PID课程设计积分微分比例运算电路.docx

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PID课程设计积分微分比例运算电路

模拟电路课程设计报告

设计课题：

积分、微分、比例运算电路

专业班级：

电信（本）

学生姓名：

XXX

学　　号：

　080802070　　　　　　　　　

指导教师：

曾祥华

设计时间：

2009.1.13

积分、微分、比例运算电路

一、设计任务与要求

1．设计一个可以同时实现积分、微分和比例功能的运算电路。

；

2．用开关控制也可单独实现积分、微分或比例功能；

3．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（±12V）。

二、方案设计与论证

要能实现积分、微分和比例功能，必须要有比例、积分和微分三个单独的实现电路组成。

方案一

原理图：

方案二

原理图：

选择方案二的理由：

方案一电路过于繁杂，器件用量多，花费大，焊接量多，而方案二电路克服了上述缺点，故选用方案二。

三、单元电路设计与参数计算

1、桥式整流电容滤波集成稳压块正负直流电源电路

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（±12V）

（1）原理：

直流源的制作由四部分组成：

电源变压器，整流电路，滤波电路及

稳压电路。

变压器部分通过变压器降压使得进入整流的电压减小；整流道路部分利用二极管的单向导电性实现交流电压到直流电压的转变，即将正弦波电压转换为单一

方向的脉冲电压；滤波部分采用大电容，利用电容的充放电作用使输出电压趋于平滑；稳压通过稳压管的稳压作用使输出直流电压基本不受电网电压波动和负载电阻变化的影响。

其流程图为：

（2）参数设计：

直流电源：

1）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24V，由现有的器材可选变压后副边电压u2为30V的变压器。

2）整流输出电压的平均值：

。

3）设变压器副边线圈的输出电压为

，在vi的正半周，vL=v2，所以

。

4）在选择整流二极管时，主要考虑两个参数，即最大整流电流和反向击穿电压。

每个二极管的平均电流为

且 

   。

5）滤波电路需采用大电容来实现充放电，故选C1=C2=3300UF,C3与C4用于消除自激振荡，选小电容0.1UF,C5与C6用于消除高频信号带来的噪音，令C5=C6=220UF。

