心电放大电路设计报告

第一篇：心电放大电路设计报告

心电放大器设计 设计题目

设计一单导联心电放大器，心电信号的幅度范围为0.5～5mV，要求放大器与后续计算机系统中的10位A/D转换器相连接，A/D转换器的输入电压范围为0～5V。

1.1 主要技术指标

1)2)3)4)5)6)7)输入阻抗：≥5MΩ 偏置电流：<2nA 输入噪声：<10uV 共模抑制比：≥100dB 耐极化电压：±300mV 漏电流：<10uA 频带：0.05～250Hz 1.2 具体要求

1)设计放大器电路；

2)计算电路中个元器件的参数值；

3)对选择的关键元器件说明其选择理由。引言

在当今社会中,心脏病等心血管已经成为了世界范围内常见的疾病,号称“头号杀手”。由于心脏病有突发性以及长久性，对心脏病人也需要长期的治疗和监护。

心脏是循环系统中重要的器官。由于心脏不断地进行有节奏的收缩和舒张活动，血液才能在闭锁的循环系统中不停地流动。心脏在机械性收缩之前，首先产生电激动。心肌激动所产生的微小电流可经过身体组织传导到体表，使体表不同部位产生不同的电位。如果在体表放置两个电极，分别用导线联接到心电图机(即精密的电流计)的两端，它会按照心脏激动的时间顺序，将体表两点间的电位差记录下来，形成一条连续的曲线，这就是心电图。

图1 标准的心电图

心电图是检查心脏情况的一个重要方法，其应用范围包括以下几个方面：

(1)分析与鉴别各种心律失常。(2)查明冠状动脉循环障碍。

(3)指示左右房窜肥大的情况，协助判别心瓣膜病、高血压病、肺源性及先天性心脏病的诊断。

(4)了解洋地黄中毒、电解质紊乱等情况。

(5)心电监护已广泛应用于手术、麻醉、用药观察、航天、体育等的心电监测以及危重病人的抢救。系统设计

3.1 设计思路

心电信号十分微弱，常见的心电频率一般在0—100Hz之间，能量主要集中在17Hz附近，幅度小于5mV，心电电极阻抗较大，一般在几十千欧以上。在检测生物电信号的同时存在强大的干扰，主要有电极极化电压引起基线漂移，电源工频干扰(50Hz)，肌电干扰(几百Hz以上)，临床上还存在高频电刀的干扰。电源工频干扰主要是以共模形式存在，幅值可达几V甚至几十V，所以心电放大器必须具有很高的共模抑制比。电极极化电压引起基线漂移是由于测量电极与生物体之间构成化学半电池而产生的直流电压，最大可达300mV，因此心电放大器的前级增益不能过大，而且要有去极化电压的RC常数电路。由于信号源内阻可达几十KΩ、乃至几百KΩ，所以，心电放大器的输入阻抗必须在几MΩ以上，而且 CMRR也要在60dB以上（目前的心电图机共模抑制比一般均在89dB）。同时要在无源、有源低通滤波器中有效地滤除与心电信号无关的高频信号，通过系统调试，最后得到放大、无噪声干扰的心电信号。

3.2结构框图

本电路设计主要是由五部分构成。

1、前置放大电路。其中前置放大器是硬件电路的关键所在，设计的好坏直接影响信号的质量，从而影响到仪器的特性；

2、共模抑制电路。在设计中使用了右腿驱动电路、屏蔽驱动电路，它们可以消除信号中的共模电压，提高共模抑制比，使信号输出的质量得到提高；

3、低通滤波电路及时间常数电路。常见的心电频率一般在0.05--100Hz之间，能量主要集中在17Hz附近，幅度微小，大概为5mV，临床监护有用频率为0.5～30几HZ，因此设计保留40HZ以下的信号。时间常数电路实现一阶无源高通，截止频率为0.05HZ，时间常数为3.6s。

4、工频50Hz的陷波电路。本设计采用了双T带阻滤波电路，它能够对某一频段的信号进行滤除，用它能有效选择而对电源工频产生的50Hz的噪声进行滤除；

5、主放大电路：心电信号需要放大上千倍才能观测到，前置放大增益只有100~250左右，在这一级还需要放大4~10倍左右。

总体电路框图如图

右输入信号前置放大电路左输入信号低通滤波电路50HZ陷波后级放大电路右腿驱动电路

3.3电路设计

3.3.1 前置放大电路

由于人体心电信号的特点，加上背景噪声较强，采集信号时电极与皮肤间的阻抗大且变化范围也较大，这就对前级(第一级)放大电路提出了较高的要求，即要求前级放大电路应满足以下要求：

