模擬電子線路課程設計報告學院：計算機與信息學院專業班級：XXXXXX設計題目一：方波—三角波發生器設計題目二：測量放大器學號：XXXX學生姓名：XXXX搭檔：XXXX學號：XXXX指導老師：XXXXXX設計題目一：方波—三角波發生器1.設計指標要求：振蕩頻率范圍為20Hz~2kHz。三角波振蕩振幅調節范圍為1~3.5V。2.方案設計：在工程實踐中，廣泛使用各種類型的信號發生器。從波形分類，有正弦波信號發生器和非正弦波信號發生器。從電路結構上看，它們是種不需要外加輸入信號而自行產生信號輸出的電路。依照自激振蕩的工作原理，采取正、負反饋相結合的方法，將一些線性和非線性的元件與集成運放進行不同組合，或進行波形變換，即能靈活地構成各具特色的信號波形發生電路。2.1方波信號發生器：一個由運放組成的簡單方波發生器電路如圖1所示。由于存在R2、R1組成的正反饋，幫運放的輸出只能取或，即電路的輸出只能取或。極性的正負決定著電容C上是充電還是放電。圖1方波信號發生器輸出電壓幅度由雙向穩壓管2DW7所決定，并保證了輸出方波正負幅值的對稱性，為穩壓管的限流電阻。由、比較的結果可決定輸出電壓的取值，即>，=-；<時，=。這樣周而復始地比較便在輸出端產生方波。由分析知，該方波的周期為而=1/T。可見，方波頻率不公與負反饋回路有關，還與正反饋回路R1、R2的比值有關，調節即能調整方波信號的頻率。圖2為電容C對地電壓和輸出端電壓的波形圖。圖2電容C對地電壓和輸出端電壓的波形圖由于運放共模輸入電壓范圍的限制，在確定正反饋去路R1、R2取值時，應保證。2.2占空比可變的矩形波信號發生器：在方波發生器暇的基礎上，改變支路的充放電時間常數，即為占空比可變的矩形波發生器電路。如圖3所示：圖3占空比可變的矩形波信號發生器當RW的滑動點向上移動是地，充電時間常數大于放電時間常數，輸入方波的占空比變大，反之變小，占空比D=t/T。應當注意的是，要得到窄脈沖輸出，必須選用轉換速率很高的運算放大器。2.3三角波信號發生器：將一方波信號接到積分器的輸入端，則可以從積分器的輸出端獲得三角波。電路圖和波形圖如圖4所示。圖中A1構成一個滯回比較器，其反相端經R1接地，同相端電位由和共同決定，即圖4三角波發生器當>0，=+；當<0，=-。A1的輸出翻轉，=+。同樣，當=時，=-，這樣不斷地反復，便可得到方波和三角波。其三角波峰值和周期為：可見，調節、、R2和C均可改變振蕩頻率，本實驗電路通過調整改變三角波的幅度，調整改變積分到一定的電壓所需的時間，即改變周期。2.4集成運放選擇： 根據設計任務，采用圖4所示的三角波發生器電路。在該電路中，A1作為比較器，其轉換速率應滿足電路頻率的要求，在方波頻率較高時，宜選用高的運放，A2作為積分器宜選用失調及漂移小的運放。在通用型運放中，uA741是典型的代表性產品，它具有電壓增益高、共模電壓范圍寬、負載能力強以及工作穩定的優點。另外，它的電源電壓適應范圍較寬，且自帶頻率補償，無需外加補償網絡，并且它還具有失調電壓調整能力和過流保護功能。與其同類的產品uA747（雙運放）、LM324（四運放）等。 根據所選電路，需用到兩個運放，故選用uA741（雙運放）進行設計。uA747有雙列直插14腳封裝的形式，引腳功能如圖5所示。主要參數如下：最大電源電壓：22V輸入失調電壓：5mV輸入偏置電流：<500nA輸入失調電流：<200mA失調電壓調節范圍：15mV最大差模輸入電壓：30V最大共模輸入電壓：13V共模抑制比：>80dB開環差模增益：>90dB輸入電阻：2輸出峰值電流：25mA轉移速率：0.5Vus12345671234567--++141312111098uA741圖5uA741引腳功能2.5電路設計電路形式選擇圖如圖4所示。