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模拟电子技术课程设计(09级参考)

发布时间:

模拟电子电路课程设计
一.设计分组:每人一组
电气091班学号单号做信号源1、双号做电压源1
电气092班学号单号做信号源2、双号做电压源2

二.时间安排:
1周,课程设计起止日期:

2011年 7月11 日—7月15日

三、课程设计任务(即要求): 课程设计题目一:

多种波形发生器的设计
设计任务:

设计并仿真:
设计仿真能产生方波、三角波及正弦波等多

种波形输出的波形发生器,根据技术指标的要求,

按完成的情况给予不同记分。

函数信号发生器设计 1.设计实验任务与要求:

设计采用运放(包括三极管)构成正弦波. 三角波.方波函数信号发生器。
如:给定Vcc=12V;Vee=-12V。 频率范围:150 ~1500hz 输出电压:方波upp≤14V;三角波upp≤8V;正弦 波upp>15V 波形特性:方波上升时间tr<30us;三角波非线性 系数△ r <2%:正弦波非线性失真△ r < 5%

课程设计题目二: 直流稳压电源(一,二) 设计任务:
在 1、电网供给的交流电压U1为220V,50HZ。 2、变压器输出电压U2为18V~20V,50HZ。 的情况下设计并仿真 1、稳压电源输出直流电压可调,最大负载电流 100mA左右; 2、驱动负载可调(如:120Ω<RL<240Ω);

3、且输出电流可扩展 的直流稳压电源。

(二)具体要求: 1、设计方案的论证和选择

*查阅资料确定设计的电路框图。

* 提出两种以上电路设计方案。

*

对提出方案的性能、可行性进行分析

比较。选择出性能可靠、成本合理,基

本符合此次设计要求的最优方案。
2、具体电路的设计(目的:掌握一般

电子电路分析和设计的基本方法)。
根据设计任务和指标,初选电路;通过调 查研究,设计计算,确定电路具体方案。

3、设计电路的仿真调试
选择元件,在仿真软件上连线。使用常用 电子仪器仪表对电路的技术参数进行仿真测 试;并排查电子电路的故障,反复调试、改进 电路,使其符合设计任务的要求。

4、按设计任务书的要求的格式,撰写或 打印课程设计报告书。
设计过程中遇到的问题及解决办法;课程设计中 的心得体会;对课程设计内容、方式、要求等各 方面的建议 都要写入报告。

注意事项:

1. 报告最后逐份收取,发现后面交的和前面的雷 同,退回,不收。

2. 课程设计报告网上有一些,可做参考,但千万 不要COPY,你的报告必须要和自己做的东西对应 起来。

模拟电子电路课程设计方法及原理 一、设计计算
确定总体方案(框图);计算设 计单元电路;画出总体原理图和芯片 连接总图。

二、电路仿真

设计1:

多种波形发生器

1 多种波形发生器的构成-----总体方案 (框图)
RC正弦波 振荡器 方波形 成电路 三角波形 成电路

频率选 择控制 直流 电源

2.函数信号发生器电路设计参考方案
RC文氏电桥振荡器产生正弦波,方波三角波产生电路可由正弦波振荡器采用波形 变换电路, 通过迟滞比较器变换为方波,经积分 器获得三角波输出。此电路的输出频率就是 就是RC文氏电桥振荡器的振荡频率.
2.1
正弦波uo1
RC 过压 迟滞 比较器

方波uo2 积分器 三角波
uo3

正弦波振荡器

2.2. RC文氏电桥正弦波振荡电路 2.2.1 RC文氏电桥正弦波振荡器的工作原理:

? Uf ? F? ? ? U
o

? ?o 3 ? j( ? ) ?o ?

1

文氏电桥振荡器由RC串并选频网络和同相放大器组成. 其中RC串并选频网络形成正反馈电路并决定RC振荡器 的振荡频率fo: 电路的振荡频率: fo =1/(2πRC) (当R1=R2;C1=C2时) 当f=fo时: uf与uo的相位差△φ=00 F=uf/uo=1/3. Rf和R1形成负反馈电路决定起振的幅值条件调节波形 12 与稳幅控制.

2.2. RC文氏电桥正弦波振荡电路
2.2.2 RC文氏电桥振荡器实验要点: ①. 振荡频率fo=1/(2πRC);

②.起振幅值条件:Avf1=(R1+Rf)/R1≧3. 即Rf/R1 ≧2. Rf=RW+(R3∥Rd) Rd:二极管正向电阻. *电路调整的关键是:负反馈电路中的电位器 RW的细心调节, RW过大:输出方波! RW 过小:电路不起振!
13

单元电路设计
? 二极管稳幅原理
设D开路,则 R ? R3 AV ? 1 ? 2 ? 3.31 ? 3 R1 有利于起振!
v R3 ? R3 ? vo ? 0.16vo ? 0.5V R1 ? R2 ? R3

图9.2.1 例9.2.1电路图

vo ? 3.13V

D才导通
? Vo ?

