模擬電子線(xiàn)路課程設(shè)計(jì)報(bào)告

模擬電子線(xiàn)路課程設(shè)計(jì)報(bào)告學(xué)院：計(jì)算機(jī)與信息學(xué)院專(zhuān)業(yè)班級(jí)：XXXXXX設(shè)計(jì)題目一：方波—三角波發(fā)生器設(shè)計(jì)題目二：測(cè)量放大器學(xué)號(hào)：XXXX學(xué)生姓名：XXXX搭檔：XXXX學(xué)號(hào)：XXXX指導(dǎo)老師：XXXXXX設(shè)計(jì)題目一：方波—三角波發(fā)生器1.設(shè)計(jì)指標(biāo)要求：振蕩頻率范圍為20Hz~2kHz。三角波振蕩振幅調(diào)節(jié)范圍為1~3.5V。2.方案設(shè)計(jì)：在工程實(shí)踐中，廣泛使用各種類(lèi)型的信號(hào)發(fā)生器。從波形分類(lèi)，有正弦波信號(hào)發(fā)生器和非正弦波信號(hào)發(fā)生器。從電路結(jié)構(gòu)上看，它們是種不需要外加輸入信號(hào)而自行產(chǎn)生信號(hào)輸出的電路。依照自激振蕩的工作原理，采取正、負(fù)反饋相結(jié)合的方法，將一些線(xiàn)性和非線(xiàn)性的元件與集成運(yùn)放進(jìn)行不同組合，或進(jìn)行波形變換，即能靈活地構(gòu)成各具特色的信號(hào)波形發(fā)生電路。2.1方波信號(hào)發(fā)生器：一個(gè)由運(yùn)放組成的簡(jiǎn)單方波發(fā)生器電路如圖1所示。由于存在R2、R1組成的正反饋，幫運(yùn)放的輸出只能取或，即電路的輸出只能取或。極性的正負(fù)決定著電容C上是充電還是放電。圖1方波信號(hào)發(fā)生器輸出電壓幅度由雙向穩(wěn)壓管2DW7所決定，并保證了輸出方波正負(fù)幅值的對(duì)稱(chēng)性，為穩(wěn)壓管的限流電阻。由、比較的結(jié)果可決定輸出電壓的取值，即>，=-；<時(shí)，=。這樣周而復(fù)始地比較便在輸出端產(chǎn)生方波。由分析知，該方波的周期為而=1/T?？梢?jiàn)，方波頻率不公與負(fù)反饋回路有關(guān)，還與正反饋回路R1、R2的比值有關(guān)，調(diào)節(jié)即能調(diào)整方波信號(hào)的頻率。圖2為電容C對(duì)地電壓和輸出端電壓的波形圖。圖2電容C對(duì)地電壓和輸出端電壓的波形圖由于運(yùn)放共模輸入電壓范圍的限制，在確定正反饋去路R1、R2取值時(shí)，應(yīng)保證。2.2占空比可變的矩形波信號(hào)發(fā)生器：在方波發(fā)生器暇的基礎(chǔ)上，改變支路的充放電時(shí)間常數(shù)，即為占空比可變的矩形波發(fā)生器電路。如圖3所示：圖3占空比可變的矩形波信號(hào)發(fā)生器當(dāng)RW的滑動(dòng)點(diǎn)向上移動(dòng)是地，充電時(shí)間常數(shù)大于放電時(shí)間常數(shù)，輸入方波的占空比變大，反之變小，占空比D=t/T。應(yīng)當(dāng)注意的是，要得到窄脈沖輸出，必須選用轉(zhuǎn)換速率很高的運(yùn)算放大器。2.3三角波信號(hào)發(fā)生器：將一方波信號(hào)接到積分器的輸入端，則可以從積分器的輸出端獲得三角波。電路圖和波形圖如圖4所示。圖中A1構(gòu)成一個(gè)滯回比較器，其反相端經(jīng)R1接地，同相端電位由和共同決定，即圖4三角波發(fā)生器當(dāng)>0，=+；當(dāng)<0，=-。A1的輸出翻轉(zhuǎn)，=+。同樣，當(dāng)=時(shí)，=-，這樣不斷地反復(fù)，便可得到方波和三角波。