模拟电子线路课程设计报告

模拟电子线路课程

设计报告学 院：计算机与信息学院专业班级：XXXXXX设计题目一：方波一三角波发生器设计题目二：测量放大器学号：XXXX学生姓名：XXXX搭档：XXXX学号：XXXX指导老师：XXXXXX设计题目一：方波一三角波发生器设计指标要求：振荡频率范围为20Hz~2kHz。三角波振荡振幅调节范围为广3.5V。方案设计：在工程实践中，广泛使用各种类型的信号发生器。从波形分类，有正弦波信号发生器和非正弦波信号发生器。从电路结构上看，它们是种不需要外加输入信号而自行产生信号输出的电路。依照自激振荡的工作原理，采取正、负反馈相结合的方法，将一些线性和非线性的元件与集成运放进行不同组合，或进行波形变换，即能灵活地构成各具特色的信号波形发生电路。2.1方波信号发生器：一个由运放组成的简单方波发生器电路如图1所示。由于存在R2、R1组成的正反馈，帮运放的输出气只能取Uom或u_°m，即电路的输出匕只能取uz或u_zOuo极性的正负决定着电容C上是充电还是放电。■LM324-■CTEKT^PE4OQk<TEAT>4Ok■LM324-■CTEKT^PE4OQk<TEAT>4OkrFEXT>RIORV41004cB<iExr>R12^10k---<TEXT>图1方波信号发生器输出电压幅度由双向稳压管2DW7所决定，并保证了输出方波正负幅值的对称性，R0为稳压管的限流电阻。由〃"u_比较的结果可决定输出电压匕的取值，即u_>u+，U厂-UZ；U<U+时，U广UZ。这样周而复始地比较便在输出端产生方波。由分析知，该方波的周期为2RT=2RCln(1+―)fR2而f=1/T。可见，方波频率不公与负反馈回路RfC有关，还与正反馈回路R1、R2的比值有关，调节Rw即能调整方波信号的频率。图2为电容C对地电压Uc和输出端电压Uo的波形图。

图2电容C对地电压UC和输出端电压U°的波形图由于运放共模输入电压范围Uicmazx的限制，在确定正反馈去路R1、R2取值时，应保证UZUICMAZX。2.2占空比可变的矩形波信号发生器:在方波发生器暇的基础上，改变%。支路的充放电时间常数，即为占空比可变的矩形波发生器电路。如图3所示:图3占空比可变的矩形波信号发生器当RW的滑动点向上移动是地，充电时间常数大于放电时间常数，输入方波的占空比变大，反之变小，占空比D=t/T。应当注意的是，要得到窄脉冲输出，必须选用转换速率很高的运算放大器。2.3三角波信号发生器：将一方波信号接到积分器的输入端，则可以从积分器的输出端获得三角波。电路图和波形图如图4所示。图中A1构成一个滞回比较器，其反相端经R1接地，同相端电位〃*由Uo1和uo2共同决定，即U=U——wi——+U—% + O1R2+R1 O2R2+RW1图4三角波发生器当U>0，Uo=+Uz；当U<0，Uo=-Uz。A1的输出翻转，UO1=+Uz。同样，当Uo2=-R1UZ/R2时，U广—Uz，这样不断地反复，便可得到方波Uo1和三角波U°2。其三角波峰值和周期为：RU2疽RU2T=4RRCR62可见，调节R1、R6、R2和C均可改变振荡频率，本实验电路通过调整R1改变三角波的幅度，调整R改变积分到一定的电压所需的时间，即改变周期。62.4集成运放选择：根据设计任务，采用图4所示的三角波发生器电路。在该电路中，A1作为比较器，其转换速率应满足电路频率的要求，在方波频率较高时，宜选用s,高的运放，A2作为积分器宜选用失调及漂移小的运放。在通用型运放中，uA741是典型的代表性产品，它具有电压增益高、共模电压范围宽、负载能力强以及工作稳定的优点。另外，它的电源电压适应范围较宽，且自带频率补偿，无需外加补偿网络，并且它还具有失调电压调整能力和过流保护功能。与其同类的产品uA747（双运放）、LM324（四运放）等。根据所选电路，需用到两个运放，故选用uA741（双运放）进行设计。uA747有双列直插14脚封装的形式，引脚功能如图5所示。主要参数如下：最大电源电压：±22V输入失调电压：5mV输入偏置电流：＜500nA输入失调电流：＜200mA失调电压调节范围：土15mV最大差模输入电压：土30V最大共模输入电压：土13V共模抑制比：＞80dB开环差模增益：＞90dB输入电阻：2M。输出峰值电流：±25mA转移速率：0.5Vus2.5电路设计电路形式选择图如图4所示。该电路采用了积分电路，方波一一三角波发生器的性能有较大的提高，三角波线性好，同时其振荡频率和振幅便于调节。方波和三角波的峰值为：UO1MRiURz2方波和三角波的振荡频率相同，即

