《电子技术应用》word版.doc

目录第1章 电流/电压（I/V）转换器的制作与调试11.1 设计任务11.2 系统总体设计方案11.2.1无源I/V变换11.2.2有源I/V变换21.3系统分析与设计21.4总电路图、元器件清单、仪器仪表清单31.5系统调试与参数测量及参数测量31.6改进意见与收获体会4第2章 电压/电流（V/I）转换器的制作与调试52.1设计任务52.2 系统总体设计方案52.2.1基本电路52.2.2豪兰德(Howland)电流源电路62.2.3实用电压/电流转换电路62.3系统分析与设计72.4总电路图、元器件清单、仪器仪表清单72.5系统调试与参数测量及参数测量82.6改进意见与收获体会9第3章 声控式音乐彩灯控制器的制作与调试103.1 设计任务103.2 系统总体设计方案103.3系统分析与设计103.4总电路图、元器件清单、仪器仪表清单113.5系统调试与参数测量及参数测量123.6改进意见与收获体会12主要参考资料13 第1章 电流/电压（I/V）转换器的制作与调试1.1设计任务熟悉运放电路的各种元器件，充分了解并掌握运放参考电路图，将元器件焊接在电路板上，并按设计要求写出设计和调试过程，设计出将010毫安电流信号转换成010伏电压信号的电流/电压转换器，并通过调试将误差控制在允许范围内。分析电路的工作过程，完成制作与调试,并填写下表，分析结果。表1.1测量表电流信号（毫安）0246810电压信号（伏）1.2系统总体设计方案1.2.1无源I/V变换无源I/V变换主要是利用无源器件电阻来实现，并加滤波和输出限幅等保护措施图中R1和C构成无源滤波电路，即RC低通滤波电路，起到滤波的作用；二极管一端加固定电压+5V，在另一端若有加至高于5V电压，在满足二极管一定特性的情况下，二极管将正向导通，所以在这里二极管起到了限幅的作用，输出电压V=R2*I，即可使输入电流转换为电压形式输出。图1.1无源I/V变换1.2.2有源I/V变换 有源I/V变换主要是利用有源器件运算放大器、电阻组成。利用运算放大器进行对输入信号的放大。将输入电流信号转变为电压信号，输入电流由于电容的存在使电阻两端产生一定的压降，然后由运算放大器实现电压放大，从而完成电流到电压的转换。比较无源I/V变换和有源I/V变换，有源I/V变换在实际应用中更为广泛，而且可调性强，便于电路的调试，所以设计中选用有源I/V变换完成电流电压转换。1.3系统分析与设计该电路是采用集成运放的电压并联负反馈制作转换器，使输入电流转化成电压输入，通过运算放大器放大电压信号。电路由电阻R，若干100K，200K，2K电阻，2个10K可调电阻构成。R构成电路输入端，100K,200K,2K构成差分电路，可调电阻构成调零和输出电路。运算放大器的引脚接法：2接反向输入端，3接同向输入端，4接-15V电压，6为输出端，7接+15V电压。Ii是输入电流，在输入端接入一个较小的电阻R（R远小于100K），使输入电流基本完全通过电阻R，Ii将在R上产生电压。当电流在同向端输入电流时，将在输出端产生正电压。设R上端电势为Vi上，R下端电势为Vi下，有Ii*R=（Vi下-Vi上）。因在运放输入端是对称工作的，但在实际工作中会出现一定的不对称性，为了提高精度，应加入调零电路，消除零点误差。左下端-15V电路为调零电路，当输入电流Ii=0时，调整左下角可变电阻使V0=0,记录此时可变电阻的电位V调。右边的10K是用来调整增益的，通过调整增益达到输出量程的上限，测出此时可调电阻的电势V增。2个2K电阻与100K电阻的连接节点电位为Vn（反向端）和Vp（同向端）。根据运放虚断的性质有2个2K电阻上无电流。