模拟电路课程设计报告.docx

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1、模拟电路课程设计报告模拟电路课程设计报告设计课题： 专业班级： 学生姓名： 学 号： 指导教师： 设计时间： 运算电路 题目 高输入电阻、高增益反相比例运算电路 一、设计任务与要求 设计一个电压增益1000,输入电阻500M欧反相比例放大电路 。 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。 二、方案设计与论证 题目要求之一：要求设计一个高输入、高增益的反相比例运算电路，增加自举电路是提高输入电阻的有效办法，所以可考虑在电路的输入部分中增加一个自举电路；另一方面，也可以设计一个T形网络反相比例运算电路，这样也可以有效提高输入电阻：还有一种方案是普通的两级放大电路，这个电路容易想

2、到，电路简单，只是要达到题目的要求需采用很大的输入电阻。通过比较三者提高输入电阻的难易及两种方法所需的电子元件获得的难易程度，可决定采用哪种方案。 至于提高电压放大倍数，一个最常用的方法就是采用多级放大电路，另一种方法是尽量增大反馈电阻Rf。容易得知，增多放大电路的级数是容易实现的，而增大反馈电阻Rf是难以实现的，特别是在Ri较大的情况下。 题目要求之二：要求用桥式整流电容滤波集成稳压块电路设计电路所需的12V直流电源。我们知道直流电源可由四部分构成，变压器，桥式整流电路，电容滤波电路及集成稳压电路构成。通过对各元器件参数的计算及电路的组合分析可初步定制出原理图。 方案一 设计一个T型网络与逆

3、函数型相结合的电路，通过选择合适的输入电阻Ri及反馈电阻Rf，使得输入电阻及电压倍数达到实验要求 其原理图为： R1100kVEE-12VVEE47R100kXFG18Rf226U2265R11100k100kRf11300k0Rf1110k5173R12UA741CP20kVDD0VDDRf212V3Rf3VEE100-12VVEE04XMM1100k0Rf10kRp91kXMM21224U163715VDDVDD12VUA741CP桥式整流电容滤波集成稳压块正负直流电源电路设计。 根据其设计流程图： 我们分别设计出其四个部分的电路图，再经过组合得到其总原理图为：D61N4007U1LM78

4、12CTC3220nFLINEVREGVOLTAGECOMMON2X15V1FUSE220 Vpk 50 Hz 0 96T11D11N4007D21N4007C13.3mF11C5470nFR11k13C7220uFLED103D31N4007D41N4007C23.3mFC4220nFC6470nF8R21kTS_AUDIO_10_TO_1COMMONC8220uF12VOLTAGELINEVREGLED24U2LM7912CTD51N4007方案一总结： 优点：电路结构简单，容易想到，特别是采用了T型反馈网络和自举原理相结合，不仅提高了放大倍数，同时还在增加输入电阻的同时减小了反馈网络中的

5、电阻。很好的处理了高增益和高输入之间的矛盾。而且所用的元器件比较常见，容易购买。 缺点：参数设计比较难，不易计算。 方案二 设计一个T形网络反相比例运算电路，使得在不影响电压放大倍数的情况下减小Rf。 电路设计如下： R3100M3R510MVEE-12VVEE4R4100m40U15V11mVpk 1kHz 0 R2500M12263715UA741CDR110M0VDDVDD12V直流源设计同方案一 方案二总结： 优点：能够有效减小Rf的阻值 缺点：由于本实验所要达到的输入电阻达到了兆欧级别，很不切实际。 所以Ri的阻值仍然很大，而该类型电阻难以买到，因此增加实验难度。而且本实验只有一级要

6、实现1000倍放大比较困难，且带负载能力不强。 方案三 (一) 设计一个含自举电路的两级放大电路。自举电路增加在第一个放大级的输入，起到提高输入电阻的作用，并根据题目要求合理选择电子元件的参数，使得电压增益达到实验要求。 原理图如下：其VDD5VVDDC23.3mF24715R4VEE-5VVEE461k7U2U1R11k613263R71k2C11uFR51k03R61kVEEVEEL1-5VUA741CD45715VDDVDD5VUA741CD10uH50%Key=AR81k0(二)直流源同方案一设计 (三)方案三总结： 优点：在所选电阻均不是很大的情况下使得输入电阻及电压放大倍数达到要求