R2 ? R3 // rD 此时,AV ? 1 ? R1

rD ?

AV ?

2.2.3 RC文氏电桥振荡电路

R1
1k

R3
10k

D1
1N4007

D2
u1OP 1N4007 -12v

起振时:电阻大负 反馈小; 振荡幅值大时:电阻小 负反馈大,整形限幅。

C1
0.1u

RVB
32%

U1
2 4 1 5 6 3

10k

RV1
9%

R2
3k

7

C2
0.1u

UA741

10k
12v

改变R 调节Rw,使uo波形基本不 调负反馈 调频率 起振限幅 失真时,分别测量输出电压 up.uo和振荡频率fo,并记 调频振荡器 : fo ? 2?C 录表-1中. 表-1文氏电桥振荡电路实验表

1 R1R 2

电路参数

频率fo/Khz

电压/v

up/uo1波形

R1/k
1 1

R2/k

C/uf
0.1 0.2

计算值

测量值

up

uo1

注:用运放构成以RC振荡器为基础的函数信号发生器:根据信 号频率: fo =1/[2πC(R1*RP2)0.5],三角波电压:uo=uiwT/(4RC) 等,分别计算电路有关参数并测量记录在表-3中。
表-3 函数信号发生器实验表
波形 正弦波 方波 三角波

电路 参数
1 2 3

1RC振荡电路 R1
3k 3K 30K

2比较电路 uo1 Rp2+
45% 50% 60%
正频 负频

3积分电路 uo2 Rp3 C3 uo3

Rp1
3k 30K 40K

C
0.1 0.1 0.1

f

设计实验电路参数注意:采用RC振荡正弦波/方波/三角波输出 方案, 首先必须计算的文氏电桥振荡频率外,其次还要计算作 为方波三角波变换积分电路的参数,使其积分电路的R3C3之积 > 正弦波振荡电路的R1C1之积!否则,可能影响三角波形的正 常输出!

2.3 用迟滞比较器与反相积分器首尾相串 联构成方波-三角波产生电路,然后,采用差 分放大器,作为三角波—正弦波变换电路利用 差分对管的饱和与截止特性进行变换,此电路 的输出频率就是就是方波-三角波产生电路的 频率.

方波uof
迟滞 比较器

三角波uo3 积分器 差分 放大器 正弦波
uoz

*题9.4.9
C R vS 5.1k?

求振荡频率;画出vO1、vO的波形。
vN R1 – A2 + R2 15k? DZ ?VZ=?8V 2k? vI 5.1k? vP R3 vO2

– +

0.047?F
A1

vO1

?VZ

反相积分电路
1 vO1 ? ? RC

同相迟滞比较器
?

? v dt ? V
t 0 S

O1

(0 )

R1vO R2vI vP ? + ? vN ? 0 R1 ? R2 R1 ? R2
R1 Vth ? vI ? ? vO ? ? FVZ ? ?2.72V R2

VO2 ?? t ? VO1 (0 ? ) RC

*题9.4.9
C R vS 5.1k?

求振荡频率;画出vO1、vO的波形。
vN R1 – A2 + R2 15k? DZ ?VZ=?8V 2k? vI 5.1k? vP R3 vO2

– +

0.047?F
A1

vO1

vO2
0

?VZ

vO1
0

VO2 v O1 ( t ) ? ? t ? VO1 (0 ? ) t RC T ? VZ T v O1 ( ) ? ? ? ? ( ? FVZ ) ? FVZ 2 RC 2 FVZ t T ? 4 RC VZ R2 f ? ? 3kHz 4 RCR1

方波/三角波变换电路的计算与测试: 计算信号频率与三角波电压幅值,用示波器 观察并测量方波-三角波uof、uo3波形。将实 验数据记录在表-2中.

表-2 信号产生 方波/三角波变换电路实验记录表
迟滞比较器 R1/k R2/k uo2/v 占空 积分电路参数 Rp/k C/uf 频率fo/hz 计算 测量 三角波uo3/v 计算 测量

20

方波产生电路
1. 电路组成
Rf C vC

(多谐振荡电路) 反相迟滞比较器

– A +

vO

RC低通 积分环节

vF R2 R1 图 9.4.7(a)

能否不串入该电阻?
Rf C vF 图 9.4.7(b) R2 R1 vC – A + R vO

稳压管双向限幅

R2vO Vth ? vC ? vF ? ? ? FVZ R1 ? R2

方波产生电路
Rf

2. 工作原理

vC C vF

– A + R1

R

vO

R2vO Vth ? vC ? vF ? ? ? FVZ R1 ? R2

设vO = +VZ (输出只有2种状态) vC = 0 (电容初值)

图 9.4.7(b)

R2

vF = +FVZ

vO = +VZ

R?C充电

vC ?

