模电课程设计报告(2).docVIP

武汉工程大学 电气信息学院模电课程设计报告（正文）2013/6/25目录摘要（说明书）四Abstract（说明书）五第一章 绪论 31.1 设计目的 31.2 设计内容 31.3 设计要求 3第二章 方案分析 42.1 方案论证与比较 42.2 理论分析与计算 4第三章 系统设计 63.1 方波产生电路 63.2 有源带通滤波电路 63.3 器件清单 7第四章 调试与测试数据 84.1 组装及调试中的故障与排除 84.2 测试数据 8第五章 结论及设计心得 11第六章 思考题 12参考文献 14附录15第一章 绪论1.1 设计目的首先设计制作一个电路，能够产生10KHz频率可调的方波信号；然后设计一个有源滤波电路滤出10KHz正弦基波信号；最后将得到的基波信号进行不失真放大。通过设计可以将所学的电子技术知识运用到实际上，加深对滤波电路、方波产生电路的理解，锻炼自己的动手能力，培养团队合作精神。1.2 设计内容1、了解信号波形的产生与滤波电路的基本工作原理2、完成信号波形的产生与滤波电路的设计并分析计算单元电路，对元器件进行选型。3、绘制信号波形的产生与滤波电路的设计电路图4、组装、调试信号波形的产生与滤波电路的设计电路5、进行实物检查、设计答辩并完成设计报告1.3 设计要求（1）设计迟滞比较器方波产生电路，频率为10KHz可调（2）设计一有源滤波器，经滤波电路得到的正弦信号幅度峰峰值为6V以上。方波产生电路有源带通滤波器电压放大输出信号1.3.1总体框图第二章 方案分析2.1 方案论证与比较2.1.1方波产生电路选用最通用的LM324构成迟滞比较器产生方波信号，虽然波形稳定性及可调节性要明显差于单片集成电路函数发生器ICL8038所产生的方波信号，但迟滞比较器构成的方波产生电路结构简单，成本极低，性价比高。2.1.2有源带通滤波电路 采用无限增益多路反馈二阶带通滤波器（巴特沃斯响应），滤波效果好，中心频率稳定，电路结构简单。2.2 理论分析与计算2.2.1方波产生电路采用下行的迟滞比较器，输出经积分电路再输入到此比较器的输入端构成方波产生电路，其周期为：根据振荡信号频率10KHz，确定各电阻电容值。 图2.2.1.12.2.2方波的分解一般信号是由不同频率、幅度和相位的正弦波叠加而成的。傅里叶分析法为信号与系统的频域分析提供了途径。对于周期信号，我们可以通过傅里叶级数得到其线谱： 由此可知方波可以分解成为（2n-1)（n=1,2,3）各种不同频率的正弦波，其幅值比例为1:1/3:1/5:。选频网络可以将信号包含的某一频率成分提取出来。LM324系列器件为价格便宜的带有真差动输入的四运放。与单电源应用场合的标准运放相比，它们有一些显著的优点。该运放可以工作在低到3.0V或高到32V的电源下，静态电流大致为MC1741的静态电流的1/5（对每一个放大器而言）。共模输入范围包括负电源，因而消除了在许多应用场合采用外部偏置元件的必要性。输出电压范围也包含负电源电压。满足设计要求。在设计元器件的过程中，我们参考了由谢自美主编的电子线路设计实验测量带通滤波一节中的设计方法和步骤。现将其主要步骤和电路图表述如下：A. 选取滤波器的响应特性（在此选取切比雪夫）、滤波器的电路形式（MFBS）、滤波器的类型（带通）、滤波器的性能参数fc、AV、Q或BW。B. 由表选取C值，使其满足K=100/（fcC）（1K10）。C. 计算各电阻值，其中： D. 各参数对应电路图如图2所示：图2.2.2.1 滤波电路公式对应电路图第三章 系统设计3.1方波产生电路选用最通用的LM324构成迟滞比较器产生方波信号，输出端加上限幅双向稳压管。3.2 有源带通滤波电路方波信号首先经过一级射极跟随器，然后经过两级无限增益多路反馈带通滤波器，最后经过一级放大。图3.2.1 10KHz滤波器电路图3.3器件清单元器件规格个数运放LM3241片电阻7501个10K1个160K2个330K2个多圈可调电位器2K1个10K1个100K1个瓷片电容0.001uF （102）4个0.01uF （103）1个第四章 调试与测试数据4.1组装及调试中的故障与排除4.1.1组装中的故障与排除本组按照设计的电路图完成器件连接，接通电源及信号发生器后，在示波器上产生正确的波形。但第二次再去实验室，准备完成对其数据的记录时，发现示波器上无波形。由于共用电源的另一组烧坏芯片，我们怀疑是电路箱的电压值不准，于是换了一台电路箱，但连好后仍然没有波形。此实验桌上的信号发生器显示有问题，故这次原因可能发生在信号发生器上，于是我们又换了一台信号发生器，但经测试，发现问题依旧存在。故我们开始检查电路，发现是有人动了我们的器件，将一个多圈可调电位器的位置移动了。将此错误改正后，电路输出正确波形。4.1.2调试中的故障与排除在调试的过程中，当我们把输入信号频率调到10KH左右时出现波形失真，于是减小输入的电压峰峰值，将问题解决。再依照老师要求，根据输入与输出电压峰峰值的比，记录不同频率下的增益。