模拟电子课程设计.docx

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模拟电子课程设计

1.1模拟电子技术课程设计题选

一、可编程放大器设计

简要说明：

放大器的放大倍数一般可以通过电位器调节。

在自动控制系统中，有时希望用计算机的指令来改变放大倍数，本题提出的任务就是属于这种情况。

设计任务和要求：

设计并制作一个可编程放大器，其要求如下：

1．电压放大倍数由计算机的指令给定，即计算机通过数据线将BCD码N（8bit）送给数据锁存器（它是可编程放大器的一部分，其地址码由设计者选定）后，放大器的输出电压与输入电压符合下列函数关系：

直到计算机给它送来新的数据以前，在温度等因素不变的条件下，这个函数关系保持不变。

2．电压放大倍数的实际值与上述函数关系中的N之差的绝对不超过

，其条件是：

⑴1≤N≤99；

⑵vO的绝对值在1V至10V范围以内；

⑶温度在100C至300C范围内；

⑷vI是变化缓慢的直流信号；

3．输入电阻不小于100MΩ。

提示：

可将8只加权电阻分别与8只开关（它们的通断状态由数据锁存器的输出控制）相串联，再把这8条支路并联起来，作为反相比例电路中的电阻，便可构成基本的可编程放大器。

二、可编程直流电源设计

简要说明：

在自动控制系统中，有时需要一种由计算机指令设置输出电压大小的直流稳压电源，通常将这种电源称为可编程直流稳压电源。

它的输出电压VO与计算机送到特定地址的数据N之函数关系是

其中

是比例系数。

计算机的输出指令可用数码锁存器代替。

为了避免因稳压电路故障而损坏计算机，可用光电耦合器实现电隔离。

设计任务和要求：

1．当数码寄存器给出一个数据N后，该电源的输出电压值为

其中N是8位的BCD码数据，即N是小于100的正整数或零，V0的单位为伏特。

2．在数码寄存器送出新的数据以前，该电源的输出电压变化量之绝对值不超过20mV，其条件是：

⑴交流电网电压的有效值在190V至250V范围内；

⑵输出电流在0至100mA范围内;