高输入阻抗；高共模抑制比；低噪声、低漂移、非线性度小；合适的频带和动态范围。

为此，选用Analog公司的仪用放大器AD620作为前级放大(预放)。AD620的核心是三运放电路(相当于集成了三个OP07运放)，其内部结构如图1所示。

图1 AD620 放大器内部结构图

该放大器有较高的共模抑制比(CMRR)，温度稳定性好，放大频带宽，噪声系数小且具有调节方便的特点，是生物医学信号放大的理想选择。根据小信号放大器的设计原则，前级的增益不能设置太高，因为前级增益过高将不利于后续电路对噪声的处理。

参数选择：

由于AD620的增益与之间关系如下：G=1+(R1+R2)/R3，选取R21=R22=27K, R23=6.2K, C21=39pF, C22=200pF,C23=39Pf, 前置放大倍数：G1=1+(R1+R2)/R3=9.7。

3.3.2 右腿驱动电路

体表驱动电路是专门为克服50Hz共模干扰，提高CMRR而设计的，原理是采用人体为相加点的共模电压并联反馈，其方法是取出前置放大中的共模电压，经过驱动电路倒相放大后再加回体表上，一般的做法是将此反馈共模信号接到人体的右腿上，所以称为右腿驱动，通常，病人在做正常的心电检测时，空间电场在人体产生的干扰电压以及共模干扰时非常严重。而使用右腿驱动电路就能很好的解决上述问题，下图就是右腿驱动的电路图。其反馈共模电压可以消除人体共模电压产生的干扰，还可以抑制工频干扰。

参数选择：如上图上标示，C41=0.01Uf,R41=10K,C42=1M.3.3.3 低通滤波放大电路

由RC元件与运算放大器组成的滤波器称为RC有源滤波器，其功能是让一定的频率范围内的信号通过，抑制或急剧衰减此频率范围以外的信号。具有理想幅频特性的滤波器是很难实现的（如图10虚线）。只能用实际的滤波器的幅频特性去逼近理想的特性。常用的方法是巴特沃斯（Butterworth）逼近和切比雪夫（Chebysher）逼近，为保证心电信号原形，采用较平坦的巴特沃思有源滤波。如图所示，滤波器的阶数N越高，幅频特性衰减的速度越快，就越接近于理想幅频特性。

图10 巴特沃斯幅频特性

图11 实用二阶低通巴特沃思滤波器

参数选择：要滤除250Hz的频率，经过Mulisim仿真选择阻值，如图上图中各元件的标注，R41=R42=R=6.8k,C41=C42=0.1uf, 根据二阶低通巴特沃思滤波器公式：截止频率为fH=1/(2πRC)=258Hz，基本上符合设计要求。

3.3.4 0.05Hz高通滤波器电路

此次设计用的是反相的二阶巴特沃兹高通滤波器，其中放大倍数设置为1，截止频率为0.05Hz。如图5所示，各个电阻以及电容的参数值在电路中已标明。

图5 巴特沃兹二阶反相高通滤波电路

3.3.4 50Hz陷波电路

工频干扰时心电信号的主要干扰，虽然前置放大电路对共模干扰具有一定的抑制作用，但是有部分工频干扰是以差模方式进入电路的，且频率处于心电信号的频带之内，加上电极和输入回路不稳定的因素，前级电路输出的心电信号仍存在较强的工频干扰，所以必须专门滤波。

采用如下图所示的有源双T带阻滤波器，该电路的Q值随着反馈系数β(0<β<1)的增高而增高，Q值与β关系如下Q=1/(1-β),调节下图中的R64和R64可以改变Q值。

图13 50HZ双T陷波电路

参数选择：实验中选用陷波效果很好的经验参数。即R61=R62=R=33 KΩ，R64=2KΩ，R4=148KΩ,R63=1/2 R=15KΩ。C61=C62=C=0.1uF，C63取0.2uF。

根据公式：中心截止频率 f0=1/(2∏RC)= 50Hz 上图中，滤波电路增益G2=R65/(R65+R64)=0.9。阻带宽度：BW= f0/Q= 其中：Q=1/2(2-Auv)