元件参数的确定如下：2.5.1稳压管的选择：稳压管的作用是限制和确定方波的幅值，并要求保证其对称性和稳定性。选用2DW7硅双向稳压管。由稳压管参数确定R0值。（2DW7：P=0.2W，【zM=30mA，U=5.8~6.0V，I=10mA，乌-150）取电源电压为U况=12V，Uee=-12V，R0值可按下式估算：R牝（UccT）—气0 IZ取UzW.9V，有：R0=510o。2.5.2%、R2值的确定：并决定三角波的振幅。=29.5kQ，取R2=20并决定三角波的振幅。=29.5kQ，取R2=20kO.可先取R=20kO电位器，再计算R2值。有R2-R1阡Ui UO2M2.5.3积分元件R6和C值的确定:当R1、R2的值确定后，再确定电容C值，由，。公式确定R的值。选用相当阻值的电位器，为了减小积分漂移，C值尽可能大一些，但一般积分电容不宜超过1uF，否则电容器的泄漏电阻使漏电增大°R3为静态平衡电阻，用于补偿偏置电流所产生的失调，一般取%2的值。为了防止积分漂移所造成的饱和或截止现象，实验中可在积分电容C两端并联泄放电阻rf，一般取rf>10R6。20kQ现取20kQR-4R__C 4x6kQx0.47x10-6x20—88'7kQ1MINMIN取R6=100kO。电路的工作原理设t=0时接通电源，有〃。广-Vz，则-Vz经R6向C充电，是输出电压按线性规律增长。当UO上升到门限电压VT+，使Vp1=VN1=0时，比较器输出UO1由-Vz上跳到+Vz,同时门限电压下跳到VT值。以后经R6和R5两支路向C反向充电，由于时间常数小，U0迅速下降到负值。当uo下降到门限电压Vt使Vpi=VN1=0时，比较器输出uoi又+七由下跳到-Vz。如此周而复始，产生振荡。其振荡周期为：T=4RR6C2测试结果4.1安装与调试4.1.1运放的正、负电源不能接反，否则造成运放损坏。4.1.2稳压二极管要头对头或尾对尾连接，不由不能稳压。（提示：对2DW7接引脚1、引脚3、引脚2空。）4.1.3在安装R］和R6前，要先将其调整到设计值的范围内，否则电路可能会不起振。可先取R］=200，R6在300Q~270之间取值。4.1.4电路布局应按信号流向的前后级顺序安排，便于检查电路。检查无误后接通电源，取UCC=12U，Uee=~12V再进行调试。调试的目的是使电路输出电压幅值和信号频率均满足设计要求。可以先改变积分电路参数，使输出信号频率达到设计指标要求，然后相应改变R］和R2的比值使之达到设计指标要求，相互兼顾，多次反复调整，直到满足设计要求为止。4.2测试指标4.2.1用双踪观察Uo1和Uo2的波形，图形如6所示。并测量其电压峰一一峰值。调节R［测量Uo2幅值变化范围，幅度变化范围在1V-3.5V之间。图6输出波形图4.2.2调整R6，测量频率变化范围。保持R1=100，调整R6=10—250，测得f=22—532Hz。工作总结及心得体会5.1设计任务完成情况：通过为期一周的课程设计，基本上完成了本次设计的技术指标。在开始设计阶段，纸上的设计和电路仿真情况都完成的很好。在实际连接电路阶段，由于部分芯片和电阻的接触不良，就必须按照设计分开测试每部分电路，并且需要确定各部分电路都是正常工作，很耗时间。最后确定了各部分电路都是正常连接到一起的时候，才可能得到预想中的结果。5.2心得体会：本次课程设计让我们体会到设计电路的、连接电路、调试电路过程中的艰辛与乐趣。本次课程设计主要运用了模拟电子电路设计的一些相关知识，在整个设计过程中，都离不开对模拟电子电路知识的的复习和再学习。从到图书馆查找资料到对电路的调试再到最后电路的成型，都对我所学的知识进行了检验。这样的过程让我对知识理解的更加透彻，并加以熟练运用所学知识将其付诸实践来完成。