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来源:网络 关键字:双声道BTL功放电路的课程设计报告书 更新时间:2018-12-10 10:50:53
延伸:
本文除了聚合《双声道BTL功放电路的课程设计报告书》,免费提供的有关双声道BTL功放电路的课程设计报告书的内容之一,已有不少的网友认为此答案对自己有帮助!
    功放电路的设计报告书双声道BTL功放电路的设计报告书
    目录
    摘要第一章课题背景......................................................................................21.1电子技术课程设计概要............................................................21.1.1电子技术课程设计的目的与意义..................................21.1.2电子技术课程设计的方法和步骤..................................21.2双声道BTL功放电路的设计内容与要求................................41.2.1设计目的.........................................................................41.2.2设计任务及主要技术指标..............................................41.3设计思想.....................................................................................5第二章方案论证及整体电路工作原理..................................................52.1方案确定与论证........................................................................52.2整体电路工作原理....................................................................6第三章电路单元模块设计......................................................................63.1电源电路的设计.........................................................................63.2前置放大器的设计....................................................................73.3功率放大器的设计....................................................................83.3.1音量大小调节及限频电路的设计.................................93.3.2TDA2030...........................................................................93.3.3TDA2030的负反馈网络................................................10
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    3.3.4TDA2030的保护网络....................................................103.3.5电源退耦电路的设计....................................................103.3.6输出退耦电路的设计....................................................103.3.7负载................................................................................10第四章器件选择及参数计算................................................................114.1稳压电源..................................................................................114.2前置放大器模块......................................................................124.3功率放大器模块的参数..........................................................135.1直流电源...................................................................................145.2前置放大器..............................................................................155.3功率放大器..............................................................................155.4输出功率及效率......................................................................18心得体会...................................................................................................21参考文献...................................................................................................22
