模电课程设计报告-数据放大器（差分放大+数据滤波）集成直流稳压电源

合肥工业大学模拟电路课程设计指导教师：胡良梅 许良凤设计内容：1 数据放大器（差分放大+数据滤波）2 集成直流稳压电源1 数据放大器1.指标要求总体要求如下： 带外衰减速率大于等于-30dB/10倍频 差分放大器指标要求： RC有源滤波器指标要求： 带外衰减速率大于等于-30dB/10倍频2. 设计方案对于差分放大器，利用3个运放和7个电阻组成两级差分放大电路来实现。电路原理图如下：第一级放大倍数计算公式： 第二级放大倍数计算公式： 总的差分电路放大倍数： 对于滤波器，选用2个电容、4个电阻和一个运放组成二阶低通有源滤波器，电路原理图如下：总的电路流程图如下：3.电路原理及估算结果（仿真或近似计算）（1） 两级差分放大电路电阻值的选取： 该部分如下图：由于指标要求差分放大器放大倍数大于等于54dB，也就是500倍。差分放大器有两级放大，为了避免第二级放大出现失真，将第一级放大设置为5倍，第二级放大设置为100倍。电路中的运放使用LM324N芯片中的运放。根据公式 及取R0=1k R1=R2=2k则取R3=R4=150 R5=R6=15k则所以将参数输入电路原理图进行仿真测试： 仿真结果如下（输入差模信号为振幅1mV，频率500Hz的正弦信号）：由上图看出差分放大电路输出信号幅度为499.777mV，将原来的1mV信号放大了499.777倍（理论上为500倍），在误差范围内可认为电路达到了放大倍数要求。（2） 二阶有源滤波器电阻及电容选取：该部分如下图：电压增益计算公式为： 使R9=10k R10=15k则增益令R7=R8 C1=C2则3dB截止频率计算公式为： 使R7=R8=15k C1=C2=0.01uF则所以满足要求。将上面计算出来的电阻及电容值代入原理图中进行仿真：仿真结果如下：（1）（输入信号为正弦波，振幅1V，频率500Hz）（2） （输入信号为正弦波，振幅1V，频率1000Hz） 满足3dB截止频率。将以上差分放大电路和滤波电路连接起来就组成了数据放大器。4. 硬件调试过程及测试指标实验中运放采用LCM324N芯片，1块LCM324芯片里面含有个运放。实验中，我们先搭好差分放大电路和滤波电路，但是两个电路不连接在一起，我们先检测差分放大电路，经检测差分放大电路的放大倍数达到了500倍放大的要求。于是，我们接着检测滤波电路的滤波效果，检测结果为滤波电路的放大倍数为3倍，3dB截止频率为1kHz，带外衰减速率为-59.4dB/10倍频，指标符合要求。硬件连接电路如下：前置级：利用信号发生器输入500Hz,40m的正弦交流信号，通过设计好的电桥，用万用表测得，前置级放大倍数电压放大级：在的基础上，继续测量差分放大器的输出，用万用表测得，所以差分放大器的电压放大倍数在、的基础上，继续测量滤波器的输出，用万用表测得，整个数据放大器的输出电压，电压放大倍数，符合指标要求。滤波器实验中部分检测图如下：二阶有源低通滤波器：测得输出信号随输入信号频率变化如下：频率/Hz1002005008001k10k幅度/Vop-p1.301.341.401.720.990.06由上述表格知： 通带截止频率 带外衰减速率：/10倍频满足指标要求。输入阻抗：测量输入阻抗的电路如下： 数据放大器输入 实际测得数据放大器两端的电压约等于串联接入电阻两端的电压，根据分压原理易知数据放大器的输入阻抗。共模抑制比： 撤去电桥，输入频率为100Hz,幅度为50mV的信号，测得输出电压信号幅度为48mV所以： 5. 工作总结及心得体会：6.参考文献：1 谢自美. 电子线路设计.实验.测试M. 武昌:华中理工大学出版社2 康华光. 电子技术基础模拟部分（第五版）M. 北京:高等教育出版社3 王毓银. 数字电路逻辑设计（第二版）M.北京:高等教育出版社附录：元件明细表以及所使用实验仪器：名称数量LM32440.01uF电容21k电阻12k电阻2150电阻215k电阻510k电阻1 实验仪器： 信号发生器，直流稳压电源，示波器，万用表，面包板1. 