模拟电路课程设计

1、模拟电子技术课程设计任务书一、课程设计的任务通过理论设计和实物制作解决相应的实际问题，巩固和运用在模拟 电子技术中所学的理论知识和实验技能，掌握常用模拟电路的一般设计 方法，提高设计能力和实践动手能力，为以后从事电子电路设计、研发电 子产品打下良好的基础。二、课程设计的基本要求1、掌握电子电路分析和设计的基本方法。 包括： 根据设计任务和指标 初选电路；调查研究和设计计算确定电路方案；选择元件、安装电路、调 试改进；分析实验结果、写出设计总结报告。2、培养一定的自学能力、 独立分析问题的能力和解决问题的能力。 包 括： 学会自己分析解决问题的方； 对设计中遇到的问题， 能通过独立思考、 查询工

2、具书和参考文献来寻找解决方案，掌握电路测试的一般规律；能通 过观察、判断、实验、再判断的基本方法解决实验中出现的一般故障；能 对实验结果独立地进行分析，进而做出恰当的评价。3、掌握普通电子电路的生产流程及安装、布线、焊接等基本技能。4、巩固常用电子仪器的正确使用方法， 掌握常用电子器件的测试技能。5、通过严格的科学训练和设计实践，逐步树立严肃认真、一丝不苟、 实事求是的科学作风，并逐步建立正确的生产观、经济观和全局观。三、课程设计任务课题 4 逻辑信号电平测试器的设计一）设计目的1、学习逻辑信号电平测试器的设计方法；2、掌握其各单元电路的设计与测试方法；3、进一步熟悉电子线路系统的装调技术。二

3、）设计要求和技术指标在检修数字集成电路组成的设备时，经常需要使用万用表和示波器对 电路中的故障部位的高低电平进行测量，以便分析故障原因。使用这些仪 器能较准确地测出被测点信号电平的高低和被测信号的周期，但使用者必 须一面用眼睛看着万用表的表盘或者示波器的屏幕，一面寻找测试点，因 此使用起来很不方便。本课题所设计的仪器采用声音来表示被测信号的逻辑状态，高电平和 低电平分别用不同声调的声音来表示，使用者无须分神去看万用表的表盘 或示波器的荧光屏。1、技术指标：（1）测量范围：低电平 3V；（2）用 1.5KH Z的音响表示被测信号为高电平；（3）用 500HZ 的音响表示被测信号为低电平；（ 4）

4、当被测信号在 13V 之间时，不发出音响；（ 5）输入电阻大于 20K ；（6）工作电源为 5V 。2、设计要求（ 1）进行方案论证及方案比较；（2）分析电路的组成及工作原理；（3）进行单元电路设计计算；（ 4）画出整机电路图；（5）写出原件明细表；（ 6）小结和讨论；（7）写出对本设计的心得体会。3 、所需元器件及仪器设备：（1）集成运算放大器（ LM324 ）（ 2）三极管（ 3DG12）（3）二极管（ 2AP9,4 只。 2CK12,1 只）（4）电阻（5）双踪示波器4、参考书：1 谢自美 . 电子线路设计 实验 测试 .华中科技大学出版社， 20062 金凤莲 . 模拟电子技术基础实验

5、及课程设计 . 清华大学出版社，2009（四）撰写内容要求1、设计说明书一份（不少于 10 页）2、整机电路图一份（ B5 纸）3、元件明细表一份4、正文层次分明，客观真实，绘图规范，书写工整，语言流畅5、设计中引用的参考文献不少于5 篇目录第一章 绪论1.1 设计的的主要目的 61.2课题研究及其意义 61.3 电平测试仪器及测试技术的发展状况 7第二章 逻辑电平测试器的简单介绍2.1 大概要求和技术指标 102.2 测试器的原理框图 112.3 输入电路及逻辑判断电路原理 112.4 音调产生电路原理 122.5 扬声驱动电路原理 15第三章 逻辑电平测试器的设计思路3.1 输入和逻辑判断