3.3.5 次级放大电路

第二级放大电路主要以提高增益为目的，选用普通的OPA2335放大芯片即可。电路图如下：

参数选择：R31=9.1k，R32=1M,C31=680pF 能起到一定的低通滤波作用 第二级放大倍数：G3=R32/R31=110

整个电路放大倍数G=G1*G2*G3=9.7*0.9*100=873倍

C31 电路性能的实验验证

按照上图搭建电路图，通过ORCAD6.1仿真，结果基本上能符合设计的要求。仿真

5.1前置放大电路仿真 仿真电路图：

仿真结果：

从仿真结果看出，实际前置放大倍数为K1=46.8mA/4.7mA=9.9，与预期放大结果相同。

5.2低通滤波电路

仿真电路：

仿真结果：

1、输入f=60hz时，输出波形图如下：

输出和输入基本上一致，信号没有被衰减。

2、输入f=250hz时，输出波形图如下：

输出结果衰减为：323uV/4.9Mv=6.5% 250Hz频率的输入杂波滤除了93.5%。

3、输入f=1KHz时，输出波形图如下：

结果：1kHz频率的输入杂波基本上被滤除

5.3 50Hz陷波电路

仿真电路：

仿真结果：

有图可知，当输入信号为50Hz的工频干扰信号时，杂波基本上被滤除。

5.4次级放大电路 仿真电路连接图：

仿真结果：

从图中可以发现，放大倍数G2=2.65V/27.6mV=96，与预期的设计相符合。结束语

采用以AD620及OP2335为核心的信号放大器来实现心电信号的放大，电路功耗小，灵敏度高，最低只需3 V的电源，可由外接电池提供，容易实现基于移动式设备(如笔记本电脑)为核心的心电信号采集及处理，是一种实用的心电信号前端采集放大电路(信号的进一步优化可在采集后由软件进行调理)。

通过本次设计，让我对心电生理信号的采集电路有了比较充分的了解。对以后的研究设计有较大的帮助。

第二篇：数电课程设计 数字钟电路设计

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目录

一、设计目的........................................................................................2

二、设计要求和设计指标....................................................................2（1）基本功能..................................................................................2（2）扩展功能..................................................................................2

三、设计内容........................................................................................2 3.1数字钟电路工作原理...................................................................2 3.2总体设计.......................................................................................3 3.2.1原理框图：.........................................................................3 3.2.2主要仪器及元器件.............................................................4 3.2.3系统模块设计.....................................................................4 3.3仿真结果.......................................................................................7 3.3.1电路连接.............................................................................7 3.3.2仿真截图.............................................................................8

四、本设计改进及建议........................................................................9

五、总结....................................................................................................9

六、参考文献..........................................................................................10 1

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一、设计目的

（1）掌握多功能数字钟的工作原理。

（2）掌握基本逻辑门电路、译码器、数据分配器、数据选择器、数值比较器、触发器、计数器、锁存器、555定时器等常用数字电路的综合设计方法。（3）熟悉用Proteus软件进行数字电路仿真设计的方法。（4）了解用Altium Designer软件进行PCB设计的方法。

（5）熟悉复杂数字电路的安装、测试方法，提高实验技能，增强工程实践能力。

二、设计要求和设计指标

（1）基本功能

具有“秒”“分”“时”计时和显示功能。小时按24小时计时制计时。校时功能，能够对“分”和“时”进行调整。（2）扩展功能

具有整点报时功能，在59min51s后隔秒发出500Hz的低音报时信号，在59min59s时发出1kHz的高音报时信号，声响时间持续1s。闹钟功能，闹时信号持续1min。

三、设计内容

3.1数字钟电路工作原理

电子数字钟的，通过计时精度很高的石英晶振，采用相应进制的计数器，转化为二进制数，经过译码和显示电路准确地将时间“时”“分”“秒”用数字的方式显示出来。

1.晶体振荡器电路

晶体振荡器电路给数字钟提供一个频率稳定准确的32768Ｈz的方波信号，可保证数

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字钟的走时准确及稳定。2.分频器电路

分频器电路将32768Ｈz的高频方波信号经32768（）次分频后得到1Hz的方波信号供秒计数器进行计数。分频器实际上也就是计数器。3.时间计数器电路

时间计数电路由秒个位和秒十位计数器、分个位和分十位计数器及时个位和时十位计数器电路构成，其中秒个位和秒十位计数器、分个位和分十位计数器为60进制计数器，而根据设计要求，时个位和时十位计数器为24进制计数器。4.译码驱动电路

译码驱动电路将计数器输出的8421BCD码转换为数码管需要的逻辑状态，译码电路及驱动电路由74LS248电路完成。5.数码管

数码管通常有发光二极管（LED）数码管和液晶（LCD）数码管，本设计提供的为ＬＥＤ数码管。

3.2总体设计

3.2.1原理框图：如图1

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图1：数字钟设计原理

3.2.2主要仪器及元器件

用到的元件有：7SEG-BCD、74HC30、74LS08、74LS90、555、BUTTON、CAP、CELL、LED-RED、RES等。3.2.3系统模块设计