在课程设计最初阶段，大家都没什么思路，同学之间互相讨论，大家说出各自的想法，等各人都理解后才开始设计。在设计过程中，总会遇到一些自己无法理解的问题，和同学交流请教老师是很好的做法，节省时间，也能从被人身上学到更多，而且和同学交流各自的想法也是很重要的，不同的人对问题的看法总有差异，我可以从交流中获得不同的想法，可以从中找到最优的设计方法。总而言之，好好利用了学校给我们提供的此次课程设计的机会，努力按要求完成了任务，提高了自己的综合思考能力和动手实践能。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］ 康光华.电子技术基础.模拟部分.第五版，高等教育出版社［3］张丽华、刘勤勤、吴旭华.模拟电子技术基础.仿真、实验与课程设计，西安电子科技大学出版社设计题目二：测量放大器技术指标要求：差模电压增益：人皿=1~500，可调。增益非线性误差小于0.5%差模输入阻抗：R［巳1M；频带宽度：B=0--1kHz；0.。7设计方案：2.1设计考虑：测量放大器又称仪表放大器、数据放大器。其主要特点是：输入阻抗高、输出阻抗低、失调及零漂很小又具有差动输入、单端输出，增益调节方便，高共模抑制比。适用于大的共模电压背景下对缓变、微弱信号进行放大。学用于热电偶、应变电桥，生物电信号等的放大。测量放大器可用运放组成，变有专用集成电路。2.1.1三运放测量放大器。用运放组成的测量放大器线路形式有多种，但核心电路均为三运放测量放大器。用三运放构成放大器电器如图1所示。图1三运放测量放大器

R7+R8RR7+R8R6一时，电路的差R+R模增益人皿二（1+1R23）R。调节R2即可改变增益。此电路第一级的电阻R「R3不4影响Kcmr，但第二级的电阻R4~R8对Kcmr有直接影响，所以要求温度特性好、精度高的电阻。在增益分配时依然遵循前高后低的原则，但要考虑电路的特殊性。由于前级输出是将差模输入放大后迭加在共模输入上，有：U=U+M（U-U）=U+（|+M）uo1 1R2 1 2IC2R?IDU=U-R3（U-U）=U-（4+R3）Uo2 2R2 1 2IC2R2ID故为避免信号失真，前级增益不可取太大。同时，尽量使R1和R3相等，A1和A2取性能、参数一致的运放。为消除零漂，可在图1中的a、b间接如图2所示的调零电路。OIR7IIXIKBl<rrXT>AiRV3 *1kI^TTKT>i1iixikr图2调零电路2.1.2单片集成测量放大电路。测量放大器的各类有很多，如通用型INA110、INA114/INA115、INA113；高精度型AD522、AD524、AD624；低噪声功耗型INA102、INA103及可编程测量放大器AD526.可视情况选择。与用运放搭建的测量放大器相比，集成测量放大器具有体积小、外接元件少的特点。同时，其共模抑制比、通频带、输出噪声和增益线性度等指标有明显提高。2.2电路设计2.2.1方案选择：根据任务要求，选择图2所示的三运放测量放大器作为设计方案的基础。由于电源电压为土15V，帮故取运放的最大输出电压为土⑶。为使第一级输出不饱和，按AyD^1，Uidm=10V取：R R 1取： 1 3 2MAX 2MAX因而第二级最小增益为：1+%+*3-|R32MAX第二级增益为：£5=人7：*8=；RR5考虑到通频带的要求，在放大器的两输入端串入一阶RC低通。2.2.2运放选择：按任务要求选择通用型运放。考虑到调零，用uA741（有调零端）作为A3，用LM324（四运放）作为A1和A2（预留设计信号变换器）。uA741和LM324的参数管脚如下：uA741的性能参数电源电压+UCCUEE+3V-+18V，典型值+15V-3V--18V，典型值-15V工作频率100kHz输入失调电压UIO2Mv单价增益带宽积AuxBW1MHz输入失调电流1IO20nA转换速率SR0.5V开环电压增益AUO106dB共模抑制比CMRR90dB输入电阻RI2MQ.功率消耗50mW输出电阻RO75Q输入电压范围±13VOFFSHTOFFSET-IN+INV-JiEILL管脚连接图输出2[7EVee：输出2[7EVee：Grid（俯视图）LM324性能参数4通道运算放大器输入共模电压范围包括地放大器数：4大的输出电压摆幅：0V~Vcc-1.5V大的DC电压增益：100dB输入补偿电压：1.5mV（典型值）宽工作电压：3V~32V（或土1.5〜16V）输入补偿电流：3.0nA（典型值）通道隔离度：120dB差分输入电压：VCC（最大值）输出电流：13mA输入偏置电流：40nA（典型值）工作温度：0°Cto+70°C工作电流：1.0mA（（典型值）共模抑制比CMRR：75dB电源抑制比PSRR：100dB2.2.3参数计算:

取R1=R3,按15V时1mA电流取：R1=R3=150，则有：R2MAx-45^^，取电位器R2为500的电位器；取R4=R6=330，则R5=R7=200。一滤波器的参数：取电容C为标称值0.01uF,由R=—^= 1 =15.915kQ2啾 2*兀*103*0.01*10-6电路工作原理如图3所示，它是由运放A1、A2按同相输入接法组成第一级差分放大电路，运放A3组成第二级差分放大电路。在第一级电路中，U1、U2、分别加到A1、A2的同相端，R2和R1、R3组成的反馈网络，引入负反馈。于是电路的电压增益为：人U0 R4（2xR2）A== 1+VU1-U2R31R1）测试结果4.1在面包板上按图3安装、连接电路。安装时注意以下几点：4.1.1按电路的背后的前后顺序安装。4.1.2单点接地，引线要短，注意正、负电源极性。4.1.3电位器R2应先调至中间的位置再连线。4.1.4uA741的调零电位器选500,其二定端分别接uA741的二调零端，动端接负电源。安装无误后通电（电源UCC=15V，气=-15V）并按以下顺序调试。（a） 调零。将输入端匕和U2都接地，用示波器或万用表没输出直流电压U。，调节uA741的调零电位器，使输出直流电压U。为零。（提示：调零前先测UO1和Uo2，将电位器R2调至10。.当Uo1和Uo2的直流电压过大时，就检查各自的反馈回路或更换LM324。）（b） 信号通道检查°R2先调至中间的位置，再将信号源输出正端接U1，负端接u2并接地。调节信号源输出频率为500Hz，峰-峰值为100mV的正弦波。用示波器接信号的流向从u1开始顺序观察信号波形直至U。。如某处信号异常或消失，则对该处的元件、接线、电源进行仔细检查，排除故障。4.2指标测量4.2.1差模输入阻抗测量如图4所示，保持原电路图不变，在U2端串联一个已知电阻值的电阻R，因为测量放大器输入阻抗特别大，所以取R=2M。，在电路两端输入一已知电压值的信号UI，利用电路的分压原理算出电路的差模输入阻抗。输入UI=80.2mV，测得电阻R两端电压UR=2.4mV，利用分压公式求得测量放大器电路的得差模输入阻抗为R砰广64.833M。。输入一R 待测运UI 放电路图4差模输入阻抗测量电路图4.2.2增益调节范围和输出幅摆测量。信号源输出频率为500Hz，峰-峰值为40mV的正弦波，正端接U1，负端接U2并接地。用示波器和交流毫伏表观察、测量输出电压U。。调节R2使uo（pp）为20V。如下限不够，加大R2；如上限不够或失真，加大R5和R7重新分配增益。4.2.3频带测量。在完成增益调节范围和输出幅摆测量后（A=500），保持信号源频率不变，增加频率，VD找出使UO(PP)为14・14V的上截止频率fH。4.3.4增益非线性度测量。在Avd分别为500、50、1时(取频率为500Hz，。。皿)为10V进行标定)；调节输入幅度，在UO(PP)为0-20V的范围内平均取20点测量输入幅度，计算增益非线性误差。4.4仿真结果波形：图5仿真结果图工作总结及心得体会为期一周的模拟电子技术课程设计结束。在这一次课程设计过程我学到了许多，我觉得这次模电课程设计对我们来说是非常有意义的。平时我们学的只是书本知识，很少有自己动手实践操作的机会，有些知识点理解起来也不是很容易，可是通过这次课程设计，我发现自己对这些知识点的理解慢慢地比以前更深了。作为一名通信专业的学生，模拟电子技术这门课是我们的专业必修课，也是一门非常重要的专业基础课程。这次课程设计给了我们一个把书本知识应用到实践中