1、模擬電子技術課程設計成果 院（系）:_電子信息工程學院_ 班 級: 學生姓名: 學 號: 設計地點（單位）_ _ _ 設計題目:_ 脈沖調寬伺服放大器設計_ 完成日期： 年 月 日 指導教師評語: _ _ _ 成績(五級記分制):_ _ 教師簽名:_目     錄一、設計任務和指標要求1二、設計框圖及整機概述12.1、設計原理框圖12.2、設計方案12.3、設計框圖概述2三、各單元電路的設計方案及原理說明23.1、總設計電路圖23.2、鋸齒波發生器33.3、橋式整流器53.4、電壓比較器63.5、功率放大器8四、仿真調試過程及結果分析94.1、

2、實驗現象描述或實驗數據記錄94.2、實驗調試排故等描述12五、設計、安裝及調試中的體會13六、對本次課程設計的意見及建議14七、參考資料14八、附錄15附件1 整機邏輯電路圖15附件2 元器件清單16一、設計任務書1、設計時間：2、地點：逸夫科技大樓電子電工實驗室I4043、課程設計題目：脈沖調寬伺服放大器設計4、設計內容及要求：1）設計要求設計一脈沖調寬伺服放大器，驅動直流伺服電機工作。并實現電機的調速控制。2）脈沖調寬伺服放大器的主要技術指標：伺服電機額定電壓為6V，額定電流為300mA；可實現電機無級可逆調速，調速范圍為0額定值;伺服放大器輸出脈沖頻率為1KHz。二、設計框圖及整機概述2

3、.1設計原理框圖VREF電壓比較器直流伺服電機功率放大器VI VAV1V0橋式整流鋸齒波發生器圖12.2設計方案（1）設計思路根據直流伺服電機的特點，在其他參量一定時，電機的轉速與加在其電樞兩端的電壓成正比。電樞兩端的電壓越高，轉速越大，改變電機電樞兩端的電壓值可以實現轉速的調整控制。而且由于調速時，伺服電機的機械硬度不變，所以能夠實現電機的平滑調速，這就是利用電樞電壓調速的優點。脈寬調速。采用矩形脈沖信號作用于直流伺服電機的電樞上，當脈沖信號平率一定時，改變脈沖寬度則可改變電樞兩端的直流電壓（電壓的平均值），從而改變電機的轉速，實現脈寬調速。可逆調速。對于直流電機，除要求對轉速能連續可調外，

4、有時還需要使其轉向可變，即實現正轉和反轉的控制調節。改變加在電機電樞上電壓的極性，可實現改變電機的轉向，這種工作情況稱為雙極性工作。采用正負雙電源供電，可使電機雙極性工作。其工作原理和波形如圖2。圖22.3設計框圖概述設計首先通過鋸齒波發生器產生鋸齒波，信號波傳送到橋式整流器上進行整流，得到直流信號。電壓比較器是為了實現調速而設計的，通過它我們根據設計要求和技術指標設計調速電路。然后將信號傳入功率放大器，功率放大器的作用是實現放大電流的作用，然后得到我們要求的得到的電流電壓。得到正確電壓后，驅動直流伺服電機工作，并實現電機的調速控制。三、各單元電路的設計方案及原理說明3.1總設計電路圖圖3 脈

5、沖調寬型伺服放大器設計電路圖3.2鋸齒波發生器：（1）如圖4所示為一個鋸齒波發生電路。圖中集成運放A1組成滯回比較器；二極管VD1、VD2和電位器Rw，使積分電路的充放電回路分開，故A2組成充放電時間常數不等的積分電路。調節電位器Rw滑動端的位置，使Rw1遠小于Rw2，則電容放電的時間常數將比充電的時間常數小得多，于是放電過程很快，而充電過程很慢，即可得鋸齒波。滯回比較器輸出的矩形波加在積分電路的反相輸入端，而積分電路輸出的鋸齒波又接到滯回比較器的同相輸入端，控制滯回比較器輸出端的狀態發生跳變，從而在A2的輸出端得到周期性的鋸齒波。圖4 鋸齒波發生器整體電路（2）工作原理假設初始時刻滯回比較器