該電路采用了積分電路，方波——三角波發生器的性能有較大的提高，三角波線性好，同時其振蕩頻率和振幅便于調節。方波和三角波的峰值為：方波和三角波的振蕩頻率相同，即元件參數的確定如下：2.5.1穩壓管的選擇：穩壓管的作用是限制和確定方波的幅值，并要求保證其對稱性和穩定性。選用2DW7硅雙向穩壓管。由穩壓管參數確定值。 （2DW7：=0.2W，=30mA，=5.8~6.0V，=10mA，）取電源電壓為，，值可按下式估算：取=5.9V，有：=510。2.5.2、R2值的確定：、R2的作用是提供一個隨輸出電壓變化的基準電壓，并決定三角波的振幅?？上热?20電位器，再計算R2值。有R2，取R2=20.2.5.3積分元件和C值的確定：當、R2的值確定后，再確定電容C值，由公式確定的值。選用相當阻值的電位器，為了減小積分漂移，C值盡可能大一些，但一般積分電容不宜超過1uF，否則電容器的泄漏電阻使漏電增大。R3為靜態平衡電阻，用于補償偏置電流所產生的失調，一般取的值。為了防止積分漂移所造成的飽和或截止現象，實驗中可在積分電容C兩端并聯泄放電阻，一般取>10。 現取C=0.47uF，由：取=100。3.電路的工作原理設t=0時接通電源，有=-，則-經R6向C充電，是輸出電壓按線性規律增長。當上升到門限電壓，使==0時，比較器輸出由-上跳到+，同時門限電壓下跳到值。以后經R6和R5兩支路向C反向充電，由于時間常數小，U0迅速下降到負值。當U0下降到門限電壓使==0時，比較器輸出又+由下跳到-。如此周而復始，產生振蕩。其振蕩周期為：4.測試結果4.1安裝與調試4.1.1運放的正、負電源不能接反，否則造成運放損壞。4.1.2穩壓二極管要頭對頭或尾對尾連接，不由不能穩壓。（提示：對2DW7接引腳1、引腳3、引腳2空。）4.1.3在安裝和前，要先將其調整到設計值的范圍內，否則電路可能會不起振?？上热?20，在300~27之間取值。4.1.4電路布局應按信號流向的前后級順序安排，便于檢查電路。檢查無誤后接通電源，取，再進行調試。調試的目的是使電路輸出電壓幅值和信號頻率均滿足設計要求。可以先改變積分電路參數，使輸出信號頻率達到設計指標要求，然后相應改變和R2的比值使之達到設計指標要求，相互兼顧，多次反復調整，直到滿足設計要求為止。4.2測試指標U4.2.1用雙蹤觀察和的波形，圖形如6所示。并測量其電壓峰——峰值。調節測量幅值變化范圍，幅度變化范圍在1V—3.5V之間。Utt圖6輸出波形圖4.2.2調整，測量頻率變化范圍。保持=10，調整=1—25，測得f=22—532Hz。5.工作總結及心得體會5.1設計任務完成情況：通過為期一周的課程設計，基本上完成了本次設計的技術指標。在開始設計階段，紙上的設計和電路仿真情況都完成的很好。在實際連接電路階段，由于部分芯片和電阻的接觸不良，就必須按照設計分開測試每部分電路，并且需要確定各部分電路都是正常工作，很耗時間。最后確定了各部分電路都是正常連接到一起的時候，才可能得到預想中的結果。5.2心得體會：本次課程設計讓我們體會到設計電路的、連接電路、調試電路過程中的艱辛與樂趣。本次課程設計主要運用了模擬電子電路設計的一些相關知識，在整個設計過程中，都離不開對模擬電子電路知識的的復習和再學習。從到圖書館查找資料到對電路的調試再到最后電路的成型，都對我所學的知識進行了檢驗。這樣的過程讓我對知識理解的更加透徹，并加以熟練運用所學知識將其付諸實踐來完成。在課程設計最初階段，大家都沒什么思路，同學之間互相討論，大家說出各自的想法，等各人都理解后才開始設計。