模擬電路課程設(shè)計(jì)---開方運(yùn)算電路

1、<p>　　模擬電路課程設(shè)計(jì)報(bào)告</p><p>　　設(shè)計(jì)課題： 開方運(yùn)算電路 </p><p>　　專業(yè)班級： 09電信（本） </p><p>　　學(xué)生姓名： </p><p>　　學(xué)　　號：　 　　　</p><p>　　指導(dǎo)教師：

2、 </p><p>　　設(shè)計(jì)時(shí)間： 2011-1-3 </p><p><b>　　開方運(yùn)算電路</b></p><p>　　一、設(shè)計(jì)任務(wù)與要求 </p><p>　　1．用模擬乘法器設(shè)計(jì)一個(gè)開方運(yùn)算電路 </p><p>　　2．用橋式整流電容濾波集成穩(wěn)壓塊電路設(shè)計(jì)

3、電路所需的正負(fù)直流電源（±12V）；</p><p>　　二、方案設(shè)計(jì)與論證 </p><p>　　由設(shè)計(jì)任務(wù)與要求可知，本實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)電路分為兩個(gè)部分，分別為直流源電路部分和功能電路部分，其中直流源部分要求輸出端兩極直流電壓分別為+12V和－12V，而且要求其整流部分要采用橋式整流電路設(shè)計(jì)。功能電路部分要求分別用模擬乘法器設(shè)計(jì)一個(gè)開方運(yùn)算電路。</p><p&g

4、t;<b>　?、?直流源電路部分</b></p><p>　　由以上設(shè)計(jì)要求可知，直流源整流部分要用橋式整流電路設(shè)計(jì)，后面連接用大容量電解電容做成的濾波電路，最后用集成穩(wěn)壓塊W7812和W7912保證輸出電壓為±12V，在大容量電解電容和集成穩(wěn)壓塊之間以及在集成穩(wěn)壓塊和輸出端之間，可以并聯(lián)上一些小電容，以消除高次諧波和電路的交流成分。在輸出端兩極分別接上1K電阻和一個(gè)發(fā)光二極管，

5、用來分別電路是否正常。 </p><p>　　實(shí)驗(yàn)原理圖如下所示：</p><p>　　ⅱ.功能電路部分 圖（1）</p><p>　　方案一：用模擬乘法器設(shè)計(jì)一個(gè)開方運(yùn)算電路</p><p><b>　　實(shí)驗(yàn)電

6、路圖如下所述</b></p><p><b>　　圖（2）</b></p><p><b>　　方案二 ：</b></p><p>　　用對數(shù)，指數(shù)運(yùn)算電路實(shí)現(xiàn)開放運(yùn)算電路。</p><p><b>　　電路圖為圖（3）</b></p><p&g

7、t;　　令， ， 得 </p><p>　　可得:對數(shù)運(yùn)算電路如圖所示：</p><p>　　指數(shù)運(yùn)算電路如圖所示：</p><p><b>　　圖（4）</b></p><p>　　對比方案一和方案二可以發(fā)現(xiàn)，方案二太過復(fù)雜，方案二要用到四個(gè)集成快，而且對于集成塊uA741所組成的電路很容易產(chǎn)生較大

8、的誤差，而且一個(gè)UA741就需要引出四個(gè)夾子以上，如果結(jié)果沒有出來，檢查錯(cuò)誤也好困難，必須要逐級檢查和調(diào)試才可能得出結(jié)果，所以比較方案一，方案二容易出錯(cuò)，并且由多個(gè)運(yùn)算電路組合的電路，誤差太大，而且必須一步調(diào)節(jié)電路，小信號不容易出來，而方案一比較簡單，焊接相對方案二比較簡單，誤差比較小，參數(shù)比較容易，簡單。誤差不會(huì)很大，而且結(jié)果比較容易出來，可以減少時(shí)間，等等，所以綜上所述，</p><p>　　方案一比方案二更

9、好，所以在焊接電路板時(shí)選擇方案一。</p><p>　　三、單元電路設(shè)計(jì)與參數(shù)計(jì)算</p><p>　?、敝绷髟措娐凡糠蛛娐吩O(shè)計(jì)以及參數(shù)計(jì)算:</p><p>　　⑴整流電路部分電路圖、形圖及其參數(shù)設(shè)計(jì)：</p><p><b>　　圖（5）</b></p><p><b>　　圖（6）

10、</b></p><p>　　變壓器副邊電壓通過整流電路從交流電壓轉(zhuǎn)換為直流電壓，即將正弦波電壓轉(zhuǎn)換為單一方向的脈動(dòng)電壓，單相橋式整流電路的輸出波形如圖所示?？梢钥闯?，它們均含有較大的交流分量，會(huì)影響負(fù)載電路的正常工作，所以為了減小電壓的脈動(dòng)，需要通過低通濾波電路濾波，使輸出電壓平滑。</p><p><b>　　整流元件參數(shù)：</b></p>