其三角波峰值和周期為：可見(jiàn)，調(diào)節(jié)、、R2和C均可改變振蕩頻率，本實(shí)驗(yàn)電路通過(guò)調(diào)整改變?nèi)遣ǖ姆龋{(diào)整改變積分到一定的電壓所需的時(shí)間，即改變周期。2.4集成運(yùn)放選擇： 根據(jù)設(shè)計(jì)任務(wù)，采用圖4所示的三角波發(fā)生器電路。在該電路中，A1作為比較器，其轉(zhuǎn)換速率應(yīng)滿(mǎn)足電路頻率的要求，在方波頻率較高時(shí)，宜選用高的運(yùn)放，A2作為積分器宜選用失調(diào)及漂移小的運(yùn)放。在通用型運(yùn)放中，uA741是典型的代表性產(chǎn)品，它具有電壓增益高、共模電壓范圍寬、負(fù)載能力強(qiáng)以及工作穩(wěn)定的優(yōu)點(diǎn)。另外，它的電源電壓適應(yīng)范圍較寬，且自帶頻率補(bǔ)償，無(wú)需外加補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)，并且它還具有失調(diào)電壓調(diào)整能力和過(guò)流保護(hù)功能。與其同類(lèi)的產(chǎn)品uA747（雙運(yùn)放）、LM324（四運(yùn)放）等。 根據(jù)所選電路，需用到兩個(gè)運(yùn)放，故選用uA741（雙運(yùn)放）進(jìn)行設(shè)計(jì)。uA747有雙列直插14腳封裝的形式，引腳功能如圖5所示。主要參數(shù)如下：最大電源電壓：22V輸入失調(diào)電壓：5mV輸入偏置電流：<500nA輸入失調(diào)電流：<200mA失調(diào)電壓調(diào)節(jié)范圍：15mV最大差模輸入電壓：30V最大共模輸入電壓：13V共模抑制比：>80dB開(kāi)環(huán)差模增益：>90dB輸入電阻：2輸出峰值電流：25mA轉(zhuǎn)移速率：0.5Vus12345671234567--++141312111098uA741圖5uA741引腳功能2.5電路設(shè)計(jì)電路形式選擇圖如圖4所示。該電路采用了積分電路，方波——三角波發(fā)生器的性能有較大的提高，三角波線(xiàn)性好，同時(shí)其振蕩頻率和振幅便于調(diào)節(jié)。方波和三角波的峰值為：方波和三角波的振蕩頻率相同，即元件參數(shù)的確定如下：2.5.1穩(wěn)壓管的選擇：穩(wěn)壓管的作用是限制和確定方波的幅值，并要求保證其對(duì)稱(chēng)性和穩(wěn)定性。選用2DW7硅雙向穩(wěn)壓管。由穩(wěn)壓管參數(shù)確定值。 （2DW7：=0.2W，=30mA，=5.8~6.0V，=10mA，）取電源電壓為，，值可按下式估算：取=5.9V，有：=510。2.5.2、R2值的確定：、R2的作用是提供一個(gè)隨輸出電壓變化的基準(zhǔn)電壓，并決定三角波的振幅?？上热?20電位器，再計(jì)算R2值。有R2，取R2=20.2.5.3積分元件和C值的確定：當(dāng)、R2的值確定后，再確定電容C值，由公式確定的值。選用相當(dāng)阻值的電位器，為了減小積分漂移，C值盡可能大一些，但一般積分電容不宜超過(guò)1uF，否則電容器的泄漏電阻使漏電增大。R3為靜態(tài)平衡電阻，用于補(bǔ)償偏置電流所產(chǎn)生的失調(diào)，一般取的值。為了防止積分漂移所造成的飽和或截止現(xiàn)象，實(shí)驗(yàn)中可在積分電容C兩端并聯(lián)泄放電阻，一般取>10。 現(xiàn)取C=0.47uF，由：取=100。3.電路的工作原理設(shè)t=0時(shí)接通電源，有=-，則-經(jīng)R6向C充電，是輸出電壓按線(xiàn)性規(guī)律增長(zhǎng)。