在設計過程中，總會遇到一些自己無法理解的問題，和同學交流請教老師是很好的做法，節省時間，也能從被人身上學到更多，而且和同學交流各自的想法也是很重要的，不同的人對問題的看法總有差異，我可以從交流中獲得不同的想法，可以從中找到最優的設計方法?？偠灾?，好好利用了學校給我們提供的此次課程設計的機會，努力按要求完成了任務，提高了自己的綜合思考能力和動手實踐能。6.參考文獻[1]謝自美.電子線路設計.實驗.測試[M]，武昌：華中理工大學出版社[2]康光華.電子技術基礎.模擬部分.第五版，高等教育出版社[3]張麗華、劉勤勤、吳旭華.模擬電子技術基礎.仿真、實驗與課程設計，西安電子科技大學出版社設計題目二：測量放大器1.技術指標要求：差模電壓增益：=1~500,可調。增益非線性誤差小于0.5%差模輸入阻抗：≥1；頻帶寬度：=0--1kHz；2.設計方案：2.1設計考慮：測量放大器又稱儀表放大器、數據放大器。其主要特點是：輸入阻抗高、輸出阻抗低、失調及零漂很小又具有差動輸入、單端輸出，增益調節方便，高共模抑制比。適用于大的共模電壓背景下對緩變、微弱信號進行放大。學用于熱電偶、應變電橋，生物電信號等的放大。測量放大器可用運放組成，變有專用集成電路。2.1.1三運放測量放大器。用運放組成的測量放大器線路形式有多種，但核心電路均為三運放測量放大器。用三運放構成放大器電器如圖1所示。圖1三運放測量放大器電路中A1、A2采用同相的接法，具有很高的輸入電阻。在時，電路的差模增益=（1+）。調節即可改變增益。此電路第一級的電阻~不影響，但第二級的電阻R4~R8對有直接影響，所以要求溫度特性好、精度高的電阻。在增益分配時依然遵循前高后低的原則，但要考慮電路的特殊性。由于前級輸出是將差模輸入放大后迭加在共模輸入上，有：故為避免信號失真，前級增益不可取太大。同時，盡量使R1和R3相等，A1和A2取性能、參數一致的運放。為消除零漂，可在圖1中的a、b間接如圖2所示的調零電路。圖2調零電路2.1.2單片集成測量放大電路。測量放大器的各類有很多，如通用型INA110、INA114/ INA115、INA113；高精度型AD522、AD524、AD624；低噪聲功耗型INA102、INA103及可編程測量放大器AD526.可視情況選擇。與用運放搭建的測量放大器相比，集成測量放大器具有體積小、外接元件少的特點。同時，其共模抑制比、通頻帶、輸出噪聲和增益線性度等指標有明顯提高。2.2電路設計2.2.1方案選擇：根據任務要求，選擇圖2所示的三運放測量放大器作為設計方案的基礎。由于電源電壓為±15V，幫故取運放的最大輸出電壓為±13V。為使第一級輸出不飽和，按=1，?。阂蚨诙壸钚≡鲆鏋椋旱诙壴鲆鏋椋嚎紤]到通頻帶的要求，在放大器的兩輸入端串入一階RC低通。2.2.2運放選擇：按任務要求選擇通用型運放?？紤]到調零，用uA741（有調零端）作為A3，用LM324（四運放）作為A1和A2（預留設計信號變換器）。uA741和LM324的參數管腳如下：uA741的性能參數電源電壓++3V-+18V，典型值+15V-3V--18V，典型值-15V工作頻率100kHz輸入失調電壓2Mv單價增益帶寬積AuxBW1MHz輸入失調電流20nA轉換速率SR0.5V開環電壓增益106dB共模抑制比CMRR90dB輸入電阻2功率消耗50mW輸出電阻75輸入電壓范圍±13VLM324性能參數4通道運算放大器輸入共模電壓范圍包括地放大器數：4大的輸出電壓擺幅：0V~Vcc-1.5V大的DC電壓增益：100dB輸入補償電壓：1.5mV(典型值)寬工作電壓：3V~32V（或±1.5～16V）輸入補償電流：3.0nA（典型值）通道隔離度：120dB差分輸入電壓：VCC（最大值）輸出電流：13mA輸入偏置電流：40nA（典型值）工作溫度：0°Cto+70°C工作電流：1.0mA（（典型值）共模抑制比CMRR：75dB電源抑制比PSRR：100dB2.2.3參數計算：取R1=R3，按15V時1mA電流取：R1=R3=15，則有：，取電位器R2為50的電位器；取R4=R6=33，則R5=R7=20。