指數(shù)運(yùn)算電路實(shí)驗(yàn)報(bào)告

北京郵電大學(xué)信息與通信工程學(xué)院第1頁(yè)北京郵電大學(xué)電信工程學(xué)院第1頁(yè)2009級(jí)電子電路綜合設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)報(bào)告實(shí)驗(yàn)名稱：實(shí)驗(yàn)4指數(shù)運(yùn)算電路的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)學(xué)生姓名：****班級(jí)：*****班內(nèi)序號(hào)：****學(xué)號(hào)：*****日期：2011年4月7日1．實(shí)驗(yàn)要求基本要求：設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)一個(gè)指數(shù)運(yùn)算電路，要求電路的輸入輸出滿足指數(shù)運(yùn)算關(guān)系,本實(shí)驗(yàn)中設(shè)計(jì)的k=3.此外要滿足：【1】電路的輸入阻抗≥100KΩ?！?】.輸入信號(hào)大小為0～15V【3】設(shè)計(jì)該電路的電源電路（不要求實(shí)際搭建），用PROTEL軟件繪制完整的電路原理圖（SCH）及印制電路板圖（PCB）。2.設(shè)計(jì)思路及總體結(jié)構(gòu)框圖【1】.設(shè)計(jì)思路：利用二極管的PN結(jié)的指數(shù)型伏安特性，實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)運(yùn)算。通過電阻與晶體管位置的互換實(shí)現(xiàn)反對(duì)數(shù)運(yùn)算電路。加入溫度補(bǔ)償電路，消除溫度對(duì)三極管參數(shù)的影響。利用運(yùn)算放大器反向端的虛地特性，通過確定電路圖中R5的值，使之滿足100k【2】.原理框圖如下：（1）由對(duì)數(shù)放大器和反對(duì)數(shù)放大器及溫度補(bǔ)償電路溫度補(bǔ)償電路溫度補(bǔ)償電路反對(duì)數(shù)放大電路對(duì)數(shù)放大電路溫度補(bǔ)償電路基本數(shù)學(xué)推導(dǎo):兩邊取對(duì)數(shù):調(diào)整相關(guān)參數(shù)使B=1即，本實(shí)驗(yàn)設(shè)置K=33.分塊電路和總體電路的設(shè)計(jì)（1）基本對(duì)數(shù)運(yùn)算電路如圖所示：利用虛地特性三極管Q2工作在=0的臨界放大狀態(tài)則：==但該電路存在兩個(gè)問題：①必須為正則為負(fù)，以使晶體管處于放大導(dǎo)通狀態(tài)；②，都是溫度的函數(shù)，其運(yùn)算結(jié)果受溫度影響很大，如何改善對(duì)數(shù)放大器的溫度穩(wěn)定性是實(shí)際應(yīng)用中要解決的一個(gè)重要問題。一般改善方法是：用對(duì)管消除的影響；用熱敏電阻補(bǔ)償?shù)臏囟扔绊憽＃?）加溫度補(bǔ)償?shù)膶?duì)數(shù)放大器圖中:A1,TI組成基本運(yùn)算電路.A2,T2組成溫度補(bǔ)償電路TI,T2兩管的集電極電流分別為:T2的基極電位為:忽略T2的基極電流,則選擇TI,T2兩管參數(shù)對(duì)稱,,則這樣,利用TI,T2兩管特性的一致性,可將的影響消除。（3）加溫度補(bǔ)償?shù)姆磳?duì)數(shù)放大器由二極管特性可知：同對(duì)數(shù)運(yùn)算電路一樣,為了消除溫度對(duì)運(yùn)算精度的影響,也要進(jìn)行溫度補(bǔ)償有關(guān)方面的物理解釋是相似的,無需重復(fù)。值得指出的是,對(duì)數(shù)放大器和反對(duì)數(shù)放大器的二極管,必須工作在正向偏壓下,因此輸入信號(hào)只能是單極性的。