数表示增益和带宽的乘积。按照放大器的定义，这个乘积是一定的。题目中要求放大器最大电压增益AV≥60dB，即Gain≥1000V/V。
放大器的通频带0～10MHz，所以本放大器的带宽增益积为GBP=1000*10M=10G
单个放大器是很难达到10G的GBP，所以我们考虑多级放大器级联。
经过查阅手册，OPA691的GBP为450M，级联上后级的VCA810和THS3120，足以达到题目要求。
四、单元模块设计
模块一电路：
根据理论分析结果设计电路，进行器件选择，（接口电路的连接），对所选电阻、电容、运放等的参数大小进行分析计算，描述模块中信号的流向、变化，画出具体电路图。
模块二电路：
.......
模块三电路：
.......
压控增益电路
可控增益调节部分我们使用压控增益放大器VCA810，VCA810在宽频带工作模式下，增益控制范围为-40dB～+40dB，且控制电压与增益dB数成线性关系，满足设计要求。其中1脚为了匹配输入阻抗并接了50
的电阻，8脚接25的偏置电阻，其中5脚接500的负载电阻.......如图2所示。
五、系统测试及数据分析
测试方法
测试方法
（1）用示波器和信号发生器手动扫描测带宽。
（2）用串入电阻法测输入电阻10MHz带宽测试结果：
打开带宽控制开关选择不同带宽进行设置增益40dB，Vinp-p=3mV，观察示波器测试信号源的频率及步进，并记录电压峰值。
测试仪器
测试仪器
（1）泰克TDS100260M数字示波器
（2）RIGOLDS102220M信号源
测试数据（根据要求列出各个表格,列出实际测量实际值及理论值，最好能进行多次测量，保证数据的确切性，不是偶然的。）
数据分析（根据的各表格，分析电路指标是否达到题目要求）
由表1可以看出放大器在预置带宽为5M的时候，0~4M通频带内很平坦，最大起伏出现在3M、增益40dB的时候，放大dB数为，,完全符合题目要求中通频带内增益起伏≤1D的指标。
由表2可知，系统可以实现电压预置并可以实现5dB的步进，而且可以输出9V左右的有效值。
六、结论
总结达到那些指标：
总结未达到那些指标，分析可能原因。
作品达到了题目所有基本和部分扩展功能及指标的要求：
（1）最大电压增益Av≥60dB，输入电压有效值Vi≤10mV。
（2）在Av＝40dB时，输出端噪声电压的峰－峰值VONPP≤。
（3）最大输出电压正弦波有效值Vo≥5V，输出信号波形无明显失真。
（4）电压增益Av可预置并显示，预置范围为0～60dB，步距为5dB并且可以手动连续调节）；放大器的带宽可预置并显示（5MHz、10MHz两点）。在通频带内增益起伏≤1dB。
（5）通过制作开关电源来提高电源效率。
（6）本设计多使用集成芯片，以较低的成本实现了题目要求。
存在问题及改进措施：
进我空间有答案，这东西嘛，很义贼。
用集成运放设计的话是最简单的，可以做到放大倍数80-150倍可调。电路如图，图为150倍放大的仿真波形，调节RP1可以改变其放大倍数。
第一部分为8-15倍放大，第二部分为10倍放大电路，两级加在一起达到最大150倍放大电路，如果把RP改为15KΩ的可变电阻的话就可以做到最大230倍的放大电路，当然电源电压需要相应的增加。
以上所有题目都有,可参考,合适可给我加分,410. 音频信号分析仪 411. 基于单片机的机械通风控制器设计 412. 论电气设计中低压交流接触器的使用 413. 论人工智能的现状与发展方向 414. 浅论配电系统的保护与选择 415. 浅论扬州帝一电器的供电系统 416. 浅谈光纤光缆和通信电缆 417. 浅谈数据通信及其应用前景 418. 浅谈塑料光纤传光原理 419. 浅析数字信号的载波传输 420. 浅析通信原理中的增量控制 421. 太阳能热水器水温水位测控仪分析 422. 电气设备的漏电保护及接地 423. 论“人工智能”中的知识获取技术 424. 论PLC应用及使用中应注意的问题 425. 论传感器使用中的抗干扰技术 426. 论电测技术中的抗干扰问题 427. 论高频电路的频谱线性搬移 428. 论高频反馈控制电路 429. 论工厂导线和电缆截面的选择 430. 论工厂供电系统的运行及管理 431. 论供电系统的防雷、接地保护及电气安全 432. 论交流变频调速系统 433. 论人工智能中的知识表示技术 434. 论双闭环无静差调速系统 435. 论特殊应用类型的传感器 436. 论无损探伤的特点 437. 论在线检测 438. 论专家系统 439. 论自动测试系统设计的几个问题 440. 浅析时分复用的基本原理 441. 试论配电系统设计方案的比较 442. 试论特殊条件下交流接触器的选用 443. 音频功率放大器的设计 444. 具有红外保护的温度自动控制系统的设计 445. 直流数字电压表的设计 446. 金属探测器制作 447. 太阳能装饰灯 448. 彩灯控制器 449. 自动选台立体声调频收音机 450. 浅析公路交通安全报警系统 451. 浅析单相配电器的推广应用 452. 基于立体声调频收音机的研究 453. 基于蓝牙技术的研究 454. 基于环绕立体声转接器的设计 455. 基于红外线报警系统的研究 456. 基于高速公路监控系统的研究 457. 多种变化彩灯 458. 单片机音乐演奏控制器设计 459. 单片机的打印机的驱动设计 460. 单目视觉车道偏离报警系统 461. 基于单片机的压电智能悬臂梁振动控制系统设计 462. 遥控小汽车的设计研究 463. 单片机的数字电压表设计 464. 多路输出直流稳压源 465. 数字电路数字钟设计 466. 电力行业中宏观调控的措施及能源开发利用的危机 467. 基于单片机对氧气浓度检测控制系统 468. 基于PIC16F74单片机串行通信中继控制器 469. 火灾自动报警系统 470. 基于单片机的电子时钟控制系统 471. 基于单片机的波形发生器设计 472. 智能毫伏表的设计 473. 微机型高压电网继电保护系统的设计 474. 基于单片机mega16L的煤气报警器的设计 475. 国产化PLC的研制 476. 串行显示的步进电机单片机控制系统 477. 编码发射与接收报警系统设计：看护机 478. 编码发射接收报警设计：爱情鸟 479. 基于IC卡的楼宇门禁系统的设计 480. 基于DirectShow的视频监控系统 481. 红外线遥控器系统设计 482. 虚拟示波器的设计 483. 基于LabVIEW环境下虚拟调幅波解调器的设计 484. 基于嵌入式系统的原油含水分析仪的硬件与人机界面设计 485. 低频功率放大器设计 486. 银行自动报警系统 487. 超媒体技术 488. 数字电子钟的设计与制作 489. 温度报警器的电路设计与制作 490. 数字电子钟的电路设计 491. 鸡舍电子智能补光器的设计 492. 高精度超声波传感器信号调理电路的设计 493. 电子密码锁的电路设计与制作 494. 单片机控制电梯系统的设计 495. 常用电器维修方法综述 496. 控制式智能计热表的设计 497. 电子指南针设计 498. 汽车防撞主控系统设计 499. 电力拖动控制系统设计 500. 解析民用建筑的应急照明 501. 对漏电保护器安全性能的剖析 502. 基于单片机的多功能智能小车设计 503. 电气火灾自动保护型断路器的设计 504. 电力电子技术在绿色照明电路中的应用 505. 单片机的智能电源管理系统 506. 转速闭环控制的直流调速系统的仿真与设计 507. 基于单片机的数字直流调速系统设计 508. 多功能频率计的设计 509. 18信息移频信号的频谱分析和识别 510. 集散管理系统—终端设计 511. 基于MATLAB的数字滤波器优化设计 512. 基于AT89C51SND1C的MP3播放器 513. 基于光纤的汽车CAN总线研究 514. 汽车倒车雷达 515. 基于DSP的电机控制 516. 交流异步电机试验自动采集与控制系统的设计 517. 新型自动装弹机控制系统的研究与开发 518. 直流电机试验自动采集与控制系统的设计 519. 微型机控制一体化监控系统 520. 基于PDIUSBD12和K9F2808简易USB闪存设计 521. 开关电源设计 522. 基于AT89C51的宽范围高精度的电机转速测量系统 523. 基于AT89C51的路灯控制系统设计 524. 点阵式汉字电子显示屏的设计与制作 525. 全数字控制SPWM单相变频器 526. 小功率UPS系统设计 527. 正弦信号发生器电路设计 528. 基于Matlab的多频率FMICW的信号分离及时延信息提取 529. USB接口设备驱动程序的框架设计 530. 单片机大型建筑火灾监控系统 531. 单片机电加热炉温度控制系统 532. 单片机控制单闭环直流电动机的调速控制系统 533. 通用串行总线数据采集卡的设计 534. 全氢罩式退火炉温度控制系统 535. 网络视频监控系统的设计 536. 一氧化碳报警器 537. 基于DSP的短波通信系统设计IIR设计 538. 电压稳定毕业设计 539. 基于ARM的嵌入式web服务器的设计与实现 540. 数字式心电信号发生器硬件设计及波形输出实现 541. 200电话卡代拨器的设计 542. 基于单片机的遥控器的设计 543. 数字电容测量仪的设计 544. 基于MCU温控智能风扇控制系统的设计 545. 红外遥控电子密码锁的设计 546. 