模電電路設(shè)計題及multisim仿真_圖文

1、電路設(shè)計一、設(shè)計V I /變換電路,實(shí)現(xiàn)mA 2的電流信號轉(zhuǎn)換為V 5的電壓信號。1、電路圖與仿真結(jié)果:如圖一, 圖一2、電路說明:電路中使用了最簡單常見的運(yùn)放LM324系列,電路結(jié)構(gòu)簡單,可以廣泛應(yīng)用,如果對精度要求更高,可以選用精密運(yùn)放,如OPA 系列的運(yùn)放。電路原理簡單,由理想運(yùn)放的虛斷特性,mA i f 2i i =,由虛短特性0u =P N u ,所以V R i f o 5u 2-=-=,從而實(shí)現(xiàn)了將mA 2的電流信號轉(zhuǎn)換為V 5的電壓信號。3、參數(shù)確定方法:根據(jù)2R i u i o -=,要求輸入A m 2的電流輸出V 5的電壓,可以確定=k 5.22R 。4、分析總結(jié):由于輸出電

2、壓僅與i i 和2R 有關(guān),改變2R 電路就可以實(shí)現(xiàn)不同電流型號轉(zhuǎn)化為要求的電壓信號。同時由于不同場合條件不同,對電路穩(wěn)定性的要求不同,可以根據(jù)實(shí)際條件改變運(yùn)放型號,使電路可以在更廣泛的范圍里應(yīng)用。二、設(shè)計精密放大電路,其放大倍數(shù)為100倍。1、電路圖與仿真結(jié)果:如圖二、圖三,2、電路說明:電路用OPA 系列精密運(yùn)放實(shí)現(xiàn)精密放大,仿真結(jié)果如圖三,電路為兩級放大電路,每級的放大倍數(shù)為10。則經(jīng)兩級放大后放大100倍。而如果僅用一個運(yùn)放完成100倍放大,仿真結(jié)果如圖四,從示波器讀數(shù)上可以看出放大結(jié)果為:u A 并不精密,而兩級放大,放大倍數(shù)為99.99994.93.999=u A ,精密程度大大提

3、高,因此選用兩級放大電路。電路圖: 圖二仿真結(jié)果: 圖三 圖四3、參數(shù)確定方法:各放大電路的放大倍數(shù)分別為101121u =+=R R A ,101562u =+=R R A ,所以只要選取95612=R R R R 。 三、設(shè)計信號處理電路,完成如下運(yùn)算i o u +=5.2u :1、電路圖與仿真結(jié)果:電路圖:如圖五, 圖五仿真結(jié)果:如圖六, 圖六其中通過信號源輸入一個峰值為V1,頻率為Hzk1正弦波,示波器的通道A 接信號源,通道B接信號處理電路輸出端。示波器上的輸出波形如圖,根據(jù)從讀數(shù)上可以看出,輸出電壓o u 的最大值與最小值分別為V 499.3和V 502.1,滿足設(shè)計要求:i o

4、u +=5.2u 。2、電路說明:電路利用同相求和電路的原理,從同相輸入端輸入待處理信號i u ,U 為在待處理信號上疊加的V 5.2的直流電壓信號,由疊加原理:(31u U u i P += 由理想運(yùn)放的虛短特性:P N u =u又由理想運(yùn)放的虛斷特性:U u u u R R i N N o +=+=31(u 54 所以i o u +=5.2u 。3、參數(shù)確定方法:取331R R R =,則(31u U u i P +=,P o u R R 1(u 54+=,所以要取254=R R 。 四、試用模擬乘法器和運(yùn)算放大器設(shè)計有效值計算電路:1、電路圖 圖七使用說明:i u 為要求有效值的信號,用

5、示波器可以測出信號的周期T ,取T U 1000=(T 的單位為:秒,從示波器上讀輸出電壓在輸入電壓第一個周期終點(diǎn)處的值即為輸入電壓的有效值。2、電路圖各部分確定、說明及輸出結(jié)果仿真:電路輸入端接一個正弦信號發(fā)生器,輸出波形峰值為V 2,頻率為Hz k 1。有效值計算公式:=Tdt t u T 02(1u ,分四部分分別實(shí)現(xiàn)對(u t 的乘方、積分、除以周期和開方。(1、乘方電路及仿真結(jié)果 圖八 圖九電路圖如圖八,乘法器取1=k 輸入輸出關(guān)系為:21u i o u =, 仿真結(jié)果如圖九,示波器通道A 接信號源,通道B 接乘方電路輸出端。(2、積分電路及仿真結(jié)果: 圖十 圖十一積分電路如圖是，根