完整的電路圖如下：圖中：A1，T1，A4，T4組成基本運(yùn)算電路。A2，T2，A3,T3組成溫度補(bǔ)償電路。同樣，T3、T4選用特性一致的三極管，則：忽略T3基極電流，則：要實(shí)現(xiàn)，取，則R12=R15=100K，R6=R9=1.5M。所以，。其中，K=，取R1=R4=1K，R2=4.55K，R3=15.7K。則K=3.009，。4.所實(shí)現(xiàn)功能說明及測(cè)試實(shí)現(xiàn)的功能：1.對(duì)應(yīng)基本實(shí)驗(yàn)任務(wù)要求Ri≥100KΩ.理論值Ri=R5=100K，在運(yùn)放虛地特性良好的情況下。輸入阻抗的要求肯定滿足的。2.輸入信號(hào)大小為0-2V的三角波。輸入信號(hào)為1V時(shí)，輸出信號(hào)為1V.輸入信號(hào)為2V時(shí)，輸出信號(hào)為8V。最后的輸入輸出的李薩如圖為標(biāo)準(zhǔn)的指數(shù)上升曲線。達(dá)到實(shí)驗(yàn)基本要求。3.主要測(cè)試數(shù)據(jù)：①Ui=1VUo=1V；②Ui=1.1VUo=1.3V；③Ui=1.2VUo=1.7V；④Ui=1.5VUo=3.4V；⑤Ui=2VUo=8V。4.測(cè)試及調(diào)試過程：必要的測(cè)試方法:在輸入端接入的是函數(shù)信號(hào)發(fā)生器，用以輸入三角波。運(yùn)算放大器加入的是正負(fù)15V的直流電壓。輸入和輸出端用示波器進(jìn)行檢測(cè)。輸入信號(hào)源的三角波含直流成分（0-2V），輸出結(jié)果的正確與否是通過用示波器對(duì)輸入輸出波形的李薩如圖進(jìn)行觀測(cè)和分析來進(jìn)行測(cè)試的。對(duì)對(duì)數(shù)電路和反對(duì)數(shù)電路要分級(jí)測(cè)試。5.總結(jié)這次實(shí)驗(yàn)雖然課上只是連續(xù)4個(gè)周五的晚上16課時(shí)，但是課下自己利用實(shí)驗(yàn)室的開放時(shí)間努力了很久。通過第一次課學(xué)會(huì)DXP的使用，自己課下仿真調(diào)研，結(jié)合書本，設(shè)計(jì)了實(shí)驗(yàn)電路圖。第二次課根據(jù)仿真的圖自己在面包板上搭建了電路，通過儀器測(cè)試，得到了一個(gè)失真嚴(yán)重的波形。第三次課電路斷路了，不斷調(diào)試，但還是沒有解決問題。之后再課下利用實(shí)驗(yàn)室周末開放時(shí)間，終于在第四次課驗(yàn)收前完成了電路，得到了一個(gè)比較符合的三次曲線波形。通過這次實(shí)驗(yàn)，收獲很多，首先是培養(yǎng)了自己動(dòng)手，尋找問題解決問題的能力。實(shí)驗(yàn)用的OP07運(yùn)放，都是自己上網(wǎng)調(diào)研使用方法和注意事項(xiàng)，DXP和Pspice都是自己上圖書館借書回來自學(xué)使用的。另外也增加了團(tuán)隊(duì)合作的能力，我們組只有兩個(gè)人，雖然很少，但是我們一起探討問題，解決問題，在面對(duì)波形失真嚴(yán)重的問題時(shí)，我們不斷更換電容，并且在書上提供的電路圖的輸出端增加了一個(gè)電容，終于解決了失真的問題?？傮w來說，通過這次實(shí)驗(yàn)，對(duì)對(duì)數(shù)放大器和反對(duì)數(shù)放大器有了較好的認(rèn)識(shí)，也更好地理解了溫度補(bǔ)償對(duì)運(yùn)算精度的影響。另外這次實(shí)驗(yàn)還讓我發(fā)現(xiàn)了自己很多的不足點(diǎn)，今后需要更加努力學(xué)習(xí)，并加強(qiáng)實(shí)踐，完善自我。6.所用儀器及器件清單及PROTEL繪制的原理圖及PCB制板圖、電路實(shí)圖1．所用元器件：集成運(yùn)算放大器OP07（4個(gè)）三極管8050（4個(gè)）電阻：1.5MΩ(4個(gè)),100KΩ(4個(gè)),2KΩ(2個(gè)),1