6、电路的设计 163.2 音响产生电路的设计 183.3 扬声器驱动电路的设计 193.4 元器件的选择 203.5 整体电路的设计 21设计总结 22参考文献 24第一章 绪论随着电子技术和其他高技术的飞速发展，致使工业、农业、 科技国防等领域以及人们社会生活发生了令人瞩目的变革。电子 元器件和集成电路的发展，使各种电器，电子仪表设备微型化， 多功能化和更加灵活。随之而来的电路测试和检测问题也应运而 生，电平测试器就是在检修数字集成电路时经常用到的工具，人 们也时常用万用表和示波器对电平中的故障部位的高低电平进行 测量，都不如专用的逻辑电平测试器使用起来方便，快捷，电平 测试器可以做成电平测试

7、笔，便于携带和使用，采用声音或光色 对电平高低加以提示，使得人们不用盯着显示器读数，直接得到 结果。1.1 设计的主要目的1.1.1 学习逻辑信号电平测试器的设计方法；1.1.2 掌握其各单元电路的设计与测试方法；1.1.3 进一步熟悉电子线路系统的装调技术。1.2 课题研究及其意义在平常的实验中，经常要遇到测试一些数字电路的电平信号； 在测试这些数字电路或是检测其功能的时候要测试其是高电平还 是低电平，以方便后续的维修和检验。一般来说检测信号的时候都是要利用万用表和示波器来进行检测和判断，但是这只是一个 简单的判断，而其操作起来比较繁琐，一边要看设备的屏幕，另 外还要注意设备的工作状况，稍有

8、疏忽就会导致检测不准确，从 而影响到器件的制作。所以想到了是否可以制作一个简单的电子 电路用来方便判断数字电路的信号的输出状况，不仅可以准确的 测试出高、低电平，而且也不用那么繁琐的操作，再进过仔细的 研究和反复的实验中，制作成了一个逻辑电平测试器，其目的就 是一种可以简单判断是高电平还是低电平的逻辑电路。1.3 电平测试仪器及测试技术的发展状况 目前市场中所使用的电平测试仪的性能以向智能化、 数字化、 操作简单化方向发展。 如 GK5110 数字电平综合测试仪 （高频通道 测试仪 ）是集振荡器、宽频电平表、 选频电平表、 杂音仪、阻抗表、 载波通道自动测试仪、频率计等为一体的多功能仪表。仪表

9、采用 国际先进的双 DDS 技术、带 flashROM 的单片机、温补晶振 TCXO ，以及大规模集成的特殊电路开发成功的智能型、全数字 化仪表 1 。仪表测量精度高， 电平稳定，具有自动量程、 自动电平校正、 自动快速搜索、近端单机和远端双机同步自动测试，测量结果具 有数字和模拟两种指示，数据可存储，并通过 RS232 接口上传 PC 机，打印输出。仪表频率范围 200Hz 1700kHz，分辨率 1Hz，频率误差310-6，适用于平衡和同轴电缆 FDM 系统以及无线链路和卫星 系统的基带电平测量，可广泛用于电力、邮电、铁路、等通信部 门。由于发信的高电平 (+18dB)和收信的高电平 (+

10、50dB)输入测量， 以及输出口的自动保护功能，使仪表特别适用于电力载波、保护 设备以及电力线载波通道的测试。例如高压输电线路、变电站等 场所的电力线载波通道进行电平、衰减、串杂音、阻抗等高频参 数测试，以及电力通信结合设备高频阻波器、结合滤波器、高频 电缆的开通维护测试。性能及特点：全数字化，大屏幕高清晰 LCD 汉字图形显示， 菜单式操作。发信电平 -77.9dB+18dB，具有良好的频响和电平 稳定度，输出纯度极高，是理想的高质量信号源。输出口设有自 动保护电路，不会因强信号灌入而损坏输出电路，特别适用于继 电保护高频收、发信机测试。收信电平测量范围 +50dB-100dB，分辨率 0.

11、01dB，具有自 动量程、自动校正，电平测量稳定，精确度高。测量结果有数字 和模拟棒两种指示。备有各种输出、输入阻抗，适于与通信设备作终端或跨接测 量。具有 dB 和dBm 两种测量单位，可根据需要切换，直接显示 而不用换算。具有 25Hz 和 1.74kHz 两种选频带宽，良好的选择性和极低 的固有失真，使电平表不仅作电平和串杂音测量，还可作波形分 析。采用 1.74kHz 带宽可长期监测线路衡重杂音电平。“AFC”功能可全频段跟踪被测信号，自动搜索功能快速准确 地搜寻测量未知信号的电平和频率。近端单机自动环测，远端双 机自动同步对测，自动测量载波通道，高频保护通道的电平、衰 减、幅频特性、