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    1
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    第一章课题背景
    1.1电子技术课程设计概要
    1.1.1电子技术课程设计的目的与意义
    电子技术是一门实践性很强的课程,加强工程训练,特别是技能的培养,对于培养工程人员的素质和能力具有十分重要的作用。在电子信息类本科教学中,课程设计是一个重要的实践环节,它包括选择课题、电子电路设计、组装、调试和编写总结报告等实践内容。通过课程设计要实现以下两个目标:一、学生初步掌握电子线路的设计、组装及调试方法。即学生根据设计要求,查阅文献资料,收集、分析类似电路的性能,并通过组装调试等实践活动,使电路达到性能要求;二、课程设计为后续的毕业设计打好基础。毕业设计是系统的工程设计实践,而课程设计的着眼点是让学生开始从理论学习的轨道上逐渐引向实际方面,运用已学过的分析和设计电路的理论知识,逐步掌握工程设计的步骤和方法,同时,课程设计报告的书写,为今后从事技术工作撰写科技报告和技术资料打下基础。
    1.1.2电子技术课程设计的方法和步骤
    电子电路设计方法在设计一个电子电路系统时,首先必须明确系统的设计任务,根据任务进行方案选择,然后对方案中的各部分进行单元电路的设计、参数计算和器件选择,最后将各部分连接在一起,画出一个符合设计要求的系统电路图。
    一、明确系统的设计任务要求
    [键入文字]2
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    对系统的设计任务进行具体分析,充分了解系统的性能、指标、内容及要求,以便明确系统应完成的任务。二、方案选择把系统要完成的任务分解为若干个单元电路,并画出一个能表示各单元功能的整机原理框图。方案选择的重要任务是根据掌握的知识和资料,针对系统提出的任务、要求和条件,完成系统的功能设计。在此过程中要敢于探索,勇于创新,争取方案的设计合理、可靠、经济、功能齐全、技术先进。并且对方案要不断进行可行性和优缺点的分析,最后设计出一个完整框图。
    三、单元电路的设计、参数计算和器件选择根据系统的指标和功能框图,明确各部分任务,进行各单元电路设计、参数计算和器件选择。1.单元电路的设计单元电路是整机的一部分,只有把单元电路设计好才能提高整机设计水平。每个单元电路设计前都需明确本单元电路的任务,详细拟订出单元电路的性能指标,与前后级之间的联系,分析电路的组成形式。具体设计时,可以模仿成熟的先进的电路,也可以创新或改进,但都必须保证性能要求。而且,不仅单元电路本身要求设计合理,各单元电路间也要互相配合,注意各部分的输入、输出信号和控制信号的关系。2.参数计算为保证单元电路达到功能指标要求,就需要用电子技术知识对参数进行计算,例如振荡器中电阻、电容、振荡频率等参数。只有很好地理解电路的工作原理,正确利用计算公式,计算的参数才能满足设计要求。计算参数时,同一个电路可能有几组数据,注意选择一组能完成电路设计功能、在实践中真正可行的参数。3.器件选择(1)阻容元件的选择注意功耗、容量、频率和耐压范围是否满足要求。(2)分立元件的选择包括电阻、电容等。根据他们的用途分别进行合理选择。
    [键入文字]3
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    (3)集成电路的选择根据电路功能、性能指标选择集成电路。注意集成电路的功耗、电源电压、工作速度是否满足设计要求。通过查阅有关设计手册,进行元器件的选择。
    四、电路图的绘制电路图通常是在系统框图、单元电路设计、参数计算和器件选择的基础上绘制的,它是电路组装、调试和维修的依据。绘制电路图时,注意以下几点:(1)元器件布局合理、排列均匀、图面清晰、便于阅读。(2)注意信号流向。一般从输入端或信号源开始,由左至右或上至下按信号的流向依次画出各单元电路,而反馈通路的信号流向则与此相反。(3)图形符号标准,适当标注。(4)连线应为直线,尽量少交叉和折弯。
    1.2双声道BTL功放电路的设计内容与要求
    1.2.1设计目的
    1、能够将所学的电子技术基础知识运用到实际上、全面巩固课堂所学的理论知识,熟悉电子产品的初步设计程序和设计内容。2、要求了解集成功率放大器内部电路工作原理,掌握其外围电路的设计与主要性能参数的测试方法。3、要求掌握双声道BTL功率放大器的设计方法与装调技术。
    1.2.2设计任务及主要技术指标
    根据技术指标和已知条件,选择合适的功放电路,本设计应选用BTL电路。完成对双声道BTL功率放大器的设计、装配与调试。1、设计产生±14V的直流电源;2、设计前置放大器为左、右声道各提供一级同向比例运算放大器(电压串联负反馈电路)进行电压放大,电压放大倍数约为6,可消除高频杂波;
    [键入文字]4
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    3、设计双声道BTL功放电路,8?负载上的输出功率大于20W。4、选择电路方案,完成对确定方案电路的设计。计算电路元件参数与元件选择、并画出总体电路原理图,阐述基本原理。(用PSPICE或EWB软件完成仿真)5、安装调试并按规定格式写出课程设计报告书。
    1.31.3设计思想
    本次设计首先在众多集成功率放大器中选出符合设计要求且工作性能较佳的集成芯片,我们选用的是TDA2030,由两片TDA2030构成集成电路功率放大器,左右声道各用一片TDA2030。总模块主要包含电源模块、前置放大模块和功放模块。而整个设计的核心部分就在功放模块电路的设计,该模块完成的功能主要包括放大输入音频以及调节输出音频。随后运用Pspice软件中的仿真功能对其予以仿真,从仿真的结果中分析程序的正确性。待所有模块的功能正确之后,运用原理图搭建顶层电路并进行整体仿真直至达到最初的设计要求,最后再在实验箱上检验设计的正确与否。
    第二章方案论证及整体电路工作原理
    2.1方案确定与论证