⑶环境温度在100C至350C范围内；

3．输出电压的实际值与按

计算得出的理论值之误码差的绝对值不超过0．1V；

三、温度测量与控制电路设计

1．设计任务与要求

在工农业生产和科学研究中，经常需要对某一系统的温度进行测量，并能自动地控制、调节该系统的温度。

要求：

⑴被测温度和控制温度均可数字显示；

⑵测量温度为0~1200C，精度为±0．50C；

⑶控制温度连续可调，精度±1OC；

⑷温度超过额定值时，产生声、光报警信号。

2．总体方案设计

设计思路

（1）对温度进行测量、控制并显示，首先必须将温度的度数（非电量）转换成电量，然后采用电子电路实现题目要求。

可采用温度传感器，将温度变化转换成相应的电信号，并通过放大、滤波后送A/D转换器变成数字信号，然后进行译码显示。

（2）恒温控制：

将要控制的温度所对应的电压值作为基准电压VREF，用实际测量值

与VREF进行比较，比较结果（输出状态）自动地控制、调节系统温度。

（3）报警部分：

设定被控温度对应的最大允许值Vmax，当系统实际温度达到此对应值Vmax时，发生报警信号。

（4）温度显示部分采用转换开关控制，可分别显示系统温度、控制温度对应值VREF，报警温度对应值Vmax。

3．参考原理框图

Vmax

VREF

LED

R

被测量控制

系统

温度传感器

放大器

低通滤波器

译码驱动显示电路

A/D转换器

执行机构

调温控制电路

比较器（Ⅰ）

扬声器或蜂鸣器

报警控制电路

比较器（Ⅱ）

S

⑴传感器可以采用铂电阻、精密电阻和电位器

组成测量电桥，电桥的输出电压作为运放构成的差动放大器双端输入信号，将信号放大后由低通滤波器将高频信号滤去。

如图3．1所示。

在0oC,调节

，使显示器显示0oC。

在50oC时，调节放大器的增益（调节电位器

），使显示器显示50oC。

注意放大的输出电压不允许大于A/D转换器的最大输入电压值。

⑵被测温度信号电压加于比较器（Ⅰ）与控制温度电压VREF进行比较，比较结果通过调温控制电路控制执行机构的相应动作，使被控系统升温或降温。

⑶当控制电路出现故障使温度失控时，使被控系统温度达到允许最高温度对应值

，用声、光报警电路发出警报，值班人员将采取相应的紧急措施。

⑷开关S1可分别闭合系统温度、控制温度电压VREF和报警温度电压

，通过A/D转换器将模拟量转换成数字量，显示器显示出相应的温度数值。

+

-

A

四、三极管β值数显式测量电路设计

说明：

三极管电流放大系数β可用晶体管特性图示仪测量，但存在读数不直观和误差大等缺点。

本题要求制作的三极管β值数显式测量电路用数码管和发光二极管显示出被测二极管的β值，从而读数直观，误差较小。

1．设计任务和要求

⑴可测量NPN硅三极管的直流电流放大系数β值（设β<200）。

测试条件如下：

①

允许误差为±2%。

②

，且对于不同β值的三极管，

的值基本不变。

⑵该测量电路制作好后，在测试过程中不需要进行手动调节，便可自动满足上述测试条件。

⑶用二只LED数码管和一只发光二极管构成数字显示器。

发光二极管用来显示最高位，它的亮状态和暗状态分别代表“1”和“0”，二只数码管分别用来显示拾位和个位，即数字显示器可显示不超过199的正整数和零。

⑷测量电路应设有E、B和C三个插孔。

当被测管插入插孔后，打开电源，显示器应自动显示出被测三极管的β值，响应时间不超过两秒钟。

⑸在温度不变（200C）的条件下，本测量电路的误差之绝对值不超过

，这里的

是数字显示器的读数。

⑹数字显示器所显示的数字应当清晰，稳定、可靠。

五、函数信号发生器设计

1．设计任务与要求

⑴设计并制作能产生正弦波、矩形波（方波）和三角波（锯齿波）的函数发生器，

本信号发生器可以考虑用专用集成芯片（如5G8038等）为核心实现。

⑵信号频率范围：

1Hz∽100kHz；

⑶　频率控制方式：

　　　　①手控通过改变RC参数实现；

②键控通过改变控制电压实现；

③为能方便地实现频率调节，建议将频率分档；

⑷输出波形要求

①方波上升沿和下降沿时间不得超过200nS，占空比在48%∽50%之间；

②非线性误差≤2%；

③正弦波谐波失真度≤2%；

⑸输出信号幅度范围：

0∽20V；

⑹信号源输出阻抗：

≤1Ω；

⑺应具有输出过载保护功能；

⑻具有数字显示输出信号频率和电压幅值功能。

六、设计一个自动量测啤酒等液体灌装流水线上成品瓶数的装置。

1．功能与要求

要求手控启动后从0开始由LED数码管显示其动态值。

在灌装生产线上，从灌装机出来的成品瓶是“排着队“立在传送带上的，并由传送带移动到包装处。

要量测传送带不断移动的玻璃瓶数，只要在靠近传送带边缘的外面选一个统计点，过一个瓶，产生一个计数信号，使计数器作加1计数。

由于玻璃瓶在传送带上的位置有随机性，因此靠接触式传感器产生计数信号比较困难。

比较方便的方法是采用光电转换。

在传送带两侧外面分别设置发光电路和光电转换，当瓶子移过发光器件和光接收器件间的光束时，由于瓶子的档光作用，使接收到的光强发生变化，从而使光电转换电路输出一个电压变化量

