模擬電子技術

1、模擬電子技術課程設計 課 程 設 計 報 告課程設計名稱： 模擬電子技術 系 部： 三 系 學生姓名： 班 級： 學 號： 成 績： 指導教師： 開課時間： 學年 學期目 錄1設計的目的及任務（1）1.1 課程設計的目的 （1）1.2 課程設計的任務與要求 （1）1.3 課程設計的技術指標 （1）2 電路設計總方案及原理框圖 （2）2.1 電路設計原理框圖 （2）2.2 電路設計方案設計 （2）3 各部分電路設計 （2）3.1 方波發(fā)生電路的工作原理 （2）3.2 方波-三角波轉換電路的工作原理 (3）3.3 三角波-正弦波轉換電路的工作原理 （4） 3.4電路的參數(shù)選擇及計算 （5）3.5

2、總電路圖 （6）4 電路仿真 （7）4.1 方波-三角波發(fā)生電路的仿真 （7）4.2 三角波-正弦波轉換電路的仿真 （7）5 萬用表制作和電路的安裝 5.1 指針式萬用表的基本原理 （8） 5.2 基本測量原理 （9）5.3 直流電流部分電路的分析與調試 （11）5.4 直流電壓部分電路的分析與調試 （12）5.5 交流電壓部分的電路分析與調試 （13）5.6 歐姆表部分電路的分析與調試 （14）6 整機組裝及調試 （16）6.1 電路組成 （16）7 實驗總結 （17）8 儀器儀表清單 （19）9 參考文獻 （21） 251設計的目的和任務1.1 設計目的1掌握電子系統(tǒng)的一般設計方法2掌握模

3、擬IC器件的應用3培養(yǎng)綜合應用所學知識來指導實踐的能力4掌握常用元器件的識別和測試5熟悉常用儀表，了解電路調試的基本方法1.2設計任務 設計方波三角波正弦波函數(shù)信號發(fā)生器1.3課程設計的要求及技術指標1設計、組裝、調試函數(shù)發(fā)生器2輸出波形：正弦波、方波、三角波；3頻率范圍 ：在1010000Hz范圍內可調 ；4輸出電壓：方波U24V，三角波U8V，正弦波U1V；2函數(shù)發(fā)生器總方案及原理框圖2.1 電路設計原理框圖圖21函數(shù)發(fā)生器電路組成框圖2.2電路設計方案設計函數(shù)發(fā)生器一般是指能自動產(chǎn)生正弦波、三角波、方波及鋸齒波、階梯波等電壓波形的電路或儀器。根據(jù)用途不同，有產(chǎn)生三種或多種波形的函數(shù)發(fā)生器

4、，使用的器件可以是分立器件 (如低頻信號函數(shù)發(fā)生器S101全部采用晶體管)，也可以采用集成電路(如單片函數(shù)發(fā)生器模塊8038)。為進一步掌握電路的基本理論及實驗調試技術，本課題采用由集成運算放大器與晶體管差分放大器共同組成的方波三角波正弦波函數(shù)發(fā)生器的設計方法。產(chǎn)生正弦波、方波、三角波的方案有多種，如首先產(chǎn)生正弦波，然后通過整形電路將正弦波變換成方波，再由積分電路將方波變成三角波；也可以首先產(chǎn)生三角波方波，再將三角波變成正弦波或將方波變成正弦波等等。本課題采用先產(chǎn)生方波三角波，再將三角波變換成正弦波的電路設計方法，本課題中函數(shù)發(fā)生器電路組成框圖如2-1所示：2由比較器和積分器組成方波三角波產(chǎn)生

5、電路，比較器輸出的方波經(jīng)積分器得到三角波，三角波到正弦波的變換電路主要由差分放大器來完成。差分放大器具有工作點穩(wěn)定，輸入阻抗高，抗干擾能力較強等優(yōu)點。特別是作為直流放大器時，可以有效地抑制零點漂移，因此可將頻率很低的三角波變換成正弦波。波形變換的原理是利用差分放大器傳輸特性曲線的非線性。3各部分電路設計3.1 方波發(fā)生電路的工作原理 此電路由反相輸入的滯回比較器和RC電路組成。RC回路既作為延遲環(huán)節(jié)，又作為反饋網(wǎng)絡，通過RC充、放電實現(xiàn)輸出狀態(tài)的自動轉換。設某一時刻輸出電壓Uo=+Uz,則同相輸入端電位Up=+UT。Uo通過R3對電容C正向充電，如圖中實線箭頭所示。反相輸入端電位n隨時間t的增

