模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)書(共12頁)

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上模擬電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)書一課程設(shè)計(jì)的目的:1通過實(shí)際課題的設(shè)計(jì)提高學(xué)生綜合運(yùn)用所學(xué)知識(shí)能力。2學(xué)習(xí)電子工程師理想的設(shè)計(jì)工具PROTEUS電路仿真設(shè)計(jì)工具，熟悉PROTEUS軟件基本操作，了解PROTEUS的電路仿真過程，學(xué)會(huì)繪制電路圖，并能進(jìn)行基本的仿真實(shí)驗(yàn)及性能分析。二課程設(shè)計(jì)的題目課程設(shè)計(jì)題目分兩類，一是綜合設(shè)計(jì)性題目，該題目的目的是綜合運(yùn)用所學(xué)的知識(shí)，可在三個(gè)設(shè)計(jì)題目中任選其一。一類是基礎(chǔ)性實(shí)驗(yàn)題目，此類題目目的是通過仿真實(shí)驗(yàn)進(jìn)一步復(fù)習(xí)鞏固模擬電子技術(shù)的基礎(chǔ)理論，掌握主要單元電路的性能分析方法，為實(shí)際應(yīng)用打下基礎(chǔ)，可選1-2個(gè)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行仿真，按實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書完成設(shè)計(jì)

2、報(bào)告。 I綜合設(shè)計(jì)性題目： 串聯(lián)型直流穩(wěn)壓電源的設(shè)計(jì) 水溫測量與控制電路的設(shè)計(jì) 數(shù)字邏輯電平測試儀的設(shè)計(jì) （任選其一）II. 基礎(chǔ)性實(shí)驗(yàn)題目：（II、III實(shí)驗(yàn)中任選其二，按實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書寫出實(shí)驗(yàn)報(bào)告）實(shí)驗(yàn)一：單管交流放大電路 實(shí)驗(yàn)二：反饋放大電路 實(shí)驗(yàn)三：集成運(yùn)算放大器的基本應(yīng)用（一）實(shí)驗(yàn)四：集成運(yùn)算放大器的基本應(yīng)用（二）實(shí)驗(yàn)五：低頻功率放大器 （上述實(shí)驗(yàn) 參閱模擬電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書）iii 補(bǔ)充實(shí)驗(yàn)1. 射極跟隨器 （參考附錄1）2. RC正弦波振蕩器（參考附錄2）3.差動(dòng)放大電路 （參考附錄3） 二、課程設(shè)計(jì)的要求：設(shè)計(jì)課題1：串聯(lián)型直流穩(wěn)壓電源的設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)要求：在輸入電壓220V 50HZ電

3、壓變化范圍±10%條件下： 輸出電壓可調(diào)范圍：+9+12V； 最大輸出電流：300mA; 測出設(shè)計(jì)電路的輸出電阻(輸入電壓變化范圍±10%下,滿載)，并將輸出電阻盡量減到最小。 測出設(shè)計(jì)電路的穩(wěn)壓系數(shù)( 最低輸入電壓下,滿載)，并將穩(wěn)壓系數(shù)減到最小。 學(xué)習(xí)PROTEUS的電路仿真過程，繪制電路圖，進(jìn)行基本的仿真實(shí)驗(yàn)對(duì)設(shè)計(jì)的電路進(jìn)行性能分析預(yù)習(xí)要求： .復(fù)習(xí)串聯(lián)穩(wěn)壓電源工作原理。 .查閱有關(guān)電路相關(guān)資料。 .確定設(shè)計(jì)方案、計(jì)算元器件參數(shù)滿足設(shè)計(jì)要求。 預(yù)習(xí)PROTEUS仿真軟件設(shè)計(jì)指導(dǎo):在所有的電子電路和電子設(shè)備中,通常都需要電壓穩(wěn)定的直流穩(wěn)壓電源供電.小功率直流穩(wěn)壓電源主要