6、據(jù)積分電路的輸入輸出關(guān)系， 1 uo 2 = - ui1 (t dt ， u i1 = uo1 = ui R4C1 ò 0 t 2 仿真結(jié)果如圖十一，示波器 A 通道接信號源，B 通道接乘方輸出電路輸出， C 通道接積分電路輸出。 （3）、除法電路及仿真結(jié)果： 圖十二 圖十三 電路中，乘法器 k = 1 ，設(shè)輸入信號 u i 的周期為 T ，則 uo 3 = - ui 2 ， U T 1 1 2 由有效值計算的公式， u = ò u (t dt ，在積分電路中， R4C1 = 1000 ， T 0 所以，取 U = 1000T 。 至此， u o 3 = 1 2 ò

7、; ui (t dt 。 T 0 t 仿真結(jié)果如圖十三，示波器通道 A 接信號源，通道 B 接乘方電路輸出，通 道 C 積分電路輸出，通道 D 接除法電路輸出。 （4）、開方電路及仿真結(jié)果： -6- 圖十四 圖十五 -7- 電路如圖十四，乘法器取 k = -1 ，則輸入輸出關(guān)系為： u o = ui 3 ， 從而實(shí)現(xiàn)了， u o = 1 2 ò ui (t dt 的運(yùn)算。 T0 t 仿真結(jié)果如圖十五，示波器通道 D 接開方后的輸出端，通道 A 接信號源， 當(dāng)信號源輸出的波形剛好為一個周期時， 積分電路的輸出恰好為一個周期上的積 分，最后的運(yùn)算結(jié)果即為輸入電壓的有效值，從仿真結(jié)果可以看

8、出，通道 D 在 所測點(diǎn)的讀數(shù)為 1.414V ，所以有效值為 1.414V 。 3、分析說明： 本電路的優(yōu)點(diǎn)為可以計算周期不同的電壓信號的有效值，特別是正弦波，可 以計算的信號的周期和峰值的變化范圍很大。 同時若是用于計算周期已知且不變 的信號的有效值，可以省略除法電路這一部分，而在積分電路處選擇適當(dāng)參數(shù)， 使得 R4C1 在數(shù)值上與信號周期 T 相等， （各參數(shù)單位單位分別為 W 、 F 、 s ） 。同 時電路也存在不足， 無法計算方波的有效值，因?yàn)榉讲ń?jīng)平方后相當(dāng)于一個直流 信號，無法再通過積分器進(jìn)行積分運(yùn)算。對于一些峰值和周期的三角波，積分電 路也容易出現(xiàn)積分飽和而無法計算其有效值，

9、需要改變一些元件的參數(shù)。 五、設(shè)計一個四階低通濾波器，其截止頻率為 1kHz 。 1、電路圖與仿真結(jié)果： 電路圖：如圖十六， 圖十六 仿真結(jié)果：如圖十七。 2、電路說明： 采用兩個二階壓控電壓源型有源濾波器級聯(lián)得到四階低通濾波電路， 其中第 一個二階濾波電路的截止頻率為 f 01 = 1.06 kHz ，第二個二階濾波電路的截止頻率 為 f 02 = 0.997 kHz » 1kHz 。 -8- 圖十七 3、參數(shù)確定方法： 首先根據(jù)二階低通濾波器的截止頻率的計算公式 f 0 = 1 ，確定電阻 R3 、 2pRC R4 、 R5 、 R6 ，以及電容 C1 、 C 2 、 C3 、 C 4 的值。使得各二階低通濾波電路的截 止頻率約為 1kHz 。在確定 R1 、 R2 、 R7 、 R8 時，可以根據(jù)仿真情況，適當(dāng)改變 通帶電壓增益， 使得仿真結(jié)果中截止頻率為 1kHz ， 從而找到合適的電阻 R1 、R2 、 R7 、 R8 的值。 從圖十七中可以看出當(dāng)增益衰減 - 3.069 B 時，對應(yīng)的截止頻率為 1.008kHz 。 4、分析總結(jié)： 電路采用了二階壓控電壓源型濾