水位报警显时控制系统的设计 547. 生产流水线产品产量统计显示系统 548. 数字温度计的设计 549. 基于单片机设计的自动售货机系统设计 550. 基于USB总线的设计与开发 551. 通过USB实现PC间数据传输 552. 超声波特征提取系统 553. 单片机实验教学平台分析 554. 110kv电网继电保护设计 555. 16×16点阵LED电子显示屏的设计 556. 卷扬机及其排绳机构的设计 557. 移动电话接收机功能电路 558. 智能楼宇设计 559. 基于TMS320VC33DSP开发板制作 560. 基于单片机AT89C51的语音温度计的设计 561. 基于单片机的带智能自动化的红外遥控小车 562. 基于FPGA的数字通信系统 563. 基于FPGA和锁相环4046实现波形发生器 564. 单片机呼叫系统的设计 565. 音频多重混响设计 566. 探讨未来通信技术的发展趋势 567. 智能小车自动寻址设计--小车悬挂运动控制系统 568. 湿度传感器单片机检测电路制作 569. 单片机定时闹钟设计 570. 基于单片机的多点温度检测系统 571. 智能火灾报警监测系统 572. 智能立体仓库系统的设计 573. 单片机交通灯控制系统的设计 574. 交流电机型式试验及计算机软件的研究 575. 大功率电器智能识别与用电安全控制器的设计 576. 电流继电器设计 577. 风力发电电能变换装置的研究与设计 578. 基于FPGA的电网基本电量数字测量系统的设计 579. 基于虚拟仪器的电网主要电气参数测试设计 580. 单片机演奏音乐歌曲装置的设计 581. 单片机电铃系统设计 582. 智能电子密码锁设计 583. 八路智能抢答器设计 584. 基于单片机控制音乐门铃 585. 基于单片机控制文字的显示 586. 基于单片机控制发生的数字音乐盒 587. 基于单片机控制动态扫描文字显示系统的设计 588. 基于LMS自适应滤波器的MATLAB实现 589. D功率放大器毕业论文 590. 无线射频识别系统发射接收硬件电路的设计 591. 基于单片机PIC16F877的环境监测系统的设计 592. 基于ADE7758的电能监测系统的设计 593. 智能电话报警器 594. 数字频率计 课程设计 595. 多功能数字钟电路设计 课程设计 596. 基于VHDL数字频率计的设计与仿真 597. 基于单片机的智能电子负载系统设计 598. 电压比较器的模拟与仿真 599. 脉冲变压器设计 600. MATLAB仿真技术及应用 601. 基于单片机的水温控制系统 602. 基于FPGA和单片机的多功能等精度频率计 603. 发电机－变压器组中微型机保护系统 604. 基于单片机的鸡雏恒温孵化器的设计 605. 基于单片机步进电机控制系统设计 606. 多路数据采集系统的设计 607. 电子万年历 608. 基于单片机的数字钟设计 609. 自动存包柜的设计 610. 空调器微电脑控制系统 611. 全自动洗衣机控制器 612. 小功率不间断电源(UPS)中变换器的原理与设计 613. 电力线载波调制解调器毕业设计论文 614. 图书馆照明控制系统设计 615. 基于AC3的虚拟环绕声实现 616. 电视伴音红外转发器的设计 617. 多传感器障碍物检测系统的软件设计 618. 基于单片机的电器遥控器设计 619. 基于单片机的数码录音与播放系统 620. 单片机控制的霓虹灯控制器 621. 电阻炉温度控制系统 622. 智能温度巡检仪的研制 623. 保险箱遥控密码锁 624. 基于蓝牙技术的心电动态监护系统的研究 625. 10KV变电所的电气部分及继电保护 626. 年产26000吨乙醇精馏装置设计 627. 卷扬机自动控制限位控制系统 628. 磁敏传感器水位控制系统 629. 继电器控制两段传输带机电系统 630. 广告灯自动控制系统 631. 基于CFA的二阶滤波器设计 632. 霍尔传感器水位控制系统 633. 全自动车载饮水机 634. 浮球液位传感器水位控制系统 635. 干簧继电器水位控制系统 636. 电接点压力表水位控制系统 637. 低成本智能住宅监控系统的设计 638. 大型发电厂的继电保护配置 639. 直流操作电源监控系统的研究 640. 悬挂运动控制系统 641. 气体泄漏超声检测系统的设计 642. 电压无功补偿综合控制装置 643. FC-TCR型无功补偿装置控制器的设计 644. DSP电机调速 645. 150MHz频段窄带调频无线接收机 646. 数字显示式电子体温计 647. 基于单片机的病床呼叫控制系统 648. 红外测温仪 649. 基于单片微型计算机的测距仪 650. 基于单片微型计算机的多路室内火灾报警器 651. 基于单片微型计算机的语音播出的作息时间控制器 652. 交通信号灯控制电路的设计 653. 信号发生器 654. 智能数字频率计 655. 220kv变电站一次系统设计 656. 110kV降压变电所一次系统设计 657. 51单片机交通灯控制 658. 110KV变电所一次系统设计 659. 函数信号发生器设计论文 660. 单片机控制步进电机毕业设计论文 661. 基于单片机的数字电压表 662. 恒温箱单片机控制 663. 单片机控制的全自动洗衣机毕业设计论文 664. 单片机脉搏测量仪 665. 双闭环直流调速系统设计 666. 基于labVIEW虚拟滤波器的设计与实现 667. 110kV变电站电气主接线设计 668. 红外报警器设计与实现 669. 正弦信号发生器 670. 水电站电气一次及发电机保护 671. 单片机汽车倒车测距仪 672. 基于单片机的自行车测速系统设计 673. 基于MCS51单片机温度控制毕业设计论文 674. 开关稳压电源设计 675. 单片机控制步进电机 毕业设计论文 676. 步进电动机竹竿舞健身娱乐器材 677. 超声波测距仪毕业设计论文 678. 语音电子门锁设计与实现 679. 工厂总降压变电所设计-毕业论文 680. 单片机无线抢答器设计 681. 基于单片机控制直流电机调速系统毕业设计论文 682. 单片机串行通信发射部分毕业设计论文 683. 基于VHDL语言PLD设计的出租车计费系统毕业设计论文 684. 基于单片机的数字显示温度系统毕业设计论文 685. 单片机控制的数控电流源毕业设计论文 686. 声控报警器毕业设计论文 687. 基于单片机的锁相频率合成器毕业设计论文 688. 基于Multism/protel的数字抢答器 689. 单片机智能火灾报警器毕业设计论文 690. 无线多路遥控发射接收系统设计毕业论文 691. 数字频率计毕业设计论文 692. 单片机对玩具小车的智能控制毕业设计论文 693. 基于单片机控制的电机交流调速毕业设计论文 694. 楼宇自动化--毕业设计论文 695. 车辆牌照图像识别算法的实现--毕业设计 696. 超声波测距仪--毕业设计 697. 工厂变电所一次侧电气设计 698. 电子测频仪--毕业设计 699. 点阵电子显示屏--毕业设计 700. 电子电路的电子仿真实验研究 701. 单片机数字钟设计702. 自动起闭光控窗帘毕业设计论文703. 三容液位远程测控系统毕业论文704. 基于Matlab的PWM波形仿真与分析705. 集成功率放大电路的设计706. 波形发生器、频率计和数字电压表设计707. 水位遥测自控系统 毕业论文708. 宽带视频放大电路的设计 毕业设计709. 简易数字存储示波器设计毕业论文710. 球赛计时计分器 毕业设计论文711. IIR数字滤波器的设计毕业论文712. PC机与单片机串行通信毕业论文713. 基于CPLD的低频信号发生器设计毕业论714. 基于51单片机的多路温度采集控制系统715. 仓库温湿度的监测系统716. 基于单片机的电子密码锁717. 单片机控制交通灯系统设计718. 智能抢答器设计719. 基于DSP的IIR数字低通滤波器的设计与实现720. 基于LabVIEW的PC机与单片机串口通信721. DSP设计的IIR数字高通滤波器的设计722. 单片机数字钟设计723. 数字自动打铃系统 724. 激光切割轨道系统的上位机设计 725. 由AT89C51控制的太阳能热水器 726. 单片机歩进电机转速控制器的设计 727. 频率特性测试仪的设计 728. 用集成温度传感器组成测温控制系统 729. 微尺度观测仪的物理原理及应用 730. 低频数字式相位差测量仪的设计 731. 智能开关稳压电源的设计 732. 智能家居系统CAN总线通信模块设计 733. 智能家居系统GPRS通信模块设计 734. 智能家居GUI模块设计 735. 小型风光互补路灯控制器设计 736. 基于MCS-51单片机的高精度数字测相装置的设计737. 基于单片机的火灾自动报警系统 738. 数字显示多路电压设计 739. 智能防盗报警系统设计 740. 数字调频立体收音机 741. 基于单片机的水温控制系统 742. 电子广告牌的设计 743. 电力变压器保护 744. 变电站综合自动化系统研究 745. 智能象棋比赛定时器的设计 746. 基于单片机的电动车跷跷板 747. 艺术彩灯设计 748. 基于单片机的密码锁设计 749. 双输出可调稳压电源的设计 750. 用IC卡实现门禁管理系统 751. 智能消毒柜控制系统 752. 