4、有電源變壓器、整流電路、濾波電路、和穩(wěn)壓電路4部分組成。直流穩(wěn)壓電源的技術(shù)指標(biāo)有：輸入電壓、輸出電壓、輸出電流、和輸出電壓范圍；質(zhì)量指標(biāo)有穩(wěn)壓系數(shù)、電壓調(diào)整率、電流調(diào)整率、紋波電壓等。1.設(shè)計(jì)參考電路2.測量輸出電壓變化范圍 在電路空載的條件下，在輸出端接電壓表，用電壓表測量電路的輸出電壓。 單擊仿真開關(guān)，進(jìn)行仿真分析。當(dāng)電路處于穩(wěn)態(tài)時(shí)，根據(jù)電壓表的顯示值，記錄電路的輸出電壓。調(diào)節(jié)電位器，觀察輸出電壓的變化情況，記錄輸出電壓的最大值和最小值。3輸出電阻的測量直流電源的輸出電阻定義為：當(dāng)輸入電壓不變時(shí)，由于負(fù)載變化引起的輸出端直流電壓變化量與輸出電流變化量之比。在如圖所示直流穩(wěn)壓電源電路，在R6

5、支路串入電流表。單擊仿真開關(guān)進(jìn)行分析，電位器R5在50%處，輸入電壓Vi=220v不變的情況下,在開關(guān)K斷開時(shí),記錄輸出電壓Vout;然后在開關(guān)K閉合時(shí),測量輸出電壓Vout1和輸出電流Iout.輸出電阻Ro=在工程中也常常用IO 從零變化到最大額定值時(shí)，輸出電壓的相對(duì)變化量來表征這一性能，稱電流調(diào)整率。4.穩(wěn)壓系數(shù)測定穩(wěn)壓電源穩(wěn)壓系數(shù)Sr的定義:當(dāng)負(fù)載不變時(shí),輸出直流電壓Vo的相對(duì)變化量與輸入直流電壓Vi的相對(duì)變化量之比。該指標(biāo)反映了電網(wǎng)電壓波動(dòng)的影響。所謂穩(wěn)壓電路的輸入電壓Vo是指整流濾波后的直流電壓。由于工程上常常把電網(wǎng)電壓波動(dòng)±10%做為極限條件。因此，也有將此時(shí)的輸出電壓的

6、相對(duì)變化做為衡量指標(biāo)，稱為電壓調(diào)整率。保持負(fù)載電阻R6不變，調(diào)節(jié)穩(wěn)壓電路輸入電壓Vi, 使輸入電壓在±10%的范圍變化，觀察輸出電壓波形，測試輸出電壓的變化值，計(jì)算出電路的穩(wěn)定系數(shù)Sr。 設(shè)計(jì)課題2：水溫測量與控制設(shè)計(jì)要求 水溫測量, 測量范圍 0100 oC 學(xué)習(xí)PROTEUS的電路仿真過程，繪制電路圖，進(jìn)行基本的仿真實(shí)驗(yàn)對(duì)設(shè)計(jì)的電路進(jìn)行分析擴(kuò)展功能 ：在測溫的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)控制。控溫精度 ：±1 oC控溫通道輸出為雙向晶閘管或繼電器，一組轉(zhuǎn)換觸點(diǎn)為市電（220V 10A）預(yù)習(xí)要求：.復(fù)習(xí)集成運(yùn)算放大器的線性區(qū)的應(yīng)用(比例電路、比較器)。.查閱AD590溫度傳感器的相關(guān)資

7、料及典型應(yīng)用 查閱繼電器相關(guān)資料，了解其工作原理及其應(yīng)用。 預(yù)習(xí)PROTEUS仿真軟件 設(shè)計(jì)指導(dǎo)溫度控制器是實(shí)現(xiàn)可測溫度和控制溫度的電路，通過對(duì)溫度控制電路的設(shè)計(jì)、調(diào)試了解溫度傳感器的性能，學(xué)會(huì)在實(shí)際電路中的應(yīng)用。進(jìn)一步熟悉集成運(yùn)算放大器的線性和非線性應(yīng)用。溫度控制系統(tǒng)的基本原理溫度測量與控制原理框圖如圖下所示。 本電路有溫度傳感器，K- 0C變換、控制溫度設(shè)置、數(shù)字電壓表（顯示）和放大器等部件組成。溫度傳感器的作用是把溫度信號(hào)轉(zhuǎn)換成電流信號(hào)或電壓信號(hào)，K-OC變換將熱力學(xué)溫度K轉(zhuǎn)換成攝氏溫度OC。信號(hào)經(jīng)放大器放大和刻度定標(biāo)后由數(shù)字電壓表直接顯示溫度值，并同時(shí)送入比較器與預(yù)先設(shè)定的固定溫度值進(jìn)