（1）秒信号发生电路

根据计时的精度确定石英晶振的频率，采用32768HZ的石英晶体振荡器通过15次的分频来获得秒脉冲的信号，作为计时的基本单位。选CD4060作为秒脉冲发生电路的主要器件，它是14级的二进制计数器/分频器/振荡器。如图2，C1，C2，晶振，R4，CD4060等器件构成32768HZ振荡器。3脚输出14分频信号，图中的R4是反馈电阻，可使内部的非门电阻工作在线性放大区，C2是微调电容，可改变振荡频率，以保证精确度。从3脚输出的为32768的第14级二分频，即为2HZ，经74LS74（D触发器）再作二分频，从而得到秒脉冲（1HZ信号）为止。

（2）“时”“分”“秒”计数器电路“秒”、“分”、“时”计数器电路采用双BCD同步加法计数器CD4518，由图2得到的秒脉冲送图3a秒计数器，由此完成60秒计数功能。由74LS08的3脚输出信号即为60秒的进位时脉冲。

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图中，QA1、QB1、QC1、QD1为秒个位上十进制显示的二进制BCD码，QA1、QB2、QC2、QD2为秒十位上6进制BCD码，当十位要显示十进制6时即0110，QB2、QC2位均为1，利用此条件，经74LS08（四二输入与门）内部与门输出为1即高电平，给15脚，高电平使CD4518一组十位上的计数输出全部为0并向前输出一高电平，其他时候为低电平，此脉冲即为分脉冲的输入信号。CD4518 15脚和2脚分别为清零端，当它为高电平时，QD～QA=0为低电平，执行计数功能，其脉冲输入有2个方式，从2脚10脚输入时，为下降沿计数，此时9脚1脚接低电平才有效，否则不能计数，计数脉冲信号从9脚1脚输入时，从脉冲的上升沿开始计数，此时，2脚10脚应高电平才有效，否则不能计数。

分计数器与秒计数器完全相同。不同之处在于输出的脉冲不同，前者是1HZ，这里是1/60 HZ。图略。

时计数器为24进制计数，基本电路与分秒计数器相同。不同的是找出24进制的复位脉冲即显示24时个位及十位共8个输出端全部清零。十位为0010（显示2）时，个位为0100（显示4）时全部清零即00点。选十位的QB=1和个位的QC=1，通过与门74LS08给CD4518的15脚与7脚为高电平，使输出QA～QD全为0从而实现24进制，此进位

脉冲即为一天的计数脉冲，此设计中未使用。时计数器电路如图4：

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(3)译码显示电路设计 由计数器得到的4位二进制码的必须通过译码后转为人民习惯的数字显示。如12：54：30的二进制码为00010010：01010100：00110000。译码之后再驱动7段数码管显示时、分、秒。译码电路及驱动电路由74LS248电路完成。

见图5：

74LS248既作译码又是LED的驱动电路。13.12.11.10.9.15.14 输出分别推动数码管的a.b.c d.e.f.g.字段。74LS248的7、1、2、6 脚分别输出4 位二进制BCD码。根据计数器的输出状态由74LS248译码后再驱动LED直观显示出来。LED是共阴的。在LED 的第3或8脚串接一个电阻。可以改变LED 的亮度。

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(4)校时电路的设计

当出现时间误差时，可利用秒脉冲来进行校对，具体方法是通过校时开关将秒脉冲直接输入到分计数器和时计数器。利用微动开关进行校对。如图6所示：

校对工作过程，校对时，将开关拨到校对位置。此时秒计数器无脉冲输入停止计数。接下微动开关S1时。脉冲输入到74LS32的10脚。内部为二输入或门电路。⑨脚输入的是分脉冲，因秒计数器停止，分计数器也停止（不停也可以），分脉冲用秒脉冲替代。分计数器由1分计数脉冲变为1秒计数脉冲，加快了调整速度。同理，按下S2开关后，小时输入脉冲就以1秒脉冲代替，快速改变小时的显示，达到校时目的。当时间调到与标准时间相同时将开关拨到正常位置，计时又开始。

3.3仿真结果

3.3.1电路连接如图7所示

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D1LED-RED+5v8U574HC30+5v1234U10141CKACKBQ0Q1Q2Q31298116U4:B5474LS083174LS08U4:A22367R0(1)R0(2)R9(1)R9(2)74LS90U3U9141CKACKBQ0Q1Q2Q3129811U7141CKACKBQ0Q1Q2Q***2Q0Q1Q2Q3129811CKACKB2367R0(1)R0(2)R9(1)R9(2)74LS902367R0(1)R0(2)R9(1)R9(2)74LS902367R0(1)R0(2)R9(1)R9(2)74LS9021U8:A74LS08U2U63141CKACKBQ0Q1Q2Q3129811141CKACKBQ0Q1Q2Q3129811U4:C108911U4:D131274LS082367R0(1)R0(2)R9(1)R9(2)74LS902367R0(1)R0(2)R9(1)R9(2)74LS9074LS088U1QDC37R2500k23%RVCC4RV11kC150.01u2CVR1GNDTRTH6250k1555C21.428577u