自动太阳光追踪器 753. 基于89C51的点阵屏显示设计 754. 利用AT89C5单片机实现节日彩灯控制 755. 自动温度控制系统 756. 室内温度控制报警器 757. 8751H单片机控制步进电机 758. 高精密多路计时器 759. 小型触摸式防盗报警器 760. 频率特性测试仪设计 761. 出租车计价器 762. 数控直流稳压电源设计 763. 数字电度表--具有远程抄表功能 764. 基于多单片机的数据测控硬件系统的设计 765. 基于MATLAB的他励直流电机虚拟教学实验系统的设计与开发 766. 基于87C196MC交流调速系统主电路硬件的设计与开发 767. 基于80C196MC交流调速系统控制电路的硬件设计与开发 768. 多环教学实验系统模拟电子电路控制模板的设计与开发 769. 双闭环控制系统模拟控制模板设计 770. 双闭环V-M直流调速虚拟实验系统的开发 771. 双闭环PWM直流调速虚拟实验系统的开发 772. 基于8098单片机实现的SPWM变频调速系统 773. 调幅收音机的原理与调试 774. 电力线载波系统 775. 基于单片机的温室电炉的控制系统 776. 基于MCS-51单片机的变色灯控制系统设计与实现 777. 基于单片机的频率计的设计 778. 烤箱温度控制系统 779. 电容测量仪 780. 基于AT89S51单片机的波形发生器设计 781. 简易低频信号发生器 782. 基于单片机的红外遥控开关 783. 发动机电喷内核模型的研究及实践 784. 基于AT89S52的函数信号发生器 785. 智能住宅的功能设计与实现原理研究 786. 基于PIC16F876A单片机的超声波测距仪 787. 基于单片机的呼叫系统的设计 788. 电容测量电路的设计 789. 电压频率变换器 790. 基于单片机的IC卡门禁系统设计 791. 压阻式传感器在压力方面的技术应用 792. 全集成电路高保真扩音机 793. 单片机控制的三相全控桥触发系统设计 794. IC卡智能燃气表的研制 795. 传感器信号模拟电路设计研究 796. 基于C8051F040单片机的智能电导率分析仪 797. 基于MODBUS协议的远程端口控制系统 798. 两路电力线加载信号检测识别系统 799. 单片机的语音存储与重放的研究 800. 基于单片机的电器遥控器的设计 801. 大棚温湿度自动监控系统 802. 基于单片机的红外遥控电子密码锁 803. 大功率红外发射与接收(无线话筒 804. 基于单片机的电子钟设计 805. 传感器电路的噪声及其抗干扰技术研究 806. 基于单片机的红外遥控开关设计 807. 基于单片机的火灾报警器 808. 红外遥控电源开关 809. 扩音电话机的设计 810. 220MW发电机组主变压器常规保护 811. 110kV降压变压器常规保护 812. 降压变压器的继电保护 813. 2×300MW发变组常规保护 814. 基于单片机的低频信号发生器设计 815. 35KV变电所及配电线路的设计 816. 10kV变电所及低压配电系统的设计 817. 6Kv变电所及低压配电系统的设计 818. 多功能充电器的硬件开发 819. 全数字音量控制的功率放大器 820. 全数字控制稳压电源设计 821. 镍镉电池智能充电器的设计 822. 红外线空调智能控制器的设计 823. 110kv变电站电气二次部分设计 824. 基于AT89C51的电话远程控制系统 825. 数字电子秤的设计 826. 基于单片机的数字电子钟设计 827. 湿度传感器在农作物生长环境参数监测仪中的应用 828. 基于单片机的数字频率计的设计 829. 简易数控直流稳压源的设计 830. 基于凌阳单片机的语音实时采集系统设计 831. 简单语音识别算法研究 832. 基于数字温度计的多点温度检测系统 833. 家用可燃气体报警器的设计 834. 基于61单片机的语音识别系统设计 835. 红外遥控密码锁的设计 836. 简易无线对讲机电路设计 837. 基于单片机的数字温度计的设计 838. 甲醛气体浓度检测与报警电路的设计 839. 基于单片机的水温控制系统设计 840. 设施环境中二氧化碳检测电路设计 841. 基于单片机的音乐合成器设计 842. 设施环境中湿度检测电路设计 843. 基于单片机的家用智能总线式开关设计 844. 篮球赛计时记分器 845. 汽车倒车防撞报警器的设计 846. 设施环境中温度测量电路设计 847. 等脉冲频率调制的原理与应用 848. 基于单片机的电加热炉温 849. 病房呼叫系统 850. 单片机打铃系统设计 851. 智能散热器控制器的设计 852. 电子体温计的设计 853. 基于FPGA音频信号处理系统的设计 854. 基于MCS-51数字温度表的设计 855. 基于SPCE061A的语音控制小车设计 856. 基于VHDL的智能交通控制系统 857. 基于VHDL语言的数字密码锁控制电路的设计 858. 基于单片机的超声波测距系统的设计 859. 基于单片机的八路抢答器设计 860. 基于单片机的安全报警器 861. 基于SPCE061A的易燃易爆气体监测仪设计 862. 基于CPLD的LCD显示设计 863. 基于单片机的电话远程控制家用电器系统设计 864. 基于单片机的交通信号灯控制电路设计 865. 单片机的数字温度计设计 866. 基于单片机的可编程多功能电子定时器 867. 基于单片机的空调温度控制器设计 868. 数字人体心率检测仪的设计 869. 基于单片机的室内一氧化碳监测及报警系统的研究 870. 基于单片机的数控稳压电源的设计 871. 原油含水率检测电路设计 872. 基于AVR单片机幅度可调的DDS信号发生器 873. 四路数字抢答器设计 874.单色显示屏的设计875.基于CPLD直流电机控制系统的设计876.基于DDS的频率特性测试仪设计877.基于EDA的计算器的设计878.基于EDA技术的数字电子钟设计879.基于EDA技术的智力竞赛抢答器的设计880.基于FPGA的18路智力竞赛电子抢答器设计881.基于USB接口的数据采集系统设计与实现882.基于单片机的简易智能小车的设计883.基于单片机的脉象信号采集系统设计884.一种斩控式交流电子调压器设计885.通信用开关电源的设计886.鸡舍灯光控制器 887.三相电机的保护控制系统的分析与研究888.信号高精度测频方法设计889.高精度电容电感测量系统设计890.虚拟信号发生器设计和远程实现891.脉冲调宽型伺服放大器的设计892.超声波测距语音提示系统的研究893.电表智能管理装置的设计894.智能物业管理器的设计895.基于虚拟仪器技术的数字滤波及频率测试896.基于无线传输技术的室温控制系统设计----温度控制器软件设计897.基于计算机视觉的构件表面缺陷特征提取898.基于无线传输技术的室温控制系统设计----温度控制器硬件设计899.基于微控制器的电容器储能放电系统设计890.基于单片机的语音提示测温系统的研究891.基于单片机的数字钟设计892.基于单片机的数字电压表的设计893.基于单片机的交流调功器设计894.基于SPI通信方式的多道信号采集器设计895.基于LabVIEW的虚拟频谱分析仪的设计896.功率因数校正器的设计897.全自动电压表的设计898.基于Labview的虚拟数字钟设计899.温度箱模拟控制系统900.水塔智能水位控制系统901.基于单片机的全自动洗衣机902.数字流量计903.简易无线电遥控系统 904.基于单片机的步进电机的控制905.基于AT89S51单片机的数字电子时钟906.基于51单片机的LED点阵显示屏系统的设计与实现 907.超声波测距仪的设计 908.简易数字电压表的设计 909.虚拟信号发生器设计及远程实现 910.智能物业管理器的设计911.信号高精度测频方法设计912.三相电机的保护控制系统的分析与研究 913.温度监控系统设计914.数字式温度计的设计 915.全自动节水灌溉系统--硬件部分916.电子时钟的设计一定会让你满意的 QQ 136 ..........................................后面接着输入....... 775..........................................后面接着输入....... 125 (3行连着输入就是我的QQ)
注意各级间的阻抗匹配，另就是各级单独的偏流工作点要合适。