11、<p>　　在選擇整流二極管時(shí)，主要考慮兩個(gè)參數(shù)，即最大整流電流和反向擊穿電壓。</p><p>　　在橋式整流電路中，二極管D1、D3和D2、D4是兩兩輪流導(dǎo)通的，所以流經(jīng)每個(gè)二極管的平均電流為</p><p>　　原理中得出。在v2正半周時(shí)，D1、D3導(dǎo)通，D2、D4截止。此時(shí)D2、D4所承受的最大反向電壓均為v2的最大值，即 同理，在v2的負(fù)半周，D1、D3也承受到同樣

12、大小的反向電壓。所以，在選擇整流管時(shí)應(yīng)取其反向擊穿電壓VBR > VRM 。</p><p><b>　　（2）濾波電路</b></p><p><b>　　圖（7）</b></p><p><b>　　圖（8）</b></p><p>　　電容濾波電路輸出電壓平均值分析

13、圖：</p><p><b>　　當(dāng)負(fù)載開路時(shí)：</b></p><p><b>　　圖（9）</b></p><p>　　當(dāng)RLC＝（3~5)T/2時(shí)：</p><p>　　考慮電網(wǎng)電壓波動(dòng)，電容的耐壓值應(yīng)大于</p><p>　　所以在選擇電容時(shí)其耐壓值應(yīng)大于1.2U2

14、，電容越大越好，其級別應(yīng)在千uF以上。接入濾波電路理想情況下，應(yīng)該將交流分量全部慮掉，使濾波電路的輸出電壓僅為直流電壓。然而，于濾波電路為無源電路，所以接入負(fù)載后勢必會(huì)影響其濾波效果，所以要通過穩(wěn)壓電路，使輸出電壓具有一定的穩(wěn)定性.</p><p><b>　?、欠€(wěn)壓電路部分：</b></p><p><b>　　圖（10）</b></p&

15、gt;<p>　　交流電壓通過整流、濾波電路后雖然變?yōu)榻涣鞣至枯^小的直流電壓，但是當(dāng)電網(wǎng)波動(dòng)或者負(fù)載變化時(shí)，其平均值也將隨之變化。穩(wěn)壓電路的功能就是使輸出直流電壓基本不受電網(wǎng)電壓波動(dòng)和負(fù)載電阻變化的影響，從而獲得較高的穩(wěn)定性。</p><p>　　元件參數(shù)：由于本實(shí)驗(yàn)要產(chǎn)生±12V的恒流源，所以在選擇集成塊時(shí)選7812和7912。其中LM7812和LM7912的管腳示意圖如下所示</

16、p><p><b>　　圖（11）</b></p><p>　　⒉功能電路部分電路設(shè)計(jì)以及參數(shù)計(jì)算:</p><p><b>　　電路圖如圖所示</b></p><p>　　模擬乘法器使用 圖（12）</p><p>　　模擬乘法器除了

17、自身能夠?qū)崿F(xiàn)兩個(gè)模擬信號的乘法和平方運(yùn)算外，還可以和其他電路相配合構(gòu)成除法，開方，等等運(yùn)算電路。</p><p>　　若電路引入的是負(fù)反饋，則</p><p>　　為虛地，， 即： </p><p>　　故 ，為了使根號下的為正數(shù)，和k必須符號相反，因此，由于和極性</p><p>　　相反，故當(dāng)時(shí)運(yùn)算關(guān)系式應(yīng)為： 根據(jù)

18、模擬乘法器同相比例系數(shù)K=0.1，且由得令 即 =</p><p>　　四、總原理圖及元器件清單</p><p><b>　　1．總原理圖</b></p><p>　?、艠蚴秸麟娙轂V波集成穩(wěn)壓塊正負(fù)直流電源電路 圖（13）</p><p>　　開方運(yùn)算電路 圖（14）</p>

19、<p>　　2．元件清單 圖（15） </p><p><b>　　五、安裝與調(diào)試</b></p><p><b>　?。?）安裝：</b></p><p>　　準(zhǔn)備好所有的元件后，先在萬能板上做個(gè)大概的排位，布局好了以后，將元件一個(gè)一個(gè)焊好，注意不要有虛焊點(diǎn)。</p><

