模电课程设计任务书.doc

模拟电子技术A课程设计设计名称 电压电流转换电路 专业班级 交控1601 学 号 2016001759 姓 名 乔聪飞 指导教师 韩晓明 29太原理工大学课程设计太原理工大学课程设计任务书专业班级交控1601学生姓名乔聪飞课程名称模拟电子技术A课程设计设计名称电压电流转换电路设计周数1周指导教师韩晓明设计任务主要设计参数课程设计的意义模拟电子技术A课程设计是模拟电子技术A课程教学的一个重要组成部分，也是该课程的最后一个环节，是对学生进行全面的系统的训练。可以使学过的零碎知识系统化，能够真正地把学过的知识落到实处，进一步激发了学生再深一步学习的热情，培养学生理论与实践相结合能力、工程设计能力、创新能力，进行一定的工程师基本技能训练。因此课程设计是必不可少的，也是非常必要的。本课程设计是自动化专业学生的必修课，时间为1周。课程设计的性质、目的和任务模拟电子技术A课程设计是自动化专业实践性教学环节。模拟电子技术A课程是一门实践性很强的基础课，在完成了课堂教学和基础实验等内容后进行本课程设计，是模拟电子技术A课程的一个重要教学环节，是对模拟电子技术A的综合训练。学生通过动脑动手解决比较实用的模拟电子电路的理论设计，并利用电子电路计算机仿真软件Multisim进行辅助分析和调试，巩固和运用所学知识和实验技能，掌握常用电子电路的一般设计方法，提高分析解决实际问题的能力。为今后从事电子电路设计、研制电子产品打下一定的基础。（1）巩固和加深对模拟电子技术A基本知识的理解，提高学生综合运用本课程所学知识独立完成设计课题的能力。（2）培养学生根据课题需要选学参考书籍，查阅手册、文献资料的自学能力。通过独立思考，深入钻研有关问题，提高学生分析问题和解决问题的能力。（3）通过使用电子电路计算机辅助设计软件Multisim对模拟电子电路进行分析和测试，培养学生应用计算机的能力。（4）了解与理解有关的电子线路以及元器件工程技术规范，培养学生能够按要求规范地编写设计报告的能力。（5）培养学生严肃认真的科学态度和积极创新精神，通过课程设计实践，逐步建立正确的生产观点、经济观点和全局观点。（6）是培养学生实践能力与创新精神的重要教学环节，也是对学生独立分析问题和解决问题能力的重要检查过程。课程设计的要求和原始数据课程设计是一个典型的模拟电子电路的设计与仿真研究。设计一个电压电流转换电路，使输入电压在5V0V之间时，流过500负载的电流在01mA之间，假设运放的电源电压为10V。设计内容设计要求1主要设计内容本课程设计的主要内容是一些典型常用的模拟电子电路（如：直流稳压电源、传感器测量放大系统、温度测量放大器、多种波形发生器等）的设计。包括：（1） 按照设计题目要求，查阅相关资料。（2） 选择电路方案，画出原理草图，进行元器件参数设计。（3） 用Multisim软件仿真，确定电路准确参数，验证所设计电路的正确性。（4） 撰写设计报告。2设计基本要求（1） 总体方案的论证与选择根据所选题目规定的设计任务和要求，查阅有关资料，广开思路，提出若干种不同的方案，然后深入分析每种方案的可行性和优缺点，加以比较，从中取优。（2） 电路功能及原理介绍总体方案确定后，对设计方案进行简介，介绍电路各部分的功能及基本原理。（3） 单元电路的设计和元器件的选择选择单元电路最简单的办法是从学过的和所了解的各种电路中选择一个与设计要求比较接近的电路，在此基础上适当改进。根据具体问题和方案，确定需要哪些元器件，每个元器件应具有哪些功能和性能指标，市场上能否买到，价格如何、体积多大，并且要尽量减少器件的品种。（4） 电路分析和调试由于现代电子技术的飞速发展，要求学生在本课程设计期间学会掌握电子电路计算机辅助分析设计软件，并采用Multisim对所设计的电路进行辅助分析和调试。主要参考资料1 课程的教材及课件.2 夏路易.基于EDA的电子技术课程设计M. 电子工业出版社,2009.3 杨力. 电子技术课程设计M. 中国电力出版社, 2009.4 /电子发烧友网站5 /中国电子DIY学生提交归档文件课程设计的报告要求课程设计报告要求完成以上两个内容。报告应包括封皮、课程设计任务书、设计说明、设计总结、设计的收获、体会等。课程设计报告使用A4纸双面打印（封皮除外）。注：1.课程设计完成后，学生提交的归档文件应按照：封面任务书说明书图纸的顺序进行装订上交（大张图纸不必装订） 2.