程控放大器(ad603)2007-09-04 19:30本设计由三个模块电路构成:前级放大电路(带AGC部分)、后级放大电路和单片机显示与控制模块。在前级放大电路中,用宽带运算放大器AD603两级级联放大输入信号,输出放大一定倍数的电压,经过后级放大电路达到大于8V的有效值输出。ADUC812的单片机显示、控制和数据处理模块除可以程控调节放大器的增益外,还可以实时显示输出电压有效值。 本设计采用高级压控增益器件,进行合理的级联和阻抗匹配,加入后级负反馈互补输出级,全面提高了增益带宽积和输出电压幅度。应用单片机和数字信号处理技术对增益进行预置和控制,AGC稳定性好,可控范围大,完成了题目的所有基本和发挥要求。 方案论证与比较 1.可控增益放大器部分 方案一 简单的放大电路可以由三极管搭接的放大电路实现,图1为分立元件放大器电路图。为了满足增益60dB的要求,可以采用多级放大电路实现。对电路输出用二极管检波产生反馈电压调节前级电路实现自动增益的调节。本方案由于大量采用分立元件,如三极管等,电路比较复杂,工作点难于调整,尤其增益的定量调节非常困难。此外,由于采用多级放大,电路稳定性差,容易产生自激现象。 方案二 为了易于实现最大60dB增益的调节,可以采用D/A芯片AD7520的电阻权网络改变反馈电压进而控制电路增益。又考虑到AD7520是一种廉价型的10位D/A转换芯片,其输出Vout=Dn×Vref/210,其中Dn为10位数字量输入的二进制值,可满足210=1024挡增益调节,满足题目的精度要求。它由CMOS电流开关和梯形电阻网络构成,具有结构简单、精确度高、体积小、控制方便、外围布线简化等特点,故可以采用AD7520来实现信号的程控衰减。但由于AD7520对输入参考电压Vref有一定幅度要求,为使输入信号在mV～V每一数量级都有较精确的增益,最好使信号在到达AD7520前经过一个适应性的幅度放大调整,再通过AD7520衰减后进行相应的后级放大,并使前后级增益积为1024,与AD7520的衰减分母抵消,即可实现程控放大。但AD7520对输入范围有要求,具体实现起来比较复杂,而且转化非线性误差大,带宽只有几kHz,不能满足频带要求。 方案三 根据题目对放大电路的增益可控的要求,考虑直接选取可调增益的运放实现,如运放AD603。其内部由R-2R梯形电阻网络和固定增益放大器构成,加在其梯型网络输入端的信号经衰减后,由固定增益放大器输出,衰减量是由加在增益控制接口的参考电压决定;而这个参考电压可通过单片机进行运算并控制D/A芯片输出控制电压得来,从而实现较精确的数控。此外AD603能提供由直流到30MHz以上的工作带宽,单级实际工作时可提供超过20dB的增益,两级级联后即可得到40dB以上的增益,通过后级放大器放大输出,在高频时也可提供超过60dB的增益。这种方法的优点是电路集成度高、条理较清晰、控制方便、易于数字化用单片机处理。 2.后级固定增益部分 由两片AD603级联构成的前级放大电路,对不同大小的输入信号进行前级放大。由于AD603的最大输出电压较小,不能满足题目要求,所以前级放大信号需经过后级放大达到更高的输出有效值。 方案一 使用集成电路芯片。使用集成电路芯片电路简单、使用方便、性能稳定、有详细的文档说明。可是题目要求输出6V以上有效值,而在电子市场很难买到这样的芯片,而我们买到的如AD811,HA-2539 等芯片,虽然输出电压幅度能满足要求,但是很容易发生工作不稳定的情况。 方案二 使用分立元件自行搭建后级放大器。使用分立元件设计困难,调试繁琐,可是却可以经过计算得到最合适的输入输出阻抗、放大倍数等参数,电阻电容可根据需要更换,在此时看来较集成电路灵活。因此,我们决定自行设计后级放大器。 系统设计 1.总体设计思路 根据题目的要求,结合考虑过的各种方案,我们认真取舍,充分利用模拟和数字系统各自的优点,发挥其优势,采用单片机预置和控制放大器增益的方法,大大提高了系统的精度和可控性;后级放大器使用由分立元件设计的推挽互补输出放大器,提高了输出电压有效值。我们使信号都在单片机的数字算法控制下得到最合理的前级放大,使其放大倍数精确。图2所示即为本系统原理框图。 输入信号通过前级可控增益放大,放大倍数由单片机通过D/A转换提供的电压控制。AD603的Vg(=V1-V2)根据公式:增益GAIN=40×Vg+20(dB)来设定,而在AGC模式下,此控制电压Vg是由AGC电路的反馈电压得到,不受单片机控制。经过前级放大后的信号最后经过后级放大得到需要的输出信号,前级和后级增益的搭配,都是经过精确的测量和计算的。输出电压经峰值检波电路得到,反馈到单片机,经运算和线性补偿得到有效值,同时单片机推动数码管显示出来。 2.主要电路原理分析 (1)直流稳压电源 本电源采用桥式全波整流、大电容滤波、三端稳压器件稳压的方法,产生各种直流电压,如正负15V,正负5V等都可以买到相应的固定输出的三端稳压芯片,如LM7815、LM7805。而电子市场上没有我们要求的前级和后级放大器所需要的+10V和+30V固定输出的三端稳压器件,所以我们采用LM317T可变输出的稳压芯片,典型电路图如图3。 交流输入经过电容滤波后的稳定的直流电送到三端稳压集成电路LM317T的Vin端。LM317T是这样工作的:由Vin端给它提供工作电压以后,它便可以保持其+Vout端比其ADJ端的电压高。因此,我们只需用极小的电流来调整ADJ端的电压,便可在+Vout端得到比较大的电流输出,并且电压比ADJ端高出恒定的。 在LM317T的ADJ端加一个接地的滤波电容,会使纹波抑制比大幅度地提高,给高频小信号运算放大器提供非常稳定的电源。二极管的作用是当有意外情况使得LM317T的输入电压比输出电压还低的时候防止从输入端上有电流倒灌入LM317T引起其损坏。其电源电路见本刊网站。 (2)前级放大器和AGC AD603为单通道、低噪声、增益变化范围连续可调的可控增益放大器。带宽90MHz时增益变化范围为-11～+3ldB;带宽为9MHz时为9～51dB。增益变化范围可分三种模式进行控制:当 5脚与7脚断开时,增益变化范围为9～51dB,当5脚与7脚短接时,增益变化范因为-11～+3ldB,当5脚与7脚之间接一电阻时,可使增益变化范围进行平移。 AD603的简化原理框图如图4所示,它由无源输入衰减器、增益控制界面和固定增益放大器三部分组成。图中加在梯型网络输入端(VINP)的信号经衰减后,由固定增益放大器输出,衰减量是由加在增益控制接口的电压决定。增益的调整与其自身电压值无关,而仅与其差值Vg有关,由于控制电压GPOS/GNEG端的输入电阻高达50MΩ,因而输入电流很小,致使片内控制电路对提供增益控制电压的外电路影响减小。以上特点很适合构成程控增益放大器。为了增大控制范围,我们采取两级AD603级联的方法,如图5所示。 使用AD603制作前置放大器时,主要考虑了共模干扰问题。前置放大器采用单端输入方式,这时要求运算放大器的另一个输入端与信号输入端阻抗平衡,否则在相位相同的电磁干扰情况下,将产生共模信号输出。 AD603输入阻抗为100Ω,低的输入阻抗将带来如功率、阻抗匹配等若干问题,因此我们在输入前级用三极管搭设了射极跟随器,用以提高输入阻抗。根据公式:Rin≈βRe,我们取β=150的高频三极管,取Re=1kΩ,使输入阻抗大于150kΩ。 有时由于接收环境的不同、外界干扰的影响,接收到信号的强弱可能变化很大。特别是传输图像信号时,由于频带宽、电磁干扰严重,不可能无畸变地远距离传输。当信号较弱时,图像的对比度变小,清晰度差且同步不稳定,无法成像;当信号较强时,会使后级接收端放大器进入饱和区和截止区,导致信号严重失真,而且还会将同步脉冲切割掉,得不到良好的图像。 为了较好地解决这个问题,可使用自动增益控制电路,即AGC电路。它取出放大器输出的峰值作为增益的控制电压,使最终输出的电压信号保持在某一峰峰值之间,输出较稳定的视频信号。 在图5中,两级AD603可构成具有自动增益控制的放大电路,图中由2N3904和R7组成一个检波器,用于检测输出信号幅度的变化。由C11形成自动增益控制电压Vagc,流进电容C11的电流为2N3906和2N3904两管的集电极电流之差,而且其大小随第二级AD603输出信号的幅度大小变化而变化,这使得加在两级放大器1脚的自动增益控制电压Vagc随输出信号幅度变化而变化,从而达到自动调整放大器增益的目的。 为了去除50Hz工频干扰和其它低频干扰,我们在两级AD603中作了巧妙的处理,级间加入的串联电容可以与AD603的输入阻抗形成一个高通滤波器,转折频率为1/2πRC,其中R为AD603的输入阻抗100Ω,C为典型的104磁片电容,得结果约15kHz,经测试正好满足衰减3dB起始点为10kHz,从20kHz开始幅频特性曲线平坦的要求。 (3)手动增益预置和控制的实现 开环增益手动控制的基本思路是由单片机数字程控,经D/A转换产生控制输出电压,加到图5中两块AD603的1脚来控制。我们本想利用ADUC812单片机自带的D/A转换功能,但经实践发现其D/A输出很不稳定,难以滤除,而控制电压要求纹波非常小,否则就会给输出信号带来很大噪声。故我们改变了设计,考虑使用电阻网络AD7520进行控制,其原理如图6所示。单片机通过74LS373给AD7520赋值,电阻R0用于调节AD7520的参考电压,从而由AMP1得到D/A结果,再由AMP2幅度搬移至前放所需的控制电压～+之间,提供给AD603。 (4)后级放大原理 图7为后级放大电路图,它是PSPICE 电路仿真时候的电路图, 可见本电路是一个典型的单电源供电的对称互补电路。三极管选用的是B649A和D669A高频孪生对管,T1、T2组成前置放大级,T3、T4组成对称输出级。在输入信号为0时,调整R1的阻值,可以供给三极管适当的偏置,从而使R9和R10间的电位为Vcc/2。 静态时,通常输出点电位为Vcc/2,为了保证电路工作点的稳定性,我们使用R9、R10和C5将输出端和T1、T2输入端相连,以引入负反馈。 晶体管的ft在很大程度上决定了放大器的带宽。因为有源负载的频率特性和噪声特性较差,因此我们在电路中采用电阻做负载。使用分立元件制作后级放大器时,在指标允许的情况下,我们尽量降低输入阻抗,以减少空间辐射带来的干扰。 (5)峰值检波电路 图8为峰值检波电路。峰值检波有两种方案,第一种是使用AD637。 