6、輸出端為高電平，而且假設積分電容上的初始電壓為零。由于A1同相輸入端的電壓U+同時與Uo1和Uo有關，根據疊加原理，可得： 則此時U+也為高電平。但當時，積分電路的輸出電壓Uo將隨著時間往負方向線性增長，U+隨之減小，當減小至時，滯回比較器的輸出端將發生跳變，使，同時U+將跳變為一個負值。以后，積分電路的輸出電壓將隨著時間往正方向線性增長，U+也隨之增大，當增大至時，滯回比較器的輸出端再次發生跳變，使,同時U+也跳變為一個正值。然后重復以上過程，于是可得滯回比較器的輸出電壓為矩形波，而由于積分電路的充放電時間不等，故積分電路輸出電壓Uo為鋸齒波。如圖5所示：圖5 鋸齒波發生電路的波形圖由上圖可

7、知，當發生跳變時，鋸齒波輸出Uo達到最大值Uom，而發生跳變的條件是：，將條件，代入式，可得： 由此可解得鋸齒波輸出的幅度為： 要使得幅度可調，由式可知，改變參數即可，所以實際電路中采用滑動變阻器；調節滑動變阻器即可改變鋸齒波的輸出幅度。從而滿足設計要求。3.3橋式整流器：橋式整流器利用四個二極管，兩兩對接。輸入正弦波的正半部分是兩只管導通，得到正的輸出；輸入正弦波的負半部分時，另兩只管導通，由于這兩只管是反接的，所以輸出還是得到正弦波的正半部分。 橋式整流電路的工作原理如下：e2為正半周時，對D1、D3和方向電壓，Dl，D3導通；對D2、D4加反向電壓，D2、D4截止。電路中構成e2、Dl、

8、Rfz、D3通電回路，在Rfz，上形成上正下負的半波整洗電壓，e2為負半周時，對D2、D4加正向電壓，D2、D4導通；對D1、D3加反向電壓，D1、D3截止。電路中構成e2、D2Rfz、D4通電回路，同樣在Rfz上形成上正下負的另外半波的整流電壓。以上兩種工作狀態分別如圖6（a）和（b）所示。 圖6 橋式整流電路的工作原理示意圖 如此重復下去，結果在Rfz上便得到全波整流電壓。其波形圖和全波整流波形圖是一樣的。從圖6中還不難看出，橋式電路中每只二極管承受的反向電壓等于變壓器次級電壓的最大值，比全波整流電路小一半。 橋式整流電路的整流效率和直流輸出與全波整流電路相同，變壓器的利用率最高。現在常用

9、的全橋整流，不用單獨的四只二極管而用一只全橋，其中包括四只二極管，但是要標清符號，有交流符號的兩端接變壓器輸出，+、-兩端接入整流電路。 3.4電壓比較器圖7(a)由運算放大器組成的差分放大器電路，輸入電壓VA經分壓器R2、R3分壓后接在同相端，VB通過輸入電阻R1接在反相端，RF為反饋電阻，若不考慮輸入失調電壓，則其輸出電壓Vout與VA、VB及4個電阻的關系式為：Vout=(1+RF/R1)·R3/(R2+R3)VA-(RF/R1)VB。若R1=R2，R3=RF，則Vout=RF/R1(VA-VB)，RF/R1為放大器的增益。當R1=R2=0(相當于R1、R2短路)，R3=RF=

10、(相當于R3、RF開路)時，Vout=。增益成為無窮大，其電路圖就形成圖7(b)的樣子，差分放大器處于開環狀態，它就是比較器電路。實際上，運放處于開環狀態時，其增益并非無窮大，而Vout輸出是飽和電壓，它小于正負電源電壓，也不可能是無窮大。圖7（a）圖7（b）從圖8中可以看出，比較器電路就是一個運算放大器電路處于開環狀態的差分放大器電路。同相放大器電路如圖8所示。如果圖7中RF=，R1=0時，它就變成與圖7(b)一樣的比較器電路了。圖83.5功率放大器（1）電路組成:互補對稱電路如圖9所示。圖9 兩個射級輸出器組成的互補對稱電路該電路是由兩個射極輸出器組成的。圖中,T1和T2分別為NPN型管和

11、PNP型管，兩管的基極和發射極相互連接在一起，信號從基極輸入，從射極輸出，RL為負載。（2）工作原理: 乙類放大電路:由于該電路無基極偏置，所以VBE1 =VBE2 = Vi 。當Vi =0時，T1、T2均處于截止狀態，所以該電路為乙類放大電路。 互補電路:考慮到BJT發射結處于正向偏置時才導電，因此當信號處于正半周時，VBE1 =VBE2 >0 ，則T2截止，T1承擔放大任務，有電流通過負載RL；這樣，一個在正半周工作，而另一個在負半周工作，兩個管子互補對方的不足，從而在負載上得到一個完整的波形，稱為互補電路。互補電路解決了乙類放大電路中效率與失真的矛盾。互補對稱電路: 為了使負載上得