图7 仿真电路

3.3.2仿真截图

（1）仿真后的截图如下：

图8 仿真后截图

（2）仿真后的波形图如下：

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图9 仿真波形图

四、本设计改进及建议

1.用示波器检测集成电路多谐振荡器的输出信号波形和频率，振荡器输出频率应为32768HZ。

2.将频率为32768Hz的信号送入分频器，并用示波器检查各级分频器的输出频率是否符合设计要求。

3.将1秒信号分别送入“时”、“分”、“秒”计数器，用显示器检查计数器的工作情况，看计数器是否按设计的进制计数。4.观察校时电路的功能是否满足校时要求。

5.当分频器和计数器正常工作后，将各级的电路相连，观察数字钟能否准确正常工作。

五、总结 在此次的数字钟设计过程中,更进一步地熟悉了芯片的结构及掌握了各芯片的工作原理和其具体的使用方法.在连接六进制,十进制,六十进制的进位及十二进制的接法中,要求熟悉逻辑电路及其芯片各引脚的功能,那么在电路出错时便能准确地找出错误所在并及时纠正了.在设计电路中,往往是先仿真后连接实物图,但有时候仿真和电路连接并不是完全一致的。在设计电路的连接图中出错的主要原因都是接线和芯片的接触不良以及接线的错 9

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误所引起的.接线的时候一定要细心,不要接错

对自己的设计图要仔细考虑，是否可行，尤其是进位输出，着重看看进位的CP脉冲是否正确。

在连接校正电路的过程中,出现时和分都能正常校正时,但秒却受到影响,特别时一较分钟的时候秒乱跳,而不校时的时候,秒从40跳到59,然后又跳回40,分和秒之间无进位,电路在时,分,秒进位过程中能正常显示,故可排除芯片和连线的接触不良的问题.经检查,校正电路的连线没有错误,后用万用表的直流电压档带电检测秒十位的QA,QB,QC和QD脚,发现QA脚时有电压时而无电压,再检测秒到分和分到时的进位端,发现是由于秒到分的进位未拔掉所至.在ＥＷＢ软件中得到绘制出原理图。每一部分电路完成后就对其进行功能检测，以便及时发现问题进行改正。扩展电路是在主体电路的基础上加上一部分功能实现电路，以实现定时、整点报时等功能。并附带原理阐述。

通过这次课程设计学习，让我对各种电路都有了大概的了解，也学会了常用绘图软件及仿真软件的应用。

所以说，坐而言不如立而行，对于这些电路还是应该自己动手实际操作才会有深刻理解，才会有收获。

六、参考文献

（1）数字电子技术课程设计指导书 2011年11月（2）阎石.《数字电子技术基础》.北京 清华大学出版社

第三篇：把心放大一些美文摘抄

人的眼睛有大有小，胆子也有大有小，其实人的心也有大有小。但笔者这里所说的心大心小，不是指生理的大小，而是指心理的大小。

所谓心大，是指一般人想不开的事他想得开，一般人不容的事他容得下，一般人烦恼的事他不烦恼，一般人担心的事他不担心。所谓心小，就恰恰相反，芝麻大的事情他都想不开，人家不觉得是事的事儿，他也看成了不得的大事儿，人家对他小小的得罪，他也睚眦必报。

比如涨工资，没有涨成，评职称，没有评上，心小的人吃不好，睡不好，向同事诉说，找领导闹，好像过了此山无鸟叫；人家心大的人，“天涯何处无芳草”，相信以后还有机会，该吃吃，该睡睡，照样潇潇洒洒，快快乐乐。心小的人，人家说了他个不是，他耿耿于怀，伺机报复；心大的人，很快便会撂过手，即便不能以德报怨，也决不以怨报怨。

这种心大心小，有性格的因素，有胸怀的因素，也有智慧的因素。但有一点可以肯定，就是由自身的修养、锻炼、克制，可以改变自己的心，使其变大。本文题目所说的“把心放大一些”，正是由此而言。

有句话说，退一步海阔天空——或者是同人争执的时候，不要一味争强好胜，不妨退一步；或者追求某个目标很难达到的时候，不要一条道跑到黑，不妨退一步看有没有另一条路。这都可能让你看到一个新天地。

把心放大一些，更会海阔天空。有位智者就说，把自己的心放大了，自己的世界也就大了，路子也就宽了。而把自己的心缩小，自己的世界也就小了，路子也就窄了。

心小而使自己的世界变窄的事例好像很多。东汉末年的曹操、袁绍之间有过一场官渡之战。战前，袁绍的一个谋士一再劝谏袁绍改变策略，否则必败无疑。刚愎自用的袁绍不但不听，还把此人关进大牢，声言自己凯旋再与之算账。但此战曹操大获全胜，袁绍则一败涂地。袁绍因羞于见这个谋士（当然还有其他人的挑拨），竟将其杀害了。心小，竟小到这个程度，也难怪袁绍的世界很快便小到消失了。