AD637真有效值检测器将输出的交流信号取样回来转换为直流,经过单片机的A/D转换后,显示在数码管上。输入电压不大的时候,AD637尚可正常工作;但是,当输出为最大到8V有效值的电压时,AD637工作将不正常,并且,随着频率的不同,AD637的工作状态会有所不同,所以不宜使用。另一种方案是,取样回来的输出电压经过二极管和电容进行峰值检波,并经过高精度运算放大器进行衰减和保持后输入A/D转换器转换为数字信号进行显示,这样精度可以得到保证,不过会有一定的管压降,使用检波用肖特基二极管大概会有压降,完全可以通过单片机进行显示上的补偿。 (6)单片机系统 单片机是整个放大器控制的核心部分,它主要完成以下功能:接收用户按键信息以控制增益;接收峰值检波电路的反馈电压以计算有效值;对AD603的增益控制电压进行控制。程序流程图如图9所示。各个功能由不同的模块实现: 键盘检测模块 记录用户对键盘的操作,将设定的增益数值记录下来。 控制电压模块 根据用户对增益的设置,查表得到对D/A转换器的控制字串,输出给D/A转换器以产生精确的控制电压。 有效值模块 由于输入输出是标准的正弦信号,峰值检波电压值根据经验公式Vmax=√2Vrms计算,并经过线性修正得到有效值,经测试显示误差不超过。 显示模块 按用户需要将预置增益值或者有效值显现在数码管上。 总 结 通过对输入输出、频带、增益、AGC等各方面的测试,我们得到了如附表所列的性能。 专家点评:作品包括模拟和数字两大部分,采用集成电路与分立元器件结合的方案,集中了各自优势,收到设计简单、性能优良、实现较容易等效果。其中模拟前端由两块高性能集成宽带、低噪声可变增益放大器AD603级联而成,负责信号放大并与单片机电路配合实现了增益控制;后级功率输出模块采用分立元器件构成,得到较高的输出电压范围;系统控制模块以ADUC812单片机为主,可完成增益设定、电压有效值计算和相关信息显示等功能。 系统采用电压反馈控制方式实现了自动增益控制,AGC范围较宽。设计与制作中利用数模隔离、电源隔离、滤波和去耦等技术,以及PCB板合理布线、级间阻抗匹配和软件算法误差补偿等措施,有效减少了噪声和干扰的影响,同时提高了系统的稳定性。 设计方案论证充分,各级电路参数确定、阻抗匹配设计合理;系统完成的功能完备,增益、带宽等主要指标均达到题目的要求。 设计中还应进一步注意高频放大器增益与带宽之间的关系,从题目要求出发,二者兼顾,以获取更好的带宽性能。 点评专家 刘开华,天津大学电子信息工程学院教授,全国大学生电子设计竞赛专家组成员。
三极管的工作状态与应用论文【1】
摘 要：半导体三极管是电子电路的重要元件，它在不同的外部条件下表现出不同的工作状态，从而具有多种不同的功能，因此得到了广泛的应用。
本文主要阐述了三极管的工作状态及其在不同状态下的应用。
关键词：三极管 工作状态 应用
半导体三极管是电子电路的重要元件，它在不同的外部条件下表现出不同的工作状态，从而具有多种不同的功能，因此得到了广泛的应用。
1 三极管的工作状态
三极管在电路中一般表现出三种工作状态：截止状态、放大状态和饱和状态。
截止状态
当加在三极管发射结的电压小于PN结的导通电压时，基极电流为零，三极管处于截止状态。
实际上为了使三极管可靠地截止，常使UBE≤0，此时发射结和集电结均处于反向偏置状态，[1]集电极和发射极之间相当于开关的断开状态。
放大状态
当三极管的发射结正向偏置，且加在发射结的电压大于PN结的导通电压，集电结反向偏置时，三极管处于放大状态。
这时基极电流的微小变化，会引起集电极电流的较大变化，三极管具有电流放大作用。
饱和状态
当三极管的发射结正向偏置，且加在发射结的电压大于PN结的导通电压，集电结也正向偏置时，三极管处于饱和状态。
这时基极电流较大，集电极电流也较大，但集电极电流不再随着基极电流的变化而变化，三极管失去电流放大作用，集电极与发射极之间的电压很小，相当于开关的导通状态。
2 三极管不同状态下的应用
三极管放大状态下的应用
三极管处于放大状态时具有电流放大作用，利用这一特点，三极管常用在模拟放大电路中。
三极管对小信号实现放大作用时，基本放大电路有三种不同的连接方式：共发射极接法、共基极接法和共集电极接法。
在共发射极接法中，常用的放大电路有固定式偏置电路、分压式偏置电路和带有射极电阻的固定式偏置电路。
固定式偏置电路静态工作点不太稳定，受温度的影响，输出信号容易产生失真，故在实际中常采用分压式偏置电路以稳定静态工作点。
电路如图1所示。
共发射极接法放大电路因其电压放大倍数比较高，而得到广泛的应用，在多级放大电路中，多用作中间级。
在共集电极接法中，负载接在发射极，输出电压从发射极输出，因此，叫射极输出器。
因输出电压与输入电压同相，输出信号跟随输入信号的变化而变化，因此，射极输出器又称为射极跟随器或电压跟随器。
射极跟随器的电压放大倍数略小于1，没有电压放大作用，但有一定的电流放大作用和功率放大作用。
在多级放大电路中，射极输出器作为输入级可减轻信号源的负担，作为输出级可提高放大电路的带负载能力，作为中间级起阻抗变换作用，使前后级共发射极放大电路阻抗匹配，实现信号的最大功率传输。[2]
在共基极接法中，交流信号从发射极输入，从集电极输出。
该电路没有电流放大作用，但具有电压放大作用，而且其频率特性比较好，一般多用于高频或宽频带放大电路及恒流源电路。
三极管截止和饱和状态下的应用
三极管处于截止状态时相当于开关的断开状态，处于饱和状态时相当于开关的导通状态，利用这种开关特性，三极管常用在数字电路中。
在稳定状态下，三极管只能工作在饱和区或截止区，它的输出端要么处于高电位，要么处于低电位，即要么有信号输出，要么无信号输出。
实际应用时，由于三极管需要频繁地在断开和闭合状态之间进行切换，因此为了提高开关速度，常使三极管工作在浅饱和区状态。
三极管的开关特性常见的具体应用有：用于彩色电视机、通信设备的开关电源;用于驱动电路，驱动发光二极管、蜂鸣器、继电器等器件;用于彩色电视机行输出管;用于开关电路、高频振荡电路、模数转换电路、脉冲电路、低频功率放大电路、电流调整等;在冶金、机械、纺织等工业自动控制系统中，光电开关可作指示信号，指示加工工件是否存在或存在的位置。[3]
开关三极管因其寿命长、安全可靠、没有机械磨损、开关速度快、体积小等特点，得到越来越广泛的应用。
掌握了三极管的各种工作状态，了解了三极管的基本应用，在分析和设计更复杂电路时，就能灵活运用。
参考文献
[1] 袁明文，谢广坤.电子技术[M].哈尔滨：哈尔滨工业大学出版社，2013：11.
[2] 李仁华，冯�.电子技术[M].北京：北京理工大学出版社，2010：44.
[3] 于敏，李闽.三极管开关特性探讨[J].硅谷，2012(1)：24.
晶体三极管在不同工作状态下的应用【2】
【摘 要】本文提出了晶体三极管的在不同工作状态下的分类和特性，并指出如何根据晶体三极管的不同工作状态时的作用进行实际应用，从而增强学生对晶体三极管的工作状态的了解，提高学生分析和解决问题的能力。
【关键词】非线性器件;导通角;正向偏置;反向偏置
1.引言
晶体三极管是电子电路中非常重要的元器件，每一种电子电路几乎都离不开它。
它是一种非线性器件，在不同的外部条件下会呈现出不同的工作状态。
在实际应用时，可根据它的不同工作状态应用到不同的电子电路中，从而有效地发挥它的作用。
为了更好地在电路中发挥晶体三极管的作用就要掌握不同工作状态下它的分类和特性，这样不但有利于很好地应用晶体三极管，而且有利于学习和掌握电路的基本知识，这样在分析和设计电路时就会得心应手，避免出现错误。
2.晶体三极管在不同工作状态下的分类
晶体三极管是有源器件，它在电路中工作时，要在它发射结和集电结施加不同的偏置电压。
而根据它的基极和集电极偏置电压的不同，晶体三极管呈现不同的工作状态。
此时可把晶体三极管的工作状态划分成不同的区域。
即如果发射结正向偏置、集电结反向偏置，晶体三极管工作在放大区;如果发射结正向偏置、集电结正向偏置，晶体三极管工作在饱和区，如果发射结反向偏置或零偏、集电结反向偏置，晶体三极管工作在截止区。
晶体三极管工作在饱和区和放大区时都说明它是导通的，放大器在信号的一个周期内的导通情况可用导通角来衡量。
放大器的导通角用θ来表示，定义为晶体三极管一个信号周期内导通时间乘以角频率ω的一半。
根据放大器导通角的不同可晶体三极管放大器分为甲类、乙类、丙类、丁类等放大器。
3.各类放大器的特性和应用
甲类放大器
当晶体三极管放大器的静态工作点设置在放大区时，即发射结正向偏置、集电结反向偏置时，放大器工作在放大状态。
此时，在输入信号的整个周期内，晶体三极管都是导通的`，导通角θ为1800，此时晶体三极管放大器称为甲类放大器。
其工作波形如图a所示。
它的工作特性是：静态工作点电流比较大，非线性失真小、管耗大、效率低、输出功率小。
甲类放大器有电压放大的作用，可应用到电压放大和小功率放大电路中。
另外由于它的失真小，所以在宽带功率放大器中，晶体三极管也工作在甲类状态，但由于它的效率低、输出功率小，不能满足功率放大器对输出功率的要求，所以常采用功率合成技术，实现多个功率放大器的联合工作，获得大功率的输出。
乙类放大器
当晶体三极管放大器的静态工作点设置在截止区时，如果信号为正时三极管导通，信号为负时三极管截止。
即三极管在信号的半个周期导通，导通角θ为900，此时放大器为乙类放大器，它放大的信号缺少半个周期，是失真的。