當(dāng)上升到門(mén)限電壓，使==0時(shí)，比較器輸出由-上跳到+，同時(shí)門(mén)限電壓下跳到值。以后經(jīng)R6和R5兩支路向C反向充電，由于時(shí)間常數(shù)小，U0迅速下降到負(fù)值。當(dāng)U0下降到門(mén)限電壓使==0時(shí)，比較器輸出又+由下跳到-。如此周而復(fù)始，產(chǎn)生振蕩。其振蕩周期為：4.測(cè)試結(jié)果4.1安裝與調(diào)試4.1.1運(yùn)放的正、負(fù)電源不能接反，否則造成運(yùn)放損壞。4.1.2穩(wěn)壓二極管要頭對(duì)頭或尾對(duì)尾連接，不由不能穩(wěn)壓。（提示：對(duì)2DW7接引腳1、引腳3、引腳2空。）4.1.3在安裝和前，要先將其調(diào)整到設(shè)計(jì)值的范圍內(nèi)，否則電路可能會(huì)不起振?？上热?20，在300~27之間取值。4.1.4電路布局應(yīng)按信號(hào)流向的前后級(jí)順序安排，便于檢查電路。檢查無(wú)誤后接通電源，取，再進(jìn)行調(diào)試。調(diào)試的目的是使電路輸出電壓幅值和信號(hào)頻率均滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求?？梢韵雀淖兎e分電路參數(shù)，使輸出信號(hào)頻率達(dá)到設(shè)計(jì)指標(biāo)要求，然后相應(yīng)改變和R2的比值使之達(dá)到設(shè)計(jì)指標(biāo)要求，相互兼顧，多次反復(fù)調(diào)整，直到滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求為止。4.2測(cè)試指標(biāo)U4.2.1用雙蹤觀(guān)察和的波形，圖形如6所示。并測(cè)量其電壓峰——峰值。調(diào)節(jié)測(cè)量幅值變化范圍，幅度變化范圍在1V—3.5V之間。Utt圖6輸出波形圖4.2.2調(diào)整，測(cè)量頻率變化范圍。保持=10，調(diào)整=1—25，測(cè)得f=22—532Hz。5.工作總結(jié)及心得體會(huì)5.1設(shè)計(jì)任務(wù)完成情況：通過(guò)為期一周的課程設(shè)計(jì)，基本上完成了本次設(shè)計(jì)的技術(shù)指標(biāo)。在開(kāi)始設(shè)計(jì)階段，紙上的設(shè)計(jì)和電路仿真情況都完成的很好。在實(shí)際連接電路階段，由于部分芯片和電阻的接觸不良，就必須按照設(shè)計(jì)分開(kāi)測(cè)試每部分電路，并且需要確定各部分電路都是正常工作，很耗時(shí)間。最后確定了各部分電路都是正常連接到一起的時(shí)候，才可能得到預(yù)想中的結(jié)果。5.2心得體會(huì)：本次課程設(shè)計(jì)讓我們體會(huì)到設(shè)計(jì)電路的、連接電路、調(diào)試電路過(guò)程中的艱辛與樂(lè)趣。本次課程設(shè)計(jì)主要運(yùn)用了模擬電子電路設(shè)計(jì)的一些相關(guān)知識(shí)，在整個(gè)設(shè)計(jì)過(guò)程中，都離不開(kāi)對(duì)模擬電子電路知識(shí)的的復(fù)習(xí)和再學(xué)習(xí)。從到圖書(shū)館查找資料到對(duì)電路的調(diào)試再到最后電路的成型，都對(duì)我所學(xué)的知識(shí)進(jìn)行了檢驗(yàn)。