模電專業(yè)課程設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)報(bào)告樣本

模電專業(yè)課程設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)報(bào)告《模擬電子線路基礎(chǔ)》課程設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)報(bào)告姓名學(xué)號(hào)：專業(yè)：通信工程班級(jí)：11級(jí)02班組別：第39組組員:指導(dǎo)老師：目錄一、設(shè)計(jì)題目：集成直流穩(wěn)壓電源設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)指標(biāo)及要求..................................................................第2頁(yè)設(shè)計(jì)方案................................................................................第2~4頁(yè)實(shí)驗(yàn)電路的設(shè)計(jì)步驟及參數(shù)計(jì)算........................................第4~6頁(yè)硬件調(diào)試過程及測(cè)試指標(biāo)....................................................第6~8頁(yè)結(jié)果分析及工作小結(jié).............................................................第8頁(yè)參考文獻(xiàn).................................................................................第9頁(yè)附錄元件明細(xì)表、所用儀器...............................................第9頁(yè)二、設(shè)計(jì)題目：自動(dòng)增益切換的電壓放大電路設(shè)計(jì)指標(biāo)及要求.................................................................第10頁(yè)設(shè)計(jì)方案..............................................................................第10~11頁(yè)實(shí)驗(yàn)電路的設(shè)計(jì)步驟及參數(shù)計(jì)算...................................第11~14頁(yè)硬件調(diào)試過程及測(cè)試指標(biāo)..................................................第14~15頁(yè)結(jié)果分析及工作小結(jié)..........................................................第16頁(yè)參考文獻(xiàn)...............................................................................第16頁(yè)附錄元件明細(xì)表、所用儀器.............................................第17頁(yè)三．課程設(shè)計(jì)總結(jié)及心得體會(huì).................................第18頁(yè)設(shè)計(jì)題目一：集成直流穩(wěn)壓電源設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)指標(biāo)及要求1)學(xué)會(huì)根據(jù)需要選擇模擬器件，本次實(shí)驗(yàn)就需要選擇合適的變壓器、整流二極管、濾波電容及集成穩(wěn)壓器來設(shè)計(jì)直流穩(wěn)壓電源；2)掌握直流穩(wěn)壓電源的調(diào)試及主要技術(shù)指標(biāo)的測(cè)試方法。利用集成穩(wěn)壓器CW317設(shè)計(jì)一小功率直流穩(wěn)壓電源。1）輸出電壓能同時(shí)提供正、負(fù)電壓；輸出幅度連續(xù)可調(diào)；2）輸出電流；；3）紋波電壓的有效值；4）穩(wěn)壓系數(shù)；5）輸入電壓（有效值）。設(shè)計(jì)方案直流穩(wěn)壓電源是一種將220V工頻交流電轉(zhuǎn)換成穩(wěn)壓輸出的直流電的裝置，它需要變壓、整流、濾波、穩(wěn)壓四個(gè)環(huán)節(jié)才能完成。