可根据实际内容需要续表，但应保持原格式不变。 一. 前言6二. 设计要求6三 使用-5V直流稳压电源作为参考源6 3.1 参考电路及工作原理 3.2 参数计算 3.3 仿真调试 3.4 仿真测试结果与分析四 用加法电路把-5V0V调整到05V .13 4.1 参考电路及工作原理 4.2 参数计算 4.3 仿真调试 4.4 仿真测试结果与分析五 两种电路的比较.20六 结束语 .21参考文献.21一. 前言本课程设计报告将介绍电压电流转换电路与Multisim仿真调试过程。在学习模拟电子技术基础课程后，利用Multisim环境，设计并实现电压电流转换电路。二. 设计要求本次课程设计，我的选题设计要求如下：设计一个电压电流转换电路，使输入电压在5V0V之间时，流过500负载的电流在01mA之间，假设运放的电源电压为10V。以下给出两种设计电路，并进行比较分析3. 使用-5V直流稳压电源作为参考源1.参考电路及工作原理 图1 电压电流转换电路图因为要设计一个-5V0V的电压对应01mA的电压电流转换电路，一般的电压电流转换电路是针对05V的，所以需要加一个-5V的参考电源。2. 参数计算2.1 -5V参考电压源电路的计算-5V参考电压源如图2所示。 图2 -5V参考电压源电路图2中，D1为二极管，管压降；D2为稳压管，稳压管的型号为1N4739A，它的稳压值，正常工作的最小电流、最大电流分别是：、。 电阻R2、R12的计算：设-5V参考电压源的输出电压Vo=-5V，则R2，R12，和Vo，的关系如下所示 可得 取R2=50K，R12=91K电阻RJF的计算：令通过的电流为15mA，则(1) 电阻RJ3、RJ4的计算：由电源、电阻、组成的电路保证稳压管正常工作。令通过的电流，则(2)取电源，流过电阻的电流，则(3)2.2 转换电路的计算 图3 转换电路 图3是一种负载接地的实用电压电流转换电路。A1，A2均引入了负反馈，前者构成同相求和运算电路，后者构成电压跟随器。图中R6=R7=R8=R11=120K，因此 Uo2=Up2 （1）Uo1=Ui+Up2+5R10上的电压Ur0=Uo1-Up2=Ui+5所以：由要求得，R10取5K3. 仿真调试3.1 基准源电路的调试根据4.3中基准电源电路的设计图以及参数计算，利用Multisim软件，搭建仿真测试平台，并对电源的稳定进行调试与测试。根据设计要求，在电源输入部分叠加幅值是1V的交流电压。为了基准源电路的输出电压与设计值理想相近，将串联电阻设计为滑动变阻器，方便电路在仿真过程中的调节。仿真测试电路场景如图5所示。图5 基准源测试电路仿真测试由仿真结果可知，当R3=46.4时，基准源电路的输出电压V=-4.999V用示波器观察基准源电路输出电压中的交流成分，结果如图6所示。 图6 基准源电路输出电压中的交流成分由图6可知，基准源电路输出电压中有辐值为15.4mV、频率为50Hz的正弦电压，约占直流成分的0.14%，电路达到设计要求，基本稳定。将电路中的直流电源V1去掉，观察基准源电路的输出电压，仿真电路场景如图7所示。 图7 去掉直流电源V1后的基准源电路从图7可以看出，去掉直流电源V1后，基准源电路的输出电压为-4.89 V。与设定值误差为-2.04%，证明了基准源电路的稳定性。3.2 转换电路调试 转换电路的-5V电压源先用仿真系统的电压源代替进行测试，如果符合要求在用第一步设计的-5V稳压电源连接。仿真测试如图7所示 图7 转换电路仿真测试 可以从图中看出，当外界输入-3V时，输出电流为399.996uA，符合要求的线性关系3.3系统整体调试根据图1稳压源系统设计图，将基准源电路、转换电路连接，进行系统整体测试，如图8所示1.当外界输入-5V时的仿真 图8（1） -5V仿真结果输出当外界输入-5V时，输出电流为-3.271uA2. 当外界输入-3V时的仿真当外界输入-3V时，输出电流为396.71uA，误差率3. 当外界输入0V时的仿真当外界输入为0V时，输出电流为996.703uA，误差率4. 仿真测试结果与分析利用Multisim的“参数扫描”分析，观察电桥电阻R1变化时，对应的电桥电路输出电压。“参数扫描”分析设置步骤如下：（1）点击工具栏中的“仿真”“分析”“参数扫描”，调出“参数扫描”对话框；（2）对“参数扫描”对话框内容进行如下5步设置，如图9所示。