4.2测试数据4.2.1仿真电路该电路为有源带通滤波电路，放大器为反向输入，由于放大器的开环放大倍数为无限大，反向输入段可视为虚地，输出端通过C2和R3形成两条反馈支路，故称这种电路为无限增益多路反馈电路。方波信号首先经过一级射极跟随器，然后经过两级无限增益多路反馈带通滤波器，最后经过一级放大。 输入的方波信号可由傅里叶分解得到不同频率、幅度和相位的正弦波，分别为基波、3次谐波、5次谐波带通滤波器只允许其频带内的信号通过，而对高于或者低于其频带的信号衰减，这样，设置不同元器件值就可以得到不同的中心频率，就可以滤出所需频率的信号来。仿真电路图如4.2.1.1所示。4.2.1.1 仿真电路图4.2.1.2波形输出4.2.2数据记录第五章 结论及设计心得本次设计的电路为有源带通滤波电路，放大器为反向输入，由于放大器的开环放大倍数为无限大，反向输入段可视为虚地，输出端通过C2和R3形成两条反馈支路，故称这种电路为无限增益多路反馈电路。方波信号首先经过一级射极跟随器，然后经过两级无限增益多路反馈带通滤波器，最后经过一级放大。 输入的方波信号可由傅里叶分解得到不同频率、幅度和相位的正弦波，分别为基波、3次谐波、5次谐波带通滤波器只允许其频带内的信号通过，而对高或者低于其频带的信号衰减，这样，设置不同元器件值就可以得到不同的中心频率，就可以滤出所需频率的信号来，经滤波电路得到的正弦信号幅度峰峰值为6V以上。经过这次的模拟电子技术课程设计，我们收获很多，明白了出现问题后要冷静下来分析，到底问题出在哪儿，培养自己发现问题、解决问题的能力，同时也训练了自主思维的能力。我们在设计中出现一些问题是难免的，像滤波电路初次调试时出现波形不稳或者没有波形等情况。这时如果简单地检查，找不到问题所在，就得采取逐一检查的方法，逐一测试第一级和第二级输出没有问题，或者是在第三极波形出现不稳的情况。 此外，在设计无限增益多路反馈电路时参考了电子线路设计实验测试的书，利用其中的有关公式计算相应参数。此次滤波实验，原来学的只是书本上画的，而做完这次实验，经过自己的认真调试，函数发生器，电阻，示波器等，亲自证实了电路的作用。通过这个课程设计，知道了要做好一个课程设计，就必须做到：在设计程序之前，对所用系统内部结构有一个了解，知道有哪些资源；要有一个清晰的思路和一个完整的的流程图；在设计程序时，不能妄想一次就将整个程序设计好，反复修改、不断改进是程序设计的必经之路；在设计课程过程中遇到问题是很正常的，但我们应该将每次遇到的问题记录下来，并分析清楚，以免下次再碰到同样的问题。这次课程设计培养了自己动手能力，掌握和巩固了书本上的理论知识，综合运用了本专业的相关知识，对知识有了系统的重新认识。可以说真正做到了理论与实践相结合。这次课程设计的顺利完成可以为以后的毕业设计、以后的工作打下了基础，而且我也深深体会到自己还有很多东西都不懂，自已应该继续深造一下为未来的就业做好充分准备。最后，根据这几天的设计实践得出几点结论：一连线需认真，在检查很多电路的时候发现并不是有大的问题，而是电路没有连接对或者缺线； 二多实践、动手，在课程设计的过程中，同组者或者别的同学不认识元器件，比如多圈可调电位器的引脚，二极管或者电解电容的正负极等；三多查资料，学会自主学习，很多情况老师是不可能什么都提供给自己，所以需要自己有一定的学习能力。 本次课设对我们每个同学都有着很大的帮助！ 第六章 思考题7.1课程设计、项目设计的差异，以及各自的步骤？答：课程设计包括两个层面：一是侧重于技术层面，是课程工作者从事的一切活动，包括他对达成课程目标所需的各种因素、技术和程序，进行构想、计划、选择的慎思过程；另一个层面更为侧重具体设计前的理论研究和准备。课程设计的过程中涉及到很多方面的课程要素，最主要的课程要素包括课程目标、课程内容、学生的学习活动以及课程评价等。而项目设计是通过一种计划、规划、设想通过视觉的形式传达或解决一件事情、一项独一无二的任务，也可以理解为是在一定的时间和一定的预算内通过计划和创造达到的预期目的课程设计的步骤有以下几步：1，选择总体方案 2，设计单元电路 3，选择元器件 4，计算机仿真优化 5，硬件装配调试 6，测试性能指标 7，写出总结报告 8，进行文档整理项目设计的步骤有以下几步：1，需求分析 2，寻找合适设计师 3，建立优先次序 4，样机 5，实施反馈 6，测试 7，最终设计 8，发射 9，市场营销与促销 10. 计划更新/更改/增加7.2利用NE555多谐振荡器，如何产生方波（占空比50%）？答：根据555定时器改变阈值电压的值使之输出高电平或低电平的原理，就可以产生方波。通过电位器改变电阻的阻值来控制高低电平的时间就可以调节占空比了。其电路图如下所示：调节电位器Rp，当中心头滑至Rp的中间端时有：D=Ra/Rp=5K/10K=50%7.3OTL说明,OCL的电路结构性能各有什么优缺点？答：OTL，无变压器功放电路，优点是可以使用单电源供电，是电池供电的首选电路。缺点是需要通过体积较大的电解电容作为输出耦合。 OCL，无输出电容功放电路，优点是省去体积较大的输出电容，频率特性好，缺点是需要双电源供电，对电源的要求稍高。参考文献【1】谢自美（主编）