但是在乙类互补推挽放大电路中，用两个互补的三极管轮流推挽导通就可以弥补这种失真的不足，从而输出完整的信号波形，电路如图b所示。
乙类放大器由于管耗小，效率大大提高。
甲乙类放大器
在实际功率放大电路中，由于晶体三级管发射结存在导通压降，所以在乙类互补功率放大器中，由于V1、V2管没有基极偏流，静态时两个管的发射结偏置电压为零。
当输入信号小于晶体管的死区电压时，管子仍处于截止状态。
因此，在输入信号的一个周期内，两个晶体三极管轮流导通时形成的基极电流波形在过零点附近一个区域内出现失真。
即在两管输出波形的交接处存在失真，这种失真称为“交越”失真。
这时需要在两个晶体三极管的基极加上等于发射结导通压降的电压，使两个晶体三极管均处在微导通状态，两管轮流导通时，交替得比较平滑，这样就消除了交越失真。
电路如图c所示。
丙类放大器
当导通角θ小于900时，晶体三极管放大器称为丙类放大器。
丙类放大器又因工作状态的不同可分为欠压、临界和饱和三种工作状态。
当放大器工作在放大区和截止区时为欠压状态，如果晶体三极管工作刚好不进入饱和区时，则称为临界工作状态。
晶体三极管工作进入饱和区时为过压状态。
三种状态时集电极输出的波形分别为尖顶余弦脉冲、略微平缓的余弦脉冲和顶端凹陷的余弦脉冲。
由于这几种余弦脉冲都可以分解出基波分量和各次谐波分量，又由于谐振回路具有滤波作用，晶体三极管放大器的输出电压仍为没有失真的余弦波形。
所以丙类放大器可和谐振回路共同构成丙类谐振功率放大器或丙类倍频器。
丙类放大器工作在欠压状态时，放大器输出功率小，管耗大，效率低。
工作在过压状态时，放大器输出功率较大，管耗小，效率高。
工作在临界状态时，放大器输出功率大，管耗小，效率高。
丁类放大器
丙类放大器可以通过减小电流导通角θ来提高放大器的效率，但是为了让输出功率符合要求又不使输入激励电压太大，导通θ就不能太小，因而放大器效率的提高就受到了限制。
丁类放大器的导通角也是900，但是丁类放大器工作在饱和或截止状态。
由于三极管工作在饱和状态时集电极电流ic最大，但集电极和发射极之间的电压uce最小。
三极管工作在截止状态时集电极电流ic最小，但集电极和发射极之间的电压uce最大。
所以丁类放大器在工作时，ic和uce的乘积最小，理想情况下它们的乘积可接近于零。
在积分区间不变时，即导通角θ不变时，ic和uce的乘积越小，晶体管集电极的耗散功率起小，晶体管放大器集电极的效率就越高，输出功率就越大。
因此，在这两种状态时集电极损耗很小，三极管的效率高，即丁类放大器的效率比丙类放大器要高。
振荡电路中的放大器
晶体三极管放大器在具体电路中应用时，可以不单单间工作在一种工作状态。
有时会根据电路的要求，在设计时，当电路中的输入信号发生变化时，放大器的工作状态也发生变化，从而满足电路的实际要示。
比如在振荡电路中，起振时，电路工作于小信号状态，即三极管工作在甲类状态，因此可将振荡电路作为线性电路来处理，用小信号等效电路求出振荡环路的传输系数。
随着振荡幅度的增大，输入信号的幅度也越来越大，放大器的工作由线性状态进入非线性状态，再加上电路中偏置电路的自给偏压效应，使得晶体管的基极偏置电压随着输入信号的增大而减小，这样使三极管的工作状态进入乙类或丙类非线性工作状态，相应的放大倍数随之减小，直到振荡进入平衡状态。
在振荡电路的起振到平衡的过程中，电路由小信号工作到大信号工作，放大器的工作状态也由甲类、乙类过渡到丙类，从而满足了振荡电路对放大器的要求。
这正是放大器各种工作状态的很好的应用。
4.结束语
总之随着放大器的进一步研究和应用，其分类也越来越多，应用也越来越广泛。
现在又出现了效率比丁类放大器还高的戊类放大器。
在实际电路中，要根据电路对放大器的要求来选用放大器的不同状态。
比如电压放大时要求电压放大倍数要高，就要选用电压放大器。
功率放大时就要选择功率放大倍数高的功率放大器。
在输入信号频率不同时，还要考虑电路中的参数与信号频率的关系。
只有掌握了放大器的各类状态，才能很好地把知识应用到实际电路中。
参考文献：
[1]胡宴如.模拟电子技术基础[M].高等教育出版社，2004：95-97.
[2]胡宴如.高频电子线路[M].高等教育出版社，2004：35-37，65-66.
以共射放大电路为例，如果静态工作点靠上，导致id过大，产生饱和失真。靠下，Ude过大，截止失真。总结下，交流状态的基础前提就是直流状态，做题也是先是静态分析即直流分析，然后再动态分析，即交流分析
原因1：晶体管单管放大电路实验中同时出现饱和失真又出现截止失真说明静态工作点设置没问题，问题是输入信号太大或者工作电压太低。
原因2：以共射放大电路为例，如果静态工作点靠上，导致id过大，产生饱和失真。靠下，Ude过大，截止失真。总结下，交流状态的基础前提就是直流状态，做题也是先是静态分析即直流分析，然后再动态分析，即交流分析。
扩展资料：
晶体管的工作状态（或工作模式）有放大状态、截止状态、饱和状态和反向放大状态四种·放大状态就是输出电流与输入电流或者与输入电压成正比的一种工作状态。在输出伏安特性曲线上，大状态所处的范围对于BJT和FET有所不同。
(1)对于BJT：
BJT的放大状态就是发射结正偏、集电结反偏的一种工作状态。因为BJT是电流控制的器件，故放大状态的输出电流与输入电流成正比。放大性能用电流放大系数表示（共基极组态是α和共发射极组态是β）。对于共基极组态有：Ic=α Ie；对于共发射极组态有：Ic=β Ib。
对于共发射极组态的BJT，即使输入端（基极）开路，由于仍然保持为发射结正偏、集电结反偏，故也同样具有放大作用，即可把集电结反向饱和电流Ibco放大成βIbco、而输出所谓较大的穿透电流Ieco=Ibco+β Ibco=(1+β)Ibco。
并且，只要是发射结正偏，即使集电结0偏，BJT也仍然处于放大状态。因为集电结中本来就存在较强的内建电场，反偏的效果只不过是增强其中的电场而已，并不改变集电结收集载流子的能力，所以在发射结正偏、集电结0偏时也具有放大作用。
自然，当集电结电压稍微变为正偏时，BJT即转变为饱和状态了（输出电流不再与输入电流成正比）；因此，发射结正偏、集电结0偏的状态又称为临界饱和状态。
此外，在发射结0偏（即发射极-基极短路）、集电结反偏时，晶体管同样处于放大状态，只不过这时被放大的电流是集电结反向饱和电流Ibco的一部分，所以输出电流很小（小于Ieco，大于Ibco）。
BJT的放大性能，也可以采用所谓跨导gm来表示。因为gm=dIc/dVeb≈dIe/dVeb，所以BJT的跨导实际上也就近似为BJT的输入电导；
而BJT的输入电导很大（≈qIe/kT），而且与输出电流成正比，故BJT具有很大的跨导，这一点对于BJT的模拟应用，远优于场效应晶体管，具有重要的价值。
(2)对于FET（包括JFET和MOSFET等）：
因为FET是依靠沟道中的多数载流子来工作的器件，因此，只要是存在沟道，就具有放大作用。在有沟道、并且沟道又没有被夹断的状态（即为线性工作状态），是一种放大工作模式；同时在有沟道、并且沟道又被夹断了的状态（即为饱和工作状态），也是一种放大工作模式。
因为FET是电压控制的器件，故放大状态的输出电流与输入电压成正比。放大性能用所谓栅极跨导（等于输出电流对栅极电压的微分）表示。
由于饱和放大状态工作的跨导最大（大于线性的放大工作模式），所以常常采用饱和模式来放大；在输出伏安特性曲线上也就是选用电流饱和的区域。
因为FET的输出电流与输入电压（栅极电压）是抛物线关系，不像BJT那样是指数函数关系，所以FET的跨导要小于BJT的跨导。
从这一点来看，FET将不利于模拟应用；不过，对于MOSFET及其IC来说，由于Si平面工艺的优越性，使得FET也同样在模拟领域中被大量应用（特别是CMOS模拟电路的发展势头很好）。
参考资料来源：百度百科-晶体管放大状态
整流电路广泛应用于工业中。它可按照以下几种方法分类：1.按组成的器件可分为不可控、半控、全控三种；2.按电路结构可分为桥式电路和零式电路；3.按交流输入相数分为单相电路和多相电路；4.按变压器二次侧电流的方向是单向或双向，又分为单拍电路和双拍电路。一般当整流负载容量较大，或要求直流电压脉动较小时，应采用三相整流电路。三相可控整流电路中，最基本的是三相半波可控整流电路，应用最为广泛的是三相桥式全控整流电路、以及双反星形可控整流电路等。二．方案的经济论证三相可控整流电路的控制量可以很大，输出电压脉动较小，易滤波，控制滞后时间短，因此在工业中几乎都是采用三相可控整流电路。在电子设备中有时也会遇到功率较大的电源，例如几百瓦甚至超过1—2kw的电源，这时为了提高变压器的利用率，减小波纹系数，也常采用三相整流电路。另外由于三相半波可控整流电路的主要缺点在于其变压器二次侧电流中含有直流分量，为此在应用中较少。而采用三相桥式全控整流电路，可以有效的避免直流磁化作用。虽然三相桥式全控整流电路的晶闸管的数目比三相半波可控整流电路的少，但是三相桥式全控整流电路的输出电流波形便得平直，当电感足够大时，负载电流波形可以近似为一条水平线。在实际应用中，特别是小功率场合，较多采用单相可控整流电路。当功率超过4KW时，考虑到三相负载的平衡，因而采用三相桥式全控整流电路。三．整流器件的选择及型号的确定晶闸管SCR为双极型器件，它具有电子和空穴两种载流子的导电功能。晶闸管正常工作时的特性为：（1）当晶闸管承受反向电压时，不论门极是否有触发电流，晶闸管都不会导通。