12、衡重杂音、线路阻抗等高频参数。且具有 RS232 串行接口，数据可存储并上传 PC 机打印输出。下面介绍一种用频谱分析测量数字信号电平的技术。 在数字电视、数字传输、数据通信中，其信号是采用多种调 制方式的数字信号，这时的数字信号电平已不能用一般传统的方 法来定度和测量，本文将引入每赫兹带宽功率 (dBmV/Hz) 法解决 数字电平测量 2 。电压是电子学的基本参数，也称电平。电平和电压是同一个 参数，一般来说， 它们的区别在于单位不同。 电压是以伏 (V) 作单 位，如 V、mV、V、kV 等；电平是以 dB 作单位，如 dBv、dBmV 、 dBV等 3 。电信号的电平，一般都是用正弦波的

13、有效值为基准，以热电 偶测量功率来定度它的电压值 (电平值 )，我们也叫做电平 (电压 ) 的有效值。这就是说信号电平和功率之间是以热电偶所产生的热 量来联系的。我们知道，电功率是与信号波形无关的，而对于电 平来说，我们所定度的正弦波那一定是无失真正弦波，否则要引 入误差。为了准确地测量信号的电平，一般正弦波信号不言而喻地用 常规电平表示测量有效值， 如果是脉冲信号则一般测量它的峰值。 在电视信号测试中，因为视频信号相当复杂，其信号大小是以行 同步脉冲的峰值来定度，因此测定行同步脉冲峰值。随着数字技术的发展，数字通信、计算机网路，数字电视的发展，各种调制的数字信号出现，它们怎样测量，这是一个非

14、常 重要的问题。目前常见的数字信号有 FSK、PSK、ASK、CDMA 、 TDMA 、FDMA 、 QPSK、QAM 等。从测量的角度来看，无论那 种调制数字信号，都可以把它当作在一定带宽内的噪声来对待。 因此，我们用每赫兹功率电平 （dBmV/Hz） 的概念，将一定带宽的 功率来表征信道的功率 （dBmV） ，笔者称为平均功率电平。 像频 谱仪通常是测量正弦波的电平有效值，来表征电平 4 。第二章 逻辑电平测试器的简单介绍2.1 大概要求和技术指标2.1.1 技术指标：（1）测量范围：低电平 3.5V ；（2）用 1KHZ 的音响表示被测信号为高电平；（3）用 800HZ 的音响表示被测信

15、号为低电平；（4）当被测信号在 0.83.5V 之间时，不发出音响；（5）输入电阻大于 20K ；（6）工作电源为 5V 。2.1.2 设计要求：（ 1）进行方案论证及方案比较；（2）分析电路的组成及工作原理；（3）进行单元电路设计计算；（ 4）画出整机电路图；10（5）写出原件明细表；（ 6）小结和讨论；（7）写出对本设计的心得体会。2.2 测试器的原理框图由图可知， 电路由五部分组成： 输入电路、 逻辑状态判断电路、 音响电路、发音电路和电源。2.3 输入电路及逻辑判断电路原理 右图为测试输入和逻辑 判断电路原理图。以 A1和 A2 的输出电压均为低电平。当U1 大于 UH 时，A1 输出

16、端 UA 为高电平，A2输出端 UB 为低电平。通过 改变 R3 和R4的比例图 2-2中 U1是被测 信号。A1和 A2 为两个运算放大器。可11 以看出 A1 和 A2分别与它们外围电路组成两个电压比较器。 A2 的 同相端电压为 0.8V 左右(D1 和 D2 分别为硅和锗二极管 )，A1的反 相端电压 Uh由 R3和 R4的分压决定。当被测电压 U1小于 0.8V 时， A 1反相端电压大于同相端电压，使 A1输出端 UA 为低电平 (0V)。 A2 反相端电压小于同相端电压，使它输出端 UB 为高电平 (5V) 。 当 U1 在 0.8V- Uh 之间时， A 1同相端电压小于 UH