6、長而逐漸增高，當t趨于無窮時，Un趨于+Uz；但是，一旦Un=+Ut,再稍增大，Uo從+Uz躍變?yōu)?Uz,與此同時Up從+Ut躍變?yōu)?Ut。隨后，Uo又通過R3對電容C反向充電，如圖中虛線箭頭所示。Un隨時間逐漸增長而減低，當t趨于無窮大時，Un趨于-Uz；但是，一旦Un=-Ut,再減小，Uo就從-Uz躍變?yōu)?Uz，Up從-Ut躍變?yōu)?Ut，電容又開始正相充電。上述過程周而復始，電路產(chǎn)生了自激振蕩。 3.2 方波-三角波轉換電路的工作原理圖3-1 方波三角波產(chǎn)生電路 圖3-2比較器的電壓傳輸特性 圖33方波-三角波變換3.3 三角波-正弦波轉換電路的工作原理 圖3-4 三角波正弦波變換電路差分

7、放大器具有工作點穩(wěn)定，輸入阻抗高，抗干擾能力較強等優(yōu)點。特別是作為直流放大器，可以有效的抑制零點漂移，因此可將頻率很低的三角波變換成正弦波。波形變換的原理是利用差分放大器傳輸特性曲線的非線性。分析表明，傳輸特性曲線的表達式為： 式中差分放大器的恒定電流；溫度的電壓當量，當室溫為25oc時，UT26mV。如果Uid為三角波，設表達式為式中Um三角波的幅度； T三角波的周期。為使輸出波形更接近正弦波，由圖可見：（1） 傳輸特性曲線越對稱，線性區(qū)越窄越好；（2） 三角波的幅度Um應正好使晶體管接近飽和區(qū)或截止區(qū)。圖為實現(xiàn)三角波正弦波變換的電路。其中Rp1調節(jié)三角波的幅度，Rp2調整電路的對稱性，其并

8、聯(lián)電阻RE2用來減小差分放大器的線性區(qū)。電容C1,C2,C3為隔直電容，C4為濾波電容，以濾除諧波分量，改善輸出波形。3.4電路的參數(shù)選擇及計算3.4.1 三角波-正弦波部分比較器A1與積分器A2的元件計算如下。即 取， 則，取，RP1為47K的點位器。取平衡電阻 即當時，取，則，取，為100K電位器。當時 ，取以實現(xiàn)頻率波段的轉換，R4及RP2的取值不變。取平衡電阻。三角波正弦波變換電路的參數(shù)選擇原則是：隔直電容C3、C4、C5要取得較大，因為輸出頻率很低，取，濾波電容視輸出的波形而定，若含高次斜波成分較多，可取得較小，一般為幾十皮法至0.1微法。RE2=100歐與RP4=100歐姆相并聯(lián)，

9、以減小差分放大器的線性區(qū)。差分放大器的幾靜態(tài)工作點可通過觀測傳輸特性曲線，調整RP4及電阻R*確定。3.5 總電路圖圖3-5三角波-方波-正弦波函數(shù)發(fā)生器實驗電路4 電路仿真4.1 方波-三角波發(fā)生電路的仿真圖41方波發(fā)生電路仿真 圖42三角波發(fā)生電路仿真圖43方波三角波發(fā)生電路仿真4.2 三角波-正弦波轉換電路的仿真圖44正弦波發(fā)生電路仿真 圖45三角波正弦波發(fā)生電路仿真5萬用表制作和電路的安裝5.1 指針式萬用表的基本原理5.1.1 萬用表概述萬用表的基本原理是利用一只靈敏的磁電式直流電流表（微安表）做表頭，如圖5-1。當微小電流通過表頭，就會有電流指示。但表頭不能通過大電流，所以，必須在

