开方运算电路

开方运算电路一、设计任务与要求。1 用模拟乘法器设计一个开方运算电路；2 用桥式整流电容滤波集成稳压块电路设计电路所需的正负直流电源（12V）；二、方案设计与论证根据设计要求，即要设计出一个可以把输入的电压Ui进行开方运算后，成输出电压Uo输出的电路，可以通过利用模拟乘法器集成块和集成块UA741来实现这一功能。并且各个芯片的电源可用直流电源提供。 方案一、 1、 直流电源部分 电路可把220V的交流电变成+12V和-12V的直流电： 2、 开方运算电路部分 电路可以把输入的电压V1（必须要小于零的值）进行开方运算成输出电： 上图是防止闭锁的开方运算电路 方案二、 1、 直流电源部分 电路可把220V的交流电变成+12V和-12V的直流电： 2、 开方运算电路部分 电路可以把输入的电压Vx1(可以是正值)进行开方运算成输出电压Vo： 即先通过一个集成块UA741的作用将原来的正电压Vx1变成负电压Vo1再输入到后面的模拟乘法器中，从而实现所要的效果。方案三、 1、 直流电源部分 电路可把220V的交流电变成+12V和-12V的直流电： 原理电路图和上述两方案的一样。2、 开方运算电路部分 电路可以把输入的电压Vo1(可以是正值)进行开方运算成输出电压Vo：同方案二中的作用一样，先将输入的正电压Vo1通过UA741变为负电压后输入到模拟乘法器中以实现功能。方案论证: 我选的是第一个方案，上述三个方案均可以实验开放运算电路的功能。方案一的电路简洁利于焊接可以节省元器件，但是该方案在调试的时候输入端只能输入负电压，只有这样才进行开方运算，否则电路会变成正反馈。方案二和三的电路过多焊接不方便而且这样浪费了很多元器件。不过在实验调试时，输入端可以输入正电压。 三个方案比较下，方案二和三虽然可以是输入端电压是正值，但是却浪费了不少的元器件。而两个方案的最后结果是一样的，为了节省支出，所以选择了第一个方案。只需要在输入电压的时候将输入端反接即可实现开方运算电路的功能。三、单元电路设计与参数计算1、直流电源的参数设计提供的是220V的交流电源要变为12V直流电， 变压器用 220V15V规格的，选的三端稳压器为：LM7812、LM7912，整流用的二极管可用1N4007 ，电解电容用3300uf C2和C3可用0.47uf，C4、C5、C7、C8可用1uf ，发光二极管上的R用 1K。2、集成模拟乘法器是实现两个模拟信号相乘的器件，它广泛用于乘法、除法、乘方和开方等模拟运算，同时也广泛用于信息传输系统作为调幅、解调、混频、鉴相和自动增益控制电路，是一种通用性很强的非线性电子器件，目前已有多种形式、多品种的单片集成电路，同时它也是现代一些专用模拟集成系统中的重要单元。 （1）、模拟乘法器的基本特性模拟乘法器是一种完成两个模拟信号（连续变化的电压或电流）相乘作用的电子器件，通常具有两个输入端和一个输出端，电路符号如图1所示。 图1 若输入信号为, ,则输出信号为：=k 式中： k为乘法器的增益系数或标尺因子，单位为V.根据两个输入电压的不同极性，乘法输出的极性有四种组合，用图2所示的工作象限来说明。 图2 若信号、均限定为某一极性的电压时才能正常工作，该乘法器称为单象限乘法器；若信号、中一个能适应正、负两种极性电压，而另一个只能适应单极性电压，则为二象限乘法器；若两个输入信号能适应四种极性组合，称为四象限乘法器。 （2）、模拟乘法器集成块的管脚以及分配 上述图示就是模拟乘法器AD633JN的结构示意图。 上述图就是模拟乘法器AD633JN的管脚分配。 （3）、开方运算电路 图3 开方运算电路图3所示为开方运算电路， ， 所以有显然，Uo是Ux的平方根。因此只有当U1为负值时才能开平方，也就是说U1为负值电路才能实现负反馈的闭环。图中的二极管即为保证这一点而接入的。四、总原理图及元器件清单1总原理图2 元件清单元件序号型号主要参数数量备注（单价）普通电阻R11k40.1元/个普通电阻R210K10.1元/个大电阻R31M10.2元/个电解电容C13.3mf21.5元/个普通电容C20.22mf20.4元/个普通电容C3470nf20.2元/个普通电容C4220nf20.2元/个整流二极管1N400770.1元/个三端稳压管781211.0元/个三端稳压管791211.0元/个发光二极管红10.1元/个发光二极管白10.3元/个集成运放UA74111.0元/个模拟乘法器AD633JNK=0.1112元/个底座20.2元/个变压器输出电压15v15.0元/个夹子红、黑110.15元/个中电路板11.8元/个大电路板12.8元/个五、安装与调试 1.