    功率放大器的常见电路形式有单电源供电的OTL电路和正负双电源供电的OTL电路。有集成运放和晶体管组成的功率放大器,也有专用集成电路功率放大器芯片。根据设计指标及要求,选择由两片TDA2030芯片组成的双声道BTL功放电路,该芯片具有上升速率高、瞬态互调失真小、输出功率大、保护性能较完善等特点,电源电压从6V到22V均可以正常工作,对电源电压的适应范围很宽,输出功率大。
    [键入文字]5
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    2.2整体电路工作原理
    由两片TDA2030接成BTL功率放大器,电路主要分为电源电路(由电源输入、电源稳压电路组成)、前置放大电路、TDA2030功放主体电路和音频输出。电路拟采用双电源输入形式,下图为设计电路整体框图:外供正弦信号源
    信号前置功率放大级
    负载电路
    稳压电源
    放大
    稳压电源图2.2设计原理框图
    第三章电路单元模块设计
    3.1电源电路的设计
    考虑到电源获取的方便性,选取函数信号发生器上的输出正弦交流电源作为本电源的供电模块。但如果上述电源直接输入功放模块,噪音太大,将影响音质。故在本模块另外自行设计了14V的直流电源,运放的电源由3N250和LM317H以及其他小元件组成,如下图3.1。
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    6
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    V1
    2
    D2T1
    4
    220Vrms50Hz0°
    D1
    1
    1N4007
    U2LM317H
    VinADJVout
    3
    R1C1C20.1?F
    R2
    3N2502.2mFIC=35V
    240C360%10?FIC=25V4.7kKey=AQ12N914
    C40.1?F
    C5100?FIC=25V
    图3.114V直流电源
    3.2前置放大器的设计
    C147?FR110kVEE
    1
    R247k-5V
    4
    C210?FU1A
    8
    VCC5V
    7
    C10U2B
    4
    100?F
    C910?F
    C5100?F
    NE5532AI
    8
    NE5532AI
    2
    3
    5
    6
    R6C347k10?FC40.1?FR3100kR4100kC60.1?F
    R510kC710?F
    C847?F
    图3.2前置放大器
    前置放大电路由两级NE5532A1及外围电路组成,要求前置放大器为左、右声道各提供一级同向比例运算放大器(电压串联负反馈电路)进行电压放大,电压放大倍数约为6,可消除高频杂波。直流输入Vcc=5V,电路原理图如图3.2所示。
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    7
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    3.3功率放大器的设计
    图3.3-1两块TDA2030组成的BTL功放电路
    用两块TDA2030组成如图3.3-1所示的BTL功放电路,TDA2030(1)为同相放大器,TDA2030输入信号Vin通过交流耦合电容C1馈入同相输入端①脚。TAD2030(2)输入信号Vin通过交流耦合电容C3馈入同相输入端①脚,TDA2030(1)与TDA2030(2)的两个输出信号U01和U02应该是幅度相等相位相同的。现仅对TDA2030(1)的模块组成做详细介绍,介绍如下:
    C6XFG1100?FR1R4C120k65%Key=A
    1
    VCC14V
    C70.1?F
    D1
    100k
    5
    1N4001U1C4
    4
    1?F
    2
    R2100kC2
    2.2mF
    3
    TDA2030R7150kR61R98
    22?FR3100k
    R54.7k
    D21N4001
    C322?F
    C50.1?F
    图3.3-2单电源TDA2030组成的功放电路
    [键入文字]8
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    3.3.1音量大小调节及限频电路的设计3.3.1音量大小调节及限频电路的设计
    采用22K欧的滑动电位器R4来调节输入信号的大小(如图3.3-2),从而控制输出音量的大小。音量调节电位器经输入耦合电容C1与TDA2030的正相输入端相连接,其中电容C1起输入耦合作用,其大小决定功率放大器的下限频率FL

    3.3.2TDA2030
    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。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.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%。6.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(Vsmax=12V)以及负载泄放电压反冲等。TDA2030各脚电压,5脚24V正常,4脚12V输出脚正常,2脚12V正常,1脚信号输入脚12V正常。
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    9
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    3.3.3TDA2030的负反馈网络
    电路中接入R7和R5,组成电压串联负反馈网络。交流闭环增益为KVC=1+R7/R5≈33dB。R5同时又使电路构成直流全闭环组态,确保电路直流工作点稳定。