7、。 缺点：电路不够稳定，电压放大倍数不理想。 通过元件购买、参数设计、复杂程度等因素的综合分析，决定采用方案一来实现设计目的比较好！ 三、单元电路设计与参数计算 高输入，高增益反相比例运算电路设计 T形网络反相比例运算电路及原理 R21k3R4R31k1k4R11k2OPAMP_3T_VIRTUALR51k01U10电路图如图 电路中电阻R2、R3、R4构成T形 节点1的电流方程为 UiR1=-U3R2 3点电位 -R2R1 Ui=U3R3和R4的电流分别为 i=-U3R3=R4R1R U1 i4=i2+i33输出电压 Uo=-i 4R2-iR24整理得出 Uo=-R2+RR14(1+RR32

8、4)Ui总电路图中A2为主放大器，即具有高增益的反相放大器；A1为辅助放大器，接成反相器，A2输出通过它经T型电阻网络向主放大器提供输入回路电流，以便提高电阻的输入电阻。电路的闭环增益可表示为 1）放大倍数Au的计算AV=VOVI=Rf+RF2+(RF1RF2)/RF3Rf补偿电阻Rp为 Rp=电路的输入电阻为 RI=RfR+(RF2/RF3)Rf+R-RF1RfRF1+(RF2/RF3)Rf+RF1+(RF2/RF3)通常R，则 2）输入电阻Ri的近似计算： RIRfRRf+R-RF1为了保证应用电路不发生震荡，应使RF1。 利用瞬时极性法可以判断出电路中除了通过倒T形网络接反相输入端引入负

9、反馈外,还采用了逆函数型反馈。 当信号源为有内阻的电压源时,正反馈的结果使输入端的动态电位升高。这种通过反馈使输入端动态电位升高的电路,称为自举电路。 桥式整流电容滤波集成稳压块正负直流电源电路设计。 直流源四个组成部分分析： 1、电源变压器。 1、电源变压器。 其电路图如下： 由于要产生12V的电压，所以在选择变压器时变压后副边电压u2应大于15V，由现有的器材可选变压后副边电压u2为-15V和+15V的变压器。 为了确保电路的安全，在电路前先安装保险管。 2、整流电路。 其电路图如下： 桥式整流电路巧妙地利用了二极管的单向导电性，将四个二极管分为两组，根据变压器副边电压的极性分别导通，将变

10、压器副边电压的正极性端与负载电阻的上端相连，负极性端与负载电阻的下端相连，使负载上始终可以得到一个单方向的脉动电压。 3、滤波电路。 其电路图如下： 滤波电容容量较大，一般采用电解电容器。 电容滤波电路利用电容的充放电作用，使输出电压趋于平滑。 滤波电路输出电压波形如下： 4、稳压电路。 三端式稳压器由启动电路、基准电压电路、取样比较放大电路、调整电路和保护电路等部分组成。调成管决定输出电压值。由于本课程设计要求12V 的输出电压，所以我们选用7812和7912的三端稳压管， 要注意对稳压块的保护，所以安装保护二极管，最后的输出部分应装发光二极管，观察电路是否导通。 四、总原理图及元器件清单

11、1总原理图 高输入，高增益反相比例运算电路 R1100kVEE-12VVEE47R100kXFG18Rf226U2265R11100k100kRf11300k0Rf1110k5173R12UA741CP20kVDD0VDDRf212V3VEERf3100-12VVEE0U1100kXMM10Rf10kRp91kXMM21224463715VDDVDD12VUA741CP桥式整流电容滤波集成稳压块12V直流电源 D61N4007U1LM7812CTC3220nFLINEVREGVOLTAGECOMMON2X15V1FUSE220 Vpk 50 Hz 0 96T11D11N4007D21N4007