一般由電源變壓器、整流濾波電路及穩(wěn)壓電路所組成，基本框圖如下：其中，1)電源變壓器：是降壓變壓器，它的作用是將220V的交流電壓變換成整流濾波電所需要的交流電壓Ui。變壓器的變比由變壓器的副邊按確定，變壓器副邊與原邊的功率比P2/P1=n，式中n是變壓器的效率。2)整流電路：利用單向?qū)щ娫?，?0HZ的正弦交流電變換成脈動(dòng)的直流電。3）濾波電路：可以將整流電路輸出電壓中的交流成分大部分濾除。濾波電路濾除較大的波紋成分，輸出波紋較小的直流電壓U1。常用的整流濾波電路有全波整流濾波、橋式整流濾波等。4）穩(wěn)壓電路:穩(wěn)壓管穩(wěn)壓電路其工作原理是利用穩(wěn)壓管兩端的電壓稍有變化，會(huì)引起其電流有較大變化這一特點(diǎn)，通過調(diào)節(jié)與穩(wěn)壓管串聯(lián)的限流電阻上的壓降來達(dá)到穩(wěn)定輸出電壓的目的。集成穩(wěn)壓器的選擇：方案一:采用7805三端穩(wěn)壓器電源：固定式三端穩(wěn)壓電源(7805)是由輸出腳Vo,輸入腳Vi和接地腳GND組成,它的穩(wěn)壓值為+5V,它屬于CW78xx系列的穩(wěn)壓器,輸入端接電容可以進(jìn)一步的濾波,輸出端也要接電容可以改善負(fù)載的瞬間影響,此電路的穩(wěn)定性也比較好,只是采用的電容必須要漏電流要小的鉭電容,如果采用電解電容,則電容量要比其它的數(shù)值要增加10倍,但是它不可以調(diào)整輸出的直流電源；所以此方案不易采用。方案二:采用CW317可調(diào)式三端穩(wěn)壓器電源：CW317可調(diào)式三端穩(wěn)壓器電源能夠連續(xù)輸出可調(diào)的直流電壓.不過它只能連續(xù)可調(diào)的正電壓,穩(wěn)壓器內(nèi)部含有過流,過熱保護(hù)電路；由一個(gè)電阻(R)和一個(gè)可變電位器(RP)組成電壓輸出調(diào)節(jié)電路,輸出電壓為:。由此可見此穩(wěn)壓器的性能和穩(wěn)壓穩(wěn)定都比上一個(gè)三端穩(wěn)壓電源要好,所以此此方案可選,此電源就選用了CW317三端穩(wěn)壓電源,也就是方案二。實(shí)驗(yàn)電路的設(shè)計(jì)步驟及參數(shù)計(jì)算．選集成穩(wěn)壓器，確定電路形式：選可調(diào)式三端穩(wěn)壓器CW317，CW317內(nèi)置有過載保護(hù)、安全區(qū)保護(hù)等多種保護(hù)電路。調(diào)整端使用濾波電容能得到比標(biāo)準(zhǔn)三端穩(wěn)壓高得多的紋波抑制比。，，%，80dB紋波抑制比，輸出短路保護(hù)，過流、過熱保護(hù)，調(diào)整管安全工作區(qū)保護(hù)，標(biāo)準(zhǔn)三極管封裝?？烧{(diào)式三端穩(wěn)壓器CW317，其特性參數(shù),,最小輸入、輸出壓差，最大輸入、輸出壓差。組成的穩(wěn)壓電源電路如下圖所示。由公式，可取，則，，。．選電源變壓器：由公式可得輸入電壓的范圍為9V+3V3V+40V12V43V副邊電壓/=12/,取=11V,副邊電壓>=,取=1A，則變壓器副邊輸出功率=11W。變壓器的效率=，則原邊輸入功率/=。為留有余地，選功率為20W的電源變壓器。．選整流二極管及濾波電容：整流二極管D選1N4001，其極限參數(shù)為,。滿足>，的條件。濾波電容C可由濾波電壓和穩(wěn)壓系數(shù)來確定。已知,,=5mA,=，則由公式得穩(wěn)壓器的輸入電壓的變化量為：由公式代入數(shù)據(jù)得C=3636uF；電容C的耐壓應(yīng)大于=。故取2只2200uF/25V的電容相并聯(lián)，如電路圖中、所示。：直流穩(wěn)壓電源實(shí)驗(yàn)電路硬件調(diào)試過程及測(cè)試指標(biāo)：首先應(yīng)在變壓器的副邊接入保險(xiǎn)絲FU，以防電路短路損壞變壓器或其他器件，其額定電流要略大于，選FU的熔斷電流為1A，CW317要加適當(dāng)大小的散熱片。先裝集成穩(wěn)壓電路，再裝整流濾波電路，最后安裝變壓器。安裝一級(jí)測(cè)試一級(jí)。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，調(diào)節(jié)，輸出電壓隨之變化，說明穩(wěn)壓電路正常工作。整流濾波電路主要是檢查整流二極管是否接反，安裝前用萬用表測(cè)量其正反向電阻。接入電源變壓器，整流輸出電壓應(yīng)為。斷開交流電源，將整流濾波電路與穩(wěn)壓電路相連接，再接通電源，輸出電壓為規(guī)定值，說明各級(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。對(duì)于所示的穩(wěn)壓電路，測(cè)試工作在室溫下進(jìn)行，測(cè)試條件是（滑線變阻器）。：下圖為面包板上的連接結(jié)果：通過調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器，使得輸出電壓在一定范圍內(nèi)連續(xù)變動(dòng)。