根据反向虚断有(Vi上-Vn)/100k=(Vn-V增)/200k同向虚断有（Vi下-Vp）/100k=（Vp-V调）/200k根据虚短有：Vn=Vp;得V增=V调-2（Vi上-Vi下）=V调+2*Ii*R 设右边10K可调电阻上边电阻为R上，下边电阻为R下，在上边的差分电路中，因为10K200K，故200K电流作用可以忽略。则V增=R下*V0/(R上+R下)=R下*V0/10K所以有 V0=(10k/R下)*V增=(10k/R下)*(V调+2*Ii*R)1.4总电路图、元器件清单、仪器仪表清单电路图如下：图1.2电流电压转换器表1.2 元器件清单名称规格数量电阻100K3电阻2K2电阻200K2滑动变阻器10K2运算放大器UA741CN1导线若干表1.3 仪器仪表清单名称数量直流稳压电源1数字万用表1电流源1电路板1电阻箱1电烙铁1电工钳11.5系统调试与参数测量及误差分析 (1)系统调试：先调节电流源，使电流源在10mA下达到满量程，改变调节增益的电阻，使输出电压为10V，防止将最大值调偏。再将电流源调到Ii=0,调节调零电阻，使输出电压为零，如此反复几次，使输出达到理想状态。当输入电流变化时，输出电压也随之发生变化，说明电路工作正常。在调试中应注意电源正负极不能接反，防止元器件被烧坏，直流稳压电源电压不能超过15V，防止集成运放过热烧坏。 (2)参数测量及误差分析：了解各个元器件的工作原理和工作条件，在进行安装电路之前，先确定元器件参数，以减小实验中造成的误差，电路安装完毕后确定电源，地线的引脚接线是否正确，对通电电路进行通电检查，电源电压接入15V，观察电路中各部分的器件有无异常，尤其是观察芯片是否过热，若过热可能被烧坏，要降低稳压电源电压。数据记录表格1.4如下：表1.4数据记录表格电流信号（毫安）0246810电压信号（伏）0.142.264.316.388.4210.50理论电压信号（伏）02468101.6改进意见与收获体会 （1）改进意见：集成运放在调试过程中会有损坏；电路板上焊孔过小增加了焊接的难度，同时使焊点不是很牢固，会发生断路的现象；导线过细使得导线在多次调试后产生金属疲劳而折断；电路板上元件距离分布不是太合理导致焊接路线的导线杂乱很难检测，稍有不注意容易短路造成器件损坏。 (2)收获体会：了解的元器件的工作原理和工作条件，通过对集成运放的接线，了解了各接点接法，加深了对深度负反馈的虚短和虚断的理解；了解了调零电路对差分电路的补偿作用以及调整增益对输出的影响；并学会了如何使电压到电流的转换，同时提高了对理论的理解和对实践的操作。学会了电流电压转换器的设计方法和调试方法， 培养了动手能力和实践技能， 提高了分析和解决实际问题的能力。在实习前的准备工作，该怎么准备，都要有一个很好的计划，否则就做不好。第2章 电压/电流（V/I）转换器的制作与调试2.1设计任务熟悉运放电路的各种元器件，充分了解并掌握运放参考电路图，将元器件焊接在电路板上，并按设计要求写出设计和调试过程，设计出将010伏电压信号转换成010毫安电流信号的电压/电流转换器，并通过调试将误差控制在允许范围内。分析电路的工作过程，完成制作与调试，并填写下表，分析结果。表2.1测量表电流信号（毫安）0246810电压信号（伏）2.2 系统总体设计方案2.2.1基本电路如图2.1所示为实现输出电压Uo与输入电压Ui反相，电阻RL跨接在集成运放的输出端和反相输入端，引入了电流转换的基本原理电路。实际上该电路是一个反相比例运算电路，故输出电压并联负反馈。同相输入端通过电阻R1接地，R1为补偿电阻，以保证集成运放输入级差分放大电路的对称性，同向输入端电阻等于反向输入端等效电阻，即R1=R/RL。由于理想运放的净输入电流均为零，故R1中电流为零，所以 Un=Up=0，则负载电流 （2.1） 式（2.1）表明负载电流与Ui成线性关系。