指數(shù)運算電路實驗報告內容

1、精品文檔精品文檔精品文檔精品文檔精品文檔精品文檔電子電路綜合設計實驗報告實驗名稱：指數(shù)運算電路的設計與實現(xiàn)姓名：班級： 學號班內序號：院系：信息與通信工程學院專業(yè)： 通信工程指數(shù)運算電路的設計與實現(xiàn)摘要：指數(shù)運算電路由對數(shù)放大電路、反對數(shù)放大電路和溫度補償電路組成。利用二極管的PN結的指數(shù)型伏安特性可實現(xiàn)對數(shù)運算。引入運算放大器，利用運算放大器反向端的虛地特性，把PN結上的電壓電流關系轉化為電路的輸入輸出電壓關系，分別形成對數(shù)放大器和反對數(shù)放大器。由于晶體管相關參數(shù)UT 、IES都是溫度的函數(shù)，運算精度受溫度影響大，故加上溫度補償電路。關鍵詞：對數(shù)放大器、反對數(shù)放大器、溫度補償電路、指數(shù)特性設

2、計任務要求1基本要求：設計并實現(xiàn)一個指數(shù)運算電路，要求電路的輸出輸入滿足指數(shù)運算關系uo=uik，k的大小由電路中元器件參數(shù)決定，本實驗中K=3。2設計指標及給定條件為：（1）電路的輸入阻抗Ri 100K。（2）輸入信號大小為015V。（3）設計該電路的電源電路（不要求實際搭建），用PROTEL軟件繪制完整的電路原理圖（SCH）及印制電路板圖（PCB）。二、設計思路和總體結構框圖1設計思路： 利用二極管PN結的指數(shù)型伏安特性實現(xiàn)對數(shù)運算。引入運算放大器，利用運算放大器反向端的虛地特性，把PN結上的電壓電流關系轉化為電路的輸入輸出電壓關系，形成對數(shù)放大器。通過將電阻R與晶體管位置互換實現(xiàn)基本的反

3、對數(shù)運算電路。加入溫度補償電路以消除溫度對運算精度的影響。2.原理框圖：原理框圖如下圖所示： 圖1 原理框圖 基本數(shù)學推導： u01= klnuiu0 = Beu01=Beklnuieklnui=u0/B兩邊取對數(shù)： klnui=ln uo/B uo/B=uik調整相關參數(shù)使B=1，即uo=uik（本實驗k=3）。三、分塊電路和總體電路的設計1.基本對數(shù)運算電路 圖2對數(shù)放大器原理圖如圖2所示：由運算放大器反向輸入端虛地特性，晶體管的基極與集電極短路，接成二極管形式，增加了集電極電流動態(tài)運用范圍。此時，兩管腳電壓相等為0，工作在臨界放大狀態(tài)，則： 其中IES為發(fā)射結反向飽和電流。輸出電壓幅度不

4、能超過0.7V，且 ui 0以以保證晶體管處于放大導通狀態(tài)。式中，UT 、IES都是溫度的函數(shù)，其運算精度受溫度影響較大，故需加溫度補償電路。實際運用中要改善其溫度穩(wěn)定性。一般改善方法是：用對稱參數(shù)的晶體管消除IES的影響；用熱敏電阻補償溫度對UT 的影響。2加溫度補償電路的對數(shù)放大器圖3 溫度補償電路圖3中A1，T1組成基本運算電路，A2，T2組成溫度補償電路。T1，T2兩管的集電極電流分別為： T2的基極電位為：忽略T2的基極電流，則選擇T1，T2兩管參數(shù)對稱，IES1=IES2，則這樣，利用T1，T2兩管特性的一致性，可將IES的影響消除，選用具有正的溫度系數(shù)的熱敏電阻R4，可補償溫度對

5、UT的影響。3反對數(shù)放大器將電阻R與晶體管的位置互換就構成了基本的反對數(shù)運算電路。如下圖所示：圖4 反對數(shù)運算電路 由二極管的特性可知： 同對數(shù)運算電路一樣，為了消除溫度對運算精度的影響，也要進行溫度補償，有關方面的物理解釋是相似的，無需重復。 指的指出的是，對數(shù)放大器和反對數(shù)放大電路的二極管，必需工作在正向偏壓下，因此輸入信號只能是單極性的。4指數(shù)運算電路 如下圖所示：圖5 指數(shù)運算電路A1、A2、T1、T4構成具有溫度補償?shù)膶?shù)運算電路，其運算關系前面已詳細推導?？芍海珹3、A4、T3、T4構成具有溫度補償?shù)姆磳?shù)運算電路，其運算關系如下： 同樣，T3、T4選用特性一致的三極管，則：忽略

6、T3基極電流，則要實現(xiàn)， 取， ，VR=15V，則R12=R15=100K，R6=R9=1.5M。所以。其中，取R1=R4=1K，R2=4.55K，R3=15.7K。則k=3.0093，u0=ui3。5完整的指數(shù)運算電路圖為了濾除高頻成分，需加一些電容，最終完整的電路如下圖：圖6 完整電路圖附：集成運算放大器OP07資料OP07的功能介紹：OP07芯片是一種低噪聲，非斬波穩(wěn)零的雙極性運算放大器集成電路。由于OP07具有非常低的輸入失調電壓（對于OP07A最大為25V），所以OP07在很多應用場合不需要額外的調零措施。OP07同時具有輸入偏置電流低（OP07A為2nA）和開環(huán)增益高（對于OP07