1）實(shí)驗(yàn)的輸出直流波形如下所示：2）用萬用表測(cè)得的對(duì)應(yīng)滑動(dòng)變阻器的某個(gè)阻值時(shí)輸出電壓的大小如下所示：將實(shí)驗(yàn)所得的數(shù)據(jù)記錄在下表中：Vo1（測(cè)得對(duì)應(yīng)的=838）輸出電壓5.87VVo2（測(cè)得對(duì)應(yīng)的=450）輸出電壓3.46VVomin最小輸出電壓1.53VVomax最大輸出電壓25.4V根據(jù)所得實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)可知：在誤差允許的范圍內(nèi)，本設(shè)計(jì)達(dá)到所需的要求。在這次設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)的過程中，我們從一開始就出現(xiàn)了很多問題，比如電容爆炸，CW317燒壞等，不斷地找錯(cuò)，糾錯(cuò)，著實(shí)讓我們很苦惱，費(fèi)了很大的精力，不過最終還是在我們的不懈努力和請(qǐng)教他人下，都一一成功地克服了。下面就我們實(shí)驗(yàn)過程中遇到的幾個(gè)典型的錯(cuò)誤進(jìn)行分析并總結(jié)下：1）按照電路圖將器件安裝在面包板上的時(shí)候一定要認(rèn)真細(xì)心，不要漏接、錯(cuò)接。我開始就是由于少接了根線，使得輸出什么波形都沒出來，重新檢查了幾遍才發(fā)現(xiàn)了錯(cuò)誤。而且在安裝的過程中，要注意二極管和電解電容的極性不能接反。2）在測(cè)試時(shí)不能先安裝上負(fù)載，否則可能會(huì)使得電路爆炸，最有可能的就是電容由于承受不了過大的電流而爆炸。3）CW317的三個(gè)引腳接線要注意。1是接地，2是接輸入，3才是接輸出，2、3不能弄反，否則在接通電源后CW317就會(huì)由于通過的電流過大而燒掉。4）不論怎么調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器，測(cè)量出的輸出電壓的數(shù)值總是超過了所需設(shè)計(jì)的范圍。后分析電路發(fā)現(xiàn)是由于所選的的阻值太大造成的，換成240的電阻后輸出結(jié)果就正常了。6．參考文獻(xiàn)[1]謝自美.[M].武昌:華中理工大學(xué)出版社[2]：高等教育出版社[3]張麗華、—仿真、原件序號(hào)型號(hào)主要參數(shù)數(shù)量T變壓器12V1D1D2D3D4二極管1N4001,1A4FUSH熔斷絲1A1C3電容10uF1C1C2電容2200uF1C0電容1uF1R1電阻240Ω1Rp1電位器4.7KΩ1U三端穩(wěn)壓器LM317可調(diào)范圍1.25~37V1COS5020雙蹤示波器1UT2003數(shù)字萬用表9/2位1自耦變壓器1DA-16交流毫伏表1元件明細(xì)表、所用儀器設(shè)計(jì)題目二：增益自動(dòng)切換的電壓放大電路1．設(shè)計(jì)指標(biāo)及要求學(xué)會(huì)利用通用型集成模擬器件設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單模擬系統(tǒng)的方法；掌握對(duì)多級(jí)電路組成的系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)試的方法。：利用通用型集成運(yùn)放和模擬開關(guān)設(shè)計(jì)一個(gè)能自動(dòng)切換的電壓放大器。已知：輸入是正弦交流信號(hào)，其幅度最大值為2V，頻率為200Hz，集成運(yùn)算放大器自選，模擬開關(guān)用CD4052或CD4066。：1）當(dāng)0＜vi＜，放大電路的增益約為10倍；2）≤vi＜，放大電路的增益約為5倍；3）≤vi＜，；4）增益切換自動(dòng)完成，并有增益指示電路。2．設(shè)計(jì)方案方案考慮：增益自動(dòng)變換的放大器有多種實(shí)現(xiàn)方法，如在計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)中，智能儀器電路中放大器的爭(zhēng)議自動(dòng)控制往往是通過編程軟件實(shí)現(xiàn)的，可編程控制的放大器通常是由集成運(yùn)放和模擬開關(guān)組成的。通過編制不同的代碼來控制模擬開關(guān)的工作狀態(tài)，就可改變放大器的增益。一般我們選用模擬開關(guān)CD4052或CD4066來控制。：1)工作原理方框圖如下：可調(diào)節(jié)分壓電路可調(diào)節(jié)分壓電路輸出同向放大電路 輸出同向放大電路模擬開關(guān)控制信號(hào)形成電路模擬開關(guān)控制信號(hào)形成電路2)各部分電路工作原理：，通過選擇合適的電阻和電位器搭配獲得合適的輸入電壓。