10、表頭上并聯(lián)與串聯(lián)一些電阻進行分流或分壓，從而測出電路中的電流、電壓和電阻。圖5-1 萬用表原理圖5.1.2 MF47A技術指標1、直流電壓：0-0.25V-1V-10V-50V-500V-1000V-2500V；2、交流電壓：0-10V-50V-250V-500V-1000V-2500V；3、直流電流：0-50A-0.5mA-5mA-500mA-5A；4、電阻：0-2K-20K-200K-2M -40M；5、音頻電平：10dB-22dB；6、hFE（晶體管放大倍數(shù)）：0-300；7、電感：20H-1000H（50HZ）；8、電容：0.001F-0.3 F 。5.2 基本測量原理5.2.1直流電

11、流測量原理如圖5-2(a)所示，通過轉換開關，使萬用表內的表頭（磁電式）并聯(lián)一個適當?shù)碾娮?稱分流電阻)進行分流就可以擴展電流量程。例1：某表頭滿量程是50微安，表頭內阻1千歐，現(xiàn)在要求擴展電流量程為5毫安，分流電阻R的阻值應選擇多少歐姆?根據(jù)所學知識得： （其中n為量程擴大倍數(shù)，Rg為電流表的內阻。所以：因此，只要用一個10.10的電阻與滿量程為50uA內阻為1k的表頭相并聯(lián)即可組成最大測量范圍為5mA的電流表。同理，也可組成測量范圍為50mA、500mA或5A的電流表。5.2.2測量直流電壓(V)的原理如圖5-2(b)所示，通過轉換開關，使萬用表內的表頭串接一個適當阻值的電阻(倍增電阻)進

12、行降壓，就可以擴展電壓量程。例如，有一塊50uA、內阻1千歐的表頭，現(xiàn)要使它成為最大量程為5V的電壓表，問需串接一個多大阻值的電阻?根據(jù)所學知識得： （其中n為量程擴大倍數(shù)，Rg為電流表的內阻,R為圖中的降壓電阻。所以：所以，要擴大直流電壓的量程，需串聯(lián)一個電阻就能達到目的。5.2.3測量交流電壓(V)的原理因為萬用表表頭是直流電表，所以測量交流電壓時，首先得將交流電壓變換為直流電壓，然后再通過表頭指示，如圖5-2(c)所示。圖中交流電變換為直流電是由D1和D2完成的。擴展交流電壓的方法與直流電壓量程擴展原理相似，這里就不重復。5.2.4測量電阻()的原理如圖5-2(d)所示，在表頭上并聯(lián)和串

13、聯(lián)適當?shù)碾娮瑁瑫r串接一節(jié)電池，電池的負極為萬用表的正表筆。當用萬用表的表筆去測量電阻時，流過被測電阻的電流，其大小隨著被測電阻的阻值變化而改變，且與流過表頭的電流成比例，因而可以測量出被測電阻的阻值。在圖中W是零歐姆調整電位器。表頭內阻Rg、電位器W、R2、R1串并聯(lián)后的總阻值稱為表頭中心等效電阻，改變表頭中心等效電阻的阻值(實際只改變R1的阻值)就能改變電阻測量的量程。(a) (b) (c) (d)5-2(a) 直流電流測量原理圖 (b) 測量直流電壓原理圖 （c）測量交流電壓原理圖(d)測量電阻原理圖5.3直流電流部分電路的分析與調試5.3.1電路分析直流電流測試的電路如圖5-3，圖中R

14、1、R2、R3、R4分別為500mA、50mA、5mA、0.5mA的分流電阻，可以通過轉換開關控制電流的檔位。R19和R22為分流電阻，和表頭的內阻（2.5K）串聯(lián)為萬用表的表頭等效內阻，數(shù)值為5.2K。D3、D4為保護表頭。FU為熔斷器，起短路保護作用。IX為被測電流，注意測試時萬用表的正極要搭在被測電路二極管的正極上。圖5-3直流電流測試電路圖5.3.2安裝調試1、將V型電刷裝入轉換開關內，再將裝配好的電路板裝入表盒中，注意插管正對插孔，電路板嵌入卡口中。2、用連接導線將測試口端和表頭連接起來，注意正負極性并且正負連線間不能短路，以免燒壞表頭。3、將萬用表轉換開關置直流電流檔。4、將表棒插

