模拟电子电路课程设计报告严俊宇.docx
《模拟电子电路课程设计报告严俊宇.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《模拟电子电路课程设计报告严俊宇.docx（15页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。
模拟电子电路课程设计报告严俊宇
模电课程设计报告
姓名：
严俊宇
专业：
自动化
学号：
1020620265
机械与电子工程学院
课题一多级放大电路的设计和实验
一、设计任务
1、设计课题：
多级放大电路的设计
放大电路设计和调试的一般方法。
电压放大倍数的测量，幅频特性的测量方法
二、设计指标
电压放大倍数Auf：
≥20（绝对值）Au=500-2000
电源电压VCC：
+12V，Rl=2KΩ信号源内阻Rs=0,管子采用9013（β约为180）
3、仪器设备
模电实验箱1台
双踪示波器1台
低频信号发生器1台
万用表1台
元器件及工具1套
4、设计步骤与要求
1.根据已知条件及性能指标要求，确定电路及器件型号，设置静态工作点，计算电路元件参数。
2.计算所设计的电路，测试性能指标能否到到设计要求。
3.调整修改原件参数值再计算，直到满足放大器性能指标要求。
4.安装电路，并测试性能指标；将修改后的元件参数值标注在电路图上。
四、实验内容
根据设计要求进行了理论计算，得出各级电路的静态和动态的参数，完成设计电路图如图１
5、测试内容
1、完成静态工作点的调整和测量
2、分别测量每一级的Au,Ri,Ro。
3、三级连起来测总的Au,Ri,Ro（开环）。
4、引入负反馈后测Au,Ri,Ro，观察负反馈对电路的影响。
图１
表１ 静态工作数据
第一级
第二级
ＩＣ
ＵＢ
ＵＣ
ＵＥ
ＩＣ
ＵＢ
ＵＣ
ＵＥ
1.52ｍＡ
2.313Ｖ
11.890Ｖ
1.596Ｖ
2.495ｍＡ
3.217Ｖ
12.387Ｖ
2.503Ｖ
表２ 各级输出电压及电压放大倍数
第一级
第二级
总电压放大倍数
输入电压
（ｍＶｒｍｓ）
输出电压
（ｍＶｒｍｓ）
电压放大倍数
输入电压
（ｍＶｒｍｓ）
输出电压
（ｍＶｒｍｓ）
电压放大倍数
0.138
8.386
60
8.426
649
76
4616
３、电路的输入输出电阻的测量
（1）用输出换算法测量放大器输入电阻Ri
选取Ｒｓ＝1kΩ，完成表３，利用公式
计算输入电阻。
表3放大器输入电阻Ri的测量
不接Rs时输出电压
ｕo1（Vｒｍｓ）
串接Rs时输出电压
uo2（Vｒｍｓ）
输入电阻Ri（kΩ）
0.638
0.409
3.2
（2）用开路电压法测量放大器输出电阻Ro
选取ＲＬ＝3kΩ，完成表４，利用公式
计算输出电阻。
表4放大器输出电阻Ro的测量
开路输出电压Uoo（Vｒｍｓ）
连接负载时电压uoL（Vｒｍｓ）
输出电阻Ro（kΩ）
1.311
0.671
2.957
４、研究与思考题
（1）如何使反馈系数可调？
（2）如何使开环倍数可调？
课题二RC有源滤波器的快速设计
一、设计任务与要求
1、设计任务：
语音滤波器设计
2、设计要求
性能指标要求：
Δf=fH-fL=3000Hz-300Hz=2700Hz,Av=10,阻带衰减速率为-40dB/10倍频程,fo=（fH*fL）^0.5=1000Hz。
二、设计方法
分析：
要使通频带在300Hz~3000Hz之间，则需使一低通滤波器和一高通滤波器串联，构想图如图
3、就可得到带通滤波器，前者截止频率为3000Hz，后者截止频率为300Hz。
又要使Av=10，则有四种选择，即：