指标要求利用集成稳压器CW317设计一个小功率直流稳压电源，性能指标要求为： （1）输出电压能同时提供正、负电压；输出幅度连续可调 （2）输出电流 （3）纹波电压有效值 （4）稳压系数2. 设计方案集成直流稳压电源的工作原理:直流稳压电源是一种将220V工频交流电转换成稳压输出的直流电的装置，它需要变压、整流、滤波、稳压四个环节才能完成。一般由电源变压器、整流滤波电路及稳压电路所组成，基本框图如下：首先输入将电网电压u1通过变压器进行降压处理；再通过整流电路将交流电压转换成直流电压；考虑到此时的输出中其他杂波的成分较多，添加一个滤波电路来滤除杂波；变成由于输入电压u1发生波动、负载和温度发生变化时，滤波电路输出的直流电压UI会随着变化。因此，为了维持输出电压UI稳定不变，还需加一级稳压电路。稳压电路的作用是当外界因素（电网电压、负载、环境温度）发生变化时，能使输出直流电压不受影响，而维持稳定的输出。（1） 电源变压器：将交流电网电压U1变为合适的交流电压U2。 副边电压，取；副边电流，取： 则变压器副边输出功率，查表可得变压器的效率 ，则原边输入功率（2） 桥式整流电路：将交流电压U2变为直流电压U3。桥式整流属于全波整流，它不是利用副边带有中心抽头的变压器,而是用四个二极管接成电桥形式，使在电压V2的正负半周均有电流流过负载，在负载形成单方向的全波脉动电压。其中：（3） 滤波电路：将脉动直流电压U3转变为平滑的直流电压U4。整流电路输出波形中含有较多的纹波成分，与所要求的波形相去甚远。所以通常在整流电路后接滤波电路以滤去整流输出电压的纹波。滤波电路常有电容滤波，电感滤波和RC滤波等。本实验中就采用电容滤波电路。上图分别是桥式整流电容滤波电路和它的部分波形。这里假设时，电容器C已经充电到交流电压的最大值（如波形图所示）。整流二极管组成单相桥式整流电路，将交流电压U2变成脉动的直流电压U3。再经滤波电容滤除波纹Ui.Ui与交流电压U2的关系为： 每支整流二极管的最大反向电压 通过每支整流二极管的平均电流（R为整流滤波电路的负载电阻）。其中，整流二极管及滤波电容的选取如下： 滤波电容C可由纹波电压和稳压系数确定。已知，。由式 且C的耐压应大于，故取两只的电容并联。（4） 稳压电路：当电网电压波动及负载变化时，保持输出电压Uo的稳定。 CW317是可调式三端稳压器,能输出连续可调的直流电压。稳压器内部含有过流、过热保护电路。R1与RP1并联组成滤波电路，以减小输出的纹波电压。二极管D的作用是防止输出端与地短路时，损坏稳压器。其特性参数Vo1.2V37V，Io max1.5A，最小输入、输出压差（ViVo）min3V，最大输入、输出压差（ViVo）max40V。有Vo1.25（1RP1/R1），如设计Vo=+3V+9V的直流稳压电压源，可取R1240，则RP1min336，RP1max1.49k，故取RP1为4.7k的精密线绕可调电位器。结构如下图所示：3. 电路原理及估算结果（仿真或近似计算）电路原理图如下：仿真结果如下：仿真电压稳定。4. 硬件调试过程及测试指标首先应在变压器的副边接入保险丝，以防电路短路损坏变压器或其他器件，其额定电流要略大于，选择保险丝的熔断电为1A，CW317要加适当大小的散热片。先装集成稳压电路，再装整流滤波电路，最后安装变压器。安装一级测试一级。对于稳压电路则主要测试集成稳压器是否能正常工作。其输入端加直流电压，调节RP1，输出电压Vo随之变化，说明稳压电路正常工作。整流滤波电路主要是检查整流二极管是否接反，安装前用万用表测量其正反向电阻。接入电源变压器，整流输出电压Vi应为正。断开交流电源，将整流滤波电路与稳压电路相连接，再接通电源，输出电压Vo为规定值，说明各级电路均正常工作，可以进行各项性能指标的测试。硬件电路连接图如下：实际测试图如下：调节电位器RP1的过程中，输出的直流电压的范围是。且纹波电压均满足技术指标，稳压系数5. 工作总结及心得体会：6. 参考文献：1 谢自美. 电子线路设计.实验.测试M. 武昌:华中理工大学出版社2