8、行比較，由比較器輸出電平的高低變化來控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)（如繼電器）工作，實(shí)現(xiàn)溫度的自動(dòng)控制。 溫度測量與控制原理框圖 1. AD590溫度傳感器簡介AD590是單片集成感溫電流源，具有良好的互換性和線性性質(zhì)，能夠消除電源波動(dòng)，輸出阻抗高達(dá)10M。器件采用B-1型金屬封裝。其主要特征如下；1).流過器件的電流變化1µA,等于器件的熱力學(xué)溫度變化1K即轉(zhuǎn)換當(dāng)量為1µA/K。2）測量溫度范圍為-55+1503）AD590的電源電壓范圍為430V。電源電壓可46V范圍變化，可承受44V正向電壓和20V的反相電壓，器件反接也不會(huì)被損壞。4.）精度高，AD590 共有I、J、K、L、M五檔，

9、其中M檔精度最高，在-55+150范圍內(nèi)，非線性誤差為±0.3。AD590為電流型PN結(jié)集成溫度傳感器，其輸出電流正比于熱力學(xué)溫度。0溫度時(shí)輸出電流為273.2µA，溫度每變化1，輸出電流變化1µA。由于生產(chǎn)是經(jīng)過精密校正，AD590的接口電路十分簡單，不需要外圍溫度補(bǔ)償和線性處理電路，便于安裝和調(diào)試。2. 單元電路參考設(shè)計(jì)方案一：溫度-電壓變換電路溫度-電壓變換電路如圖1 。由圖得出Uo1 =(1µA/K)*R = R * 10 -6/K如R= 10K 則 Uo1 = 10mV/K K-變換電路因?yàn)锳D590的溫控電流值是對(duì)應(yīng)熱力學(xué)的溫度K,而溫控中需

10、要采用攝氏溫度由運(yùn)算放大器組成的加法器可實(shí)現(xiàn)這一轉(zhuǎn)換，參考電路如圖2所示。其表達(dá)式滿足如下關(guān)系： 圖1 溫度-電壓變換電路圖 圖2. K- 變換參考電路 UO2=-（-UR)元件參數(shù)的確定和-UR 的選取的指導(dǎo)思想是：0（即273K）時(shí)，UO2=0V。 放大器設(shè)計(jì)一個(gè)反相比例運(yùn)算放大器，進(jìn)行參數(shù)調(diào)整，使其輸出Uo3 滿足10mv/。用數(shù)字電壓表可實(shí)現(xiàn)溫度顯示。溫度比較電路溫度比較電路由電壓比較器組成，如圖3所示。VREF為控制溫度的設(shè)定電壓（對(duì)應(yīng)控制溫度的），Rf2用于改善比較器的遲滯特性，決定控制溫度的精度。 圖3 比較器電路 圖4 繼電器驅(qū)動(dòng)電路 繼電器驅(qū)動(dòng)電路如圖4所示。當(dāng)被測溫度超過設(shè)

11、定溫度時(shí)，繼電器動(dòng)作，使觸發(fā)器斷開，停止加熱；反之被測溫度低于設(shè)置溫度時(shí)，繼電器閉合，進(jìn)行加熱。NPN型晶體管VT作為開關(guān)管用來驅(qū)動(dòng)繼電器線圈是否得電，從而控制加熱裝置達(dá)到控制溫的目的。二極管VD的作用是繼電器線圈斷電瞬間，提供能量釋放回路，防止擊穿驅(qū)動(dòng)晶體管VT。 測試要點(diǎn) 用溫度計(jì)測量傳感器處的溫度T(OC),若溫度T=27 OC (300K),取R=10K,則UO1=3V,調(diào)整UR的值使UO2=-270mV,若反相比例放大器的放大倍數(shù)為-10倍，則UO3應(yīng)為2.7V。測量比較器的比較電壓VREF 的值,使其等于所要控制的溫度乘0.1V。如設(shè)定溫度為50，則VREF的值為5V。比較器的輸出