负载选0.5K的电阻。

2、积分、微分和比例运算电路

（1）比例运算电路

根据“虚地”，有：

uN=uP=0

根据“虚断”，有：

iP=iN=0

iR=iF=0

（uI-uN）/R=（uN-uO）/Rf

uO=-RfuI/R

uo=-50uI

（R=R′=2k,Rf=100k）

2.积分运算电路：

根据“虚地”，有：

uN=uP=0

ic=iR=uI/R

uO=-uC

uO=-1/C∫iCdt=-1/RC∫uIdt

uO=-1/RC∫t1t2uIdt+uO（t1）

uO=-1/RCu1（t2-t1）+uO（t1）（R=2k,Rf=1k,R′=2k,C=0.22uF）

微分运算电路：

根据“虚地”和“虚断”，有：

uN=uP=0

uC=uI

iR=iC=CduI/dt

uO=-iRR=-RCduI/dt（R=100k,R1=2k,R′=2k,C=0.22uF,C=0.1uF）

四、总原理图及元器件清单

1．总原理图

（1）

（2）比例、积分和微分运算电路：

2．元件清单

（1）直流电源

元件序号

型号

主要参数

数量

备注

C

3300Uf（2个）0.47Uf（2个）

220Uf（2个）1Uf（2个）

8

二极管

4007

6

78xx

7812

1

79xx

7912

1

变压器

30V

1

R

1K

4

发光二极管

2

两红

（2）比例、积分和微分运算电路

元件序号

型号

主要参数

数量

备注

R1

100KΩ

1

R2

2KΩ

2

R3

1KΩ

2

C1

0.1uF

1

C2

0.22uF

2

放大集成块

uA741

1

稳压二极管

2

五、安装与调试

1、安装

按照总原理图将元器件正确安装在电路板上，焊接时应注意布局要合理，分清7812、7819和三极管的管脚，注意不要虚焊。

2、调试过程

桥式整流电容滤波集成稳压块正负直流电源电路的调试过程：

电源电路由于元件少，线路简单，所以应力求保证连线正确。

三端稳压器要检查三个脚不能接错。

7812系列和79121，2脚连线刚好相反，切忌弄错。

滤波电解电容一定要分清正负极性，否则会产生爆炸。

一般是正端接高电位，负端接低电位。

接通电源后，首先静态几分钟，如无异常，无怪味，方可进入测试。

否则应断开电源，排除故障。

电路无故障，测量相应点波形，一般为变压器输出大小，整流滤波输出或稳压器输入电压大小，最后输出电压大小。

（2）积分微分比例运算电路的调试过程：

电路夹子比较多，首先要合理布局电路易于快速找出比例、积分和微分电路。

在做比例运算电路时，首先调试输入电压为60mv，正确连接好电路后观察输出电压看有无放大，然后观察示波器输入与输出波形有无反向。

在做积分电路时，正确连接号电路后观察输入输出波形是否对应，在输入为方波时输出是否为三角波。

在做微分电路时，正确连接好电路后观察输入输出波形是否对应，在输入为方波时输出是否为尖顶波。

六、性能测试与分析

1.桥式整流电容滤波集成稳压块正负直流电源电路的测试及分析：

测试的数据：

变压器的副边电压：

U1=+14.4V,U2=-14.6V，Uo=29V

滤波后的电压:

U+=+18.9V,U-=-19.6V

7812和7912输入电压：

U+=+19.6V,U-=-19.6V

7812和7912输出电压：

Uo+=+11.8V,Uo-=-12V

数据处理：

变压器副边：

Uo理=30V，相对误差=（30-29）/30×100℅=3.33℅

U1理=15V,相对误差=（15-14.4）/15×100℅=4℅

U2理=15V,相对误差=（15-14.6）/15×100℅=2.67℅

滤波电压：

U+理1=1.2U2=1.2×15=18VU-理2=-18V

Uo1相对误差=（18-18.9）/18×100℅=5℅

Uo2相对误差=（-18+19.6）/18×100℅=8.89℅

稳压电压：

7812η4=|11.8-12|/12*100%=1.67%

7912η5=|-12+12|/12*100%=0%

2.比例、积分和微分运算电路：

①比例运算电路：

测得Ui=60.2mVUo=-2.991V

Au=-49.68Au理=-50Au相对误差=（-49.68+50）/50*100℅=0.64℅

②积分运算电路：

VPP1=1.7*0.1mV=0.17mV,VPP2=0.8*0.1mV=0.08mV

③微分运算电路：

VPP1=1.6*0.1mV=0.16mV,VPP2=1.0*0.2mV=0.2mV

七、结论与心得

结论:

在比例运算电路中,输入60mV,输出-2.991V，电压放大倍数-49.68，相对误差0.64％在误差允许范围之内；

在积分运算电路中，输入为方波时输出为变形三角波；

在微分运算电路中，输入为方波时输出为变形三角波。

心得：

在实验当中遇到了一些困难，在比例运算电路中开始电路有放大但后来无放大，结果发现uA741坏了，换了一个之后有放大且结果正确；在积分运算电路中输出波形为变形三角波，本应为三角波，主要是没有用电位器；在微分运算电路中输出波形为变形三角波，本应为尖顶波，主要是没有用电位器。

参考文献

1．谢自美《电子线路设计、实验、测试》华中理工大学出版社。

2．毕满清《电子技术试验与课程设计》机械工业出版社。

3.童诗白、华成英《模拟电路技术基础》第四版高等教育出版社。

　　4.华东理工电子学教研室《电子技术基础》高等教育出版社。

5.王远主编《模拟电子技术》机械工程出版社。

物理与电子信息学院模拟电路课程设计成绩评定表

专业：

电子信息工程班级：

08电信本学号：

姓名：

XXX

课题名称

积分、微分、比例运算电路

设计任务与要求

1．设计一个可以同时实现积分、微分和比例功能的运算电路。

；

2．用开关控制也可单独实现积分、微分或比例功能；

3．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（±12V）。

设计报告成绩

评分标准：

有合理的方案设计和论证、电路参数的计算、总原理图和清单。

（0-20分）

电路板制作、调试规范，有详细制作和调试过程。

（0-10分）

电路板测试合理，对性能指标测试数据完整，正确；进行数据处理规范，进行了误差计算和误差分析。

（0-15分）

对课程设计进行了总结，有体会，并能提出设计的改进、建设性意见。

（0-5分）

设计报告成绩：

电子

作品成绩

评分标准：

电路正确，能完成设计要求提出的基本功能。

（0-30分）

电路板焊接工艺规范，焊点均匀，布局合理。

（0-20分）

（其中直流电源部分占20%，功能部分80%）

电子作品成绩：

课程设计成绩

总成绩：

指导教师：

　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　年月日

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