20、;p>　　接著用萬用表的歐姆檔逐個(gè)焊點(diǎn)測試看有無虛焊點(diǎn)，再檢查因一次電路，在確定一切都正常后就可以進(jìn)行通電了。</p><p>　　首先，從最后的輸出端進(jìn)行測試看看電壓或電流符不符合要求，如符合要求說明電路成功。如不符合，則需要檢查看看是哪里出了問題。最初看看有無電壓，如果有就是數(shù)值不正確，最好從最后面查起。如果連電壓都沒有，則應(yīng)該從電壓查起。并逐步檢查到穩(wěn)壓塊附近。</p><p>

21、;<b>　　調(diào)試步驟：</b></p><p>　?、艠蚴秸麟娙轂V波集成穩(wěn)壓塊正負(fù)直流電源電路的調(diào)試步驟：</p><p>　　接通電源后，首先靜態(tài)幾分鐘，如無異常，無怪味，方可進(jìn)入正常測試。否則應(yīng)斷開220V電源，排除故障。</p><p>　　電路無故障，測量相應(yīng)點(diǎn)波形，一般為變壓器輸出或橋堆輸入交流波形及大小，整流濾波輸出或穩(wěn)壓器 輸

22、入波形及電壓大小，最后輸出電壓大小及紋波電壓大小，測量時(shí)在額載荷下進(jìn)行，速度要快。</p><p>　　若要觀察濾波電容變化對輸出影響，可在斷開電源后更換。</p><p>　　波形如所示： 圖（16）</p><p>　　⑵功能電路部分調(diào)試步驟：</p><p>　　根據(jù)所設(shè)計(jì)的電路圖焊接電路板， 將安裝焊接好的電路，按

23、電路圖用萬用表調(diào)節(jié)好電位器在一定的阻值內(nèi)，應(yīng)注意不要有虛焊點(diǎn)，</p><p>　　進(jìn)入正常測試，接通電源，然后通過改變直流小信號來觀察輸出電壓，</p><p>　　使得輸出的數(shù)據(jù)與輸入端的數(shù)據(jù)符合設(shè)計(jì)要求，如若有錯(cuò)則應(yīng)整改，然后再進(jìn)行以上調(diào)試，直至得到想要的結(jié)果，調(diào)試要非常有耐心和細(xì)心，盡量調(diào)節(jié)得到最理想的結(jié)果。就可以進(jìn)行對該電路的性能測試了。</p><p>

24、<b>　　開方運(yùn)算電路： </b></p><p>　　1.輸入電壓為-25V</p><p><b>　　圖（17）</b></p><p><b>　　輸入電壓為-1V</b></p><p><b>　　圖（18）</b></p>

25、<p><b>　　輸入電壓為-2V</b></p><p><b>　　圖（19）</b></p><p><b>　　六、性能測試與分析</b></p><p>　　1.橋式整流電容濾波集成穩(wěn)壓塊正負(fù)直流電源電路的測試及分析：</p><p><b>　

26、?、艤y試的數(shù)據(jù)：</b></p><p>　?、僮儔浩髟呺妷海?UI=220V</p><p>　　②變壓器的副邊電壓： U1=15.25V U2=-15.25V</p><p>　?、鄯€(wěn)壓器輸入電壓： U+=+19.25V U_=-19.75V</p>

27、<p>　?、芊€(wěn)壓后的輸出電壓： Uo+=+12V Uo_=-12.125V</p><p><b>　?、茢?shù)據(jù)及誤差處理：</b></p><p><b>　　變壓器副邊： </b></p><p>　　濾波電壓： η2＝|19.25-20|/19.25*100%=3.

28、4% </p><p>　　η3＝|19.75-20| 19.75*100%=1.2%</p><p>　　穩(wěn)壓電壓： η4=|12-12|/12*100%=0%</p><p>　　η5=|12.125-12|/12.125*100%=1%</p><p>　　開放運(yùn)算電路的測試及分析：</p><p>　　數(shù)據(jù)

29、如下： 圖（20）</p><p><b>　　誤差處理：</b></p><p>　　η2＝|0.4-0.4|/0.4*100%=0% </p><p>　　η2＝|0.505-0.5|/0.505*100%=1% </p><p>　　η2＝|0.6-0.6|/0.6*100%=0%</p>&

30、lt;p>　　η2＝|0.71-0.7|/0.71*100%=1.4%</p><p>　　η2＝|0.82-0.8|/0.82*100%=2.4% </p><p>　　η2＝|0.91-0.9|/0.91*100%=1% </p><p>　　η2＝|1-1|/1*100%=0% </p><p>　　η2＝|1.42-1.42|/

31、1.42*100%=0% </p><p>　　η2＝|1.74-1.74|/1.74*100%=0% </p><p>　　η2＝|2.05-2|/2.05*100%=2.4% </p><p><b>　?。?）誤差分析：</b></p><p>　　在焊接直流源時(shí)，不能做到所有器件都做到絕對對稱，使得最終直流源的輸