图9（a）设置分析参数 图9（b）设置输出 图9 参数扫描设置图9中，设置输入电压从-5V线性变化至0V，根据电路平台的网络标号，参数扫描的“输出”设置为I（R10）。参数扫描结果输出如图10所示。图10 输出参数扫描结果输出根据3.3中系统整体调试的输出结果，当输入为0V时，此时输出电流为996.703uA，可求得此时的误差为。符合设计要求。4 用加法电路将-5V0调整到05V1. 参考电路及工作原理图1 电压电流转换电路原理图图1中第（1）部分是基准源，为电路提供5V的直流稳压电源，第（2）部分是电压调整电路，将输入的-5V0V的电压调整为05V的电压，供后续使用，第（3）部分是电压电流转换部分，将输入电压转换为01mA的电流输出。2. 参数计算2.1 基准源电路的计算基准电源电路如图2所示 图2 基准源电路图2中，D2为二极管，管压降；D1为稳压管，稳压管的型号为1N4731A，它的稳压值，正常工作的最大电流是：、。 电阻RJ1、RJ2的计算：设基准源电路的输出电压Vo=5V，则Vo，Vz与R1，R2的关系如下所示，(4)可得，(5)取R2=10K，则R1=1.63K。 电阻RJF的计算：令通过的电流为35mA，则(6) 电阻R3、R4的计算：由电源、电阻R3、R4组成的电路保证稳压管正常工作。令通过R3的电流I3=10mA，则(7)取电源，流过电阻R4的电流，则(8)2.2 电压调整电路的计算电压调整电路的设计如图3所示。 图3 电压调整电路图电压调整电路为同相比例加法电路，取R14/R15=R12/R16/R17，则输出电压取R15=R12=R16=R17=2K，R14=1K满足设计要求2.3 电压电流转换电路的计算电压电流转换电路的设计如图4所示 图4 电压电流转换电路由虚断虚断知，运放输入端没有电流流入，则（vi-v1）/R7=(v1-v4)/R13 .a(v3-v2)/R11=v2/R9 .bV1=v2 .c取R7，R9，R11，R13=1K，则由abc式得v3-v4=vi说明R10两端电压等于输入电压。3. 仿真调试3.1 基准源电路的调试根据4.3中基准电源电路的设计图以及参数计算，利用Multisim软件，搭建仿真测试平台，并对电源的稳定进行调试与测试。根据设计要求，在电源输入部分叠加幅值是1V的交流电压。为了基准源电路的输出电压与设计值理想相近，将串联电阻R4设计为滑动变阻器，方便电路在仿真过程中的调节。仿真测试电路场景如图5所示。 图5 基准源仿真测试结果由仿真结果可知，当R4=300*0.75=225时，基准源电路的输出电压V=5V。用示波器观察基准源电路输出电压中的交流成分，结果如图6所示。 图6 基准源电路输出电压中的交流成分由图6可知，基准源电路输出电压中有辐值为0.7mV、频率为50Hz的正弦电压，约占直流成分的0.14%，电路达到设计要求，基本稳定。将电路中的直流电源V1去掉，观察基准源电路的输出电压，仿真电路场景如图7所示。图7 去掉直流电源V1后的基准源电路从图7可以看出，去掉直流电源V1后，基准源电路的输出电压为4.986 V。与设定值误差为-0.28%，证明了基准源电路的稳定性。3.2 调整电路的测试 调整电路如图8所示。 图8 电压调整电路的仿真测试从输出结果来看，电压调整电路可以把-5V0V的电压调整到05V。3.3电压电流转换电路的仿真测试电压电流的仿真测试如图9所示 图9 电压电流转换电路仿真测试3.4 系统整体调试根据图1电压电流转换电路的系统设计图，将基准源电路、电压调整电路，电压电流转换电路连接，进行系统整体测试，如图10所示。当外界输入-5V时的仿真当外界输入-5V时，输出电流377.344nA。当外界输入-2V时的仿真当外界输入-2V时，输出电流596.659uA，误差率当外界输入0V时的仿真当外界输入0V时，输出电流996.618uA，误差率 图 10 电压电流转换电路系统总体仿真测试为了测试系统设计符合要求，对系统进行“参数扫描”分析。与上述“参数扫描”步骤类似，根据系统网络标号，将输出变量改为I（R10）。“参数扫描”结果如图15所示。根据3.4中系统整体调试的输出结果，当输入为-2V时，此时输出电流为596.659uA，可求得此时的误差为。符合设计要求。五两种电路的比较两种电路都能很好的满足电压电流转换，相比之下，第一种所用元件更