這樣的過(guò)程讓我對(duì)知識(shí)理解的更加透徹，并加以熟練運(yùn)用所學(xué)知識(shí)將其付諸實(shí)踐來(lái)完成。在課程設(shè)計(jì)最初階段，大家都沒(méi)什么思路，同學(xué)之間互相討論，大家說(shuō)出各自的想法，等各人都理解后才開(kāi)始設(shè)計(jì)。在設(shè)計(jì)過(guò)程中，總會(huì)遇到一些自己無(wú)法理解的問(wèn)題，和同學(xué)交流請(qǐng)教老師是很好的做法，節(jié)省時(shí)間，也能從被人身上學(xué)到更多，而且和同學(xué)交流各自的想法也是很重要的，不同的人對(duì)問(wèn)題的看法總有差異，我可以從交流中獲得不同的想法，可以從中找到最優(yōu)的設(shè)計(jì)方法?？偠灾?，好好利用了學(xué)校給我們提供的此次課程設(shè)計(jì)的機(jī)會(huì)，努力按要求完成了任務(wù)，提高了自己的綜合思考能力和動(dòng)手實(shí)踐能。6.參考文獻(xiàn)[1]謝自美.電子線(xiàn)路設(shè)計(jì).實(shí)驗(yàn).測(cè)試[M]，武昌：華中理工大學(xué)出版社[2]康光華.電子技術(shù)基礎(chǔ).模擬部分.第五版，高等教育出版社[3]張麗華、劉勤勤、吳旭華.模擬電子技術(shù)基礎(chǔ).仿真、實(shí)驗(yàn)與課程設(shè)計(jì)，西安電子科技大學(xué)出版社設(shè)計(jì)題目二：測(cè)量放大器1.技術(shù)指標(biāo)要求：差模電壓增益：=1~500,可調(diào)。增益非線(xiàn)性誤差小于0.5%差模輸入阻抗：≥1；頻帶寬度：=0--1kHz；2.設(shè)計(jì)方案：2.1設(shè)計(jì)考慮：測(cè)量放大器又稱(chēng)儀表放大器、數(shù)據(jù)放大器。其主要特點(diǎn)是：輸入阻抗高、輸出阻抗低、失調(diào)及零漂很小又具有差動(dòng)輸入、單端輸出，增益調(diào)節(jié)方便，高共模抑制比。適用于大的共模電壓背景下對(duì)緩變、微弱信號(hào)進(jìn)行放大。學(xué)用于熱電偶、應(yīng)變電橋，生物電信號(hào)等的放大。測(cè)量放大器可用運(yùn)放組成，變有專(zhuān)用集成電路。2.1.1三運(yùn)放測(cè)量放大器。用運(yùn)放組成的測(cè)量放大器線(xiàn)路形式有多種，但核心電路均為三運(yùn)放測(cè)量放大器。用三運(yùn)放構(gòu)成放大器電器如圖1所示。圖1三運(yùn)放測(cè)量放大器電路中A1、A2采用同相的接法，具有很高的輸入電阻。在時(shí)，電路的差模增益=（1+）。調(diào)節(jié)即可改變?cè)鲆妗４穗娐返谝患?jí)的電阻~不影響，但第二級(jí)的電阻R4~R8對(duì)有直接影響，所以要求溫度特性好、精度高的電阻。在增益分配時(shí)依然遵循前高后低的原則，但要考慮電路的特殊性。由于前級(jí)輸出是將差模輸入放大后迭加在共模輸入上，有：故為避免信號(hào)失真，前級(jí)增益不可取太大。同時(shí)，盡量使R1和R3相等，A1和A2取性能、參數(shù)一致的運(yùn)放。為消除零漂，可在圖1中的a、b間接如圖2所示的調(diào)零電路。圖2調(diào)零電路2.1.2單片集成測(cè)量放大電路。測(cè)量放大器的各類(lèi)有很多，如通用型INA110、INA114/ INA115、INA113；高精度型AD522、AD524、AD624；低噪聲功耗型INA102、INA103及可編程測(cè)量放大器AD526.可視情況選擇。與用運(yùn)放搭建的測(cè)量放大器相比，集成測(cè)量放大器具有體積小、外接元件少的特點(diǎn)。