我们普通人，心小一些，只是自己烦恼多一些，快乐少一些；有点权力者心小了，就会危及他人，危及事业。

把心放大一些。心大了，世界也就大了，连阳光也会更灿烂。

第四篇：模电课程设计仿真 音频放大电路

电子科技大学

设计题目：学生姓名：教师姓名：《模拟电路基础》电子线路应用设计报告

功率放大电路 学号：

日期： 2016.12.27

1、设计任务

设计要求：设计并制作用晶体管和集成运算放大器组成的音频功率放大电路，负载为扬声器，阻抗RL=8Ω。

性能指标：频率：20Hz～20kHz 输出功率：≥8W 放大倍数：30dB 失真：≤10%

2、电路原理

2.1 电路整体方案 2.1.1 方案的确定及论证

一、OCL互补对称功率放大器

图 2.1.1-1 OCL电路

如图所示放大电路是由两个射极输出器组成的，T1和T2分别为NPN型管和PNP型管，两管的材料和参数相同（即特性对称），且电源由对称的双电源+VCC和-VCC提供。

图中，两管基极没有偏置电流，静态损耗为0，电路工作在乙类状态，信号从基极输人，从射极输出，RL为负载，输出端没有耦合电容。所以，把图4-35所示的电路称为无输出电容的功率放大电路，简称OCL电路。静态时，UEQ＝UBQ＝0 输入电压的正半周：＋VCC→T1→RL→地 输入电压的负半周：地→RL→T2→－VCC OCL电路的输出功率的计算公式如下：

最大输出功率：

转换效率：

二、用集成器件实现

TDA2030集成功放芯片：

TDA2030是德律风根生产的音频功放电路，采用V型5脚单列直插式塑料封装结构。该集成电路广泛应用于汽车立体声收录音机、中功率音响设备，具有体积小、输出功率大、失真小等特点。并具有内部保护电路。

图 2.1.1-2 TDA2030芯片

TDA2030管脚功能： 1脚是正相输入端； 2脚是反向输入端； 3脚是负电源输入端； 4脚是功率输出端； 5脚是正电源输入端。

图 2.1.1-3 TDA2030芯片

图 2.1.1-4 TDA2030典型参数

TDA2030特点: 1.开机冲击极小。2.外接元件非常少。

3.TDA2030输出功率大，Po=18W(RL=4Ω)。4.采用超小型封装(TO-220),可提高组装密度。

5.内含各种保护电路，因此工作安全可靠。主要保护电路有：短路保护、热保护、地线偶然开路、电源极性反接(Vsmax=12V)以及负载泄放电压反冲等。

6．TDA2030A能在最低±6V最高±22V的电压下工作在±19V、8Ω阻抗时能够输出16W的有效功率，THD≤0.1%。

运用集成芯片TDA2030完成音频功率放大电路的设计，能够更好地达到设计任务和要求。2.1.2 整体电路

整体电路设计：使用TDA2030加少量外围元件，输入端使用高通滤波。

图 2.1.2-1 音频功放电路

2.2 各部分电路原理

一、输入部分

图 2.2-1 输入部分电路

R3是直流平衡电阻，同时与C3构成高通响应，用以滤除低频信号。

二、放大部分

图 2.2-2 放大部分电路

R1、R2和C2构成负反馈电路，决定电路的电压增益及低端截止频率。Au=R1/R2

三、输出部分

输出部分负载为扬声器，阻抗RL=8Ω。

四、保护部分

图 2.2-3 保护部分电路

R4和C7可以稳定频率，防止电路自激。D1、D2用以保护集成块 2.3 电路参数选择依据

阐述电路整体方案、各部分电路原理和电路参数选择依据

3、电路仿真和结果

根据要求，仿真软件选用multisim，在软件中连接电路如图4.1所示：

图 3-1 电路仿真图

一、波特图输出

图 3-2 波特图

由图可以看出，其仿真的结果，在20Hz-20kHz内中后段的波形放大能力基本保持不变化，且放大倍数约为30dB。符合题目要求。

二、输出功率

图 3-3 输出回路上探针数据 图 3-4 输出功率图

输出功率为8.662W，≥8W，满足要求。

三、失真分析

图 3-5 失真分析图

失真为0.014%，≤10%。满足要求。

选择的器件及其参数

给出部分和整体电路仿真截图，给出仿真结果及结论。

4、电路加工及测试（可选）

阐述制作电路（画图、焊接）的过程及注意事项，给出PCB版图、实物图。阐明所用的测试仪表、测试方法，给出测试结果。在最后，针对这次DIY，也有些收获和感悟。其中最重要的一点就是功放单点接地的问题！一定得慎之慎之处理处理不好功放会有底噪。

