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數(shù)據(jù)放大器與集成直流穩(wěn)壓電源設(shè)計(jì) 模擬數(shù)字電路課設(shè)報(bào)告

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ID:361434 發(fā)表于 2018-6-28 23:16 | 只看該作者 回帖獎(jiǎng)勵(lì) |倒序?yàn)g覽 |閱讀模式
模擬電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)報(bào)告

目錄
設(shè)計(jì)課題   設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)放大器              3
設(shè)計(jì)課題二   設(shè)計(jì)集成直流穩(wěn)壓電源        10

設(shè)計(jì)課題設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)放大器
  • 設(shè)計(jì)指標(biāo)及要求
            
一、數(shù)據(jù)放大器
     60dB                           
二、RC有源濾波器
帶外衰減速率大于-30dB/10倍頻
三、差分放大器
            
  • 設(shè)計(jì)方案
一、數(shù)據(jù)放大器基本結(jié)構(gòu)如圖1-1所示,分為兩個(gè)部分:(橋式電路)差分放大器、RC有源濾波器。
  
                 1-1
二、具體設(shè)計(jì)方案如圖1-2所示。
①橋式電路:
交流源通過(guò)橋式電路,各電阻分壓產(chǎn)生差模信號(hào)輸入到放大電路進(jìn)行放大。
②差分放大器:
如圖1-3所示,兩級(jí)差分放大器,第一級(jí)是電壓串聯(lián)負(fù)反饋,類似儀用放大器,雙端輸入,雙端輸出,提高共模抑制比,并有一定的差模電壓放大。第二級(jí)為差動(dòng)式輸出,雙端輸入,單端輸出,從而實(shí)現(xiàn)電壓放大。
                     1-3
③RC有源濾波器
如圖1-4,為RC有源濾波器,RC電路通過(guò)低通濾波以實(shí)現(xiàn)整流作用,對(duì)輸出波形穩(wěn)定的信號(hào)有著重要的作用。在本次電路設(shè)計(jì)中,運(yùn)用了同相輸入運(yùn)算放大器,同向運(yùn)放具有輸入阻抗高,輸出阻抗低的特點(diǎn)。
其閉環(huán)增益為               
截止頻率
              1-4
  • 電路原理及估算結(jié)果
①橋式電路
交流源通過(guò)橋式電路,各電阻分壓產(chǎn)生差模信號(hào),
=*    =*
故選擇R1=1.2kΩ  R3=1.2kΩ  R2=2kΩ   R5=1.2kΩ
②差分放大電路
本實(shí)驗(yàn)需要四個(gè)運(yùn)算放大器,因此我們選擇包含四個(gè)運(yùn)放的集成運(yùn)算放大器LM324.如圖1-5所示。
             1-5
兩級(jí)差分放大器中,為避免失真,第一級(jí)的增益=1+
不宜過(guò)大,因此選用
R13=R16=1.5kΩ   R14=100Ω
第二級(jí)增益= ,因此選用
R4=R9=100Ω     R10=R12=2kΩ
兩級(jí)差分放大器總增益為=(1+)*
③RC有源濾波器
截止頻率                =1KHZ
因此選擇 R6=R8=15.9KΩ  C1=C2=0.01uF
放大倍數(shù)=
因此選擇 R7=R11=10KΩ
根據(jù)以上參數(shù),選擇相應(yīng)元件
  • 硬件調(diào)試過(guò)程和測(cè)試指標(biāo)
1)電路搭接與儀器調(diào)試  
依據(jù)原理圖在面包板上搭接實(shí)驗(yàn)電路,確認(rèn)連接無(wú)誤后接通電源測(cè)試。
2)性能參數(shù)測(cè)試
2.1差模增益的測(cè)量