一濾波器的參數：取電容C為標稱值0.01uF,由 則取R為16。測量放大器的電路如圖3所示：圖3測量放大器電路圖3．電路工作原理如圖3所示，它是由運放A1、A2按同相輸入接法組成第一級差分放大電路，運放A3組成第二級差分放大電路。在第一級電路中，U1、U2、分別加到A1、A2的同相端，R2和R1、R3組成的反饋網絡，引入負反饋。于是電路的電壓增益為：4.測試結果4.1在面包板上按圖3安裝、連接電路。安裝時注意以下幾點：4.1.1按電路的背后的前后順序安裝。4.1.2單點接地，引線要短，注意正、負電源極性。4.1.3電位器R2應先調至中間的位置再連線。4.1.4uA741的調零電位器選50，其二定端分別接uA741的二調零端，動端接負電源。安裝無誤后通電（電源=15V，=-15V）并按以下順序調試。調零。將輸入端和都接地，用示波器或萬用表沒輸出直流電壓，調節uA741的調零電位器，使輸出直流電壓為零。（提示：調零前先測和，將電位器R2調至10.當和的直流電壓過大時，就檢查各自的反饋回路或更換LM324。）信號通道檢查。R2先調至中間的位置，再將信號源輸出正端接，負端接并接地。調節信號源輸出頻率為500Hz，峰-峰值為100mV的正弦波。用示波器接信號的流向從開始順序觀察信號波形直至。如某處信號異常或消失，則對該處的元件、接線、電源進行仔細檢查，排除故障。4.2指標測量4.2.1差模輸入阻抗測量如圖4所示，保持原電路圖不變，在U2端串聯一個已知電阻值的電阻R，因為測量放大器輸入阻抗特別大，所以取R=2，在電路兩端輸入一已知電壓值的信號UI，利用電路的分壓原理算出電路的差模輸入阻抗。輸入UI=80.2mV，測得電阻Ｒ兩端電壓UR＝2.4mV,利用分壓公式求得測量放大器電路的得差模輸入阻抗為。待測運放電路待測運放電路UIR圖4差模輸入阻抗測量電路圖4.2.2增益調節范圍和輸出幅擺測量。信號源輸出頻率為500Hz，峰-峰值為40mV的正弦波，正端接，負端接并接地。用示波器和交流毫伏表觀察、測量輸出電壓。調節R2使為20V。如下限不夠，加大R2；如上限不夠或失真，加大R5和R7重新分配增益。4.2.3頻帶測量。在完成增益調節范圍和輸出幅擺測量后（=500），保持信號源頻率不變，增加頻率，找出使為14.14V的上截止頻率。4.3.4增益非線性度測量。在分別為500、50、1時（取頻率為500Hz，為10V進行標定）；調節輸入幅度，在為0-20V的范圍內平均取20點測量輸入幅度，計算增益非線性誤差。4.4仿真結果波形：將電路圖輸入仿真軟件，結果顯示如圖5：圖5仿真結果圖5.工作總結及心得體會為期一周的模擬電子技術課程設計結束。在這一次課程設計過程我學到了許多，我覺得這次模電課程設計對我們來說是非常有意義的。平時我們學的只是書本知識，很少有自己動手實踐操作的機會，有些知識點理解起來也不是很容易，可是通過這次課程設計，我發現自己對這些知識點的理解慢慢地比以前更深了。作為一名通信專業的學生，模擬電子技術這門課是我們的專業必修課，也是一門非常重要的專業基礎課程。這次課程設計給了我們一個把書本知識應用到實踐中的好機會。從開始選擇“測量放大器”這個設計課題開始，我就面臨了很大的問題，以前的知識很多記憶不清了，于是趕緊看書找回感覺，然后查閱相關資料書籍文獻，再接著開始慢慢嘗試著進行設計，這一系列的工作都要做的非