15、入輸入插管，測試被測電路，注意二極管應該加正向電壓，結果填入表5-1，觀察測試結果是否相近計算值，若誤差很大，則電流表安裝有問題。表5-1電源電壓（R=1K）5V12V17V計算值I（mA）5.0112.0917.12測量值I（mA）4.7611.5815.50相對誤差（）5495.3.3常見故障 檢測無電流，檢查電路安裝是否完整，斷開表頭，將紅黑表棒短接，用萬用表檢測AB兩端的電阻為2.5K左右，若電阻為無窮大，說明電路有開路，若電阻為零，說明電路有短路，按電路圖逐一檢查。 檢測有電流，但電流值和計算值相差很大，檢查各個檔位的電阻是否有裝錯，因為阻值讀錯，會導致分流不準確。5.4直流電壓部分

16、電路的分析與調試5.4.1電路分析如圖5-4所示，紅虛線框內的是測量直流電壓的降壓電阻，藍虛線框內是被測電壓。R5、R6、R6、R8分別為1V、2.5V、10V、50V量程的分壓電阻，此時表頭的等效內阻同直流電流測量部分，為5.2K。圖5-4 直流電壓部分電路圖5.4.2電路的調試按上圖所示，將萬用表轉化開關置直流電壓檔，E為直流穩(wěn)壓電源，分別將直流輸出電壓調至下表中的值，用數(shù)字電壓表和安裝表測試電壓值，比較兩者之間的絕對誤差，兩者之間的誤差應該很小，如果誤差大的，說明安裝表有誤。表5-2電源電壓5V12V17V數(shù)字表測4.98V12.02V17.01V安裝表測5.10V11.94V16.98

17、V絕對誤差%2115.4.3常見故障不能測電壓。電路有短路，對照上圖和整機原理圖，逐一檢測電路是否通路，直到排除故障為止，可以先考慮排除表頭故障，再檢查電刷是否接觸良好，最后再用萬用表檢查電路，可以迅速找出故障所在位置。電壓不準確。重點檢查R22和R5、R6、R7、R8的阻值是否正確。5.5交流電壓部分的電路分析與調試5.5.1電路組成電路如圖5-5所示，黑色虛線框內為交流電流測量的分壓電阻，R9、R10、R11、R12、R13分別為10V、50V、250V、500V、1000V量程的分壓電阻，D1為半波整流元件，D2為泄放交流電負半周的電能，以保護電流表在負半周時不受損壞。圖5-5 交流電壓

18、部分電路圖5.5.2電路調試將轉換開關置10V交流電壓檔，測試工作臺的電源電壓為 10.6V ，置50V檔，測試工作臺的電源電壓為 47.8V ，結論： 制作的安裝表存在誤差。常見故障： 電壓無指示：檢查熔斷器是否燒斷，如果燒斷，則表明電路有短路，如果沒有燒斷，則表明電路有斷路，根據(jù)上圖，逐一檢查各部分，直到排除故障位置。 誤差很大：誤差大，表明分壓電阻安裝有誤，重點檢查R9、R10、R11、R12、R13是否數(shù)值讀錯，引起安裝錯誤。5.6歐姆表部分電路的分析與調試5.6.1電路組成電路如圖5-6所示，圖中WH1為調零電位器，R21為限流保護電阻，YM1為壓敏電阻，以保護電阻擋誤測高電壓時，引

19、起電流過大燒壞表頭，電阻R15、R16、R17、R18分別為R1、R10、R100、R1K電阻檔的分流電阻，此時的電池電壓為1.5V,R23為R10K檔的分流電阻，由圖中可以看出，此時的電池電壓為12V。BUZZ為短路報警，圖中的喇叭為蜂鳴器，在短路時發(fā)出聲音。用于方便檢測電路通斷。圖5-6 歐姆表部分電路圖5.6.2電路調試1、將萬用表置歐姆檔，按整機原裝配下圖的標記，引出1.5V電源正負極線，將穩(wěn)壓電源調至輸出1.5V，用連線連接歐姆表電池引出線（圖5-7），完成下表前4項的測試。電阻值可以由電阻箱或者現(xiàn)成的電阻提供。用數(shù)字表測試同樣的阻值填入表5-3。2、按整機裝配圖的標記，引出9V電源