12、可接LED指示燈，在溫度傳感器加熱（可用電吹風(fēng)實(shí)現(xiàn)）到溫度小于設(shè)定值錢LED一直處于點(diǎn)亮狀態(tài)，反之，則熄滅。如果控溫精度不良或過于靈敏造成繼電器在被控觸點(diǎn)抖動(dòng)時(shí)，可改變電阻Rf2.方案二：溫度測量電路也可以采用圖5所示應(yīng)用電路。圖5 溫度測量電路 圖5中 AD590的輸出電流I=(273+T)µA（T為OC），因此測量的電壓U=(273+T)µA*10k=2.73+T/100V,利用電壓跟隨器緩沖隔離，U=U2。由于一般電源供應(yīng)較多器件之后，電源是帶噪聲的，因此可使用穩(wěn)壓管利用可變電阻分壓調(diào)整，使U1=2.73V.使用差動(dòng)放大器，其輸出為 UO=10(U2-U1) )=T/

13、10V。如果T=28OC,則輸出電壓為2.8V。 設(shè)計(jì)課題3:數(shù)字邏輯電平測試儀設(shè)計(jì)要求：測試高電平、低電平，發(fā)出不同的聲響。測量范圍： 低電平0.8V, 高電平3.5V ，高低電平分別用1KHZ和800HZ.的聲響表示；被測信號(hào)在0.83.5v之間不發(fā)聲；工作電源為5V ,輸入阻抗大于20K.學(xué)習(xí)PROTEUS的電路仿真過程，繪制電路圖，進(jìn)行基本的仿真實(shí)驗(yàn)對(duì)設(shè)計(jì)的電路進(jìn)行分析預(yù)習(xí)要求：.復(fù)習(xí)集成運(yùn)算放大器組成的窗口比較器工作原理。.查閱聲響產(chǎn)生電路相關(guān)資料。確定設(shè)計(jì)方案、計(jì)算元器件參數(shù)滿足設(shè)計(jì)要求。預(yù)習(xí)PROTEUS教程設(shè)計(jì)指導(dǎo)： 1.概述在數(shù)字電路測試、調(diào)試時(shí)和檢修時(shí)，經(jīng)常要對(duì)電路中的邏輯

14、電平進(jìn)行測試，采用萬用表或示波器很不方便，而采用邏輯信號(hào)電平測試儀可以通過聲音表示被測信號(hào)的邏輯狀態(tài)，使用簡單方便。圖示電路為數(shù)字邏輯電平測試儀的原理框圖，電路由輸入電路、邏輯電平識(shí)別電路和聲響信號(hào)產(chǎn)電路等組成。圖1 2.各單元電路參考設(shè)計(jì)輸入及邏輯電平識(shí)別電路如圖2所示，Ui 是輸入的被測邏輯電平信號(hào)，輸入電路由電阻R1和R2組成，其作用是保證輸入懸空時(shí)，Ui既不是高電平，也不是低電平。A1和A2組成窗口比較器，參考電壓VH和VL有電阻分壓獲得。Ui 圖2 輸入和邏輯識(shí)別電路比較器的邏輯電平比較功能表如表1所示，從比較器的輸出狀態(tài)就能判別輸入邏輯電平信號(hào)的高低。表1 邏輯電平比較功能表輸 入

15、 輸 出 VA VB UiL(H) 低 高 L UiH低低UiH（VL）高低根據(jù)技術(shù)指標(biāo)的要求，設(shè)輸入端懸空時(shí)，Vi=1.4V(取VH=3.5V 與VL=0.8V的中間值)，由Ui 、VH、VL的值可以計(jì)算出R1、 R2 、R3、 R4、R5、 R6 的值。輸入電阻Ri = R1/R220K, R3、 R4、 R5、 R6取值過大容易引起干擾，取值過小是會(huì)增大功耗。工程一般在幾十至幾百千歐。聲響信號(hào)產(chǎn)生電路如圖3所示聲響產(chǎn)生電路，主要有兩個(gè)比較器A3和A4組成，其工作原理如圖所示。 圖3 音響產(chǎn)生電路1） 當(dāng)VA =VB = -5V (均為低電平)時(shí)，由于穩(wěn)態(tài)時(shí)，電容C1兩端電壓為零，二極管V