32、出電壓不對稱。</p><p>　　焊點(diǎn)存在毛刺，導(dǎo)致信號通過時(shí)存在一定的阻力，或出現(xiàn)虛焊。</p><p>　　調(diào)試時(shí)，可調(diào)電位器不可能調(diào)到絕對理想的位置，導(dǎo)致結(jié)果存在偏差。 </p><p>　　實(shí)驗(yàn)用的元器件易受溫度的影響，實(shí)驗(yàn)時(shí)間過長，即會(huì)產(chǎn)生誤差。</p><p>　　測試時(shí)電表內(nèi)阻串入回路造成的誤差。</p><

33、;p>　　儀器的精度不夠，無法精確的測出結(jié)果。</p><p>　　正負(fù)12V的電源不對稱，電阻不是標(biāo)準(zhǔn)的電阻。</p><p>　　直流電壓源隨時(shí)間的增加會(huì)改變</p><p><b>　　七、結(jié)論與心得</b></p><p><b>　　結(jié)論：</b></p><p&

34、gt;　　通過上面的數(shù)據(jù)可以得出開方運(yùn)算電路可以實(shí)現(xiàn)開方的功能。</p><p>　　通過直流電壓源可以得出，任意改變電路板上的電容，可以輸出電壓在之間。</p><p>　　心得：這次實(shí)驗(yàn)給我最大的收獲就是，當(dāng)我們拿到題目時(shí)，老師說我們這個(gè)題目比較難，那時(shí)我就在想，即使難還是要做啊，所以我一直把它看得容易的，我們做過的，整個(gè)過程下來，我很開心我的電路一帆風(fēng)順，沒有出現(xiàn)什么錯(cuò)誤，</

35、p><p>　　我們所做的實(shí)驗(yàn)在軟件上可以得到預(yù)想的結(jié)果，但在現(xiàn)實(shí)中卻不一定可以達(dá)到想要結(jié)果，在這次實(shí)驗(yàn)中，我們所討論的電路圖達(dá)到一致，并且在討論買器材的事情，由于我們所要用器材要去網(wǎng)上買，所以等了好久器材才到了，我們才開始焊接電路板，在焊接電路板得到時(shí)候一定很細(xì)心，把參數(shù)設(shè)計(jì)好，不要出現(xiàn)虛焊點(diǎn)，一定把電路板焊接好，因?yàn)槿绻霈F(xiàn)了焊接點(diǎn)，我們自己根本不知道，到了調(diào)試的時(shí)候沒有出現(xiàn)預(yù)想猜的結(jié)果，如果可以確定自己的參數(shù)設(shè)

36、計(jì)沒錯(cuò)，而且電路也沒有焊接做，那就有可能虛焊了，另外我這個(gè)實(shí)驗(yàn)中特別要注意的是：因?yàn)檩斎胄盘柺切⌒盘枺晕覀冏x數(shù)一定要精確，不然會(huì)產(chǎn)生很大的誤差，而且直流電壓源不怎么穩(wěn)定，所以我們動(dòng)作要快，減小誤差。再一個(gè)就是平時(shí)我們都是以理論學(xué)習(xí)為主，整天看課本雖然學(xué)到了不少知識，但心里一直覺得不踏實(shí)，畢竟實(shí)踐才是最重要的，所以以后做課程設(shè)計(jì)時(shí)要多進(jìn)實(shí)驗(yàn)室，才能發(fā)現(xiàn)一些客觀因素造成的誤差或是錯(cuò)誤，才能盡早的解決問題。而且以前總是習(xí)慣于自己思考，自己

37、解決，或許有的問題是能解決的，但畢竟都是自己想的，有著一定的局限性。而在這次實(shí)驗(yàn)中，我們?nèi)齻€(gè)人在一起，互補(bǔ)所短，發(fā)揮所長三個(gè)人想出了很多解決問題的方法，而且</p><p><b>　　八、參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　1．童詩白 華成英 編 《模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)》 高等教育出版社</p><p>　　2．彭介華 編 《電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)與課

38、程設(shè)計(jì)》 高等教育出版社 </p><p>　　3. 青木英彥（日） 著 周難生 譯 《模擬電路設(shè)計(jì)與制作》 科學(xué)出版社</p><p>　　4. 王港元 編 《電工電子實(shí)踐指導(dǎo)》 江西科學(xué)技術(shù)出版社</p><p>　　5．《模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)與課程設(shè)計(jì)》</p><p>　　6. 許素貞.杜群羊.吳海青 等 編 《模擬電子技術(shù)基