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[电气工程及其自动化]基于内模控制三相三电平PWM整流器不平衡控制策略的研究
摘要
电网不平衡时,基于电网平衡为约束条件设计的三相三电平电压型PWM整流器（以下简称三相VSR）将出现不正
液压伺服系统设计 液压伺服系统设计 在液压伺服系统中采用液压伺服阀作为输入信号的转换与放大元件。液压伺服系统能以小功率的电信号输入，控制大功率的液压能（流量与压力）输出，并能获得很高的控制精度和很快的响应速度。位置控制、速度控制、力控制三类液压伺服系统一般的设计步骤如下： 1）明确设计要求：充分了解设计任务提出的工艺、结构及时系统各项性能的要求，并应详细分析负载条件。 2）拟定控制方案，画出系统原理图。 3）静态计算：确定动力元件参数，选择反馈元件及其它电气元件。 4）动态计算：确定系统的传递函数，绘制开环波德图，分析稳定性，计算动态性能指标。 5）校核精度和性能指标，选择校正方式和设计校正元件。 6）选择液压能源及相应的附属元件。 7）完成执行元件及液压能源施工设计。 本章的内容主要是依照上述设计步骤，进一步说明液压伺服系统的设计原则和介绍具体设计计算方法。由于位置控制系统是最基本和应用最广的系统，所以介绍将以阀控液压缸位置系统为主。 全面理解设计要求 全面了解被控对象 液压伺服控制系统是被控对象—主机的一个组成部分，它必须满足主机在工艺上和结构上对其提出的要求。例如轧钢机液压压下位置控制系统，除了应能够承受最大轧制负载，满足轧钢机轧辊辊缝调节最大行程，调节速度和控制精度等要求外，执行机构—压下液压缸在外形尺寸上还受轧钢机牌坊窗口尺寸的约束，结构上还必须保证满足更换轧辊方便等要求。要设计一个好的控制系统，必须充分重视这些问题的解决。所以设计师应全面了解被控对象的工况，并综合运用电气、机械、液压、工艺等方面的理论知识，使设计的控制系统满足被控对象的各项要求。 明角设计系统的性能要求 1）被控对象的物理量：位置、速度或是力。 2）静态极限：最大行程、最大速度、最大力或力矩、最大功率。 3）要求的控制精度：由给定信号、负载力、干扰信号、伺服阀及电控系统零飘、非线性环节（如摩擦力、死区等）以及传感器引起的系统误差，定位精度，分辨率以及允许的飘移量等。 4）动态特性：相对稳定性可用相位裕量和增益裕量、谐振峰值和超调量等来规定，响应的快速性可用载止频率或阶跃响应的上升时间和调整时间来规定； 5）工作环境：主机的工作温度、工作介质的冷却、振动与冲击、电气的噪声干扰以及相应的耐高温、防水防腐蚀、防振等要求； 6）特殊要求；设备重量、安全保护、工作的可靠性以及其它工艺要求。 负载特性分析 正确确定系统的外负载是设计控制系统的一个基本问题。它直接影响系统的组成和动力元件参数的选择，所以分析负载特性应尽量反映客观实际。液压伺服系统的负载类型有惯性负载、弹性负载、粘性负载、各种摩擦负载（如静摩擦、动摩擦等）以及重力和其它不随时间、位置等参数变化的恒值负载等。 拟定控制方案、绘制系统原理图 在全面了解设计要求之后，可根据不同的控制对象，按表6所列的基本类型选定控制方案并拟定控制系统的方块图。如对直线位置控制系统一般采用阀控液压缸的方案，方块图如图36所示。图36 阀控液压缸位置控制系统方块图表6 液压伺服系统控制方式的基本类型伺服系统 控制信号 控制参数 运动类型 元件组成机液电液气液电气液 模拟量数字量位移量 位置、速度、加速度、力、力矩、压力 直线运动摆动运动旋转运动 1.阀控制：阀-液压缸，阀-液压马达2.容积控制：变量泵-液压缸；变量泵-液压马达；阀-液压缸-变量泵-液压马达3.其它：步近式力矩马达 动力元件参数选择 动力元件是伺服系统的关键元件。它的一个主要作用是在整个工作循环中使负载按要求的速度运动。其次，它的主要性能参数能满足整个系统所要求的动态特性。此外，动力元件参数的选择还必须考虑与负载参数的最佳匹配，以保证系统的功耗最小，效率高。 动力元件的主要参数包括系统的供油压力、液压缸的有效面积（或液压马达排量）、伺服阀的流量。当选定液压马达作执行元件时，还应包括齿轮的传动比。 供油压力的选择 选用较高的供油压力，在相同输出功率条件下，可减小执行元件——液压缸的活塞面积（或液压马达的排量），因而泵和动力元件尺寸小重量轻，设备结构紧凑，同时油腔的容积减小，容积弹性模数增大，有利于提高系统的响应速度。但是随供油压力增加，由于受材料强度的限制，液压元件的尺寸和重量也有增加的趋势，元件的加工精度也要求提高，系统的造价也随之提高。同时，高压时，泄漏大，发热高，系统功率损失增加，噪声加大，元件寿命降低，维护也较困难。所以条件允许时，通常还是选用较低的供油压力。 常用的供油压力等级为7MPa到28MPa，可根据系统的要求和结构限制条件选择适当的供油压力。 伺服阀流量与执行元件尺寸的确定 如上所述，动力元件参数选择除应满足拖动负载和系统性能两方面的要求外，还应考虑与负载的最佳匹配。下面着重介绍与负载最佳匹配问题。 （1）动力元件的输出特性 将伺服阀的流量——压力曲线经坐标变换绘于υ－FL平面上，所得的抛物线即为动力元件稳态时的输出特性，见图37。 图37 参数变化对动力机构输出特性的影响a）供油压力变化；b）伺服阀容量变化；c）液压缸面积变化 图中 FL——负载力，FL=pLA； pL——伺服阀工作压力； A——液压缸有效面积； υ——液压缸活塞速度， ； qL——伺服阀的流量； q0——伺服阀的空载流量； ps——供油压力。 由图37可见，当伺服阀规格和液压缸面积不变，提高供油压力，曲线向外扩展，最大功率提高，最大功率点右移，如图37a。 当供油压力和液压缸面积不变，加大伺服阀规格，曲线变高，曲线的顶点A ps不变，最大功率提高，最大功率点不变，如图37b。 当供油压力和伺服阀规格不变，加大液压缸面积A，曲线变低，顶点右移，最大功率不变，最大功率点右移，如图37c。 （2）负载最佳匹配图解法 在负载轨迹曲线υ－FL平面上，画出动力元件输出特性曲线，调整参数，使动力元件输出特性曲线从外侧完全包围负载轨迹曲线，即可保证动力元件能够拖动负载。在图38中，曲线1、2、3代表三条动力元件的输出特性曲线。曲线2与负载轨迹最大功率点c相切，符合负载最佳匹配条件，而曲线1、3上的工作点α和b，虽能拖动负载，但效率都较低。 （3）负载最佳匹配的解析法 参见液压动力元件的负载匹配。 （4）近似计算法在工程设计中，设计动力元件时常采用近似计算法，即按最大负载力FLmax选择动力元件。在动力元件输出特性曲线上，限定 FLmax≤pLA= ，并认为负载力、最大速度和最大加速度是同时出现的，这样液压缸的有效面积可按下式计算： （37） 图38 动力元件与负载匹配图形 按式37求得A值后，可计算负载流量qL，即可根据阀的压降从伺服阀样本上选择合适的伺服阀。近似计算法应用简便，然而是偏于保守的计算方法。采用这种方法可以保证系统的性能，但传递效率稍低。 （5）按液压固有频率选择动力元件 对功率和负载很小的液压伺服系统来说，功率损耗不是主要问题，可以根据系统要求的液压固有频率来确定动力元件。 四边滑阀控制的液压缸，其活塞的有效面积为 （38） 二边滑阀控制的液压缸，其活塞的有效面积为 （39） 液压固有频率ωh可以按系统要求频宽的（5～10）倍来确定。对一些干扰力大，负载轨迹形状比较复杂的系统，不能按上述的几种方法计算动力元件，只能通过作图法来确定动力元件。 计算阀控液压马达组合的动力元件时，只要将上述计算方法中液压缸的有效面积A换成液压马达的排量D，负载力FL换成负载力矩TL，负载速度换成液压马达的角速度 ，就可以得到相应的计算公式。当系统采用了减速机构时，应注意把负载惯量、负载力、负载的位移、速度、加速度等参数都转换到液压马达的轴上才能作为计算的参数。减速机构传动比选择的原则是：在满足液压固有频率的要求下，传动比最小，这就是最佳传动比。 伺服阀的选择 根据所确定的供油压力ps和由负载流量qL（即要求伺服阀输出的流量）计算得到的伺服阀空载流量q0，即可由伺服阀样本确定伺服阀的规格。因为伺服阀输出流量是限制系统频宽的一个重要因素，所以伺服阀流量应留有余量。通常可取15%左右的负载流量作为伺服阀的流量储备。 除了流量参数外，在选择伺服阀时，还应考虑以下因素： 1）伺服阀的流量增益线性好。在位置控制系统中，一般选用零开口的流量阀，因为这类阀具有较高的压力增益，可使动力元件有较大的刚度，并可提高系统的快速性与控制精度。 2）伺服阀的频宽应满足系统频宽的要求。一般伺服阀的频宽应大于系统频宽的5倍，以减小伺服阀对系统响应特性的影响。 3）伺服阀的零点漂移、温度漂移和不灵敏区应尽量小，保证由此引起的系统误差不超出设计要求。 4）其它要求，如对零位泄漏、抗污染能力、电功率、寿命和价格等，都有一定要求。 执行元件的选择 液压伺服系统的执行元件是整个控制系统的关键部件，直接影响系统性能的好坏。执行元件的选择与设计，除了按本节所述的方法确定液压缸有效面积A（或液压马达排量D）的最佳值外，还涉及密封、强度、摩擦阻力、安装结构等问题。 反馈传感器的选择 根据所检测的物理量，反馈传感器可分为位移传感器、速度传感器、加速度传感器和力（或压力）传感器。它们分别用于不同类型的液压伺服系统，作为系统的反馈元件。闭环控制系统的控制精度主要决定于系统的给定元件和反馈元件的精度，因此合理选择反馈传感器十分重要。 传感器的频宽一般应选择为控制系统频宽的5～10倍，这是为了给系统提供被测量的瞬时真值，减少相位滞后。