函數(shù)信號(hào)發(fā)生器產(chǎn)生一個(gè)交流信號(hào),經(jīng)過(guò)橋式電路,根據(jù)電阻的分壓能夠產(chǎn)生一個(gè)差模信號(hào)。電路由差分放大電路以及有源濾波器兩部分組成,兩部分都有放大差模信號(hào)的能力。分別測(cè)量?jī)杉?jí)的差模增益。
測(cè)量步驟:使函數(shù)信號(hào)產(chǎn)生一個(gè)有效值10mV,頻率100Hz的正弦交流信號(hào),加在橋式電路的輸入端。使用交流毫伏表測(cè)量橋式電路輸出端差模信號(hào)值Vo1,繼續(xù)測(cè)量有源濾波器的輸出端差模信號(hào)值Vpp。
差模增益即=
測(cè)試結(jié)果:
=21.2/0.01=2120db
2.1測(cè)量截止頻率
將有效值10mV,頻率100Hz的正弦交流信號(hào)接到輸入端,調(diào)節(jié)交流信號(hào)頻率,逐漸增大頻率至波形失真,記錄此時(shí)的輸入信號(hào)頻率。
測(cè)得截止頻率f=995HZ  Vpp’ =12.6
2.2帶外衰減速率測(cè)量
將有效值10mV,頻率10kHz的正弦交流信號(hào)接到輸入端,此時(shí)輸出電壓Vpp’’=200v
帶外衰減速率===63>30db
2.2共模抑制比的測(cè)量
共模增益是差模增益與共模增益的比值。共模增益是指差分放大電路輸入共模信號(hào),電路輸出端的輸出信號(hào)的比值。
測(cè)試結(jié)果:Vpp’’’=0.73v
=20lg||>60db
  • 實(shí)驗(yàn)儀器、參考文獻(xiàn)
集成運(yùn)算放大器
LM324
1
電阻1
100Ω
3
電阻2
1.2kΩ
3
電阻3
1.5kΩ
2
電阻4
2kΩ   
3
電阻5
16kΩ
2
電阻6
10kΩ
2
函數(shù)信號(hào)發(fā)生器
1
直流穩(wěn)壓源
1
萬(wàn)用表
1
  • 工作總結(jié)及心得體會(huì)
與設(shè)計(jì)課題二相比,這個(gè)實(shí)驗(yàn)較復(fù)雜,我們?cè)谠O(shè)計(jì)中花費(fèi)的精力也更多。一開(kāi)始我們對(duì)如何設(shè)計(jì)電路毫無(wú)頭緒,也參考了很多相關(guān)書籍。之后漸漸理清了思路,明確了電路每一部分要達(dá)到的目的,由此我們?cè)O(shè)計(jì)出了初步的電路設(shè)計(jì)稿,并進(jìn)行了結(jié)果預(yù)測(cè)和估算。在實(shí)際操作中,我們知道了如何測(cè)量各個(gè)指標(biāo),但是也發(fā)現(xiàn)了一些電路中存在的問(wèn)題。比如,我們一開(kāi)始運(yùn)行電路時(shí)發(fā)現(xiàn)輸出沒(méi)有正弦信號(hào),于是我們開(kāi)始排查,在哪一部分出現(xiàn)了問(wèn)題,結(jié)果發(fā)現(xiàn)在橋式電路輸出端就無(wú)法檢測(cè)到正弦波,進(jìn)一步用測(cè)量發(fā)現(xiàn)有接觸不良的問(wèn)題。經(jīng)過(guò)一些調(diào)整,電路終于設(shè)計(jì)成功。這次實(shí)驗(yàn)也讓我學(xué)會(huì)了如何自查電路問(wèn)題,以及復(fù)雜電路的設(shè)計(jì)。
設(shè)計(jì)課題二設(shè)計(jì)集成直流穩(wěn)壓電源
  • 設(shè)計(jì)指標(biāo)及要求
已知條件 集成穩(wěn)壓器CW317
  • 設(shè)計(jì)方案
直流穩(wěn)壓電源一般由電源變壓器、整流電流、濾波電路組成。在設(shè)計(jì)方案中
            2-1
            2-2
  • 如圖2-1所示首先選用合適的電源變壓器將電網(wǎng)電壓降到所需要的電壓值
電源變壓器:將交流電網(wǎng)電壓U1變?yōu)楹线m的交流電壓。本實(shí)驗(yàn)中應(yīng)使電壓通過(guò)變壓器,下降至20V左右。
  • 降壓后的交流電壓通過(guò)整流電路變換為單向脈動(dòng)電壓。運(yùn)用橋式電路之所以能整流是因?yàn)樗麄兌季哂袉蜗驅(qū)щ姷墓残浴?/font>
橋式整流電路:將交流電壓U2變?yōu)橹绷麟妷篣3。橋式整流屬于全波整流,它不是利用副邊帶有中心抽頭的變壓器,而是用四個(gè)二極管接成電橋形式,使在電壓V2的正負(fù)半周均有電流流過(guò)負(fù)載,在負(fù)載形成單方向的全波脈動(dòng)電壓。