17、，A2 同相端和 逻辑判断电路 电压也小于反相端电压，所可以控制高电平的范围，而通过改变 运算放大器 A2 同相端电压，可以控制低电平， 图中的二极管可以 是分压电阻，所以经过分压电阻的调整，该逻辑电平测试器可以 测量不同的标准电平。2.4 音调产生电路原理全为低电平， 所以二极管 D3和 D4截止。因 A 4的反相输入端电压 为 3.5V，同相端输入电压为电容 C2 两端的电压 UC2，由于时一个 随时间按指数规律变化的电压， 所以 A4 输出电压不确定， 但这个12 电压肯定的是大于或等于 0V，因此二极管 D5 也是截止的。由于 D3，D4和 D5均处于截止状态，电容 C1没有充电回路，

18、 UC1将保 持 0V 的电压不变，使 A3 输出为高电平 7。2.4.2当UA=5V，UB=0V 时此时二极管 D3导通，电容 C1 通过 R6充电， UC1按指数规律 逐渐升高，由于 A3 同相输入端电压为 3.5V，所以在 UC1 达到 3.5V 之前，A3 输出端电压为 5V，C2通过R9充电。从图 2-3可以看出 C1 的充电时间常数 1=C1*R 6，C2的充电时间常数 2=C2(R9+rO3)， 其中 rO3为 A 3的输出电阻。假设 12，则在 C1和 C2 充电时，当 UC1 达到 3.5V 时，UC2 已接近稳态时 5V。因此在 UC1 升高到 3.5V 后，A 3同相端电

19、压小于反相端电压， A3输出电压由 5V跳变为 0V, 使 C2通过 R9和 rO3放电， UC2由 5V 逐渐降低。当 UC2降到小于 A4 反相端电压 (3.5V)时， A4 输出端电压跳变为 0V ，二极管 D5 导 通，C1通过 D5 和 A4 的输出电阻放电。因为 A4 输出电阻很小， 所以 UC1将迅速降到 0V 左右，这导致 A3 反相端电压小于同相端 电压，A3 的输出电压又跳变为 5V，C1 再一次充电，如此周而复 始，就会在 A3输出端形成矩形脉冲信号。 UC1、UC2和 UO的波形 如图所示。13UC1、 UC2和 UO的波形由图可以看出 A3 的输出电压 UO 的周期T

20、=t1+t2(2-1)根据一阶电路的响应特点可知，在t1 期间电容 C1 充电，tUC1(t)=5(1-e 1 )，在 t2 期间电容 C2 放电，UC2(t)=5e 2 。根据 UC1(t)和 UC2(t) 的表达式可以分别求出：t1=- 1 ln0.3 1.2 1t2=- 1 ln 0.7 0.36 2 这就是说只要改变时间常数 1， 2即可改变 UO 的周期142.4.3当UA=0、UB=5V 时此时电路的工作过程与 UA=5V，UB=0V 时相同，唯一的区别是 由于 D4导通 D3截止， UB高电平通过 R7,D4向C1，所以 C1充电 时间常数改变了，使 UO 的周期会发生相应的变化

21、。2.5 扬声驱动电路原理扬声器驱动电路扬声器主要有永久磁铁、线圈、和锥形纸盆组成。强弱按声 音变化的电流，使扬声器内电磁铁的磁性忽强忽弱，线圈就向里或外运动，带动纸盆发生震动发出声音。将电能转化为声能，并将它辐射到空气中的一种电声换能器件。电影、电视、广播以及 各种需要扬声的场合都需要使用扬声器。扬声器的主要性能指标有：灵敏度、频率响应、额定功率、额定阻抗、指向性以及失真9。扬声器频率响应，在恒定电压作用下，在参考轴上距参考点 一定距离处，扬声器所辐射的声压级随频率变化的特性。频率响 应一般是记录在以对数频率刻度为横坐标的图上，即频率响应曲 线10。15不同规格、口径的扬声器能够发出不同的音

22、调， （ 不同频率范 围的） ，不可能全频段都兼顾，所以有高、中、低、音之分。 声音的三要素 响度、音调、音品 （ 音色 ） 响度:声音大小声 ,与发音体产生的声波振幅有关 音调:声音的高低 ,与发音体产生的振动频率有关 音品 : 声音的独特性，与发音体产生的波形有关 本设计就利用了音调的高低与发音体的震动频率有关的原 理，根据音响电路中产生的不同频率的方波驱动扬声器发出不同 音调声音。第三章 逻辑电平测试器的设计思路3.1 输入和逻辑判断电路的设计 输入和逻辑判断电路如右图所示，输 入电路由 R1和 R2组成。电路的作用是保 证测试器输入端悬空时，输入电压既不是 高电平，也不是低电平。一般情