但是此电路设计电路中的负载没有接地，即负载RL处于浮地状态；待变换的输入电压Ui受运放的最大共模输入电压限制。图2.1 电压/电流转换的基本原理电路2.2.2豪兰德(Howland)电流源电路在实用电路中，常常需要负载电阻RL有接地端，为此产生了如图2.2所示的豪兰德电流源电路。由于该电路引入深度负反馈，可以认为集成运放的两个输入端电位UnUp,电流InIp0,因此在结点N的电流方程为 因而N点的电位 (2.2)结点P的电流方程 (2.3) 因而P点电位 由上推导，P点的电压近似等于N点的电压，即Un Up，并假设R2/R1=R3/R,利用式（2.2）和式（2.3）相等的关系，得到Io=-Ui/R，由于输出电流与输入电压反相，不符合设计要求，所以也不采用此方法进行设计。图2.2 豪兰德电流源电路2.2.3实用电压/电流转换电路结合以上分析，采用图2.3的方案2.3系统分析与设计参考电路是从输入端输入电压，经过集成运算放大器把电压信号转变成电流输出信号，通过对负载端的测量，可测出输出电流的大小。电路由若干100K，3K电阻，2个1K可调电阻构成。100K构成输入和反馈电路，可调电阻构成调零和输出电路，集成运放的引脚与电流电压变换器相同。Vi是输入电压；因在运放输入端是对称工作的，但在实际工作中会出现一定的不对称性，为了提高精度，应加入调零电路，消除零点误差。左下端+15V电路为调零电路，通过W1对电路进行调零，调整调零电路使输入电压为零时，输出电压为零，测出此时W1的电势Vm；可调电阻W2是调整增益用的，通过对W2的调整可使输出量程发生改变；右下角的R1是负载电阻，是从6端的输出电压转变成电流作为输出。电阻R3引入电压串联负反馈，电阻R4引入电压并联正反馈。由图知，V1=Vp，V2=Vn。根据运放虚短和虚断的原理有：2和3引脚处无电流且Vp=Vn。推出：(Vi-V1)/R1=(V1-V4)/R4 (V3-V2)/R3=(V2-Vm)/R2得出：Vi-V1=V1-V4 Vm-V2=V2-V3 所以：Vi-Vm=V3-V4由输出端与负载的节点的KCL有：(V3-V4)/W2+(V1-V4)/R4=I0所以：I0= (Vi-Vm)/W2+(V1-V4)/R4，因为W2R4，可忽略R4的电流，有I0= (Vi-Vm)/W22.4总电路图、元器件清单、仪器仪表清单参考电路图如下：图2.3 电压电流转换器表2.1 元器件清单名称符号规格数量电阻R1,R2,R3,R4100K4电阻3K1电阻Rl1滑动变阻器W1,W21K2运算放大器LM741CN1导线若干 表2.2 仪器仪表清单名称数量直流稳压电源1数字万用表1电路板1电阻箱1电烙铁1电工钳12.5系统调试与参数测量及误差分析 (1)系统调试：先调节电压源，使电压源在10V下达到满量程，改变调节增益的电阻，使输出电流为10mA，防止将最大值调偏。再将电压源调到Vi=0，调节调零电阻，使输出电流为零，如此反复几次，使输出达到理想状态。当输入电压变化时，输出电流也随之发生变化，说明电路工作正常。在调试中应注意电源正负极不能接反，防止元器件被烧坏，直流稳压电源电压不能超过15V，防止集成运放过热烧坏。 (2)参数测量及误差分析：了解各个元器件的工作原理和工作条件，在进行安装电路之前，先确定元器件参数，以减小实验中造成的误差，电路安装完毕后确定电源，地线的引脚接线是否正确，对通电电路进行通电检查，电源电压接入15V，观察电路中各部分的期间有无异常，尤其是观察芯片是否过热，若过热可能被烧坏，要降低稳压电源电压。