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—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—三角波发生器1.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1~3.5V。2.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，帮运放的输出只能取或，即电路的输出只能取或。极性的正负决定着电容C上是充电还是放电。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，为稳压管的限流电阻。由、比较的结果可决定输出电压的取值，即>，=-；<时，=。这样周而复始地比较便在输出端产生方波。由分析知，该方波的周期为而=1/T。可见，方波频率不公与负反馈回路有关，还与正反馈回路R1、R2的比值有关，调节即能调整方波信号的频率。图2为电容C对地电压和输出端电压的波形图。图2电容C对地电压和输出端电压的波形图由于运放共模输入电压范围的限制，在确定正反馈去路R1、R2取值时，应保证。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，同相端电位由和共同决定，即图4三角波发生器当>0，=+；当<0，=-。A1的输出翻转，=+。同样，当=时，=-，这样不断地反复，便可得到方波和三角波。其三角波峰值和周期为：可见，调节、、R2和C均可改变振荡频率，本实验电路通过调整改变三角波的幅度，调整改变积分到一定的电压所需的时间，即改变周期。2.4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：15mV最大差模输入电压：30V最大共模输入电压：13V共模抑制比：>80dB开环差模增益：>90dB输入电阻：2输出峰值电流：25mA转移速率：0.5Vus12345671234567--++141312111098uA741图5uA741引脚功能2.5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——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：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。由稳压管参数确定值。 （2DW7：=0.2W，=30mA，=5.8~6.0V，=10mA，）取电源电压为，，值可按下式估算：取=5.9V，有：=510。2.5.2、R2值的确定：、R2的作用是提供一个随输出电压变化的基准电压，并决定三角波的振幅。可先取=20电位器，再计算R2值。有R2，取R2=20.2.5.3积分元件和C值的确定：当、R2的值确定后，再确定电容C值，由公式确定的值。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，一般取>10。 现取C=0.47uF，由：取=100。3.电路的工作原理设t=0时接通电源，有=-，则-经R6向C充电，是输出电压按线性规律增长。当上升到门限电压，使==0时，比较器输出由-上跳到+，同时门限电压下跳到值。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U0下降到门限电压使==0时，比较器输出又+由下跳到-。如此周而复始，产生振荡。其振荡周期为：4.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在安装和前，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=20，在300~27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，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U4.2.1用双踪观察和的波形，图形如6所示。并测量其电压峰——峰值。调节测量幅值变化范围，幅度变化范围在1V—3.5V之间。Utt图6输出波形图4.2.2调整，测量频率变化范围。保持=10，调整=1—25，测得f=22—532Hz。5.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。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1.技术指标要求：差模电压增益：=1~500,可调。增益非线性误差小于0.5%差模输入阻抗：≥1；频带宽度：=0--1kHz；2.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电路中A1、A2采用同相的接法，具有很高的输入电阻。在时，电路的差模增益=（1+）。调节即可改变增益。此电路第一级的电阻~不影响，但第二级的电阻R4~R8对有直接影响，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：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。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±15V，帮故取运放的最大输出电压为±13V。为使第一级输出不饱和，按=1，取：因而第二级最小增益为：第二级增益为：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++3V-+18V，典型值+15V-3V--18V，典型值-15V工作频率100kHz输入失调电压2Mv单价增益带宽积AuxBW1MHz输入失调电流20nA转换速率SR0.5V开环电压增益106dB共模抑制比CMRR90dB输入电阻2功率消耗50mW输出电阻75输入电压范围±13VLM324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±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=15，则有：，取电位器R2为50的电位器；取R4=R6=33，则R5=R7=20。一滤波器的参数：取电容C为标称值0.01uF,由 则取R为16。测量放大器的电路如图3所示：图3测量放大器电路图3．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：4.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50，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=15V，=-15V）并按以下顺序调试。调零。将输入端和都接地，用示波器或万用表没输出直流电压，调节uA741的调零电位器，使输出直流电压为零。（提示：调零前先测和，将电位器R2调至10.当和的直流电压过大时，就检查各自的反馈回路或更换LM324。）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，负端接并接地。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开始顺序观察信号波形直至。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=2，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。待测运放电路待测运放电路UIR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，负端接并接地。用示波器和交流毫伏表观察、测量输出电压。调节R2使为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（=500），保持信号源频率不变，增加频率，找出使为14.14V的上截止频率。4.3.4增益非线性度测量。在分别为500、50、1时（取频率为500Hz，为10V进行标定）；调节输入幅度，在为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：将电路图输入仿真软件，结果显示如图5：图5仿真结果图5.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的好机会。从开始选择“测量放大器”这个设计课题开始，我就面临了很大的问题，以前的知识很多记忆不清了，于是赶紧看书找回感觉，然后查阅相关资料书籍文献，再接着开始慢慢尝试着进行设计，这一系列的工作都要做的非