直流稳压电源 （1）按所设计得电路图焊接好电路板。 （2）用万用表测得变压器副边电压（交流电压）：+14V和-14V。 集成块7812的输入电压Ui=18.3V 输出电压Uo=11.9V 电压差U=6.1V 集成块7912的输入电压Ui=-18.3V 输出电压Uo=-11.9V 电压差U=-6.2V 电路的输出电压：+11.9V和-11.9V （3）测量期间曾老师明确提出变压器的副边电压是交流电，万用表应打至交流电压档。而集成块7812和7912的相关电压以及电路的输出电压都是直流电压，万用表打至直流电压档。2、 开放运算电路 （1）按所设计得电路图焊接好电路板。 （2）用万用表测得 即通过改变输入电压Ui，可改变输出电压Uo . （3）测量期间曾老师抽测了当输入电压为4V时，输出电压为2V 。六、性能测试与分析 1直流稳压电源（1）数据记录：分别用万用表的相对的档测的以下数据,如下, 变压器副边电压（交流电压）：+14V和-14V。 集成块7812的输入电压Ui=18.3V 输出电压Uo=11.9V 电压差U=6.1V 集成块7912的输入电压Ui=-18.3V 输出电压Uo=-11.9V 电压差U=-6.2V 电路的输出电压：+11.9V和-11.9V （2）数据处理： a集成块电压差的相对误差： LM7812: LM7912： b输出直流电压相对误差： 正输出电压： 负输出电压： 相对误差应该在05%之间，而上面的结果都符合，所以结果合理。2 开放运算电路 （1）数据记录：用两个万用表分别测输入端和输出端的电压,如下, （2）数据处理：根据公式可算的相对误差，可得上述数据的相对误差依次是：3.3% ，0 ，4% , 3.3% , 2.8% ，1% ，1.2% ，1% ，1.8% 。相对误差应该在05%之间，而上面的结果都符合，所以结果合理。3. 误差计算与分析 （1）、相对误差的计算在上面已经计算，相对误差都在5%之内，说明试验的结果符合试验要求，并没有太大的误差； （2）、电路中的电阻并不一定是标准值的电阻； （3）、 在做开方运算电路时，两个集成块输入电压并不是标准的正负12V电压，导致开放运算电路的结果出现误差； （4）、在读万用表的读数时，由于是人眼读的数，不是很精确造成的误差； （5）、由于焊接的电路不是最佳的连接方式，导致后面的实验结果出现误差。 （6）、输入的直流信号源带负载能力较差，当接上负载时输入会发生变化，同时随着时间会衰减。 七、结论与心得1、结论： （1）、直流电源输出的电压不是严格的12V，有一定的误差； （2)、模拟乘法器是实现了两个模拟量相乘的非线性电子器件，利用它可以方便地实现乘、除、乘方和开方运算电路； （3）、利用乘方运算电路作为集成运放的负反馈通路，即可构成开方运算电路； （4）、为了防止闭锁现象的出现，实用电路中常在输出回路中串联一个二极管。 2、心得体会：经过本次的课程设计。我知道,虽然平时上课了，对理论知识有了一点的了解，在课程设计时也有一定印象，但是真正到了要计算时才发现有困难。由于缺少练习，有的地方分析起来不是很清晰，以后一定要加强练习和理论知识的巩固。本次课程设计我运用了multisim这个软件来进行仿真电路,依然还有一些地方不是很懂。尤其是模拟乘法器上的运用，看来以后要多去运用这些仿真软件，加强对知识的理解。对于我们工科的学生来说，在今后的工作是一定要很强的实践动手能力的。而这次课程设计就是为了考验我们自己的动手能力而进行的，所以这是一次很好的加强自己的动手能力的机会。在设计的过程中，运用到了大量书本上的内容，并且还用了好多书本上之外的内容。通过这一次的课程设计，我明白了要成功的设计好一个电路，一定要有耐心和细心。在整个的设计过程中，原理的理解和原理图的设计是最重要也是很难的一个过程。要用到自己的课本上学到的知识，以及很多课本之外的东西。其次就是在购买元器件上，由于模拟乘法器的市区的电子器件店并没有货，所以只有通过其他的路径才买到