16、D1、VD2截止，電容C1無充電回路，而 Up3 =3V,即UP3UN3, 故Uo輸出為高電平。輸出Uo通過電阻R9為電容C2充電，穩(wěn)態(tài)時(shí)達(dá)到高電平，使UP4UN4，運(yùn)算放大器A4輸出 高電平，但由于二極管VD3的存在，電路的穩(wěn)態(tài)不受影響。故電路輸出Uo一直保持高電平。2） 當(dāng)VA =3.5v、VB = -5V時(shí)。此時(shí)VD1導(dǎo)通,電容C1通過電阻R7充電,VC1按指數(shù)規(guī)律逐漸升高，使UN3UP3 = 3V, Uo保持高電平。 UN3UP3 = 3V時(shí)，UO從5V跳變?yōu)?V, 使C2通過R9放電，VC2由5V逐漸下降，當(dāng)VC2UN4 =3V, A4的輸出跳變?yōu)?V，二極管VD3導(dǎo)通，C1通過VD

17、3和A4的輸出電阻放電。因?yàn)锳4的輸出電阻很小，所以VC1迅速降到0V左右 ，使UN3UP3，輸出電壓UO又跳變到5V, C1再次充電，如此循環(huán)，UO形成矩形脈沖信號(hào)，如圖所示。3） 當(dāng)VA =-5V、VB =3V時(shí)。此時(shí)電路的工作過程與VA =3V 、VB =0V時(shí)相似，區(qū)別在于VD2導(dǎo)通時(shí)，VB高電平通過R8向C1充電，時(shí)間常數(shù)改變了，使得UO的周期會(huì)發(fā)生相應(yīng)變化。有關(guān)參數(shù)計(jì)算如下：根據(jù)一階電路響應(yīng)的特點(diǎn)，在t1期間電容充電 T = t1 + t2式中t1=1.2 1 1 =R7C1 T2=0.36 2 2 =R9C2取2=0.5ms C2 =0.01µF 可計(jì)算R9的值。選C1

18、=0.1µF，由于技術(shù)指標(biāo)要求，被測信號(hào)為高電平時(shí)，聲響頻率為1KHZ即T=1ms,可計(jì)算出R7的取值。同理當(dāng)被測信號(hào)為低電平時(shí)，聲響頻率為800HZ.,可求得R8的值。 聲響驅(qū)動(dòng)電路 圖4 音響驅(qū)動(dòng)電路聲響驅(qū)動(dòng)電路如圖4所示。電阻R10 =5k R11 =10k。由于聲響負(fù)載較低且功耗小，驅(qū)動(dòng)管的耐壓等條件要求不高，選取9012做為驅(qū)動(dòng)管，即能滿足本電路的要求。本設(shè)計(jì)的聲響信號(hào)產(chǎn)生電路也可以利用555定時(shí)器完成。將判別電路的輸出接到555定時(shí)器的4腳，當(dāng)判別的結(jié)果為高電平時(shí)，555定時(shí)工作，產(chǎn)生一定頻率的矩形波信號(hào)，聲響驅(qū)動(dòng)電路工作，可利用二極管改變RC時(shí)間常數(shù)，可獲得不同的震蕩頻

19、率，滿足本設(shè)計(jì)的要求，請(qǐng)同學(xué)自行設(shè)計(jì)。3.發(fā)揮要求： 窗口寬度可調(diào)的窗口檢波器控制系統(tǒng)中，常用窗口檢波器檢測被測信號(hào)電平。圖5所示是窗口寬度可調(diào)的窗口檢波器。當(dāng)輸入電壓Ui為正值時(shí)，VD3導(dǎo)通，VD2截止，運(yùn)算放大器A2的輸出電壓為零。如果Ui VL , 則VD1截止，檢波器輸出Uo為零。如果Ui VL，則VD1導(dǎo)通，通過VD1、R2構(gòu)成的正反饋支路，使Uo輸出為高電平VOH。當(dāng)輸入電壓Ui為負(fù)值時(shí)，VD1截止，檢波器輸出Uo由A2確定。Ui與VL的和式正值時(shí)，A2的輸出電壓為負(fù)，VD3導(dǎo)通，VD2截止，Uo為零。Ui與VL的和為負(fù)值時(shí)A2的輸出電壓為正值,VD2導(dǎo)通，R4 、VD2為正反饋支路，使U