23、况下，在 输入端悬空时，输入电压 vI 1.4V 。根据 技术指标要求输入电阻大于 20K ，因此 可得：16从而可确定 R1和 R2阻值可解得：R1=R2=取联系值：R1=R2=图 3-1 输入和逻辑判断单元电路R3和R4的作用是给 A1 的反相输入端提供一个3.5V 的电压（高电平的基准） 。因此只要保证即可。R3 和 R4取值过大时容易引入干扰，取值过小时 则会增大耗 电量。工程上一般在几十千欧到几百千欧姆间选取。因此选取 R4= ，可得到： R3 , 取 R3= 。R5 为二极管 D1、D2 的限流电阻。 D1、 D2 的作用是提供低 电平信号基准，按给定技术指标可取一只锗二极管和一只

24、硅二极 管。可取： R5=10k3.2 音响产生电路的设计17图 3-5 为音响产生电路单元电路图。图中 R10和 R11的作用与图中的 R3和 R4相同 可参考 R3和 R4 取值。三个二极管可选用锗二 极管如 2AP9。根据公式：我们选取因为选取从而可以确定 R9 阻值，有：又因为：音响产生电路单元电路图根据给定要求，（被测信号为高电平）或（被测信号为低电平）我们选取，由于技术指标中给定被测信号为高电平时，音响频率为 1.5KHZ ，被测信号为低电平时，音响频率为 500HZ18所以在被测信号为高电平时，因为所以R6=从而可以确定 和得所以 根据低电平时的音响频率值，则可确定 R7 的值勤

25、为3.3 扬声器驱动电路的设计扬声器驱动电路如图所示。 由于驱动电路的工作电源电压比较 低，因此对三极管的耐压要求不高。如可选取 3DG12为驱动管。 R为限流电阻，可选取阻值为 10 K。在上一级的音频产生电路中，高电平会使其产生 1.5kHz 的方 波，低电平会使其产生 500Hz 的方波，经过驱动管 3DG12 后驱 动扬声器发声，使之发出不同音调的声音。3.4 元器件的选择19即：选取标称值，即元件库里所有的实际元件， 按最接近的值选取。R1=R2=R3=R4=R5=R6=R7=R8=R9=R10=C 1 =C 2 =运算放大器： LM324硅二极管各一个三极管：8050二极管： 2A

26、P9，普通锗、万能板一块、导线若203.5 整体电路的设计声调提示的逻辑电平测试器的整机电路图 3-4 为声调提示的逻辑电平测试器的整机电路整机电路由 三部分组成：输入与逻辑判断电路、音响产生电路、扬声器驱动 电路组成。UI 测试点的接入口，接入被测量，被测电压与图中 U1、U2 的基准电压比较，其中 U1为高电平标准， U2 为低电平标准 12。 以上设计均为将 U1 设定为 4V ，U2 设定为 1,2V。此两点的电压 采用的是分压发控制，可采用可变式电阻分压，即可控制不同标 准电平。若以TTL （VCC ：5V：VIH=2V ；VIL=1.2V） 电平为例， 则设置 U1=2V，U2=1

27、.2V 。通过控制此处即可控制该测试器的测 量标准。其中的音调产生电路主要产生对应高低电平的两种不同频率21的方波，方波的频率与电平的高低无关，只于电路中充电、放电 电路中的电阻、电容的大小有关，控制充放电电路中R、C 的大小可以控制扬声器产生不同的音调。该整机电路用到了四个 LM324 运算放大器，刚好一片 LM324 集成运放芯片。第四章 设计总结在这学期开始，刚接触电子技术基础（模拟部分）这本书， 很多东西都是陌生的，不知道什么是二极管、三极管，不知道什 么是运算放大器，更不知道这些电子元器件组合起来会有什么用 处。但是通过一个学期的学期，对模电这部分知识有了初步的认 知。尤其在这次课程设计的过程中，感觉自己学到了不少东西。这次的课程设计给了我们一次实践的机会。通过这次的课程 设计让我们对课本的理论知识有了更深一步的了解和理解，同时 也提高了我们的自主创新和自我设计能力。音调的产生是通过产生的方波和扬声器产生振动，才发出声 音，这是我上网查过才知道的。同时，在不断的查资料书籍中， 我们