当vC > vF时

vO ?

周而复始,形成振荡
vO ? vC ? R?C反向充电 vO = ?VZ

当vC < vF时

vF = -FVZ

方波产生电路
3. 波形
vC VZ FVZ O –FVZ –VZ vO VZ 0+ t

Rf C

vC

– A +

R

vO

vF 图 9.4.7(b) R2 R1

4. 计算周期
根据: C ( t ) ? vC (? ) ? [vC (0 ) ? vC (? )]e v
?

?t

?

vC (0? ) ? ? FVZ
vC (T1 ) ? ? FVZ
t T2 T1

vC (?) ? VZ

? ? RC
? T1

O

? ? FVZ ? VZ ? [? FVZ ? VZ ]e

?

–VZ

问题:能否调整占空比,产生矩形波?

1? F 2 R2 T ? 2T1 ? 2? ln ? 2 RC ln( ? 1 ) 1? F R1

方波产生电路
5. 占空比可变的方波产生电路
Rf 1 D1

vC VZ FVZ O 0+ t

Rf 2 vC – C +

D2

–FVZ –VZ vO

– A +

R R1 R2 DZ1 DZ2

vO

VZ

? VZ

O T2 –VZ T1

t

问题:能否同时产生方波和三角波?
end

设计2. 直流稳压电源的组成和功能
v1 v2 整 流 v3 电 路 滤 波 v4 电 路 稳 压 电 路 vo

? 电源变压器: 将交流电网电压v1变为合适的交流 电压v2。 ? 整流电路: 将交流电压v2变为脉动的直流电压v3。
? 滤波电路: 将脉动直流电压v3转变为*滑的直流 电压v4。 ? 稳压电路: 清除电网波动及负载变化的影响,保持 输出电压vo的稳定。

直流稳压电源

05

应用电路
三端固定输出集成稳压器的 三端可调输出集成稳压器的 典型应用电路如图10.09所示。 典型应用电路如图10.10所示。

10.09应用电路(固定) 图10.10应用电路(可调) 可调输出三端集成稳压器的内部,在输出端和公共端之间 是1.25 V的参考源,因此输出电压可通过电位器调节。

VREF RP VO = VREF + RP ? I a RP ? 1.25 ? (1 ? ) R1 R1

(4)利用三端集成稳压器组成恒流源
三端集成稳压器可做恒流源使用,电路见 图10.11。

UO IO = ? Id R 其中I O〉I d UO IO ? R
图10.11稳压器做恒流源

扩大输出电流

图 10.12

扩大三端集成稳压器的输出电流

VD 的作用:补偿三极管的发射结电压,使电路输 出电压等于三端集成稳压器的输出电压。 负载电流的最大值

I L max ? (1 ? ? )(IO max ? I R )

三端集成稳压器的应用
可调式应用举例

三端集成稳压器 可做恒流源使用,电路 见 图10.13。

(a)小电流恒流源

(b)大电流恒流源

图10.13可调稳压器做恒流源电路

三端集成稳压器的应用
可调式应用举例

3. 提高输出电压

? UO ? UO ? U Z

R2 ? U O ? (1 ? )U O R1
图 10.14

4. 输出电压可调的稳压电路

图 10.15.

? R2? ? R3 因为   U A ? UO R1 ? R2 ? R3

? UO ? U A ? UO

? ? R2? ? R3 R2? ? R3 ? ? 所以  U O ? U O /(1 ? ) ? (1 ? )U O ? R1 ? R2 ? R3 R1 ? R2

参考书目

1、《电工电子实践指导》(第二版),王港元主编,江 西科学技术出版社(2005) 2、《电子线路设计、实验、测试》(第二版),谢自美 主编,华中理工大学出版社(2000) 3、《电子线路设计应用手册》,张友汉主编,福建科学 技术出版社(2000) 4、《555集成电路实用大全》,郝鸿安等主编,上海科学 普及出版社 5、《电子技术基础实验研究与设计》,陈兆仁主编,电 39 子工业出版社(2000)

参考书目 6、《毕满清主编,电子技术实验与课程设计》, 机械工业出版社。 7、《用万用表检测电子元器件》,杜龙林编,辽宁 科学技术出版社(2001) 8、《新型集成电路的应用》,梁宗善,华中理工大 学出版社(2001) 9、《新颖实用电子设计与制作》,杨振江等编,西 安电子科大出版社(2000)。
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实验报告要求:
1.有较完善的电路设计方案,有各单元电路的工作原理及 电路中关键元件作用的论述; 2.有波形产生电路频率及波形变换电路输出电压的理论计 算;

3.根据实验记录原始数据,计算实验结果,并将实验结果与
实验电路的理论计算值对比; 4.记述实验过程中出现的故障,分析故障产生的原因及消 除的办法。

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