20、的正極線，將穩(wěn)壓電源輸出調制12V，正極連接9V正極端子，負極連接1.5V負極端子，完成下表第五項的測試，方法同上。注意將電阻檔至R10K檔。用數(shù)字表測試同樣的阻值填表。圖5-7 整機裝配圖表5-3標稱值（R）10(R1)100(R10)1.0K（R100）10K（R1K）100K（R10K）數(shù)字表測99.7100510.2298.9安裝表測103.2108510.52103.1絕對誤差%48343、分析用數(shù)字表和安裝表測得的結果，應該誤差不大，如果誤差很大，超過10以上，則安裝表有誤，重點檢查各電阻檔的分流阻值是否有誤。5.6.3常見故障1、不能測電阻，無指示重點檢查電源回路是否有故障，按圖

21、81逐一檢查是否有斷路，直到排除故障為止。2、誤差很大，重點檢查各檔分流電阻值是否有誤。3、調零不能調，WH2損壞，電池電量不足。6.整機組裝及調試6.1電路組成電路如圖6-1,閱讀整機電路圖，除了以上分析的電路以外，還有圖中紅線框內的部分電路沒有分析到，從圖中可以看出，D5、D6、C2為直流電流檔保護電路，可以短路交流信號，保護表頭，R28為分流電阻，用于測量10A大電流，測試時要將表棒的紅筆插入右側的10A插孔。R24、R25用于測量三極管的放大倍數(shù)，當三極管插入相應插孔時，給基極和集電極提供偏置。R26、R27為高電壓分壓電阻，可以將交直流電壓的量程擴大到2500V，測試時注意將紅表筆插

22、入右側的2500V插孔，黑表筆不動。SW1是轉換開關，合上是為短路檢測檔，即置BUZZ檔，電路短路時蜂鳴器會發(fā)出聲音。圖6-1 整機電路圖6.1.2整機調試在以上幾個部分的調試結束，電路均正常后，做以下工作。1.焊接好電池夾子和連接線，檢查是否連接可靠。方法對照整機原裝配圖標示。2.將調試用測試口拆除，連接好表頭線，注意正負極性。3.將電路板裝入表盒內，注意卡口到位，以免電刷接觸不良。4.將電池裝入電池盒內，插入表棒。5.將量程開關置電阻R1檔，紅黑表棒短接，觀察指針變化情況，若基本正常，則該表的電阻擋安裝基本正常。6.將轉換開關置R10K檔，同上檢查該檔的情況。7.將開關置直流電壓檔，直接測

23、穩(wěn)壓電源的輸出電壓，觀察結果是否正確。8.將開關置交流電壓250V檔，測工作臺電源電壓，是否在220V左右。9.如果上述幾個步驟調試基本正確，表明安裝基本沒有問題。10.調試表頭內阻：脫開表頭線負端（B），用數(shù)字萬用表的電阻20K檔，一端接表頭電路板A端，另一端接電路板（B），調節(jié)WH2，使阻值顯示為2.5K，調試好以后焊上表頭負端，整個安裝過程結束。11.若有故障，按上述單元電路，先找出故障所在單元，按原理圖逐一檢查，直至故障排除。安裝完各元件后的得到的電板實物圖如6-2、6-3所示：圖6-2 實物上層 圖6-3 實物底層7 實驗總結還未實習的時候，聽到有人說實習時的累和苦。到自己實習的時候，才了解到其實也挺輕松的，只要經(jīng)自己的努力就好。在這一周的電工實習期間，我們都是從對萬用表一無所知到最后親手焊接成了一個萬用表。我們自己摸索萬用表的結構和功能以及一些零件，向老師咨詢一些不了解的問題，讓我們對萬用表有更多的認識，萬用表不僅常出現(xiàn)在實驗中，對我們的生活也很重要。實習期間難免會遇到困難，比如焊接的不成功出現(xiàn)虛焊等問題，出現(xiàn)問題就需要解決，可以去問老師或是向同學請教，大家需要互相幫助。在最后的調試的時候發(fā)現(xiàn)自己的萬用表不可以測出阻值，然后在同學的幫助下又不斷的檢查和修改。實習的最后，我們收獲了珍