10＝1*10＝10*1＝2*5＝5*2,此实验选择10＝2*5，即低通滤波器放大倍数为2,高通滤波器放大倍数为5.另外，要使阻带衰减速率为-40dB/10倍频程，只需使低通滤波器和高通滤波器阻带衰减速率各为-20dB/10倍频程即可。
则此实验可达设计要求性能指标。
2.设计电路及参数选择
1电路工作原理
首先连接一压控电压源二阶低通滤波器，调整电路使其放大倍数为2，阻带衰减速率为-20dB/10倍频程,截止频率为3000Hz，然后连接一无限增益多路反馈二阶高通滤波器调整电路使其放大倍数为5,阻带衰减速率为-20dB/10倍频程,截止频率为300Hz，最后将二者串联。
1、电路参数的选择
因为参数K＝100/（fc*C`），当fH=3000Hz，C=0.01μF时，由截止频率，电容及参数K的对应关系值K=3.3,再由压控电压源二阶低通滤波器设计表中可得，R1=3.7158KΩ，R2=7.425KΩ,R3=R4＝22.2816KΩ,C1=0.01μF。
同理，当fL=300Hz，C`=0.1μF时,K=3.3,由无限增益多路二阶反馈二阶高通滤波器设计表中可得，R1`=3.3759KΩ，R2`=40.8507KΩ,C1=0.02μF
2、电路理论计算
压控电压源二阶低通滤波器
fo=1/[2π（R1R2C1C2）^0.5]=4243.3Hz,,
Au=Aup/[1+s（R1C1+R2C2-AupR1C1）-S^2R1R2C1C2]
f=fo时，Q=2πR1R2C1C2/[（2π-Aup）R1C1+2πR2C2]=0.712
Aup=1+R4/R3=220lg（Au/Aup）=-20.1
无限增益多路二阶反馈二阶高通滤波器
Au`=Aup`*S^2R1`R2`C`C1`/[1+sR2`（2C`+C1`）/（C`C1）`+S^2R1`R2`C`C1`]
Aup`=C`/C1`=5
f=fo时,fp`=1/[2π（R1`R2`C`C1`）^0.5]=321.8Hz
Q`=（2C+C1）[R1/（CC1R2）^0.5]=0.70420lg（Au/Aup）=-20.3
带通滤波器
Aup=10Q=0.708fp1=311Hzfp2=3023Hz20lg（Au/Aup）=-40.2
三、实验测量主要技术指标
1、压控电压源二阶低通滤波器
线路连接好后，输入Ui=1V电压时，测得幅频特性几个参数如下表：
频率f（Hz）
337
1000
2471
2846
截止频率
4125
9064
电压U（V）
2.5
2.3
1.8
1.5
1.1
0.3
2、无限增益多路反馈二阶高通滤波器
线路连接好后，输入Ui=1V电压时，测得幅频特性几个参数如下表：
频率f（Hz）
92
476
1000
1481
截止频率
1965
2781
电压U（V）
2.2
3.6
3.8
3.8
3.2
3.0
四、误差分析
实验所得数据与计算所得比较，容易发现阻带衰减速率及放大倍数非常吻合误差，极小，且符合性能指标要求，因此此实验达到预期效果。
五、心得体会
通过此次实验，我进一步理解及掌握了多级放大电路和滤波的知识，并且提高了自身的动手能力，理论和实践相结合才能把实验做好，才能把模拟电子技术学好，只有这样才有更好的提升！
感谢学院给我们这次宝贵的实践机会，让我从实验中获取更多更有用的东西！
！
！
课题三函数发生器
1课程设计的目的和设计的任务
1.1设计目的
1．掌握电子系统的一般设计方法
2．掌握模拟IC器件的应用
3．培养综合应用所学知识来指导实践的能力
4．掌握常用元器件的识别和测试
5．熟悉常用仪表，了解电路调试的基本方法
1.2设计任务
