电子技术课程设计报告.doc

电子技术课程设计报告学 院：测控技术与通信工程学院专业班级： 通信08-2班 学生姓名： 指导教师： 完成时间： 成 绩： 评阅意见： 评阅教师 日期 模拟电子技术设计报告一. 设计要求1、 设计一个单相半波整流电路，用Multisim软件实现并进行仿真，观察输入与输出波形，看是否实现了整流的目的。2、 设计一个单相桥式整流电路，用Multisim软件实现并进行仿真，观察输入与输出波形，看是否实现了整流的目的。3、 设计一个桥式电容整流滤波电路，用Multisim软件实现并进行仿真，观察输入与输出波形，看是否实现了滤波的目的。4、 设计一个振荡电路，能够产生三角波和方波，要求用运算放大器来设计，用Multisim软件实现并进行仿真，观察输入与输出波形，看是否能输出三角波和方波。5、 在要求5的基础上再设计一个能够产生正弦波和方波的振荡电路，用Multisim软件实现并进行仿真，观察输入与输出波形，看是否能输出三角波和正弦波。 二. 设计的作用、目的1 设计各种整流滤波的电路，实现由交流变直流的目的，复习并巩固模拟电子技术基础部分中关于整流滤波的相关知识。2 设计有运算放大器的振荡电路，实现三角波，正弦波，方波的产生，复习并巩固模拟电子技术基础部分中关于运算放大器的应用的相关知识。3 熟悉并掌握用Multisim软件来设计电路，并学习怎样仿真，加强自己对本专业知识及应用软件的了解，同时加强自己的动手能力和解决问题的能力。三. 设计的具体实现（三号宋体）1 单元电路设计与原理1) 单相半波整流电路半波整流是利用二极管的单向导电性进行整流的最常用的电路，常用来将交流电转变为直流电。 半波整流利用二极管单向导通特性，在输入为标准正弦波的情况下，输出获得正弦波的正半部分，负半部分则损失掉。 下图是一种最简单的整流电路。半波整流电路它由电源变压器B 、整流二极管D 和负载电阻Rfz ,组成。变压器把市电电压(多为220伏)变换为所需要的交变电压e2,D 再把交流电变换为脉动直流电。 下面从下图的波形图上看着二极管是怎样整流的。 半波整流电路变压器次级电压e2，是一个方向和大小都随时间变化的正弦波电压，它的波形如图所示。在0时间内，e2为正半周即变压器上端为正下端为负，此时二极管承受正向电压面导通，e2通过它加在负载电阻Rfz上。在2 时间内，e2为负半周，变压器次级下端为正上端为负。这时D承受反向电压，不导通，Rfz上无电压。在23时间内，重复0 时间的过程；而在34时间内，又重复2时间的过程这样反复下去，交流电的负半周就被削掉了，只有正半周通过Rfz,在Rfz上获得了一个单一右向(上正下负)的电压，如图所示，达到了整流的目的。但是，负载电压以及负载电流的大小还随时间而变化，因此，通常称它为脉动直流。 这种除去半周、图下半周的整流方法，叫半波整流。不难看出，半波整说是以牺牲一半交流为代价而换取整流效果的，电流利用率很低(计算表明，整流得出的半波电压在整个周期内的平均值，即负载上的直流电压=0.45e2 )因此常用在高电压、小电流的场合，而在一般无线电装置中很少采用。2) 单相桥式整流电路桥式整流电路如图1所示，图中B为电源变压器，它的作用是将交流电网电压e1变成整流电路要求的交流电压，RL是要求直流供电的负载电阻，四只整流二极管D1D4接成电桥的形式，故有桥式整流电路之称。图桥式整流电路的工作原理可分析如下。为简单起见，二极管用理想模型来处即正向导通电阻为零，反向电阻为无穷大。在e2的正半周，电流从变压器副边线圈的上端流出，只能经过二极管D1流向RL，再由二极管D3流回变压器，所以D1、D3正向导通，D2、D4反偏截止。在负载上产生一个极性为上正下负的输出电压。其电流通路可用图1a中虚线箭头表示。 图1a在e2的负半周，其极性与图示相反，电流从变压器副边线圈的下端流出，只能经过二极管D2流向RL，再由二极管D4流回变压器，所以D1、D3反偏截止，D2、D4正向导通。电流流过RL时产生的电压极性仍是上正下负，与正半周时相同。其电流通路如图1b中虚线箭头所示。 图1b综上所述，桥式整流电路巧妙地利用了二极管的单向导电性，将四个二极管分为两组，根据变压器副边电压的极性分别导通，将变压器副边电压的正极性端与负载电阻的上端相连，负极性端与负载电阻的下端相连，使负载上始终可以得到一个单方向的脉动电压。图根据上述分析，可得桥式整流电路的工作波形如图2。由图可见，通过负载RL的电流iL以及电压uL的波形都是单方向的全波脉动波形。桥式整流电路的优点是输出电压高，纹波电压较小，管子所承受的最大反向电压较低，同时因电源变压器在正、负半周内都有电流供给负载，电源变压器得到了充分的利用，效率较高。因此，这种电路在半导体整流电路中得到了颇为广泛的应用。