控制信號(hào)形成電路：根據(jù)輸入信號(hào)的分界值設(shè)定電壓比較器的基準(zhǔn)電壓VREF，再與輸入的待測(cè)信號(hào)相比較，決定它們的輸出電平是高電平還是低電平，并形成控制信號(hào)。

增益的控制：集成運(yùn)算放大器與相關(guān)的電阻構(gòu)成同相比例放大電路。調(diào)整接于運(yùn)算放大器輸出端與反相端之間的反饋電阻，即可控制電壓增益。用模擬開關(guān)來切換反饋電阻。

模擬開關(guān)的控制：模擬開關(guān)的工作狀態(tài)，由兩個(gè)電壓比較電路組成的控制信號(hào)形成電路來控制。根據(jù)輸入信號(hào)的分界值設(shè)定電壓比較器的基準(zhǔn)電壓，輸入的待測(cè)信號(hào)與之相比較，決定它們的輸出電平是高電平，還是低電平，并形成控制信號(hào)控制模擬開關(guān)接通相應(yīng)的反饋電阻。：由知，設(shè)定R1=10kΩ，當(dāng)增益為10倍時(shí)，Rf約為90kΩ，即為R2=90kΩ；當(dāng)增益為5倍時(shí)，Rf約為40kΩ,即為R3=90kΩ；，Rf約為15kΩ，即為R4=15kΩ。我們?cè)O(shè)定電壓比較器時(shí)輸入為12v的直流電壓，當(dāng)4052工作在不同狀態(tài)時(shí)，連接不同，在輸入0~2v之間時(shí)，我們?cè)O(shè)定4052的A,，設(shè)為VRFE1和VRFE2,則電壓比較器接地電阻我們可以設(shè)定為10kΩ,即R5=R6=10kΩ。在與12v連接處用電位器Rp來調(diào)節(jié)。此時(shí)對(duì)應(yīng)輸入的三種狀態(tài)為00,01,11，按此連接電路。1）集成運(yùn)放：根據(jù)任務(wù)要求，考慮到輸入信號(hào)頻率較低，故采用通用型運(yùn)放LM324（四運(yùn)放）。LM324引腳圖：模擬開關(guān)：根據(jù)設(shè)計(jì)任務(wù)要求，要在三個(gè)不同的增益值間進(jìn)行切換，故采用雙路四選一的雙向模擬開關(guān)CD4052。CD4052的功能引腳圖：模擬開關(guān)真值表：3）參數(shù)計(jì)算：S3接通時(shí)，增益Av=(1+R4/R1)=10，取R1=10K，則R4=90K,取標(biāo)稱值100K。同理R3=40K,R2=15K。為了使VRFE1和VRFE2滿足題目要求：R5=R6=，取標(biāo)稱值10K。 ：用電壓比較器進(jìn)行自動(dòng)增益切換的放大器：1）增益的自動(dòng)控制運(yùn)算放大器A1與相關(guān)的電阻構(gòu)成同相比例放大電路。其電壓增益Av=(1+Rf/R1)，Rf為接于運(yùn)算放大器輸出端與反相端之間的反饋電阻。改變Rf(或R1)，即可控制電壓增益。圖中用模擬開關(guān)來切換反饋電阻Rf。當(dāng)開關(guān)S1閉合(S2，S3斷開)時(shí)，電壓增益Av=(1+R2/R1)。類似地，當(dāng)S2或S3單獨(dú)閉合時(shí)，電壓增益Av=(1+R3/R1)或Av=(1+R4/R1)。