7、A為300V/mV）的特點，這種低失調、高開環(huán)增益的特性使得OP07特別適用于高增益的測量設備和放大傳感器的微弱信號等方面。特點：超低偏移： 150V最大 。低輸入偏置電流： 1.8nA 。低失調電壓漂移： 0.5V/ 。超穩(wěn)定，時間： 2V/month最大高電源電壓范圍： 3V至22V圖7 OP07外型圖片OP07芯片HYPERLINK 引腳功能說明：1和8為偏置平衡(調零端)，2為反向輸入端，3為正向輸入端，4接地，5空腳 6為輸出，7接電源+五所實現(xiàn)的功能說明電路實現(xiàn)功能：1、電路的輸入輸出滿足指數(shù)運算關系uo=ui3 。2、電路的輸入阻抗Ri 100K。主要測試數(shù)據(jù)：1、輸入信號大小為

8、02V的三角波及正弦波，觀察到輸入輸出的李薩如圖為標準的指數(shù)上升曲線，且指數(shù)K=3，實現(xiàn)了指數(shù)運算功能，滿足了實驗基本要求。同時記錄實驗數(shù)據(jù)如下：ui0V1V1.5V2Vuo（正弦波）0V1V3.4V7.8Vuo（三角波）0V1V3.3V7.8V1.建設項目環(huán)境影響評價分類管理的原則規(guī)定2、用如下圖所示方法測量電路輸入阻抗：例題-2006年真題下列關于建設項目環(huán)境影響評價實行分類管理的表述，正確的是（）則Ri=VI/Ii=Vi/(Vs-Vi)/R=ViR/Vs-Vi測試數(shù)據(jù)為：R=110 KVs=826mVVi=489mV計算得Ri=159.6 K必要的測試方法（3）機會成本法1、將輸入端接入

9、函數(shù)信號發(fā)生器，輸入三角波，加入適當大小的直流分量使得Ui=0；用示波器觀察輸入和輸出波形：分別觀察并分析輸入（CH1）、輸出(CH2)波形和李薩如圖，記錄測量結果，計算k值。對對數(shù)運算電路和反對數(shù)運算電路要分別實行分級測試，然后再進行整體調試。2、輸入阻抗測試方法：用如下圖所示方法測量電路輸入阻抗：則Ri=VI/Ii=Vi/(Vs-Vi)/R=ViR/Vs-Vi六故障及問題分析在實驗過程中出現(xiàn)的故障有：1、檢查電路連接錯誤，如三極管T1、T2集電極未和相應運算放大器2管腳連接；電路多次重新布線導致多線；對面包板結構不熟悉導致接地、加正負電源時出現(xiàn)錯誤，導致運算放大器被燒毀。安全評價的原理可歸

10、納為四個基本原理，即相關性原理、類推原理、慣性原理和量變到質變原理。2、電路布局不合理，部分電路元器件過密集，導致器件管腳相接處，未能得到正確波形。直流穩(wěn)壓電源接線口錯誤未能及時發(fā)現(xiàn)，導致電路元件被燒毀。3、經(jīng)多次檢查確認后，電路連接正確，輸出卻沒有得到正確的波形，僅有直流成分。因而從第一級運放的輸入、輸出端口開始檢查，將示波器接入第一級運放6管腳處時發(fā)現(xiàn)第一級運放沒有輸出，在老師的指導下發(fā)現(xiàn)該運算放大器被燒毀，更換運算放大器后出現(xiàn)輸出波形。B.環(huán)境影響登記表4、輸出波形干擾過大：從第一級輸出波形開始，出現(xiàn)毛刺，最終輸出干擾很大。改良方法：在各運算放大器1、2引腳間引入150pf電容，同時第四

11、個運放的2、6管腳間加上150pf的電容后，出現(xiàn)清晰波形。5、改變李薩如圖的大小時，波形出現(xiàn)分叉，通過查詢有關資料得知是由于高頻成分引起的。由于電容不能把高頻成分完全濾除，波形受到影響，電容本身也對電路有些許影響，通過降低輸入信號的頻率，分叉被消除。七實驗總結和結論通過6次實驗，終于完成了本次實驗的基本要求。在這個實驗中，我投入了很多時間和經(jīng)歷，也有了很多收獲：1、在連接電路前，要對面包板的實用和元器件的分布有初步的規(guī)劃，盡量減少導線的使用同時要保證器件不要過于密集防止管腳相碰出現(xiàn)短路。2、當未得到正確的輸出結果時，不要急于重新布線，連接電路，應學會分塊調試：從第一級的輸入、輸出開始，用示波器

12、觀察相應的波形，找到出問題的部分，再調整電路及元件。3、使用運算放大器時要格外注意正負電壓正確接入相應的管腳，接地處要接實，否則容易燒壞元件。4、適當引入電容，可以毛刺，使輸出波形更加完美。1.建設項目環(huán)境影響評價機構的資質管理5、通過實驗對對數(shù)放大電路、反對數(shù)放大電路及溫度補償電路加深了理解。例題-2005年真題中華人民共和國環(huán)境影響評價法規(guī)定，建設項目可能造成輕度環(huán)境影響的，應當編制（）。6、通過本次試驗，將理論與實際相結合，提高了獨立設計、調試電路的能力，對運算放大器、晶體管的特性加深了理解。提高了獨立學習、思考的能力。同時鍛煉了細心和耐心。7、通過老師的講解和課下的學習，對PROTEL DXP軟件的基本操作有了一定的了解和掌握。 八PROTEL繪制的原理圖及PCB圖電路原理圖：1.準備階段 PCB圖：九所用元器件及測試儀表清單 1所用元器件：集成運算