            2-3
  • 整流后的電壓再經(jīng)過(guò)濾波器減小其脈動(dòng)程度以符合負(fù)載的需要。濾波電路作用是把脈動(dòng)電壓中大部分紋波加以濾除得到較平滑的直流電壓。將脈動(dòng)直流電壓U3轉(zhuǎn)變?yōu)槠交闹绷麟妷篣4。整流電路輸出波形中含有較多的紋波成分,與所要求的波形相去甚遠(yuǎn)。所以通常在整流電路后接濾波電路以濾去整流輸出電壓的紋波。濾波電路常有電容濾波,電感濾波和RC濾波等。本實(shí)驗(yàn)中就采用電容濾波電路
  • 將濾波后的直流電壓通過(guò)穩(wěn)壓電路以得到穩(wěn)定的直流輸出電壓。穩(wěn)壓電路的作用是在交流電源電壓波動(dòng)或負(fù)載變動(dòng)時(shí)使直流輸出穩(wěn)定。
  • 電路原理及估算結(jié)果
將電路進(jìn)行仿真計(jì)算,仿真計(jì)算結(jié)果如圖2-4所示。
        2-4
  • 硬件調(diào)試過(guò)程和測(cè)試指標(biāo)
首先應(yīng)在變壓器的輸出端接入保險(xiǎn)絲,以防電路短路損壞變壓器或其他器件,選擇保險(xiǎn)絲的熔斷電為1A。
對(duì)于穩(wěn)壓電路則主要測(cè)試集成穩(wěn)壓器是否能正常工作。其輸入端加直流電壓Vi 12V,調(diào)節(jié)RP1,輸出電壓Vo隨之變化,說(shuō)明穩(wěn)壓電路正常工作。
整流濾波電路主要注意檢查整流二極管是否接反,安裝前應(yīng)該先用萬(wàn)用表測(cè)量其正反向電阻。接入電源變壓器,整流輸出電壓Vi應(yīng)為正。
斷開(kāi)交流電源,將整流濾波電路與穩(wěn)壓電路相連接,再接通電源,輸出電壓Vo為規(guī)定值,說(shuō)明各級(jí)電路均正常工作,可以進(jìn)行各項(xiàng)性能指標(biāo)的測(cè)試。 硬件電路連接圖如2-5所示:
         2-5
測(cè)試結(jié)果如圖:
  • 實(shí)驗(yàn)儀器、參考文獻(xiàn)
T
變壓器
1
D1 D2 D3 D4
二極管1N4001
4
C1
2200uF
2
C2
10uF
2
Rp1
電位器4.7KΩ
1
R1
240Ω
1
U
三端穩(wěn)壓器LM317
1
自耦變壓器
1
  • 參考文獻(xiàn):
  • 謝自美. 電子線路設(shè)計(jì).實(shí)驗(yàn).測(cè)試. 武昌: 華中理工大學(xué)出版社
章忠全. 電子技術(shù)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)與課程設(shè)計(jì). 北京: 中國(guó)電力出版社
6、工作總結(jié)及心得體會(huì)
相對(duì)于實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)一,設(shè)計(jì)二比較簡(jiǎn)單,設(shè)計(jì)過(guò)程也還算順利。我們很快就設(shè)計(jì)好了電路,進(jìn)行調(diào)整后,又進(jìn)行了仿真計(jì)算,仿真結(jié)果也符合課題標(biāo)準(zhǔn)。在組裝電路過(guò)程中,一開(kāi)始我們操作不熟練,在面包板上搭電路前,沒(méi)有合理布局,導(dǎo)致后來(lái)線路混亂,沒(méi)有地方搭了,只能拆掉重裝。在成功組裝電路并檢查后,我們接通電源。發(fā)現(xiàn)調(diào)節(jié)電位器,輸出電壓沒(méi)有變?cè)挕J紫任覀冋J(rèn)為可能是電位器斷路,在用萬(wàn)用表測(cè)試后發(fā)現(xiàn)并沒(méi)有斷路,而是電位器接入電路的引腳不對(duì),經(jīng)過(guò)調(diào)整,電路終于可以正常運(yùn)行,輸出值也達(dá)到了標(biāo)準(zhǔn)。從這次實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)中,我學(xué)習(xí)到了嚴(yán)謹(jǐn)認(rèn)真的實(shí)驗(yàn)態(tài)度。


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