2）輸入信號(hào)的幅度鑒別

運(yùn)算放大器A2，A3作為電壓比較器。它們的一個(gè)輸入端分別加基準(zhǔn)電壓VRFE1和VRFE2

，這兩個(gè)基準(zhǔn)電壓從RW1，R5，R6組成的分壓器獲得。輸入信號(hào)Vi同時(shí)加在A2，A3的正輸入端。A2，A3分別將Vi與VRFE1

、VRFE2進(jìn)行比較，決定它們的輸出A，B是高電平，還是低電平。由A，B電平的高低可判斷出輸入信號(hào)處于什么范圍：Vi<

VRFE1

，

VRFE1

<

Vi<

VRFE2還是Vi>

VRFE2

。這樣，用A、B兩個(gè)開關(guān)信號(hào)控制模擬開關(guān)的工作狀態(tài)，切換反饋電阻即可實(shí)現(xiàn)增益的自動(dòng)控制。

3）模擬開關(guān)的工作原理

采用CMOS模擬開關(guān)CD4052可以實(shí)現(xiàn)電壓增益的自動(dòng)切換。兩路開關(guān)的工作狀態(tài)由控制信號(hào)A1、A0來決定，。當(dāng)A1、A0

都是低電平時(shí)，X接通X0，Y接通Y0；當(dāng)A1為低電平，A0為高電平時(shí)，X接通X1，Y接通Y1；當(dāng)A1為低電平，A0為高電平時(shí)，X接通X2，Y接通Y2；當(dāng)A1、A0