传感器的频宽对一般系统都能满足要求，因此传感器的传递函数可近似按比例环节来考虑。 确定系统方块图 根据系统原理图及系统各环节的传递函数，即可构成系统的方块图。根据系统的方块图可直接写出系统开环传递函数。阀控液压缸和阀控液压马达控制系统二者的传递函数具有相同的结构形式，只要把相应的符号变换一下即可。 绘制系统开环波德图并确定开环增益 系统的动态计算与分析在这里是采用频率法。首先根据系统的传递函数，求出波德图。在绘制波德图时，需要确定系统的开环增益K。 改变系统的开环增益K时，开环波德图上幅频曲线只升高或降低一个常数，曲线的形状不变，其相频曲线也不变。波德图上幅频曲线的低频段、穿越频率以及幅值增益裕量分别反映了闭环系统的稳态精度、截止频率及系统的稳定性。所以可根据闭环系统所要求的稳态精度、频宽以及相对稳定性，在开环波德图上调整幅频曲线位置的高低，来获得与闭环系统要求相适应的K值。 由系统的稳态精度要求确定K 由控制原理可知，不同类型控制系统的稳态精度决定于系统的开环增益。因此，可以由系统对稳态精度的要求和系统的类型计算得到系统应具有的开环增益K。 由系统的频宽要求确定K 分析二阶或三阶系统特性与波德图的关系知道，当ζh和K/ωh都很小时，可近似认为系统的频宽等于开环对数幅值曲线的穿越频率，即ω-3dB≈ωc，所以可绘制对数幅频曲线，使ωc在数值上等于系统要求的ω-3dB值，如图39所示。由此图可得K值。 图39 由ω-3dB绘制开环对数幅频特性a）0型系统；b）I型系统 由系统相对稳定性确定K 系统相对稳定性可用幅值裕量和相位裕量来表示。根据系统要求的幅值裕量和相位裕量来绘制开环波德图，同样也可以得到K。见图40。 实际上通过作图来确定系统的开环增益K，往往要综合考虑，尽可能同时满足系统的几项主要性能指标。 系统静动态品质分析及确定校正特性 在确定了系统传递函数的各项参数后，可通过闭环波德图或时域响应过渡过程曲线或参数计算对系统的各项静动态指标和误差进行校核。如设计的系统性能不满足要求，则应调整参数，重复上述计算或采用校正环节对系统进行补偿，改变系统的开环频率特性，直到满足系统的要求。 仿真分析 在系统的传递函数初步确定后，可以通过计算机对该系统进行数字仿真，以求得最佳设计。目前有关于数字仿真的商用软件，如Matlab软件，很适合仿真分析。
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高效率音频功率放大器的研制白林景,邵光存,李岸然,常兴连,王振伟(山东省科学院激光研究所,山东济宁 272100) 摘 要:本设计以高效率D类功率放大器为中心,输出开关管采用高速场效应管,连接成互补对称H桥式结构,兼有输出1: 1双变单电路和输出短路保护功能,比较理想地实现了输出功率大于2w,平均效率可达到75%的高效音功率放大器。关键词:D类音频功率放大器; PWM调制器; H桥功率放大器中图分类号: TN722. 1 文献标识码:A引言全球音频领域数字化的浪潮以及人们对音频节能环保的要求,要求我们尽快研究开发高效、节能、数字化的音频功率放大器。传统的音频功率放大器工作于线性放大区,功率耗散较大,虽然采用推挽输出,仍然很难满足大功率输出;而且需要设计复杂的补偿电路和过流,过压,过热等保护电路。D类开关音频功率放大器的工作于PWM模式,将音频信号与采样频率比较,经过自然采样,得到脉冲宽度与音频信号幅度成正比例变化的PWM波,经过驱动电路,加到MOS的栅极,控制功率器件的开关,实现放大,放大的PWM信号送入滤波器,还原为音频信号。从而实现大功率高效率的音频功率放大器。系统电路本文采用H型桥式D类功率放大电路,电路如图一所示。图一 音频功率放大器电路(1) 三角波产生电路利用NE555构成的多谐振荡器以恒流源的方式对电容线性冲、放电产生三角波。接通电源瞬间,NE555芯片的3脚输出高电平,二极管D2、D3 截止,D1、D4 导通, Vcc通过T1 , T2 , R1 ,D1 对电容C1 恒流充电,当C1 上电压达到2 /3Vcc时,NE555芯片的输出发生翻转,即3脚输出低电平,此时,D2、D3 导通, D1、D4 截止,电容C1 通过D2 , T3 ,T4 , R2 恒流放电,直到C1电压等于1 /3Vcc,电容又开始充电,如此循环,电容C1上可以得到线性度良好的三角波。为了提高带负载能力,输出通过由LM358A组成的电压跟随器。输出三角波频率的计算:电阻R1 上电压等于T1 的VVbe≈ 0. 7V,故流过R1 的电流I = 0. 7V /300Ω = 2. 33mA,忽略T1 的基极电流,则流过R1 的电流即为T2 的射级电流,约等于T2 的集电极电流,故C1 的充电电流约为2mA,同理, C1 的放电电流约为2mA。设充电时间为t1 ,放电时间为t2 ,则有:23Vcc =13Vcc +i ×t1C13Vcc =23Vcc -i ×t2C可得三角波的周期: T = t1 + t2 =2Vcc ×C3 ×i故三角波频率为: f =3 ×i2Vcc ×C(2)前置放大电路 前置放大电路采用低噪声、高速运放的NE5532运算放大器,组成增益可调的同相宽带放大电路。功放最大不失真输出时,负载上等效正弦波的电压峰峰值为VP - P ,载波调制的调制波(正弦波)最大峰峰— 27 —值为VP - Pm ax ,对应的调制放大增益为AV2 =VP - PVP - Pm ax,运算放大电路中反馈电阻为R8 ,反相端电阻R7 ,则前置放大器的增益AV1为:AV1 = 1 +R8R7,通过选取调制波的峰值电压VP - Pm ax和调整R8 的阻值,可实现整个功率放大单元的电压增益连续可调。(3)脉宽调制( PWM)电路 采用高速、精密的比较器芯片,以音频信号为调制波,频率为f的三角波为载波,两路信号均加上1 /2Vcc的直流偏置电压,通过比较器进行比较,得到幅值相同,占空比随音频幅度变化的脉冲信号。(4)驱动电路 驱动电路由施密特触发器芯片和三极管组成,两个三极管组成的互补对称式射极跟随器。PWM信号经过驱动电路后,形成两个前后沿更加陡峭的倒相脉冲,两脉冲之间有一定的死区时间,防止了桥式驱动电路出现直通现象。(5) H型桥式驱动电路 由场效应管组成的功率开关管和四阶巴特沃兹LC滤波电路组成。T9、T12导通, T10、T11截止时,负载上的电压降VM AB0 =Vcc; T10、T11导通,T9、T12截止时,负载上的电压降VAB = - Vcc,因此,负载上的电压降可达到2倍的电源电压。解调信号放大后经过LC滤波送到扬声器。(6)短路保护电路 短路(或过流)保护电路采用0. 1过流取样电阻与扬声器串联方式, 0. 1电阻上的取样电压经过由NE5532组成的减法放大器进行放大。电压放大倍数为:Av =R19R17经放大后的音频信号再通过由D9、C9、R20组成的峰值检波电路,检出幅度电平,送给电压比较器U7的“ + ”端,U7的“—”端电平设置为5. 1v,由R22和稳压管D12组成,比较器接成迟滞比较方式,一旦过载,即可锁定状态。正常工作时,通过0. 1上的最大电流幅度Im =Vcc /(R + 0. 1) , 0. 1上的最大压降为0. 1 ×Im ,经放大后输出的电压幅值为Vim ×AV = 0. 1 ×Im ×AV ,检波后的直流电压稍小于此值,此时比较器输出低电平, T13截止,继电器J1不吸合,处于常闭状态,电源Vcc通过常闭触点送给功放。一旦扬声器两端短路或输入电流过大, 0. 1上电流、电压增大,经过电压放大、峰值检波后,大于比较器反相端电压,则比较器翻转为高电平并自锁, T13导通,继电器吸合,切断功放Vcc电源,功放电路得到保护。R21、C11、D10、D11组成开机延时电路,防止开机瞬间比较器自锁,关机后C11上的电压通过D10快速放掉,以保证再开机时C11的起始电压为零。讨论D类放大器工作于开关状态,无信号输入时无电流,而导通时,没有直流损耗。事实上由于关断时器件尚有微小漏电流,而导通时器件并没有完全短路,尚有一定的管压降,故存在较少直流损耗,实际效率在80% - 90% ,是实用放大器中效率最高的。参考文献:[ 1 ]Wing - Hong, Lau , IEEE Trans. Realization ofDigitalAudi2o Amp lifier Using Zero - Voltage - Switched PWM PowerConverter, Circuits Syst . Vol 47,NO. 3,March 2000.[ 2 ]Ashok Bindra. All - digital App roach HikesAudio Quality InConsumer Product.[ 3 ]李子升,吴锦铭,钟国新. 高效率音频功率放大器.[ 4 ]李振玉,姚光圻. 高效率放大及功率合成技术. 中国铁道出版社, 1985.[ 5 ]陈伟鑫. 新型实用电路精选指南. 电子工业出版社.[ 6 ]瞿安连. 应用电子技术. 北京科学出版社, 2003.[ 7 ]王金明等编著. 数字系统设计. 电子工业出版社出版.[ 8 ]全国大学生电子设计竞赛获奖作品精选. 1994 - 1999.[ 9 ]虎永存,现代音响技术, D类放大器的原理和电路, 1998年第5期.[ 10 ]无线电2004合订本第2、3期. 无线电杂志社,人民邮电出版社.这个是从付费论文网站上买的，真珍贵的