数据记录表格2.3如下：表2.3 数据记录表格电压信号（伏）0246810电流信号（毫安）02.074.156.238.31 10.44理论电流信号（毫安）02468102.6改进意见与收获体会 (1)改进意见：导线过细使得导线在多次调试后产生金属疲劳而折断；电路板上的元器件在携带的时候容易损坏；电路板上焊孔过小增加了焊接的难度，同时使焊点不是很牢固，会发生断路的现象；电路板中引出的地线过多会造成不共地的现象，会使改变电压源的大小而万用表的示数不发生变化；此转换器的线性度较差，且在集成运放额定电压的条件下输出电流很难达到10mA；集成运放在调试过程中会有损坏；电路板上的导线很杂乱会增加检查电路的难度，电路板的输入，输出，接地线过多会增加接线难度。 (2)收获体会：了解的元器件的工作原理和工作条件，通过对集成运放的接线，了解了各接点接法，加深了对深度负反馈的虚短和虚断的理解；了解了调零电路对差分电路的补偿作用以及调整增益对输出的影响；并学会了如何使电流到电压的转换，以及对负载大小的选择和测量负载电流的方法，同时提高了对理论的理解和对实践的操作，而且还重温了放大器和反相比例运算电路等知识。第3章 声控式音乐彩灯控制器的制作与调试3.1 设计任务熟悉电路的各种元器件，充分了解并掌握参考电路图，将元器件焊接在电路板上，并按设计要求写出设计和调试过程。通过压电陶瓷片感受外界的声音信号，并使电路的彩灯发光，设计出声控式音乐彩灯控制电路，通过声音的大小控制灯的亮度。3.2 系统总体设计方案声控式音乐彩灯控制电路由桥式整流电路，限流电阻以及滤波电容组成，当压电陶瓷接受声音信号使，改变三极管的电位，进而改变可控硅SCR的电位，最终使SCR产生通路使彩灯发光。3.3系统分析与设计由D1D4组成桥式整流电路，输出电压经限流电阻R1阻容分压电容C滤波使发光管LED点亮发光，指示电路工作。此时LED两端将得到1.6V左右的直流压降，作为控制回路VT的工作电压。W和R2作为三极管VT的集电极负载，调整W阻值大小使VT集电极刚好处于饱和导通状态，此时VT集电极即可控硅SCR的控制端为低电位，SCR阻断，彩灯不亮。如环境有音乐声波信号，经压电陶瓷片HTD拾取后，即输出相应电信号加到VT的基极和发射极之间，其信号负半周使VT的集电极电流减小，三极管的基极由原来的高电平变为低电平，集电极由原来的低电平转变为高电平，VT退出饱和导通状态而进入放大状态，这时集电极电位变高，SCR控制端获得触发电压而导通，彩灯H点亮。所谓压电陶瓷片是当振动压电陶瓷时，则会产生一个电荷。利用这一原理，当给由两片压电陶瓷或一片压电陶瓷和一个金属片构成的振动器，所谓叫双压电晶片元件，施加一个电信号时，就会因弯曲振动发射出超声波。相反，当向双压电晶片元件施加超声振动时，就会产生一个电信号。故彩灯能随HTD输出电信号即声波场强变化而闪烁，调节W可改变控制器的声控灵敏度。3.4总电路图、元器件清单、仪器仪表清单参考电路图如下：图3.1 声控式音乐彩灯控制器的制作与调试表3.1 元器件清单名称符号规格数量电阻R13.9K1电阻R21K1电阻R32M1滑动变阻器W118K1电容C220F1发光管LED1三极管VTC90131可控硅SCR97A61二极管D1,D2,D3,D41N40014灯泡1导线若干表3.2 仪器仪表清单名称数量18V交流电压源1数字万用表1电路板1电烙铁1电工钳13.5系统调试与参数测量及误差分析（1）系统调试：接上18V交流电后，LED应发光指示。将电位器W完成的阻值由大逐渐调小，当调到某一点时，彩灯H会常亮不闪，此时可把W往回调，即阻值稍大使彩灯H刚好熄灭，次位置为声控灵敏度最高位置，加大W灵敏度则逐渐减小。如果调小W, 彩灯H始终不能点亮, 排除元器件故障和接线错误外, 则是由于VT始终处于饱和导通状态, 故SCR一直处于关断态。此时可换用值稍小的管子或者增大电阻R3的阻值, 减小VT的基极电流来解决；如果W无论处于何位置, 彩灯H总是常亮