12、到的波形正、負半周大小相同，還要求兩個管子的特性必須完全一致，即工作性能對稱。雙電源乙類互補對稱電路又稱為OCL電路。 圖10 乙類互補對稱功放的工作原理四、仿真調試過程及結果分析4.1、實驗現象描述或實驗數據記錄當鋸齒波發生電路輸出的8V鋸齒波經過橋式整流器后，整流電路將正負幅值的鋸齒波變成正向幅值的鋸齒波，由于橋式整流器的壓降，鋸齒波降為7.418V。如圖11所示。 圖11通過調節滑動變阻器R3的阻值來調節門限電壓，通過調節門限電壓的大小改變輸出波形的占空比，得到脈寬可調的矩形脈沖信號V1。當VI為零時，由于VREF=4V，VA與VREF作用，比較器的輸出V1為占空比的50%的矩形波信號；

13、當VI>0時，正波時間t1大于負波時間t2,占空比大于50%；當VI<0時，正波時間小于負波時間，占空比小于50%。以下是調試出來后的幾個波形：圖12 圖13圖14從電壓比較器輸出的信號再經過雙電源乙類互補對稱電路，最終實現電機無級可逆調速，如圖15所示。圖154.2實驗調試排故等描述在實驗調試過程中遇到輸出信號失真、電機電流和轉速沒有達到額定值等問題。關于輸出信號失真情況應該采取改變電阻阻值的大小來調節，使調節后輸出的信號不失真，使整個電路完整正確。對于電機電流和轉速沒有達到額定值，解決辦法是在電機線路前加個滑動變阻器，通過滑動變阻來使電機的轉速和電流達到額定值。五、設計、安裝及

14、調試中的體會模擬電子技術課程設計是本科自動化等專業的一門必修非實驗課，是在學習完模擬電子技術基礎之后一個重要的實踐教學環節，是對學生學習模擬電子技術基礎后的綜合設計性訓練，是在教師的指導下由學生獨立完成的某一選定課題。通過本次實習，我不但了解一般電子產品的生產過程，還設計出應用性、目的性較強的綜合設計性實驗電路，并應用multisim仿真軟件實現了設計電路的仿真。在電路設計和仿真過程中，我們都遇到了很多的困難和問題，比如在電路設計過程中要選擇各種元器件的參數和規格，在仿真過程中出現輸出信號失真、電機電流和轉速沒有達到額定值等。通過老師的指導和查閱相關資料，我們克服解決了所有的困難和問題，最終成

15、功的完成了本次課程設計。在課程設計過程中，從課程設計的任務出發，通過設計工作的各個環節,我的收獲很多：（1）鞏固和加深了我對電子電路基本知識的理解，提高了我綜合運用本課程所學知識的能力；（2）通過查閱手冊、圖表和文獻資料等培養了我的自學能力。通過獨立思考，深入鉆研有關問題，提高了我獨立分析問題和解決問題的能力；（3）通過電路方案的分析、論證和比較，設計計算和選取元器件，我初步掌握簡單實用電路的分析方法和工程設計方法。（4）在實習過程中，培養了我嚴肅、認真的工作作風和科學態度。通過課程設計實踐，使我逐步建立了正確的生產觀點、經濟觀點和全局觀點。作為一名本科自動化專業的學生，我深知模擬電子技術課程

16、設計的重要性，雖然一周的課程設計已經結束，但在設計過程中培養和提高了我的創新思維，為后續的專業課程和實際工作需要作好了鋪墊。六、對本次課程設計的意見及建議課程設計是培養學生綜合運用所學知識,發現、提出、分析和解決實際問題,鍛煉實踐能力的重要環節,是對學生實際工作能力的具體訓練和考察過程。本次課程設計是學完模擬電子技術和電子線路計算機輔助設計等課程之后，讓學生綜合應用模擬電子技術知識，進行實際模擬電子電路的設計、安裝和調試，以加深對模擬電子電路基本知識的理解，提高綜合應用知識的能力、分析解決問題的能力和電子技術實踐技能。通過本次課程設計，我不但了解了一般電子產品的生產過程，還設計出應用性、目的性較強的綜合設計性實驗電路，并應用multisim仿真軟件實現了設計電路的仿真，做到了理論聯系實際，提高了自己的動手操作能力，按時的完成了課程設計任務。課程設計是學生實踐的重要形式之一，希望學校能夠增設課程設計課程，讓學生得到更多實踐的機會。七、參考資料1康華光 電子技術基礎模擬部分M北京：高等