同時(shí)，其共模抑制比、通頻帶、輸出噪聲和增益線(xiàn)性度等指標(biāo)有明顯提高。2.2電路設(shè)計(jì)2.2.1方案選擇：根據(jù)任務(wù)要求，選擇圖2所示的三運(yùn)放測(cè)量放大器作為設(shè)計(jì)方案的基礎(chǔ)。由于電源電壓為±15V，幫故取運(yùn)放的最大輸出電壓為±13V。為使第一級(jí)輸出不飽和，按=1，?。阂蚨诙?jí)最小增益為：第二級(jí)增益為：考慮到通頻帶的要求，在放大器的兩輸入端串入一階RC低通。2.2.2運(yùn)放選擇：按任務(wù)要求選擇通用型運(yùn)放。考慮到調(diào)零，用uA741（有調(diào)零端）作為A3，用LM324（四運(yùn)放）作為A1和A2（預(yù)留設(shè)計(jì)信號(hào)變換器）。uA741和LM324的參數(shù)管腳如下：uA741的性能參數(shù)電源電壓++3V-+18V，典型值+15V-3V--18V，典型值-15V工作頻率100kHz輸入失調(diào)電壓2Mv單價(jià)增益帶寬積AuxBW1MHz輸入失調(diào)電流20nA轉(zhuǎn)換速率SR0.5V開(kāi)環(huán)電壓增益106dB共模抑制比CMRR90dB輸入電阻2功率消耗50mW輸出電阻75輸入電壓范圍±13VLM324性能參數(shù)4通道運(yùn)算放大器輸入共模電壓范圍包括地放大器數(shù)：4大的輸出電壓擺幅：0V~Vcc-1.5V大的DC電壓增益：100dB輸入補(bǔ)償電壓：1.5mV(典型值)寬工作電壓：3V~32V（或±1.5～16V）輸入補(bǔ)償電流：3.0nA（典型值）通道隔離度：120dB差分輸入電壓：VCC（最大值）輸出電流：13mA輸入偏置電流：40nA（典型值）工作溫度：0°Cto+70°C工作電流：1.0mA（（典型值）共模抑制比CMRR：75dB電源抑制比PSRR：100dB2.2.3參數(shù)計(jì)算：取R1=R3，按15V時(shí)1mA電流取：R1=R3=15，則有：，取電位器R2為50的電位器；取R4=R6=33，則R5=R7=20。一濾波器的參數(shù)：取電容C為標(biāo)稱(chēng)值0.01uF,由 則取R為16。測(cè)量放大器的電路如圖3所示：圖3測(cè)量放大器電路圖3．電路工作原理如圖3所示，它是由運(yùn)放A1、A2按同相輸入接法組成第一級(jí)差分放大電路，運(yùn)放A3組成第二級(jí)差分放大電路。在第一級(jí)電路中，U1、U2、分別加到A1、A2的同相端，R2和R1、R3組成的反饋網(wǎng)絡(luò)，引入負(fù)反饋。于是電路的電壓增益為：4.測(cè)試結(jié)果4.1在面包板上按圖3安裝、連接電路。安裝時(shí)注意以下幾點(diǎn)：4.1.1按電路的背后的前后順序安裝。4.1.2單點(diǎn)接地，引線(xiàn)要短，注意正、負(fù)電源極性。4.1.3電位器R2應(yīng)先調(diào)至中間的位置再連線(xiàn)。4.1.4uA741的調(diào)零電位器選50，其二定端分別接uA741的二調(diào)零端，動(dòng)端接負(fù)電源。安裝無(wú)誤后通電（電源=15V，=-15V）并按以下順序調(diào)試。調(diào)零。將輸入端和都接地，用示波器或萬(wàn)用表沒(méi)輸出直流電壓，調(diào)節(jié)uA741的調(diào)零電位器，使輸出直流電壓為零。（提示：調(diào)零前先測(cè)和，將電位器R2調(diào)至10.當(dāng)和的直流電壓過(guò)大時(shí)，就檢查各自的反饋回路或更換LM324。）信號(hào)通道檢查。