模擬電子技術課程設計-線性Fv轉換

第第頁模擬電子技術課程設計——線性F/v轉換1．設計任務和要求22.總體方案選擇的論證33．單元電路的設計74．繪出總體電路圖145．組裝與調試156.所用元器件的購買清單167.列出參考文獻168.收獲、體會和建議17一．課程設計與要求（1）設計任務選取基本集成放大器LF353、555定時器、二極管和電阻、電容等元器件，設計并制作一個簡易的線性F/V轉換器。首先，在EWB軟件平臺環(huán)境下進行電路設計和原理仿真，選取合適的電路參數(shù)，通過輸出的波形的直流電壓測試線性F/V轉換器的運行情況。其次，在硬件設計平臺上搭建電路，并進行電路調試，通過數(shù)字萬用表觀測電路的實際輸出電壓值。最后，將該實際電壓值與理論分析和仿真結果進行比較，分析產生誤差的原因，并提出改進方法。設計要求性能指標要求。①輸入頻率為0~10KHz、幅度為20mV（峰峰值）的交流信號。②線性輸出0~10V的交流信號。③轉換絕對誤差小于20mV（平均值）。④1KHz時的紋波小于50mV。設計報告要求。①根據(jù)電路性能指標要求設計完成電路原理圖，計算元件參數(shù)，寫出理論推導工程，并分析各單元電路的工作原理。②利用EWB軟件進行仿真調試。③繪出總體電路圖④記錄實驗結果和調試心得，判斷誤差原因，萬恒實驗結果分析?？傮w方案選擇的論證輸入信號信號的輸入一般采用函數(shù)發(fā)生器實現(xiàn)。交流信號放大電路因提供給下一階段——轉換電路的電信號幅度單位為“伏”級，該放大電路可采用運放構成的兩級放大器。應在保證輸出波形不失真的前提下，滿足下一個子電路的觸發(fā)電平需要。一般來說，后一級的放大倍數(shù)要高于前一級的。該放大器應具有優(yōu)異的動態(tài)性能和較強的共模抑制能力濾負波電路因555定時器的工作電源是正極性單電源，不能處理負極性信號，因此需要在此電路前端加上一個二極管，將之前的負極性信號濾除后，再作為555的輸入信號。轉換電路由555芯片構成的施密特觸發(fā)器施密特觸發(fā)器又稱為電平觸發(fā)的雙穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器，對于緩慢變化的信號仍然適用，當輸入信號達到某一電壓值時，輸出電壓會發(fā)生突變。當其輸入信號上升達到正向閾值電壓Ut+或下降達到負向閾值電壓Ut-時，輸出電平發(fā)生翻轉。將555定時器的閾值輸入端（6腳）和觸發(fā)輸入端（2腳）連在一起，便構成了施密特觸發(fā)器，如圖5（a）所示。當輸入如圖（b）所示的三角波信號時，則從施密特觸發(fā)器的Uo端可得到方波輸出。微分電路由三極管和電容電阻組成的微分電路，可以使由施密特出來的矩形波轉換為脈沖信號。單穩(wěn)電路單穩(wěn)電路的作用是將前一模塊輸出的矩形波信號轉換成高度和寬度一定的脈沖信號。單穩(wěn)電路可由555定時器外接一些阻容器件構成，其典型電路及工作波形如圖所示：輸入負觸發(fā)脈沖加在低電平觸發(fā)端（2腳），以下降沿觸發(fā)。圖7（a）中R、C是外接的定時元件，電路的輸出脈沖寬度tw等于電容電壓Uc從0上升到Vcc所需的時間，故有：t由上式可知，該電路輸出脈沖的寬度tw，僅取決于電路本身的參數(shù)（R、C參數(shù)），而與電源電壓、觸發(fā)脈沖無關。