3) 桥式整流滤波电路电容滤波电路是最常见也是最简单的滤波电路，在电路中我们曾经学过，电容的容抗X=1/wC，电容C对直流开路，对交流阻抗小，所以电容滤波电路只需要在负载电阻两端并联一个电容即可，如下图所示 它是利用电容两端电压不能跃变的原理制成的，利用电容的充放电作用，使输出电压变得平滑。当变压器副边电压u2处于正半周并且数值大于电容两端电压使，二极管D1、D3导通，电流一路流经负载电阻RL，另一路对电容C充电。在理想的情况下，我们通常认为变压器副边无损耗，二极管导通电压为零，所以电容两端电压与D1、RL、D3的相等。当u2上升到峰值后开始下降，电容通过负载电阻RL放电，其电容电压也开始下降，趋势与u2基本相同，但是由于电容按指数规律放电，所以当u2下降到一定数值后，电容电压的下降速率小于u2的下降速率，使电容电压大于u2，从而导致D1、D3反向偏置而变为截止。此后，电容继续通过RL放电，电容电压按指数缓慢下降 当u2的负半周值变化到恰好大于电容电压时，D2、D4因加正向电压变为导通状态，u2再次对C充电，电容电压上升到u2峰值后又开始下降，下降到一定数值后D2、D4变为截止，C对RL放电，电容电压按指数规律下降，放电到一定数值时，D1、D3变为导通，重复上述过程。经滤波后的输出电压不仅变得平滑，而且平均值也得到提高。 从以上分析可知电容充电时，回路电阻为整流电阻的内阻，即变压器内阻和二极管的通电阻，其数值很小，因而时间常数很小。电容放电时回路电阻为RL，放电时间常数为RL*C，通常其远远大于充电的时间常数。因此，滤波效果取决于放电时间。电容越大，负载电阻越大，滤波后输出电压越平滑，并且平均值也越大。 采用电容滤波时，输出电压的脉动程度与电容器的放电时间常数RL*C有关系，RL*C大一些，脉动就小一些。为了得到较平滑的输出电压，一般要求 RL*C大于或等于（3-5）T/2，其中T为电源交流电压的周期。输出电压的平均值通常为1.2u24) 微分运算振荡电路a. 方波与三角波的产生如上图所示，该电路是通过电容的充放电过程实现三角波与方波的产生的。设u1的起始电压为零，u2为高电平（假设为5V），则电容C通过R3充电，u1的值增加，如上图黑色箭头所示。u3=1/2u2=1/2Vcc。当u1上升到与u3相等时，u2翻转为低电平，由于电容两端电压不能跃变，因此电容C通过R3放电，u1两端的电压下降，如上图红色箭头所示。当u1两端电压小于u3时，u2又发生翻转，电容继续充电，重复上述过程，波形如下所示：b. 正弦波与三角波的产生上图红框内的电路可以等效为如下电路：这是一个简单的二阶电路经拉普拉斯变换计算后，当ui为指数函数y=eRCx时，输出端为标准的正弦波。因此在a中的基础上，把u1转化成了正弦波，波形如图：2、 电路的检验与仿真1) 单相半波整流电路电路如图：仿真结果如图：2) 单相桥式整流电路：电路如图：仿真结果如图：3) 桥式整流滤波电路电路如图：仿真结果如图：4) 振荡电路（方波与三角波）电路如图：仿真结果如图：5) 振荡电路（方波与正弦波）电路如图：仿真结果如图：四心得体会、存在问题和进一步的改进意见等 1、存在问题 由于对软件的不熟悉，以至于线路总是接错，找不到元器件的位置，电路的正负极接反，应加强对软件的熟悉与掌握 利用电容的充放电来实现的三角波并不标准，应加大时间常数，即电阻与电容的参数，使之变得平滑。 2、心得体会由于课本上的知识太多，平时课间的学习并不能很好的理解和运用各个元件的功能，所以在这次课程设计过程中，我了解了很多元件的功能，并且对于其在电路中的使用有了更多的认识。总体感觉是：通过这次课程设计，加强了我们动手、思考和解决问题的能力。通过模拟电子技术的课程设计，我顺利得完成了各种电路的设计。期间，我查阅里很多相关书籍，学到了很多知识，并利用它们解决了很多问题。不仅巩固了课堂知识，而且有效的和实际结合在了一起，扩展了所学知识和见识。在设计过程中遇到不少问题，如相关元件运用条件不熟、电路连接不对等问题，感觉到书本知识与实际问题及需要结合的难处，但也激发了我这方面的兴趣，提高了理论结合实际的意识。五附录电路元器件清单：单相半波整流电路元件序号型号主要参数数量备注V1AC-POWER10V50Hz1交流电源D11BH621二极管R1RESISTOR10k1电阻XMM1XMM210V4.226V2万能表XSC11示波器桥式整流电路元件序号型号主要参数数量备注V1AC-POWER10V50Hz1交流电源D13N2471桥式二极管R1RESISTOR10k1电阻XMM1XMM210V7.1132万能表XSC11示波器桥式整流滤波电路元件序号型号主要参数数量备注V1AC-POWER10V50Hz1交流电源D13N2471桥式二极管R1RESISTOR10k1电阻XMM1XMM210V10.3892万能表XSC11示波器C1CAPACITOR2.0uF1电容振荡电路1元件序号型号主要参数数量备注V1OPAMP-5T-DIRTUAL1运算放大器C1CAPACITOR0.47uF1电容R1R2