。

检测点每过一个瓶子，就会产生一次

，把这个电压变化量放大、整形，就能形成计数脉冲。

要克服下面问题：

⑴发送距离的问题；

⑵背景光的问题，克服误计数问题；

⑶瓶子抖动，产生重复计数问题；

七、数控直流稳压电源设计

设计一个数控直流稳压电源

1．功能与主要技术指标

⑴输出电压：

0∽9．9V步进可调，调整步距0．1；V

⑵输出电流：

≤500mA；

⑶精度：

静态误差≤1%FSR，纹波≤10mV；

⑷显示：

输出电压值用LED数码管显示；

⑸电压调整：

由“+”、“-”两键分别控制输出电压的步进增减；

⑹输出电压预置：

输出电压可预置在0∽9．9V之间的任意一个值；

⑺其它：

自制电路工作所需的直流稳压电源，输出电压为±15V，+5V；

2．数控直流稳压电源组成框图之一

操作人员通过按键对系统发出电压调整指令，该指令与输出电路的状态信号一起送入数控部分电路，经过处理后产生符合指令要求的输出电压信号，并经输出电路功率驱动后输出。

当输出电路的输出电流超过极限值时，由过流保护电路产生的信号送入数控电路，关闭系统的电压输出，对系统的输出电路进行保护。

另外，数控部分还产生显示信息送入显示电路，将输出电压或其它信息报告给操作人员。

按键

过流保护

输出电路

数控部分

电路

自制稳压

电源

显示电路

提示：

⑴用可预置的加减计数器和D/A实现电压预置和电压步进控制；

⑵用集成运放实现功率扩展或用三端集成稳压电源；

⑶可用电压比较器实现过流控制；

八、数控信号源设计

设计并制作一个数控信号源电路

1．功能与主要技术指标

⑴信号频率：

20Hz∽20kHz，步进调整，调整步距为1Hz；

⑵频率稳定度：

优于10-4；

⑶信号输出幅度：

0．1V∽3．0V步进调整，调整步距为0．1V；

⑷显示电路：

用5位数码管显示输出信号频率，二位数码管显示信号输出幅度；

⑸信号波形要求：

①正弦波信号：

输出信号的谐波失真系数≤3%；

②三角波信号：

波形要求为等腰三角形，其非线性系数≤2%；

③矩形波信号：

信号的上升和下降时间≤1μS；平顶降落≤5%；占空比2%∽98%

范围内步进可调，调整步距为2%。

2．系统组成框图之一

输出

振荡电路

波形调节

输出电路

频率调节与指示

幅度调节与指示

频率调节电路接收操作人员的指令，改变振荡电路的输出频率，该信号经波形调节电路处理成各种波形信号，送入输出电路，最后经幅度调节电路后输出。

提示：

①应用集成函数发生器ICL8038产生振荡信号；

②ICL8038进行频率调节与频率指示；

③波形用模拟开关进行切换；

④用程控放大器实现输出信号幅度的调节；

九、音响系统放大器设计

1．一般说明：

音响系统中的放大器决定了整个音响系统放音的音质、信噪比、频率响应以及音响输出功率的大小。

高级音响中的放大器通常分为前置放大器和功率放大及电源等两大部分。

前置放大器又可分为信号前置放大器和主控前置放大器。

信号前置放大器的作用是均衡输入信号并改善其信噪比；主控前置放大器的功能是放大信号、控制并美化音质；功率放大器及电源部分的主要功能是提供整机电源及对前置放大器来的信号作功率放大以推动扬声器。

其组成框图如图所示：

均衡放大器

话筒放大器

音调控制放大器

噪声滤波器

功率放大器

电源

信号前置放大器

主控前置放大器

唱机

话筒

调谐器

扬声器

平

衡

调

节

音量调节

2．设计任务：

设计一个音响系统放大器。

具体要求如下：

⑴负载阻抗

；

⑵额定功率

；

⑶带宽

≥

；

⑷失真度

；

⑸音调控制低音（100Hz）±12dB;

高音（10kHz）±12dB;

⑹频率均衡特性符合RIAA标准；

⑺输入灵敏度话筒输入端≤5mV;

调谐器输入端≤100mV;

⑻输入阻抗Ri≥500kΩ;

⑼整机效率η≥50%；

十、设计一个电子音乐门铃

设计一个可以演奏乐曲的红外线遥控电子门铃，其原理框图如图所示：

按键

红外发送器

红外接收器

音乐及逻辑电路

放大器

1．