都是高電平時(shí)，X接通X3，Y接通Y3。這樣控制A1、A0的電平即可實(shí)現(xiàn)四選一功能。：當(dāng)時(shí)，輸出應(yīng)該在0~5v之間；，~5v之間；，~5v之間。4．硬件調(diào)試過程及測(cè)試指標(biāo)，檢查：在電路設(shè)計(jì)好之后，在面包上按圖進(jìn)行布線安裝時(shí)應(yīng)注意：1）按照信號(hào)流方向順序安裝，個(gè)單元電路元件要相對(duì)集中，前后級(jí)分明，便于檢查調(diào)試；2）盡量少引線交叉，將輸入和輸出回路分開，避免自激。一般插板左端為輸入，右端為輸出，避免出面芯片漏接電源或接地；3）布線要有步驟地進(jìn)行，一般是先布電源線和地線，然后按組裝圖從輸入級(jí)、中間級(jí)到輸出級(jí)依次連接好各元器件。在此條件下，盡量做到接線短、接線少。為方便測(cè)量，盡量使電源線和地線靠近電路板周邊；4）插入時(shí)使所有集成電路（芯片）的插入方向一致，缺口朝左，所有引腳均對(duì)準(zhǔn)插件電路板中央凹槽兩邊的小孔，均勻用力按下，注意管腳不能彎曲；拔出時(shí)用專用拔鉗夾住集成塊兩頭，垂直往上拔起，以免集成塊受損；5）注意正負(fù)電源的連接方式（提示：LM324用正負(fù)12V的雙電源，CD2052的VDD=+12v，INH,VSS,VEE接地）；6）安裝時(shí)，二極管，三極管注意極性，電阻電位器要檢查阻值；7）安裝完畢后，進(jìn)行通電并將各級(jí)電路斷開，分別檢查同相比例放大器，電壓比較器，模擬開關(guān)，輸入與輸出的關(guān)系以及端口是否接錯(cuò)。：在面包板上接好所有連線且無誤后，進(jìn)行系統(tǒng)性能測(cè)試。按圖接入輸入信號(hào)，并且調(diào)節(jié)RP使VREF2=，VREF1=，，A，B都是低電平，電壓增益為10左右，s1接通；當(dāng)時(shí)，A，B分別是低，高電平，電壓增益為5v左右，s2接通；當(dāng)時(shí)，A,B都是高電平，。在得到輸出之后，進(jìn)行輸入輸出進(jìn)行比值，再與理論進(jìn)行比較，分析誤差。下圖為面包板上的連接結(jié)果：下表是調(diào)試輸入輸出結(jié)果的可能值：Vcc/vVDD/vVEE/vUi/vU0/vAV12.0012.00-12.050.1710.546212.0012.00-12.050.6810.5715.5412.0012.00-12.051.4310.647.4412.0312.03-11.880.272.7810.2912.0312.03-11.880.733.675.0212.0312.03-11.881.463.762.57測(cè)試結(jié)果分析：由前三組數(shù)據(jù)可知，數(shù)據(jù)出現(xiàn)錯(cuò)誤，不是按照所要求的放大倍數(shù)分別在10v,5v,，；在進(jìn)行后三組實(shí)驗(yàn)時(shí)，可以知道在誤差允許的范圍內(nèi)，基本達(dá)到實(shí)驗(yàn)要求標(biāo)準(zhǔn)。結(jié)果分析及工作小結(jié)對(duì)本實(shí)驗(yàn)過程中出現(xiàn)的問題以及輸出結(jié)果進(jìn)行分析并總結(jié)如下：1）對(duì)于要求的不同增益與所選的電阻值要一一對(duì)應(yīng)，要根據(jù)CD4052的引腳圖正確接線，不然就會(huì)使得輸出結(jié)果的放大倍數(shù)不是與輸入電壓相對(duì)應(yīng)的。2)對(duì)于復(fù)雜的線路連接，一定要先把實(shí)驗(yàn)原理搞清楚，這樣在安裝電路時(shí)才會(huì)做到心里有數(shù)，不會(huì)胡亂接線，從而避免不必要的錯(cuò)誤。并且由于接線比較多，要注意線路之間可能會(huì)因?yàn)榻佑|而短路，使得電流值和電壓值突然增大。3)輸出的電壓值達(dá)不到所要求的放大倍數(shù)。這時(shí)要先檢查三個(gè)控制開關(guān)處的接線錯(cuò)誤，如果沒有錯(cuò)誤的話就應(yīng)該是CD4052的某些引腳接的不對(duì)或者沒插好，使得其不能正常工作。4)由實(shí)驗(yàn)結(jié)果計(jì)算出增益偏大。這是由于實(shí)驗(yàn)沒有考慮芯片的分壓作用，即所選用的電阻偏大。還有計(jì)算時(shí)有些直接定值電阻直接選的標(biāo)稱值（，取標(biāo)稱值10K），也會(huì)有影響。6．參考文獻(xiàn)[1]謝自美.[M].武昌:華中理工大學(xué)出版社[2]：高等教育出版社[3]張麗華、—仿真、元件明細(xì)表、所用儀器元件序號(hào)型號(hào)主要參數(shù)數(shù)量R1電阻10k1R2電阻91k1R3電阻39k1R4電阻15k1R5電阻10k1R6電阻10k1RP電位器10k1LM324集成運(yùn)放1CD4052模擬開關(guān)1所用儀器：2臺(tái)雙路直流穩(wěn)壓源，一個(gè)萬用表，一塊面包板課程設(shè)計(jì)總結(jié)及心得體會(huì)通過