    3.3.4TDA2030的保护网络
    虽然TDA2030的内部有自我保护电路,但这并不足以保证其再整个电路工作过程中不会出问题。本课程设计采用两个二极管D1、D2进行保护,它们主要起到两点作用:一是限制输入信号过大,从而防止过流引起的芯片烧毁;二是防止电源极性接反,若不慎将电源极性接反,二极管将截止,电路处于断路状态。
    3.3.5电源退耦电路的设计
    在直流电源输入线路中接入电源退耦电容C6和C7。其中,是低频旁路C6电容,100uF,是大电容,主要用于降低电源端对GND的阻抗;C7是高频旁路电容,0.1uF,是小电容,去耦电容,主要减小进行开关动作的器件中电流通路的电感。
    3.3.6输出退耦电路的设计
    在输出线路中接入R6和C5,对输出起退耦作用,同时它们还构成输入相移校正网络,使负载接近纯电阻(减少非线性失真)。
    3.3.7负载
    选择合适的负载,有利于输出音效的清晰度。另外,将电容C4与负载串一起,可以改善低音效果。
    [键入文字]10
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    第四章器件选择及参数计算
    4.1稳压电源
    V1
    2
    D2T1
    4
    220Vrms50Hz0°
    D1
    1
    1N4007
    U2LM317H
    VinADJVout
    3
    R1C1C20.1?F
    R2240C40.1?FC5100?FIC=25V
    3N2502.2mFIC=35V
    C360%10?FIC=25V4.7kKey=AQ12N914
    如上图,要求输出稳压为14V,我们要将220V的交流电压经过波形变换、幅值变化得到14v。首先采用电源变压器将电网电压降低获得所需要交流电压,降压后的交流电压,通过3N250整流电路变成单向直流电,但其幅度变化大(即脉动大)。脉动大的直流电压须经过滤波电路变成平滑,脉动小的直流电,即将交流成份滤掉,保留其直流成份。滤波后的直流电压,再通过稳压电路稳压,便可得到基本不受外界影响的稳定直流电压输出。
    (1)T1变压器:是降压变压器,它将电网220V交流电压变换成符合需要的交流电压,并送给整流电路,变压器的变比由变压器的副边电压确定。(2)3N250整流电路:利用二极管的单向导电元件,把50Hz的正弦交流电变换成脉动的直流电。在u1的正半周内,二极管D1、D2导通,D3、D4截止;u2的负半周内,D3、D4导通,D1、D2截止。正负半周内部都有电流流过的负载电阻RL,且方向是一致的。(3)滤波电路:可以将整流电路输出电压中的交流成分大部分加以滤除,从而得到比较平滑的直流电压。(4)稳压电路LM317H:LM317H使输出的直流电压稳定,不随交流电网电压和负载的变化而变化。
    [键入文字]11
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    (5)二极管D2:用于防止输出端短路时10?1大电容放电倒灌入三端稳压器而被损坏。(6)C2、C4:因为大容量电解电容有一定的绕制电感分布电感,易引起自激振荡,形成高频干扰,所以稳压器的输入、输出端并入0.1u1的瓷介质小容量电容用来抵消电感效应,抑制高频干扰。
    4.2前置放大器模块
    C147?FR110kVEE
    1
    R247k-5V
    4
    C210?FU1A
    8
    VCC5V
    7
    C10U2B
    4
    100?F
    C910?F
    C5100?F
    NE5532AI
    8
    NE5532AI
    2
    3
    5
    6
    R6C347k10?FC40.1?FR3100kR4100kC60.1?F
    R510kC710?F
    C847?F
    要求电压放大倍数为6,即1+R2/R1=1+R6/R5=6,故根据实际情况,选取,R1=R5=10KΩ,R2=R6=47KΩ。
    [键入文字]
    12
    [键入文字]
    4.3功率放大器模块的参数
    C6XFG1100?FR1R4C120k65%Key=A
    1
    VCC14V
    C70.1?F
    D1
    100k
    5
    1N4001U1C4
    4
    1?F
    2
    R2100kC2
    2.2mF
    3
    TDA2030R7150kR61R98
    22?FR3100k
    R54.7k
    D21N4001
    C322?F
    C50.1?F
    因为要求输出到8Ω负载上的输出功率大于20W,而Uom=√(2RPo)=√(2×8×20)=17.88V,当输入电压为0.55时,电压增益为Af=1+R7/R5=17.88/0.55=33,故根据实际情况取R7=150KΩ,R5=4.7KΩ。
    [键入文字]
    13
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    第五章调试及其结果分析7
    5.1直流电源
    图5.1-1电源电压输出波形图
    图5.1-2万用表测直流电压
    将运放电源板断开负载,接上交流电源,测得直流输出电压为12V,带上不同的电阻负载,在不超过额定电流的情况下,测电源输出电压的波形,波形图如图5.1-1所示,输出电压稳定,运放电源调试通过。将功放电源板的负载断开,用万用表直流电压挡测输出电压,结果如上图5.1-2所示。
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    5.2前置放大器
    插上运放NE5532A1,用直流稳压电源供电,在输入端加上Ui.p-p=10mV的正弦信号,用示波器测得输出无直流分量且Uo.p-p=60mV,由此说明电压放大倍数为6,且可消除高频杂波,调试通过。
    5.3功率放大器
    图5.3-1Vomax最大输出波形图
    [键入文字]
    15