12、C13.3mF11C5470nFR11k13C7220uFLED103D31N4007D41N4007C23.3mFC4220nFC6470nF8R21kTS_AUDIO_10_TO_1COMMONC8220uF12VOLTAGELINEVREGLED24U2LM7912CTD51N40072元件清单 直流稳压电路 元件序号 型号 参数 数量 单价 A1 A2 uA741 R1 R2 025w C1 C2 电容 C3 C4 电容 C5 C6 电容 C6 C7 电容 D1 D2 D3 In4007 D4 D5 D6 D7 D8 发光二极管 变压器 三端稳压管 中焊接板 皮夹 W7812 W791

13、2 1K 3300 uF 220nF 470nF 220 uF 2 2 4 2 2 2 6 2 0.8 0.1 0.5 0.5 0.5 0.4 0.1 0.2 9 1 1.8 0.2 U2=1 15V Uo=2 12V 1 3 高输入、高增益的反相比例运算电路 五、安装与调试 (一)安装 依据已设计出的电路图，合理地在电路板上布局，拉线。在安装的过程中注意以下几点： 1、大电解电容的正负极不能接反； 2、uA741的各管脚不能接错； 3、三端稳压管三个端的作用一定要分清； 4、二极管的正负极要辨清； 5、焊时拉线要直，焊点应均匀。 调试 、直流源动态调试 将变压器插头插至220V交流电后，开始

14、测变压器的副边电压U2及滤波输出电压U1、U2还有稳压管输入电压Ui1和Ui2，最后测试Uo1和Uo2。这几个步骤应按顺序进行，若其中某一个步骤出现问题，应及时停下进程，切断电源，查找和想法排解故障。 、高输入、高增益反相比例运算电路动态调试 1、先用仿真软件将原理图仿真，观察其是否符合理论结果。仿真结果如下： 输入波形如下： 输出波形如下可知原理图符合实验要求，达到预期结果。 2、实验箱调试 正确接线后，在输入端加入交流小信号，输出端加至示波器及数字毫伏表。用示波器观察输出波形是否失真，用数字毫伏表观察输出电压伏值，初步估算电压放大倍数，检验电路是否达到预想的放大倍数。若达到，则调试成功，若

15、没达则调节电位器，看输出是否有变化，如若还不能则进一步用万用表检测各电阻及集成块的电位、电流，得出数据后按实验原理推断电路是否存在错误。 六、性能测试与分析 (一)直流源性能测试与分析 、直流源性能测试 在调试成功后，我们开始测试直流源各组成部分的输入及输出电压。具体过程如下： a、用万用表交流档测试变压器原边电压，结果：U=220V b、用万用表交流档测试副边电压U2，结果：U21=14.8V，U22=14.8V； c、用万用表直流档测试稳压管7812输入电压，结果：Ui=19.25V； d、用万用表直流档测试稳压管7812输出电压，结果：Uo=11.75V； e、用万用表直流档测试稳压管7

16、912输入电压，结果：Ui=-19.5V； f、用万用表直流档测试稳压管7912输出电压，结果：Uo=-11.75V； 、直流源数据处理及误差分析： 1、数据处理： 理论值：变压器的副边电压： U21=+15V U22=15V； 稳压输入电压： Uo+=+18V Uo-=-18V； 稳压后输出电压： Uo+=+12V Uo-=-12V。 变压器副边： 1=|14.8-15|/14.8100%=1.33% 稳压输入： 2|19.25-18|/19.25100%=6.4% 3|-19.5+18|/19.5100%=7.6% 稳压电压： 4=|11.75-12|/11.75100%=2.1% 5=|

17、-11.75+12|/11.75100%=2.1% 2、误差分析：a、电源带负载能力不够强； b、实验测量仪器不够精确； c、电阻实际阻值与标记阻值误差比较大； d、焊接技术不够成熟，导致电路板没达到理想结果； d、视觉误差读数时不仔细引入实验误差 (二) 高输入、高增益反相比例运算电路性能测试与分析 、高输入、高增益反相比例运算电路性能测试 a、在输入端加入交流小信号1mV，调节T型网络的两个滑动电位器，用示波器观察输入和输出波形，在输出波形不失真的情况下用数字毫伏表测出输出电压，改变输入电压的有效值获得三组数据如下(f=1kHZ) ? ?=1.58V ?=4.9?=3.72? 测量时发现当