方波——三角波——正弦波函数信号发生器
1.3课程设计的要求及技术指标
1．设计、组装、调试函数发生器
2．输出波形：
正弦波、方波、三角波且尽量好
3．频率范围：
在100－10KHz范围内可调；
4．输出电压：
方波UＰ－Ｐ≤24V，三角波UＰ－Ｐ＝6V，正弦波UＰ－Ｐ>1V；
2．函数发生器原理框图及各组成部分原理
2.1原理框图
2.2各组成部分的工作原理
方波发生电路的工作原理
此电路由反相输入的滞回比较器和RC电路组成。
RC回路既作为延迟环节，又作为反馈网络，通过RC充、放电实现输出状态的自动转换。
设某一时刻输出电压Uo=+Uz,则同相输入端电位Up=+UT。
Uo通过R3对电容C正向充电，如图中实线箭头所示。
反相输入端电位n随时间t的增长而逐渐增高，当t趋于无穷时，Un趋于+Uz；但是，一旦Un=+Ut,再稍增大，Uo从+Uz跃变为-Uz,与此同时Up从+Ut跃变为-Ut。
随后，Uo又通过R3对电容C反向充电，如图中虚线箭头所示。
Un随时间逐渐增长而减低，当t趋于无穷大时，Un趋于-Uz；但是，一旦Un=-Ut,再减小，Uo就从-Uz跃变为+Uz，Up从-Ut跃变为+Ut，电容又开始正相充电。
上述过程周而复始，电路产生了自激振荡。
工作原理如下：
若a点断开，运算发大器A1与R1、R2及R3、RP1组成电压比较器，C1为加速电容，可加速比较器的翻转。
运放的反相端接基准电压，即U-=0，同相输入端接输入电压Uia，R1称为平衡电阻。
比较器的输出Uo1的高电平等于正电源电压+Vcc，低电平等于负电源电压-Vee（|+Vcc|=|-Vee|）,当比较器的U+=U-=0时，比较器翻转，输出Uo1从高电平跳到低电平-Vee,或者从低电平Vee跳到高电平Vcc。
设Uo1=+Vcc,则
将上式整理，得比较器翻转的下门限单位Uia-为
若Uo1=-Vee,则比较器翻转的上门限电位Uia+为
比较器的门限宽度
由以上公式可得比较器的电压传输特性
a点断开后，运放A2与R4、RP2、C2及R5组成反相积分器，其输入信号为方波Uo1，则积分器的输出Uo2为
时，
时，
可见积分器的输入为方波时，输出是一个上升速度与下降速度相等的三角波，其波形关系下图所示。
a点闭合，既比较器与积分器首尾相连，形成闭环电路，则自动产生方波-三角波。
三角波的幅度为
方波-三角波的频率f为
三角波——正弦波的变换电路主要由差分放大电路来完成。
差分放大器具有工作点稳定，输入阻抗高，抗干扰能力较强等优点。
特别是作为直流放大器，可以有效的抑制零点漂移，因此可将频率很低的三角波变换成正弦波。
波形变换的原理是利用差分放大器传输特性曲线的非线性。
分析表明，传输特性曲线的表达式为：
式中
——差分放大器的恒定电流；
——温度的电压当量，当室温为25oc时，UT≈26mV。
如果Uid为三角波，设表达式为
式中 Um——三角波的幅度；
T——三角波的周期
3.电路的参数选择及计算
1.方波-三角波中电容C1变化
实物连线中，我们一开始很长时间出不来波形，后来将C2从10uf（理论时可出来波形）换成0.1uf时，顺利得出波形。
实际上，分析一下便知当C2=10uf时，频率很低，不容易在实际电路中实现。
2.三角波-正弦波部分
比较器A1与积分器A2的元件计算如下。
由式（3-61）得
即
取
，则
，取
，RP1为47KΩ的点位器。
区平衡电阻
，由式（3-62）
即
当
时，取
，则
，取
，为100KΩ电位器。
当
时，取
以实现频率波段的转换，R4及RP2的取值不变。
取平衡电阻
。
三角波—>正弦波变换电路的参数选择原则是：