R2先調(diào)至中間的位置，再將信號(hào)源輸出正端接，負(fù)端接并接地。調(diào)節(jié)信號(hào)源輸出頻率為500Hz，峰-峰值為100mV的正弦波。用示波器接信號(hào)的流向從開(kāi)始順序觀(guān)察信號(hào)波形直至。如某處信號(hào)異?；蛳?，則對(duì)該處的元件、接線(xiàn)、電源進(jìn)行仔細(xì)檢查，排除故障。4.2指標(biāo)測(cè)量4.2.1差模輸入阻抗測(cè)量如圖4所示，保持原電路圖不變，在U2端串聯(lián)一個(gè)已知電阻值的電阻R，因?yàn)闇y(cè)量放大器輸入阻抗特別大，所以取R=2，在電路兩端輸入一已知電壓值的信號(hào)UI，利用電路的分壓原理算出電路的差模輸入阻抗。輸入U(xiǎn)I=80.2mV，測(cè)得電阻Ｒ兩端電壓UR＝2.4mV,利用分壓公式求得測(cè)量放大器電路的得差模輸入阻抗為。待測(cè)運(yùn)放電路待測(cè)運(yùn)放電路UIR圖4差模輸入阻抗測(cè)量電路圖4.2.2增益調(diào)節(jié)范圍和輸出幅擺測(cè)量。信號(hào)源輸出頻率為500Hz，峰-峰值為40mV的正弦波，正端接，負(fù)端接并接地。用示波器和交流毫伏表觀(guān)察、測(cè)量輸出電壓。調(diào)節(jié)R2使為20V。如下限不夠，加大R2；如上限不夠或失真，加大R5和R7重新分配增益。4.2.3頻帶測(cè)量。在完成增益調(diào)節(jié)范圍和輸出幅擺測(cè)量后（=500），保持信號(hào)源頻率不變，增加頻率，找出使為14.14V的上截止頻率。4.3.4增益非線(xiàn)性度測(cè)量。在分別為500、50、1時(shí)（取頻率為500Hz，為10V進(jìn)行標(biāo)定）；調(diào)節(jié)輸入幅度，在為0-20V的范圍內(nèi)平均取20點(diǎn)測(cè)量輸入幅度，計(jì)算增益非線(xiàn)性誤差。4.4仿真結(jié)果波形：將電路圖輸入仿真軟件，結(jié)果顯示如圖5：圖5仿真結(jié)果圖5.工作總結(jié)及心得體會(huì)為期一周的模擬電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)結(jié)束。在這一次課程設(shè)計(jì)過(guò)程我學(xué)到了許多，我覺(jué)得這次模電課程設(shè)計(jì)對(duì)我們來(lái)說(shuō)是非常有意義的。平時(shí)我們學(xué)的只是書(shū)本知識(shí)，很少有自己動(dòng)手實(shí)踐操作的機(jī)會(huì)，有些知識(shí)點(diǎn)理解起來(lái)也不是很容易，可是通過(guò)這次課程設(shè)計(jì)，我發(fā)現(xiàn)自己對(duì)這些知識(shí)點(diǎn)的理解慢慢地比以前更深了。作為一名通信專(zhuān)業(yè)的學(xué)生，模擬電子技術(shù)這門(mén)課是我們的專(zhuān)業(yè)必修課，也是一門(mén)非常重要的專(zhuān)業(yè)基礎(chǔ)課程。這次課程設(shè)計(jì)給了我們一個(gè)把書(shū)本知識(shí)應(yīng)用到實(shí)踐中的好機(jī)會(huì)。從開(kāi)始選擇“測(cè)量放大器”這個(gè)設(shè)計(jì)課題開(kāi)始，我就面臨了很大的問(wèn)題，以前的知識(shí)很多記憶不清了，于是趕緊看書(shū)找回感覺(jué)，然后查閱相關(guān)資料書(shū)籍文獻(xiàn)，再接著開(kāi)始慢慢嘗試著進(jìn)行設(shè)計(jì)，這一系列的工作都要做的非