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    图5.3-2Vimax最大输入波形图
    将功放部分加上稳压电源,输出带8Ω负载,用示波器测得当最大不失真电压Vomax=5.37V时,最大输入电压为Vimax=263.9mV,最大输出不失真电压波形图及最大输入电压波形图如上图5.3-1、5.3-2。
    [键入文字]
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    [键入文字]
    图5.3-3Vimin输入波形图
    图5.3-4输出波形图
    分加上稳压电源,输出带8Ω负载,用示波器测得当最小输入电Vimax=263.9mV时,,最小输出电压Vomin几乎接近0,其电压波形图如上图5.3-3、5.3-4。
    [键入文字]
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    5.4输出功率及效率
    原则上按要求要输出到8Ω负载上的输出功率大于20W,那么最大输出电压应该为Uom=√(2RPo)=√(2×8×20)=17.88V电源电压为18VIcm=√(2Po/R)=√(2×20/8)=2.236APV=2UIcm/3.14=2×18×2.236/3.14=25.63W故效率为η=PO/PV=20/25.63=78.03%而实际上,我们做出的输出功率为PO=UU/2R=5.37×5.37/2/8=1.8W电源功率为效率为η=PO/PV=1.8/=
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    18
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    第六章附录TDA2030的简介的简介
    一、TDA2030极限参数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。TDA2030按引脚的形状引可分为H型和V型。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,TDA2030具有体积小、输出功率大、失真小等特点。TDA2030并具有内部保护电路。意大利SGS公司、美国RCA公司、日本日立公司、NEC公司等均有同类产品生产,虽然其内部电路略有差异,但引出脚位置及功能均相同,可以互换。二、TDA2030电路特点:[1].TDA2030外接元件非常少。[2].TDA2030输出功率大,Po=18W(RL=4Ω)。[3].TDA2030采用超小型封装(TO-220),可提高组装密度。[4].TDA2030开机冲击极小。[5].TDA2030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].TDA2030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%。无疑,用它来做电脑有源音箱的功率放大部分或小型功放再合适不过了。
    三、TDA2030注意事项:[1].TDA2030具有负载泄放电压反冲保护电路,如果电源电压峰值电压40V的话,那么在5脚与电源之间必须插入LC滤波器,以保证5脚上的脉冲串维持在规定的幅度内。[2].TDA2030热保护:限热保护有以下优点,能够容易承受输出的过载(甚至是长时间的),或者环境温度超过时均起保护作用。[3].TDA2030与普通电路相比较,散热片可以有更小的安全系数。万一结温超过时,也不会对器件有所损害,如果发生这种情况,Po=(当然还有Ptot)和Io就被减少。
    [键入文字]19
    [键入文字]
    [4].印刷电路板设计时必须较好的考虑地线与输出的去耦,因为这些线路有大的电流通过。[5].装配时散热片与之间不需要绝缘,引线长度应尽可能短,焊接温度不得超过260℃,12秒。[6].虽然TDA2030所需的元件很少,但所选的元件必须是品质有保障的元件。TDA2030极限参数参数名称电源电压(Vs)输入电压(Vin)差分输入电压(Vdi)峰值输出电流(Io)耗散功率(Ptot)(Vdi)工作结温(Tj)存储结温(Tstg)极限值±18Vs±153.520-40-+150-40-+150单位VVVAV℃℃
    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。
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    心得体会
    本次课程设计至此已经接近尾声,一周的时间虽然很短暂,但在这一个个星期的设计过程中收获颇丰。整个课程设计过程中首先对模拟电路这门课程有了更深的了解,因为课程设计本身要求将以前所学的理论知识运用到实际的电路设计当中去,在电路的设计过程中,无形中便加深了对模拟电路的了解及运用能力,对课本以及以前学过的知识有了一个更好的总结与理解;以前的模电实验只是针对某一个小的功能设计,而此次课程设计对我们的总体电路的设计的要求更严格,需要通过翻阅复习以前学过的知识确立了实验总体设计方案,然后逐步细化进行各模块的设计。起初,我们对示波器的使用并不清楚,经过本次课程设计,使得我们对示波器的使用更加熟悉,学会了如何将波形跳成自己所需要的形式。这周下来,我对电路故障的排查能力有了很大的提高;再次,通过此次课程设计,我对设计所用到的软件有了更加深刻地了解,这对我们以后的工作和学习的帮助都很有用处。感谢学校给我们这次机会,锻炼了我们的动手能力。通过这次课设让我明白了理论和实际操作之间差距,而且也让我很明确得意识到自己在模电上有很多的知识漏洞,以后应该多钻研一下。同时也感谢指导老师在设计过程中的辅导以及同学的帮助。
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    参考文献
    [1]康华光.《电子技术基础》.武汉:高等教育出版社,2006.1.[2]付家才.《电子工程实践技术》.北京:化学工业出版社,2005.2.[3]李万臣,《模拟电子技术基础实验与课程设计》,哈尔滨:哈尔滨工程大学出版社,2001
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