隔直电容C3、C4、C5要取得较大，因为输出频率很低，取
，滤波电容
视输出的波形而定，若含高次斜波成分较多，
可取得较小，
一般为几十皮法至0.1微法。
RE2=100欧与RP4=100欧姆相并联，以减小差分放大器的线性区。
差分放大器的几静态工作点可通过观测传输特性曲线，调整RP4及电阻R*确定。
3.3总电路图
三角波-方波-正弦波函数发生器实验电路
先通过比较器产生方波，再通过积分器产生三角波，最后通过差分放大器形成正弦波图
4电路的安装与调试
1．方波-三角波发生器的装调
由于比较器A1与积分器A2组成正反馈闭环电路，同时输出方波与三角波，这两个单元电路可以同时安装。
需要注意的是，安装电位器RP1与RP2之前，要先将其调整到设计值，如设计举例题中，应先使RP1=10KΩ,RP2取（2.5-70）KΩ内的任一值,否则电路可能会不起振。
只要电路接线正确，上电后，UO1的输出为方波，UO2的输出为三角波，微调RP1,使三角波的输出幅度满足设计指标要求有，调节RP2，则输出频率在对应波段内连续可变。
2．三角波---正弦波变换电路的装调
按照总电路图所示电路，装调三角波—正弦波变换电路，其中差分发大电路可利用课题三设计完成的电路。
电路的调试步骤如下。
（1）经电容C4输入差摸信号电压Uid=50v，Fi=100Hz正弦波。
调节Rp4及电阻R*,是传输特性曲线对称。
在逐渐增大Uid。
直到传输特性曲线形状入图所示，记下次时对应的Uid即Uidm值。
移去信号源，再将C4左段接地，测量差份放大器的静态工作点I0,Uc1,Uc2,Uc3,Uc4.
（2）Rp3与C4连接，调节Rp3使三角波俄输出幅度经Rp3等于Uidm值，这时Uo3的输出波形应接近正弦波，调节C6大小可改善输出波形。
如果Uo3的波形出现如所示的几种正弦波失真，则应调节和改善参数，产生是真的原因及采取的措施有；
1）钟形失真如图（a）所示，传输特性曲线的线性区太宽，应减小Re2。
2）半波圆定或平顶失真如图（b）所示，传输特性曲线对称性差，工作点Q偏上或偏下，应调整电阻R*.
3）非线性失真如图（C）所示，三角波传输特性区线性度差引起的失真，主要是受到运放的影响。
可在输出端加滤波网络改善输出波形。
（3）性能指标测量与误差分析
1）放波输出电压Up—p《=2Vcc是因为运放输出极有PNP型两种晶体组成复合互补对称电路，输出方波时，两管轮流截止与饮和导通，由于导通时输出电阻的影响，使方波输出度小于电源电压值。
2）方波的上升时间T，主要受预算放大器的限制。
如果输出频率的限制。
可接俄加速电容C1，一般取C1为几十皮法。
用示波器或脉冲示波器测量T
3.总电路的安装与调试
1.把两部分的电路接好，进行整体测试、观察
2.针对各阶段出现的问题，逐各排查校验，使其满足实验要求，即使正弦波的峰峰值大于1V。
5电路的实验结果
5.1方波---三角波发生电路的实验结果（1KHz波形图方波U《24V三角波U=5V）
5.2三角波---正弦波转换电路的实验结果（1KHz波形图正弦波U=1.2V）
6.心得体会
本学期的模拟电子课程设计已经结束了，在实验当中，我们遇到了不少问题，尤其是我和田四通班长在做RC有源滤波器这个实验中，那个三角波很难调成正弦波，最后还是通过李老师的不断调试，我们的电路才做好了！
还有波形失真，甚至不出波形这样的问题。
在老师和同学的帮助下，把问题一一解决了。
再次感谢老师和同学们让我学习到了更多更有用的模电知识！
7.参考文献
童诗白主编．模拟电子技术基础（第四版）．北京：
高教出版社，2006
升级会员 