图中R1、R2是输入落地电阻，C2是直流反馈电容，接地点是小信号地，标记为蓝色，；C3、C4、C6、C7是退耦电容，接地端标记为红色，属电源地。正确的接地方式为：三个小信号接地点可混合在一条地线上，四个电源地汇集为另一条地线，电源地与小信号地在总接地点处汇合，除总接地点外，两种地不得有其他连通点。

5、问题解答

1、为什么共射放大电路不宜用作功率放大电路？

共射主要用于放大电压信号，其输出功率和效率都很低；而功放不仅需要有放大的电压信号，还需要有放大的电流信号，只有电压信号和电流信号都足够大，才能满足功放的要求，所以共射放大不宜用作功率放大电路。

2、TDA2030使用时对电路有什么要求？ TD2030使用时类似于集成运放，需要用负反馈电路。

3、如何实现电路的实物制作？

根据电路图绘制PCB→将PCB文件导出为PDF文档格式，采用1：1导出→将PDF打印到菲林上，采用实际大小打印→将打印好PCB菲林平铺在感光板上，准备曝光→用11W的日光台灯曝光约15分钟→曝光完毕后用显影液进行显影→准备好腐蚀溶液进行腐蚀→腐蚀结束，钻孔，准备焊接→焊接元件

6、总结

通过此次的课程设计，我增进了对功率放大电路的了解、掌握了音频功率放大电路的基本设计方法，对于仿真软件Multisim也用得更加得心应手，此外我还新学会了利用软件Altium Designer绘出PCB版图。同时对于模电的课程的内容也有了更加深刻的认识。

电子设计和需要扎实的理论基本功，同时也需要有一定的动手能力。理论加上实践，才能做等更好。

从选择题目到开始着手去做，我才发现自己的模电知识掌握得并不牢固，于是花了很多时间去读教材相关内容，包括基本放大电路的知识，多级放大器，放大电路的反馈和功率放大器等章节，总算是有了大概的想法和思路。而后便查阅各种论文和书籍资料，浏览各样的电子、电工论坛，看到别人的一些见解和讨论，启发了我的思路。最终发现了TDA2030的集成运放具有很大的优点，便想用集成运放来实现。我选择了TDA2030典型电路中的双电源电路来实现，并揣摩该电路的设计思路和意图，最终看出了其中的道理。之后便是应用仿真软件来实现。

制作实物电路图又是一次挑战。首先我询问了一些搞电子设计的同学如何实现实物，得知要先绘出PCB布线再印制、最终把元件焊上去并调试。软件Altium Designer的使用对我来说又是一项新鲜事物，我不断尝试，学会了如何利用软件布线。学校开放实验室给了我们很大的支持和鼓励，元件的找寻以及板子的印制都不再成为困扰我们的问题。我在没课的时候就呆在那里焊板子，最终做出了实物。

虽然我做出来的电路满足了设计要求，但是我仍觉得有些遗憾，那就是这个电路图我是直接用的TDA2030典型电路，并没有在此基础上做什么改进和变化。我想，以后我要更加注重模电这样的课程的学习，掌握扎实的基础，才有创新思考的能力。同时我也认识到，电子设计也需要有一定的动手能力。理论加上实践，才能做得更好。

电路设计、仿真、加工、测试过程中的收获和体会，对课程的理解，对实际电路的认识等等。

说明：正文小四号宋体。图表采用五号宋体，图表分别按顺序编号。

表1 选用的元器件型号和数量 图1 xxx仿真电路图

参考文献

[1].[2].[3].[4].童诗白，华成英.模拟电子技术基础[M].第四版.北京：高等教育出版社，2006.周文.浅谈TDA2030集成音频功率放大器的制作[J].课程教育研究,2013，(2).朱李明.线性集成电路——TDA2030A[J].集成电路应用，1986,(3).张燕玉，陈国志.实用OCL集成音频功率放大器的分析方法[J].科技资讯，2010，(3).[5].芮新芳，朱朝霞，牛耀国.使用Altium Designer Winter 09设计印刷电路板之常见问题及使用技巧[J].电脑与电信,2011，(9).[6].吴中华.Altium Designer 10使用快速入门[J].电子制作,2012，(6).