通常外接電阻R的取值范圍為幾百歐到幾兆歐，外接電容C的取值范圍為幾百皮法到幾百微法，相應tw為幾微秒到幾分鐘。一般建議tw在20~30μs之間，當然脈沖信號越窄越好，但是受到的干擾信號也會越大。值得注意的是，這種單穩(wěn)電路要求輸入觸發(fā)脈沖的寬度小于輸出脈沖的寬度tw，否則應在Ui和觸發(fā)器輸入端（2腳）之間外加RC微分電路。由于前一模塊轉換電路的矩形波頻率，是由初始的函數(shù)發(fā)生器產生的信號頻率決定的，可能此時負脈沖的寬度會大于輸出脈沖寬度，而RC微分電路的特點是能突出反映輸入信號的跳變部分，其時間常數(shù)τ=RC很小，根據(jù)此特點，可把信號中跳變部分轉變?yōu)榧饷}沖而加以利用。（可加三極管構成反相器對微分波形進行整形）濾波電路為了獲得紋波較小的直流信號，可以采用二階RC低通濾波器來實現(xiàn)，其電路結構如圖8所示。該電路由電阻和電容構成，以實現(xiàn)對高頻信號的衰減。二階低通濾波器是由2個一階低通濾波器串聯(lián)得到的。這類阻容濾波電路的濾波效能較高，能兼降壓限流作用，適用于負載電阻較大，電流較小及要求紋波系數(shù)很小的情況。同相比例放大電路當信號經過單穩(wěn)電路和濾波電路后，幅度較小，故應采用放大電路線性放大該信號，以滿足設計要求。如常見的由運放構成的同相比例放大電路就能實現(xiàn).其增益可表示為：u單元電路的設計輸入信號為0~10KHz的正弦信號，幅度為20mv2.經過仿真的交流放大電路，得到最大值為12.5v，峰峰值為25v。3.濾負波電路如圖，采用1kΩ的電阻。4.轉換電路由555芯片組成5.微分電路利用三極管電容電阻組成微分電路。6.單穩(wěn)電路7.濾波電路使用電容和電阻將矩形波變成直流電路。8.同相比例放大電路。當輸出為10khz時，輸出10v的直流電流四、繪出總體電路圖五、組裝與調試1、遇到的主要問題在連接電路的時候，常常會出現(xiàn)接觸不良的情況，導致波形不穩(wěn)。交流放大電路放大倍數(shù)不夠大，導致放大后的電壓沒有達到8V，使后面的施密特沒有辦法出現(xiàn)矩形波。交流放大電路放大倍數(shù)過大導致頂部失真，經過轉換電路也不會產生矩形波。在經過單穩(wěn)電路之后的脈寬過大解決方案利用長導線使輸入信號穩(wěn)定調整放大倍數(shù)使放大倍數(shù)大概在800倍左右，且要保證左右兩邊放大倍數(shù)保持均衡。調整單穩(wěn)電路中的RC乘積，減小電阻阻值或換用一個小的電容。實驗記錄數(shù)據(jù)頻率（HZ）100Hz1KHz10KHz電壓（V）0.0990.9879.89所用元器件的購買清單LF353集成運算放大器2555定時器2510Ω電阻 21KΩ電阻 41.5KΩ電阻 12KΩ電阻 110KΩ電阻 315KΩ電阻 2100KΩ電阻 210nF電容 5三極管1二極管1示波器1函數(shù)發(fā)生器1信號發(fā)生器1數(shù)字萬用表1參考文獻電子技術實驗與模擬電子技術課程設計———楊上河主編收獲、體會和建議通過本次試驗，我體會了做電路的種種不容易，從設計電路到連電路到最后的測量總結成果，每一步到需要我們極大的細心和耐心。連電路的時候要穩(wěn)下心來，不能著急，檢查電路時要回頭一步步的看，追根溯源找出問題，如果心急的話是做不好模電實驗的。當然做好模電實驗需要良好的模電知識基礎，通過本次試驗我近距