第五篇：模电课程设计——音响放大器(前置放大)

模电课程设计仿真与测试报告

音响放大器

姓名：尹文敬

学号：***1 一 设计要求

(简单音频通带放大电路）（输入语音信号－麦克风）功放电路原则上不使用功放集成电路。技术要求：

（1）前置放大、功放：输入灵敏度不大于10mV,fL≤500Hz,fH≥20kHz；（2）有音量控制功能；

（3）额定输出功率PO≥5Ｗ(测试频率：1kHz)；（4）负载：扬声器（８、５Ｗ）。

主要测量内容：最大输出功率，输出电阻，输入灵敏度，fL，fH。

二 设计思路

1.由于要求不能使用功放集成电路，初步思路是采用三级分立元件实现。输入可用差分放大电路，用高放大倍数三极管增大放大倍数，中间级采用共射放大增大倍数，输出采用消除交越失真的互补输出，同时作为功放电路，可用复合管。

2.利用分立元件可以设计两种基本电路：（a）采用直接耦合,此方案具有 工程实用价值，且电路简单。但是由于需要三级放大，前后级之间都会有影响，只要有一处参数不合理，其它级也会受到影响，因此该电路难以设计，更难调试。（b）采用阻容耦合电路，即利用电容的隔直流的特性将电路的三级分隔开来。此方案中需要较多电容，会影响电路的频率通带。但是这样做前后级之间的影响会减小很多，便于我们利用所学模拟电路知识计算各个元件的参数。考虑到所学知识有限，故采用（b）方案。

3.音量控制利用滑动变阻器。

三 设计步骤

一．差分电路

1.第一级作为输入放大，不需要太大的放大倍数，一般只需要几十变能达到要求。

Vcc0.7射级电流 ： Ie IRE=2IEQ

Re射级接-18V 而基级电流不能过大 集电极电流一般1mA左右取1.5Ma  得 RE5.6k 集电极电阻RC=1.5k

第一级电路的仿真情况

二.中间共射放大级

1.共射放大级静态工作点的确定: 采用电阻分压：

电源电压分别为+18V和-18V U beUbe-0.7R5U电源 IeRe R5R4Ie的大小基本由Re来确定，同时Ie和IC相当。Re对于共射放大级的静态至关重要，同时R6也要合适要使三极管工作在最佳状态，应该满足UCE1U电源电压2

UCE18V在理论上为最佳静态

但是在仿真过程中该级遇到了问题，当UCE18V时波形失真，原因是UCE较高，则有IB太小，聪三极管输出特性曲线中可以看出工作点太低，导致失真。

调试得UCE=17V合适

U beUbe-0.7R5U电源 IeRe R5R4UCEU电源电压-IEREICRC17V

U电源电压=36V 解得 R46R5 根据模电书中的例子，取R5=5k 经过仿真 得到最佳值R4=27k R5=4.3k R6=2.4k R7=620 得到第一，二级的仿真结果如下

小结：在模拟仿真过程中，由于经验不足，以及对模电理论知识理解不够。遇到较多的问题。在此又学会了不少东西。

三.互补输出级

采用模电教材中的电路

因为采用了阻容耦合，所以前级对后级的影响较小，只有在输出与输入的反馈电路上有影响。互补输出级最显著的特点:(1)就是在上述电路图中，Q4与Q5之间的电压应该为0。调结R9，R10便能做到。

(2)Q6和Q7的基极电压分别为+1V和-1V,调节 R10便能做到。

四 完整电路的仿真 电路元件

（1）静态工作点

Uo=4mV符合要求

Q6和Q7的基极电压分别为+1.16V和-1.13V,满足要求。

（2）动态

波形如下

当输入Ui=5mV时，有最大不失真输出电压，U有效=7V.PMAXU有效277w6.13w

R8功率满足要求。

（3）对电路进行交流分析

由图可以看出Fh>20kHz

Fl=100Hz 五 PCB制作

注意问题

1）公共地线要宽，电源线要宽

2）元件封装要注意电容的大小，大功率管要预留散热片空间

六 焊接与调试

焊接

（1）焊接时，首先要去氧化物，上锡，防止虚焊。虚焊带来的后果很严重，容易造成电路接触不良，进而使有些元件烧坏。

（2）调试是整个过程的重点，也是难点，因此，为了方便调试，可一级一级的焊接，然后调试，且各级分开调试。

调试

(1)方法:a.由于软件仿真与实际电路有差距，为了调试方便，将每一级的关键电阻用滑动变阻器代替，第一级的R3，第二级的R6，第三级的R10分别用2k，5k，1k的滑动变阻器代替。b.在调节前两级电路静态时，应该将反馈电路接地以构成差分管导通条件。

（2）最终调试参数：静态，差分电路IQ1CIQ2C17.3V Uo=-46mV 动态峰峰值为19V  P Fl=60HZ Fh=15k

V峰值22RL5.64w